Производство бетонных работ в зимний период

Расчет технологических параметров для метода «термос»

 

Метод термоса является одним из самых недорогих методов выдерживания бетона на морозе. Сущность метода заключается в следующем: приготовленную на заводе или на приобъектном бетоносмесительном узле бетонную смесь доставляют к месту ее укладки с максимально возможной температурой, быстро укладывают в опалубку, уплотняют и укрывают паро-, теплоизоляцией. За счет теплоты, внесенной при изготовлении бетонной смеси, и экзотермической теплоты, выделяющейся в бетоне в процессе твердения, в конструкции длительное время поддерживается положительная температура, обеспечивающая твердение бетона и достижение им к моменту замерзания критической прочности. Температура внутри конструкции начинает подниматься примерно через 10-16 часов и может достигать 60°С, поскольку каждый килограмм цемента при гидратации выделяет 80 ккал тепла.

Выдерживание бетона разделяется на два этапа: при положительной и отрицательной температурах. Расчет производится в следующей последовательности:

1. Коэффициенты А, В, n для расчета прочности бетона на двух этапах выдерживания:

;                                                            (5.1)

;                                                     (5.2)

;                                                       (5.3)

где R ₃ – трехсуточная прочность бетона нормального хранения R ₃ (табл. 5.1).

 

Таблица 5.1 – Значения прочности бетонов R ₃ в 3-суточном возрасте

Класс бетона	Вид и марка цемента	3 –суточная прочность бетона, % от 28-суточной прочности (R 28)
В15	М300	27
В20	М400	33
В20	М400	44
В22,5	М400	45
В25	М400	47
В30	М400	38
В30	М400	47
В35	М500	56
В40	М500	59

2. Согласно СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» прочность бетона класса В30 к моменту замерзания должна быть не менее Rкр = 30%, нормальная температура бетонной смеси к моменту подачи с завода t_{б.см .}=+35ºС.

3. Начальная температура бетона в конструкции:

t_б.н. = t_б.см. – (t_б.см. – t_н.в.)·0,015×L_тр, ⁰ С.                           (5.4)

где t _н.в. – температура наружного воздуха, ⁰С;

L _тр – длина транспортирования бетонной смеси, км

4. Модуль поверхности равен:

, м^-1,                                       (5.5)

где S _пов – площадь опалубливаемой поверхности, соприкасающейся с воздухом, м²;

V – объем конструкции, м³.

Таблица 5.2 – Определение модуля поверхности конструкций

5. Средняя температура бетона за период остывания до 0ºС:

, ºС.                    (5.6)

6. Время остывания бетона в конструкции, достаточное для набора R кр

ч                       .                  (5.7)

7. Проверка выполнения условия времени остывания бетона

τ _ост <[ τ_ост]                                                             (5.8)

где [τ_ОСТ]=100 ч.

 

Расчет технологических параметров для метода «Предварительный электроразогрев»

 

Разогрев смесей осуществляется переменным электрическим током в специальных бункерах, оснащенных электродами, или в кузовах автосамосвалов с помощью опускных электродов. Чаще всего температура разогрева составляет 60-700ºС, при этом расходуется 40-60 кВт/ч электроэнергии на 1 м³ бетона. Вследствие интенсификации взаимодействия цемента с водой при повышении температуры выделение экзотермического тепла начинается раньше, чем при укладке неразогретой бетонной смеси, что приводит к значительному повышению начальной температуры. Предварительный разогрев эффективен не только с точки зрения расхода энергозатрат, но и качества возводимых конструкций. В этом случае в массивных монолитных конструкциях может формироваться благоприятное напряженное состояние, исключающее появление трещин.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Температуру разогрева бетонной смеси согласно СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»:

- для портландцемента t _раз =80ºС;

- для шлакопортландцемента t _раз =90ºС.

2. Начальная температура бетона в конструкции:

t_б.н. = t_раз. – (t_раз. – t_н.в.)·0,01,ºС.                                               (5.9)

3. Средняя температура бетона за период остывания до 0ºС рассчитывается по формуле 5.6.

4. Время остывания бетона в конструкции, достаточное для набора R кр определяется по формуле 5.7.

5. Коэффициент теплопередачи опалубки:

,Вт/м²ºС                    (5.10)

6. Толщина утеплителя в зависимости от К_треб. Состав конструкции опалубки включает фанеру (δ=0,012 м, λ=0,17Вт/м²ºС) и мин.материалы. Необходимо определить толщину утеплителя из мин.материалов (λ=0,046 Вт/м²ºС):

                            (5.11)

где α – коэффициент, зависящий от скорости ветра, Вт/м²ºС;

δ_i – толщина каждого слоя ограждения, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности слоя.

Если толщина утеплителя менее 5 мм, то ей можно пренебречь, тогда опалубка не требует утепления.

 

Таблица 5.3 – Исходные данные по вариантам

Вариант	Параметры бетонируемой конструкции	Температура наружного воздуха, ⁰С	Дальность транспортировки, км
1	По условию лабораторной работы №1	-15,6	11
2		-12,4	4
3		-10,1	7
4		-14,4	18
5		-8,2	5,5
6		-16,3	8
7		-5,2	20
8		-3,4	23
9		-6,8	13
10		-10,8	15

 

Лабораторная работа №6

Строповка грузов

Строп - грузозахватное приспособление, выполняемое обычно из каната или цепи (одна или несколько ветвей), снабженное на конце крюком, скобой, кольцом и т.п. Грузовые стропы должны изготавливаться в соответствии с требованиями РД 10-231-98, Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, а также конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке.

Проектирование и изготовление грузовых стропов проводится в организациях и на предприятиях, имеющих разрешение (лицензию) органов Росехнадзора РФ и располагающих квалифицированными специалистами и техническими средствами, обеспечивающими проектирование и изготовление стропов в полном соответствии с требованиями настоящего нормативного документа.

Расчет канатов и цепей стропов, используемых как для непосредственной обвязки груза, так и для захвата последнего с помощью концевых звеньев, производят на растяжение.

Определение усилий в канатах и цепях двух-, трех- и четырехветвевых стропов при отсутствии дополнительных требований производят исходя из условия, что углы между ветвями не превышают 90°(рис.1).

Рисунок 6.1 - Строповка груза двух- (а), трех- (б) и четырехветвевыми (в) стропами

Расчет трех- и четырехветвевых стропов при отсутствии гарантии равномерности распределения нагрузок между ветвями производят исходя из условия, что груз удерживается только двумя ветвями.

При расчете на действие номинальной нагрузки запас прочности для канатов и цепей по отношению к разрушающей нагрузке, указанной в их сертификате, должен быть не менее 6,0 и 5,0 соответственно.

Отклонение длины ветвей, используемых для комплектации одного стропа, не должно превышать 1% длины ветви.

В канатных стропах должны применяться круглопрядные канаты двойной свивки, изготавливаемые по техническим условиям ГОСТ 3241.

Применяют канат крестовой свивки с сердечником из пеньки, сизаля и хлопчатобумажной пряжи. Допустимо применение канатов с сердечниками из других материалов с учетом температурного режима использования стропов.

Рекомендуется применять канаты по ГОСТ 3071, ГОСТ 3079, ГОСТ 2688 и ГОСТ 7668, а для перемещения грузов, имеющих температуру до 400 °С, - по ГОСТ 7669.

Пример:

Подобрать диаметр стального каната для подъема железобетонной шатровой панели весом 4,5 т самоуравновешивающимся стропом при отклонении ветвей его от вертикали на 45°. Расчетный предел прочности проволок троса 150 кгс/мм².

Усилие в одной ветви стропа

, Н,                                                    (6.1)

где Q – вес поднимаемого груза, Н;

α – угол отклонения ветвей стропа от вертикали, град;

n – количество рабочих ветвей каната, шт.

, Н,

Расчетное разрывное усилие каната определяется условием

,                                                                (6.2)

где К – коэффициент запаса прочности (для стропов с крюками К=6; для универсальных стропов К=8).

, Н.

Принимаем для стропов канат типа ТК с органическим сердечником (ГОСТ 3071-88). По таблице 6.2 подбираем ближайшее значение разрывного усилия 110 000Н, а по нему – диаметр каната 15,5 мм.

Задание: Подобрать диаметр стального каната для подъема железобетонной шатровой панели. Исходные данные принять по вариантам табл. 6.1.

 

Таблица 6.1 – Исходные данные по вариантам

Вариант	Вес груза, т	Угол отклонения ветвей от вертикали, град	Количество рабочих ветвей стропа, шт.
1	2,75	45	4
2	3,1	25	3
3	4,8	35	4
4	5,6	30	2
5	4,12	27	4
6	1,58	40	3
7	8,3	37	4
8	3,5	22	2
9	6,79	50	3
10	5,8	46	4

 

Таблица 6.2 – Прочностные свойства канатов различных сечений согласно ГОСТ 3071-88

 

Диаметр, мм			Расчетная площадь сечения всех проволок в канате, мм2	Ориентир. масса 1000 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа, Н/мм2 (кгс/мм2)
каната	проволоки				1570 (160)		1670 (170)		1770 (180)		1860 (190)		1960 (200)		2060 (210)		2160 (220)
	центральной	в слоях			Расчетное разрывное усилие, Н, не менее
	6 проволок	216 проволок			суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом	суммарное всех проволок в канате	каната в целом
5,0	0,24	0,22	8,48	82,5	-	-	-	-	14950	12250	15750	12900	16600	13600	17460	14300	18250	14950
5,4	0,26	0,24	10,08	98,1	-	-	-	-	17750	14550	18750	15350	19750	16150	20700	16950	21700	17750
5,8	0,28	0,26	11,84	115,5	-	-	-	-	20850	17050	22000	18000	23200	19000	24350	19950	25500	20900
6,3	0,30	0,28	13,73	134,0	-	-	-	-	24200	19800	25550	20950	26900	22050	28250	23150	29600	24250
6,7	0,32	0,30	15,75	153,5	24650	20200	26200	21450	27750	22750	29300	24000	30850	25250	32400	26550	33950	27800
7,6	0,36	0,34	20,22	197,0	31700	25950	33650	27550	35650	29200	37600	30800	39600	32450	41600	34100	43550	35700
8,5	0,40	0,38	25,25	246,0	39550	32400	42050	34450	44500	36450	47000	38500	49450	40500	51950	42550	54400	44600
9,0	0,45	0,40	28,10	273,5	44050	36120	46800	38350	49550	40600	52300	42850	55050	45100	57800	47350	60550	49650
11,5	0,55	0,50	43,85	427,0	68750	56350	73050	59900	77350	63400	81600	66900	85900	70400	90200	73950	-	-
13,5	0,65	0,60	63,05	613,5	98850	81050	105000	86100	111000	91000	117000	95900	123500	101000	129500	106000	-	-
15,5	0,75	0,70	85,77	834,5	134000	110000	142500	117000	151000	124000	159500	130500	168000	137500	-	-	-	-

 

Лабораторная работа №7

Расчет подошвы фундамента

Определение размеров фундамента начинают с определения глубины заложения его подошвы. Глубина заложения подошвы для фундаментов неотапливаемых зданий и сооружений под наружные стены, а также колонн отапливаемых зданий принимается равной не менее глубины промерзания грунта. Глубина заложения внутренних стен и колонн отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта и назначается по конструктивным требованиям.

При выборе глубины заложения подошвы фундамента следует учитывать конструктивные требования: наличие подвала, обеспечения глубины заделки колонны и арматуры колонны. Глубина заложения подошвы фундаментов должна быть больше толщины почвенного слоя и не менее 0,5 м от поверхности планировки или низа пола. Назначение высоты фундамента, размеров его ступеней и глубины заделки производится в соответствии с требованиями СП 50-101-2004. Фундаменты делятся на центрально-нагруженные и внецентренно-нагруженные (рис. 7.1 и 7.2).

Определение размеров подошвы центрально-нагруженного фундамента. Размеры подошвы фундамента определяются из условия

,                                                                 (7.1)

где N – осевая сила от внешних нагрузок на верхнем обрезе фундамента (при γ_f=1), кН;

N₁ – собственный вес фундамента и вес грунта на его уступах, кН;

А – площадь подошвы фундамента, м²;

R – расчетное сопротивление грунта, кН/м².

Если принять усредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах равным 22 кН/м³, тогда площадь фундамента будет равна:

, м²,                                                           (7.1)

где d₁ – глубина заложения фундамента, м.

Учитывая, что расчетное сопротивление грунта зависит от размеров фундамента, предварительный подбор подошвы ведут по расчетным сопротивлениям R=R₀, принятым из табл. 7.1.

По вычисленной площади подошвы фундамента А определяют размеры его сторон. Для квадратного фундамента размер стороны а=А^0,5. Полученные размеры подошвы округляют, вычисляют принятую площадь фундамента и производят окончательную проверку давлений по подошве по формуле 7.1 при фактическом значении R.

Рисунок 7.1 – Типы фундаментов: а- центрально-нагруженные; б – внецентренно-нагруженные; 1- колонна, 2 – отдельный фундамент; 3- кирпичная стена, 4 – ленточный фундамент, 5- расчетная полоса

 

Рисунок 7.2 – К расчету внецентренно-нагруженного фундамента

Таблица 7.1 – Расчетные сопротивления R₀ грунтов для предварительных расчетов

Наименование грунта	R0, кН/м2
Пески крупные средней плотности	500
Пески мелкие средней плотности маловлажные	300
Пески мелкие средней плотности влажные и насыщенные водой	200
Пески средней плотности пылеватые маловлажные	250
Супеси (e=0,5 JL=0)	300
Суглинки (e=0,7 JL=1)	180
Насыпные грунты	100-250

Примечание: Значения R0 относятся к фундаментам, имеющим ширину b₀=1 м и глубину заложения d₀=2 м

 

Внецентренно-сжатые фундаменты.Все внешние силы N₁, Q₁, M_1, действующие на фундамент, приводятся к вертикальной силе N, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента и моментам M_x и M_y, действующим на уровне подошвы фундамента (рис. 7.2). При этом расчеты производят на невыгодные комбинации усилий. Давление под подошвой фундамента при действии моментов в двух плоскостях определяется по формуле:

, кН/м²,                         (7.2)

где М_Х и М_Y – моменты внешних сил относительно осей X и Y;

W_X и W_Y – моменты сопротивлений подошвы фундамента относительно тех же осей;

А – площадь подошвы фундамента.

При действии фундамента в одной плоскости М_Y и W_Y принимают равными 0.

Проверка основания фундамента или подбор размеров подошвы производят так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного сопротивления R, т.е.

, кН/м²,                                                       (7.3)

При этом наибольшее краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2R и в угловой точке 1,5R.

Для большинства фундаментов минимальное краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси должно быть Р_min≥0/

Определение площади подошвы фундамента ведут в следующей последовательности По табл. 7.1 в зависимости от наименования грунта определяют R₀. Определяют размеры сторон фундамента и требуемую площадь подошвы по формуле

, м².                                                                 (7.4)

Обычно для прямоугольных отдельных фундаментов принимают а=(1÷1,6) b. По найденным размерам уточняют значение R и по формуле 7.1 проверяют давление под подошвой фундамента. В случае, если давление фундамента превышает указанные величины, размеры подошвы фундамента корректируют и производят проверку давления заново.

Расчет ленточных фундаментов под кирпичные стены аналогичен расчету отдельных фундаментов, для чего по длине фундамента условно вырезают полосу, равную 1 м, и для нее производят определение размеров по формулам, указанным выше.

 

Пример:

Колонна передает на фундамент в уровне его обреза (верхней плоскости) осевую нагрузку с учетом коэффициента надежности по назначению N=2000кН. Глубина промерзания грунта для данного региона d_p=1,8 м (табл. 7.4). Грунты основания сложены из пылеватых маловлажных песков, имеющих следующие расчетные характеристики: удельный вес γ_II=20кН/м³, удельное сцепление с=6кПа, угол внутреннего трения φ_II=34°. Требуется определить размеры подошвы фундамента.

 

Принимаем глубину заложения фундамента d₁=d_p=1,8 м. По табл. 7.1 находим предварительно расчетное сопротивление грунта R=R₀=250 кН/м². Тогда требуемая площадь подошвы фундамента по формуле 7.1:

, м²

Площадь подошвы квадратного в плане фундамента с размерами сторон a=b=A^0,5=9,5^0,5=3,08≈3,1 м. Для заданного грунта γ_II=20кН/м³, γ_c1=1,25 и γ_c2=1,0 (табл. 7.2),

,кН/ м²,                         (7.5)

где γ_c1 и γ_c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 7.2;

k — коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики грунта (с и φ) определены непосредственными испытаниями, и k= 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам;

М_γ, М_q и М_c — коэффициенты, принимаемые по табл. 7.3;

k_z — коэффициент, принимаемый: k_z = 1 при b < 10 м, k_z = z0/b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь b — ширина подошвы фундамента, м; z0 = 8 м);

γ_II — расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³; γ´_II — то же, залегающих выше подошвы;

с_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

,кН/ м².

Так как R=514 кН/м² в значительной мере отличается от принятых в первом расчете R=250 кН/м², то производим повторный расчет.

, м².

Принимаем a=b=2,2 м, А=2,2∙2,2=4,84 м² т определяем R.

,кН/ м².

Проверяем среднее давление на грунт под подошвой фундамента

,кН/м².

Размеры подошвы фундамента достаточны.

 

Таблица 7.2 – Значения коэффициентов γ_с1 и γ_с2

Грунты	γс1	γс2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к его высоте L/H
		≥5	<1,5
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1,25 1,1	1,0 1,0	1,2 1,2
Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем и пылевато-глинистые с показателем текучести грунта или заполнителя:   IL≤0,25 0,25 < IL ≤0,5 IL >0,5	1,25 1,2 1,1	1,0 1,0 1,0	1,1 1,1 1,0

Примечание:

1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.

2. Для сооружений с гибкой конструктивной схемой значения коэффициента γ_с2 принимается равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γ_с2 определяется интерполяцией.

Таблица 7.3 – Таблица коэффициентов М_γ, М_q и М_c

φII, град	My	Mq	Mc	φII, град	My	Mq	Mc
0	0	0	3,14	23	0,69	3,65	6,24
1	0,01	0,06	3,23	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32	25	0,78	4,11	6,67
3	0,04	1,18	3,41	26	0,84	4,37	6,90
4	0,06	1,25	3,51	27	0,91	4,64	7,14
5	0,08	1,32	3,61	28	0,98	4,93	7,40
6	0,10	1,39	3,71	29	1,06	5,25	7,67
7	0,12	1,47	3,82	30	1,15	6,59	7,95
8	0,14	1,55	3,93	31	1,24	5,95	8,24
9	0,16	1,64	4,05	32	1,34	6,34	8,55
10	0,18	1,73	4,17	33	1,44	6,76	8,88
11	0,21	1,83	4,29	34	1,55	7,22	9,22
12	0,23	1,94	4,42	35	1,68	7,71	9,58
13	0,26	2,05	4,55	36	1,81	8,24	9,97
14	0,29	2,17	4,69	37	1,95	8,81	10,37
15	0,32	2,30	4,84	38	2,11	9,44	10,80
16	0,36	2,43	4,99	39	2,28	10,11	11,25
17	0,39	2,57	5,15	40	2,46	10,85	11,73
18	0,43	2,73	5,31	41	2,66	11,64	12,24
19	0,47	2,89	5,48	42	2,88	12,51	12,79
20	0,51	3,06	5,66	43	3,12	13,46	13,37
21	0,56	3,24	5,84	44	3,38	14,50	13,98
22	0,61	3,44	6,04	45	3,66	15,64	14,64

 

Таблица 7.4 – Нормативная глубина промерзания грунтов

Город	Грунт
	Суглинки и глины	Пылеватые и мелкие пески	Средние и крупные пески	Каменистый грунт, крупнообломочный
Москва	1,35	1,64	1,76	2,00
Дмитров	1,38	1,68	1,80	2,04
Кашира	1,40	1,70	1,83	2,07
Владимир	1,44	1,75	1,87	2,12
Тверь	1,37	1,67	1,79	2,03
Калуга, Тула	1,34	1,63	1,75	1,98
Рязань	1,41	1,72	1,84	2,09
Ярославль	1,48	1,80	1,93	2,19
Вологда	1,50	1,82	1,95	2,21
Нижний Новгород, Самара, Иваново	1,49	1,81	1,94	2,20
Санкт-Петербург, Псков	1,16	1,41	1,51	1,71
Новгород	1,22	1,49	1,60	1,82
Ижевск, Казань, Ульяновск	1,70		1,76
Тобольск, Петропавловск	2,10		2,20
Уфа, Оренбург	1,80		1,98
Растов-на-Дону, Астрахань	0,8		0,88
Пенза	1,40		1,54
Бранск, Орел	1,00		1,10
Екатеринбург	1,80		1,98
Липецк	1,20		1,32
Новосибирск, Красноярск	2,20		2,42
Омск	2,00		2,20
Сургут	2,40		2,64
Тюмень	1,80		1,98

 

Таблица 7.5 – Исходные данные по вариантам

Вариант	N, кН	Регион (город)	Грунт	Расчетные характеристики грунта
				γII = γ’II	φII, град	сII, кПа
1	1500	Москва	Пески пылеватые	19	28	8
2	1800	Екатеринбург	Пески крупные	16	43	1
3	2100	Новгород	Глины	27	40	6
4	2400	Пенза	Пески средние	20	30	4
5	1000	Ярославль	Пески пылеватые	19	25	10
6	1300	Тверь	Суглинки	25	24	4
7	1600	Новосибирск	Глины	25	37	6
8	1900	Владимир	Мелкие пески	18	20	7
9	900	Дмитров	Пески крупные	16	39	5
10	2200	Иваново	Пески средние	20	24	5

 

Лабораторная работа №8