Сейсмостойкое монолитное железобетонное хранилище

 

Изобретение относится к строительству и используется при возведении резервуаров для хранения экологически опасных материалов, таких как радиоактивные и токсичные отходы и нефтепродукты, находящихся в сейсмоопасных районах. Технический результат изобретения заключается в повышении сейсмостойкости сооружения большой емкости при оптимальном использовании площади застройки и снижении материалоемкости хранилища. Хранилище состоит из концентрично расположенных тороидальных емкостей и расположенных внутри торов резервуаров, ограниченных стенками тороидальных емкостей, крышкой и днищем. Стенки, днище и крышка хранилища выполнены железобетонными предварительно напряженными с внутренними и наружными металлическими обшивками. Внутренние обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальных емкостей, а наружные обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальной емкости с наружной стороны хранилища. По диаметральным направлениям хранилища в крышке, в днище и в стенке наружной тороидальной емкости уложены каналообразователи, через которые пропущена предварительно напряженная арматура и заанкерена на обшивке тороидальной емкости снаружи хранилища. В центре хранилища шарнирно смонтирована сборная трубобетонная опорная стойка с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойку, днище и фундаментную плиту и заанкеренной на крышке и фундаментной плите. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям резервуаров для хранения экологически опасных материалов, таких как радиоактивные и токсичные отходы, нефть и нефтепродукты, находящихся в сейсмоопасных регионах.

Известны хранилища для нефтепродуктов в виде предварительно напряженных монолитных цилиндрических резервуаров, включающих бетонное основание, цилиндрическую оболочку, днище и крышку /1/.

Недостатком известной конструкции хранилища является невысокая сейсмостойкость из-за наличия сопряжения стенок с днищем и крышкой под прямым углом.

Известны хранилища для экологически опасных продуктов в виде железобетонных предварительно напряженных торообразных оболочек /2/.

Недостатком такой конструкции является невозможность использования всей занимаемой оболочкой площади для образования резервуара.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции хранилища является сейсмостойкое монолитное бетонное хранилище для экологически опасных материалов, включающее фундаментную плиту, цилиндрический предварительно напряженный резервуар с днищем и крышкой и расположенную по его периметру тороидальную емкость высотой, равной высоте цилиндрического резервуара /3/.

Техническая задача заключается в повышении сейсмостойкости сооружения большой емкости при оптимальном использовании площади застройки и снижении материалоемкости хранилища.

Поставленная задача решается таким образом, что сейсмостойкое монолитное железобетонное хранилище для экологически опасных материалов, включающее фундаментную плиту, резервуар, расположенную по периметру резервуара тороидальную емкость, днище и крышку, согласно изобретению состоит из концентрично размещенных тороидальных емкостей и расположенных внутри торов резервуаров, ограниченных стенками тороидальных емкостей, крышкой и днищем, а стенки, днище и крышка хранилища выполнены предварительно напряженными с внутренними и наружными металлическими обшивками, при этом внутренние обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальных емкостей, а наружные обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальной емкости с наружной стороны хранилища, причем в диаметральных направлениях хранилища в крышке и в днище и в стенке наружной тороидальной емкости уложены каналообразователи, через которые пропущена предварительно напряженная арматура и заанкерена на обшивке тороидальной емкости снаружи хранилища, а в центре хранилища шарнирно смонтирована сборная трубобетонная опорная стойка с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойку, днище и фундаментную плиту и заанкеренной на крышке и фундаментной плите. Хранилище может состоять из двух концентрично расположенных тороидальных емкостей, при этом диаметр тороидальной емкости, расположенной снаружи, меньше диаметра тороидальной емкости, расположенной внутри. Кроме того, в хранилище каналообразователи с предварительно напряженной арматурой заполнены смазкой. Хранилище дополнительно снабжено шарнирно смонтированными сборными трубобетонными опорными стойками, концентрично расположенными в диаметральных направлениях хранилища в каждом резервуаре, с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойки, днище и фундаментную плиту и заанкеренной на крышке и фундаментной плите. Далее преднапряженная арматура заанкерена на фундаментной плите и обшивке тороидальной емкости с одной стороны хранилища с помощью пружинного демпфера. Далее крышка хранилища с внутренней стороны резервуара имеет диаметрально расположенные ребра жесткости. Далее в стенках резервуаров в каналообразователях размещены вертикальные стяжные элементы, заанкеренные на крышке и фундаментной плите.

Предлагаемая конструкция хранилища отличается от известной тем, что состоит из концентрично размещенных тороидальных емкостей и расположенных внутри торов резервуаров, ограниченных стенками тороидальных емкостей, крышкой и днищем, а стенки, днище и крышка хранилища выполнены предварительно напряженными с внутренними и наружными металлическими обшивками, при этом внутренние обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальных емкостей, а наружные обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальной емкости с наружной стороны хранилища, причем в диаметральных направлениях хранилища в крышке и в днище и в стенке наружной тороидальной емкости уложены каналообразователи, через которые пропущена предварительно напряженная арматура и заанкерена на обшивке тороидальной емкости снаружи хранилища, а в центре хранилища шарнирно смонтирована сборная трубобетонная опорная стойка с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойку, днище и фундаментную плиту и заанкеренной на крышке и фундаментной плите. Хранилище может состоять из двух концентрично расположенных тороидальных емкостей, при этом диаметр тороидальной емкости, расположенной снаружи, меньше диаметра тороидальной емкости, расположенной внутри. Кроме того, в хранилище каналообразователи с предварительно напряженной арматурой заполнены смазкой. Хранилище дополнительно снабжено шарнирно смонтированными сборными трубобетонными опорными стойками, концентрично расположенными в диаметральных направлениях хранилища в каждом резервуаре, с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойки, днище и фундаментную плиту и заанкеренной на крышке и фундаментной плите. Далее преднапряженная арматура заанкерена на фундаментной плите и обшивке тороидальной емкости с одной стороны хранилища с помощью пружинного демпфера. Далее крышка и днище хранилища с внутренней стороны резервуара имеют диаметрально расположенные ребра жесткости. Далее в стенках резервуаров в каналообразователях размещены вертикальные стяжные элементы, заанкеренные на крышке и фундаментной плите.

Предлагаемая конструкция хранилища обеспечивает увеличение емкости хранилища при сохранении занимаемой сооружением площади, повышение сейсмостойкости сооружения за счет исключения углового сопряжения стенок и наличия сейсмопоглощающих связей - преднапряженной арматуры с анкерами в виде пружинных демпферов, свободно размещенной в каналообразователях днища и крышки и шарнирно смонтированной опорной стойки и возможность монолитного возведения сооружения при снижении материалоемкости и соединения его частей с помощью расположения предварительно напряженной арматуры в стенке и крышке, в стенке и днище и закрепления на наружной поверхности хранилища, а также соединения обшивок днища и крышки с наружной обшивкой тороидальной емкости. При возведении сооружений большой емкости расположение концентрично тороидальных емкостей - один в другом, наряду с размещением трубобетонных стоек концентрично в диаметральных направлениях хранилища на ребрах жесткости и стяжках элементов в хранилищах на ребрах жесткости и стяжных элементов в каналообразователях, в стенке тороидальных емкостей с внутренней стороны тора, заанкеренных на крышке и фундаментной плите, решает возможность обеспечения дополнительной устойчивости конструкции при оптимальном варианте занимаемой хранилищем площади. Кроме того, заполнение смазкой каналообразователей обеспечивает возможность свободного перемещения расположенной в них предварительно напряженной арматуры в период землетрясения и деформации сооружения без разрушения отдельных его частей.

На фиг.1 представлено хранилище (продольный разрез); фиг.2 - 1-1 фиг.1; фиг.3 - узел А фиг.1; фиг.4 -узел В фиг.1; фиг.5 - узел С фиг.1.

Хранилище состоит из фундаментной плиты 1, тороидальных емкостей наружной 2 и внутренней 3 резервуаров 4 и 5, образованных стенками тороидальных емкостей 2 и 3, днищем 6 и крышкой 7. Тороидальные емкости 2 и 3 выполнены из металлических наружной и внутренней обшивок 8 и 9, пространство между которыми заполнено бетоном 10. Днище 6 хранилища выполнено из наружной обшивки 11, соединенной с наружной обшивкой 8 тороидальной емкости 2 посредством выпуска 12, внутренних обшивок 13 и 13а, соединенных с наружной обшивкой 8 тороидальных емкостей 2 и 3 посредством выпусков 14 и 14а и бетона 10. Крышка 7 резервуара выполнена аналогично днищу 6 и имеет наружную обшивку 15 с выпуском 16, внутренние обшивки 17 и 17а с выпусками 18 и 18а и бетон заполнения 10. В центре хранилища и концентрично в диаметральных направлениях в резервуаре 4 шарнирно смонтированы сборные трубобетонные стойки 19 с возможностью их поворота в любую сторону относительно осей шарнира 20. В бетоне вдоль обшивок днища 6 и крышки 7 в диаметральных направлениях сквозь стенку тороидальной емкости 2 пропущены каналообразователи 21 с предварительно напряженной арматурой 22, которая заанкерена на наружной обшивке 8 тороидальной емкости 2 снаружи хранилища анкерами 23 и 24. Анкеры 23 (активные) выполнены клиновидными, а анкеры 24 (пассивные) - в виде пружинных демпферов. В бетоне трубобетонной стойки 19 сквозь крышку 7, днище 6 и фундаментную плиту 1 пропущена предварительно напряженная арматура 22 в каналообразователях 21 и заанкерена на наружной обшивке 15 крышки 7 анкером 23 и нижней стороне фундаментной плиты 1 с помощью пружинных демпферов 24. Полость каналообразователя 21 с предварительно напряженной арматурой 22 заполнена смазкой 25 для возможности перемещения арматуры при деформации частей сооружения без обрывов и сохранении каркаса сооружения. Для шарнирного соединения опорной стойки 19 с крышкой 7 на последней с внутренней стороны резервуара в диаметральных направлениях выполнены ребра жесткости 26. В бетоне стенок резервуаров 4 и 5 размещены каналообразователи 27, в которых пропущены стяжные элементы 28, пропущенные сквозь крышку 7, днище 6 и заанкеренные на внешней обшивке 15 крышки 7 клиновым анкером 23 и фундаментной плите 1 - демпферным анкером 24.

Хранилище возводят следующим образом, Предварительно формуют железобетонную фундаментную плиту 1. После набора бетоном прочности на фундаментной плите раскладывают металлический лист - наружную обшивку 11 днища 6, который имеет выпуски по окружности листа. Затем на листе собирают опалубки тороидальных емкостей 2 и 3 в виде кольцевых обшивок - наружной 8 и внутренней 9, закрепляют на ней каналообразователи 21 и укладывают арматуру 22. Бетонируют стенки тороидальной емкости 2 и 3 путем инъецирования бетонной смеси, например напрягающего бетона. Выпуски 12 обшивки 11 днища 6 выходят за пределы площади тороидальной емкости 2 на 1/3-1/4 ее наружного диаметра. На нижней наружной обшивке 11 днища 6 фиксируют каналообразователи 21, укладывая их по диагоналям и стыкуя с каналообразователями, размещенными в стенке тороидальной емкости 2, и пропускают через них арматуру 22, оставляя концы на наружной поверхности хранилища. Затем устанавливают внутренние обшивки 13 днища 6, выполненного в виде листа размером, равным диаметру резервуара 4 с выпуском 14 по окружности листа, и кольцеобразного листа-обшивки 13а днища 6 шириной, равной ширине резервуара 5 с выпусками 14а по внутреннему и наружному диаметрам. Выпуски 14 и 14а обшивок 13 и 13а загибают и сопрягают с поверхностью тороидальных емкостей 2 и 3, приваривая их по периметру к наружной обшивке 8. После чего осуществляют бетонирование днища 6. В центре днища 6 в резервуаре 5, в диаметральных направлениях хранилища в резервуаре 4, в местах расположения каналообразователей 27 для стяжных элементов 28 и фундаментной плите 1 оставляют сквозные отверстия для пропуска арматуры. После набора бетоном днища 6 прочности устанавливают сборные трубобетонные стойки 19 с шаровыми оголовками на концах с пропущенной сквозь них арматурой 22, которую на нижней стороне фундаментной плиты 1 заанкеривают анкером 24, а вверху крепят временными связями.

После этого монтируют крышку 7 хранилища аналогично днищу 6, бетонируя ребра жесткости 26 в местах расположения опорных стоек 19. После набора бетоном крышки 7 прочности через выполненные в ней отверстия пропускают канатную арматуру 22, в том числе и стяжные элементы 28 натягивают гидродомкратом до заданной величины Р и фиксируют на наружной обшивке 15 крышки 7. Затем преднапрягают арматуру 22 крышки 7 и днища 6, фиксируя ее на наружной стороне хранилища анкерами 23 и 24. После этого в каналообразователи 21 нагнетают смазку, например солидол. Хранилище по наружному периметру обвалковывают грунтом 29.

При общем диаметре хранилища 100 м и диаметров полостей торов внутреннего 6 м и наружного 5 м вместимость хранилища составит около 80000 м³.

Источники информации 1. А.Б. Рубинштейн и др. "Предварительно напряженные монолитные резервуары для нефтепродуктов", журнал "Бетон и железобетон" 1996 г., 6.

2. Свидетельство 3504 на ПМ. Кл. G 21 F 9/22, БИ 1, 1997 г. Патент РФ 2140512, кл. Е 04 Н 7/00, БИ 30, 27.10.99 (прототип).

3. Патент РФ 2140512, кл. Е 04 Н 7/00, БИ 30, 27.10.99 (прототип).

Формула изобретения

1. Сейсмостойкое монолитное железобетонное хранилище для экологически опасных материалов, включающее фундаментную плиту, резервуар, расположенную по периметру резервуара тороидальную емкость, днище и крышку, отличающееся тем, что хранилище состоит из концентрично размещенных тороидальных емкостей и расположенных внутри торов резервуаров, ограниченных стенками тороидальных емкостей, крышкой и днищем, а стенки, днище и крышка хранилища выполнены предварительно напряженными с внутренними и наружными металлическими обшивками, при этом внутренние обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальных емкостей, а наружные обшивки днища и крышки сопряжены с наружной обшивкой тороидальной емкости с наружной стороны хранилища, причем в диаметральных направлениях хранилища в крышке, и в днище, и в стенке наружной тороидальной емкости уложены каналообразователи, через которые пропущена предварительно напряженная арматура и заанкерена на обшивке тороидальной емкости снаружи хранилища, а в центре хранилища шарнирно смонтирована сборная трубобетонная опорная стойка с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойку, днище и фундаментную плиту, и заанкеренной на крышке и фундаментной плите.

2. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что хранилище состоит из двух концентрично расположенных тороидальных емкостей, при этом диаметр тороидальной емкости, расположенной снаружи, меньше диаметра тороидальной емкости, расположенной внутри.

3. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что хранилище дополнительно снабжено шарнирно смонтированными сборными трубобетонными опорными стойками, концентрично расположенными в диаметральных направлениях хранилища в каждом резервуаре, с предварительно напряженной арматурой, пропущенной через крышку, стойки, днище и фундаментную плиту, и заанкеренной на крышке и фундаментной плите.

4. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что преднапряженная арматура заанкерена на фундаментной плите и обшивке тороидальной емкости с одной стороны хранилища с помощью пружинного демпфера.

5. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что крышка хранилища с внутренней стороны резервуара имеет диаметрально расположенные ребра жесткости.

6. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что в стенках резервуаров в каналообразователях размещены вертикальные стяжные элементы, заанкеренные на крышке и фундаментной плите.

7. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что каналообразователи с предварительно напряженной арматурой заполнены смазкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5