Расчет устойчивости трубы
Основной нагрузкой, действующей на трубу, является ветер, а в сейсмических районах — сейсмические силы инерции.
Расчетная ветровая нагрузка (в кг) на 1 пог. м высоты дымовой трубы в направлении ветра определяется в соответствии со СНиІІ ІІ-АИ-62 по формуле:
Поскольку для определения периода собственных колебаний трубы необходимо знание действительной ее жесткости (с учетом наличия трещин в растянутой зоне и упругопластической работы бетона в сжатой зоне), определение которой возможно лишь после полного расчета трубы, в качестве первого приближения, идущего в запас прочности, можно принимать значение 2,4;
ЦНИИСК для сравнения нескольких вариантов труб только на стадии проектного задания рекомендует следующие приближенные способы определения общего коэффициента лобового сопротивления:
ветровая нагрузка на дымовую трубу определяется как сумма нагрузок на башню и стволы, взятые в отдельности, нагрузка на диафрагмы жесткости при этом не учитывается;
коэффициент лобового сопротивления для одиночных стволов принимается в зависимости от числа Рейнольдса и колеблется в пределах от 0,45 до 1,2;
для системы стволов, расставленных на близком расстоянии, коэффициент лобового сопротивления каждого ствола зависит от расстояния между ними и колеблется от 0,6 до 1,4;
Для решетчатых башен приведенный коэффициент лобового сопротивления вычисляется по формуле:
Под действием ветровой нагрузки на трубу в ее основании возникает изгибающий момент, стремящийся повернуть фундамент. Одностороннее действие солнечной радиации вызывает искривление вертикальной оси трубы, и в результате возникает дополнительный изгибающий момент. Эти моменты и вызывают крен фундамента.
Согласно СНиП Н-Б.1-62 крен круглого в плане фундамента, сплошного или кольцевого, не должен превышать для песчаных или глинистых грунтов 0,004. Для высоких труб (250 м и выше) крен фундамента принимается в два раза меньше, т. е. 0,002. Осадка основания труб до 180 м по тем же нормам не должна превышать 30 см, а для высоких труб — не более 15 см.
При строительстве труб в сейсмических районах следует избегать посадку трубы на сильно выветрившиеся породы, просадочные грунты и плывуны, а также на участках осыпей, отвалов и горных выработок.
При расчете труб на сейсмичность определяется расчетная сейсмическая нагрузка, представляющая собой статически действующую силу, вызывающую в трубе инерционные силы. Сейсмические силы имеют произвольное направление в пространстве, но в расчете принимается только горизонтальное их воздействие в направлениях по осям трубы. Действие сейсмической силы в любом направлении учитывается раздельно. При расчете трубы на ветровые нагрузки горизонтальные инерционные силы от масс и температурные климатические воздействия не учитываются.
При воздействии сейсмической силы труба испытывает независимые одно от другого гармонические колебания, поэтому при расчете ее следует определять сейсмические силы, соответствующие отдельным трем ее формам свободных колебаний.
Для определения сейсмических сил, действующих на трубу, последняя разделяется на участки с границами на уровнях изменения уклонов или толщины стенки. В каждом участке определяется вес массы, приложенный в центре его тяжести. Вес массы определяется как сумма весов отдельных масс (железобетона, футеровки, изоляции и др.).
Периоды и формы трех низших тонов колебаний дымовых труб определяются с учетом деформации изгиба и сдвига, а также податливости основания трубы.