стыковое соединение железобетонного фундамента с опорными частями оборудования

Формула изобретения

1. Стыковое соединение железобетонного фундамента с опорными частями оборудования, преимущественно паровой турбины, включающее опорную часть в виде металлической пустотелой плиты, опорно-несущую конструкцию фундамента, бетон замоноличивания опорной части и зазора между стыкуемыми гранями соединяемых элементов и фундаментные болты в угловых зонах, отличающееся тем, что опорная часть в середине поперечной и продольной сторон снабжена соответственно поперечно- и продольно-раскосными осесимметричными анкерами, а поверхности поперечных стыкуемых сторон фундамента и опорной части за пределами разбивочных осей фундаментных болтов соединены бетоном замоноличивания и температурными деформационными швами из низкомодульного материала толщиной 1-2 мм, при этом фундаментные болты, расположенные в сквозных колодцах, замоноличены на части своей длины не менее чем на 15 диаметров их стержней.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что бетон замоноличивания зазора между стыкуемыми гранями на продольных сторонах выполнен с бортовыми элементами в виде свисающих на боковые грани опорно-несущей конструкции фундамента уступов, размещенных в элементах уголкового профиля, которые замкнуты на поперечных сторонах замоноличиваемого бетона в раму, при этом элементы уголкового профиля на продольных сторонах рамы как закладной детали снабжены раскосно-стержневыми анкерами, выпущенными из бетона замоноличивания опорной части и зазора между стыкуемыми гранями соединяемых элементов, и из несущей конструкции фундамента.

3. Соединение по п.1 или 2, отличающееся тем, что зазор между стыкуемыми гранями соединяемых элементов, опорная часть оборудования и замкнутая рама замоноличены сталефибробетоном на напрягающем цементе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к стыковым соединениям сборных железобетонных конструкций, преимущественно работающих в условиях повышенного нагрева, интенсивных динамических и циклических нагрузок, и может быть использовано, например, для соединения элементов рамных каркасов зданий, рамных железобетонных фундаментов турбоагрегатов и другого энергетического оборудования, а также для их ремонта и усиления.

Известна железобетонная конструкция типа балки, содержащая внешнюю арматуру, выполненную в виде поперечных стержней, закрепленных на горизонтальных поверхностях приопорных участков, снабженная плитами и продольными стержнями, соединяющими плиты, а верхние грани приопорных участков выполнены с вертикальными уступами под плиты (авт. свид. N 987062, E 04 G 23/02; E 04 C 3/293). Недостатком такой конструкции является недостаточная жесткость и трещиностойкость.

Известен фундамент под оборудование, содержащий нижнюю плиту, вертикальные стойки, опертые на нижнюю плиту и омоноличенные с нею вяжущим материалом, и верхнее строение с ригелями и продольными балками, также омоноличенными вяжущим материалом, в котором установлена косая арматура для увеличения жесткости фундамента (авт.свид. N 1006619, E 02 D 27/44).

Известно стыковое соединение сборных железобетонных элементов, включающее соединенные между собой арматурные выпуски из стыкуемых граней и бетон омоноличивания зазора между ними (авт. свид. N 1350282, E 04 B 1/38, 1/66). Для повышения трещиностойкости и жесткости бетона омоноличивания в местах прилегания к стыкуемым граням между арматурными выпусками образованы криволинейные пазы, заполненные цементно-песчаным раствором на напрягающем цементе.

Как и в предыдущих, недостатком этого соединения при использовании его в стыках основания турбины с фундаментом являются недопустимая их податливость и недостаточная трещиностойкость при технологических температурных воздействиях паровой турбины в процессе эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является стыковое соединение железобетонного фундамента с опорными частями оборудования, включающее опорную часть в виде металлической плиты, опорнонесущую конструкцию фундамента, бетон замоноличивания опорной части и зазора между стыкуемыми гранями соединяемых элементов и фундаментные болты (авт.свид. N 1157313, F 16 M 5/00, 7/00).

Однако при повышенных температурных режимах и особенно при неравномерном нагреве в стыковых соединениях таких конструкций и элементов, отличающихся друг от друга материалами и величиной жесткостей, рано нарушается совместность их работы.

Материал соединяемых элементов (металлических опорных частей оборудования и железобетонных опорно-несущих конструкций фундамента) имеют резко отличающиеся друг от друга теплофизические характеристики, поэтому их нагрев и охлаждение сопровождаются ростом температурных градиентов на их контакте с бетоном замоноличивания и соответствующим увеличением сдвигающих усилий, особенно при повышенном и неравномерном нагреве одного из этих элементов (из железобетона или металла). При этом температурное расширение соединенных элементов становится асимметричным на поверхностях их контакта и неупорядоченным при принятом способе крепления фундаментными болтами. В результате этого наибольший сдвиг и относительные смещения контактирующих поверхностей происходят на более податливых продольных концах соединяемых элементов, а менее податливые их края остаются несмещаемыми. Первоначальное взаимное центрирование соединяемых элементов расстраивается и вызывает нарушение нормальных условий эксплуатации оборудования.

В основу предлагаемого изобретения положена задача уменьшения податливости и повышения трещиностойкости стыковых соединений опорных частей оборудования с железобетонным фундаментом при температурных и других воздействиях.

Указанная задача решается тем, что в стыковом соединении железобетонного фундамента с опорными частями оборудования, преимущественно провой турбины, включающем опорную часть в виде металлической пустотелой плиты, опорно-несущую конструкцию фундамента, бетон замоноличивания опорной части зазора между стыкуемыми гранями соединяемых элементов и фундаментные болты в угловых зонах, согласно изобретению опорная часть в середине поперечной и продольной сторон снабжена соответственно поперечно- и продольно-раскосными осесимметричными анкерами, а поверхности поперечных стыкуемых сторон фундамента и опорной части за пределами разбивочных осей фундаментных болтов соединены бетоном замоноличивания и температурными деформационными швами из низкомодульного материала толщиной 1-2 мм, при этом фундаментные болты, расположенные в сквозных колодцах, замоноличены, на части своей длины не менее чем на 15 диаметров их стержней.

Другой особенностью соединения является то, что бетон замоноличивания зазора между стыкуемыми гранями на продольных сторонах выполнен с бортовыми элементами в виде свисающих на боковые грани опорно-несущей конструкции фундамента уступов, размещенных в элементах уголкового профиля, которые замкнуты на поперечных сторонах замоноличиваемого бетона в раму, при этом элементы уголкового профиля на продольных сторонах рамы как закладной детали снабжены раскосно-стержневыми анкерами, выпущенными из бетона замоноличивания опорной части и зазора между стыкуемыми гранями соединяемых элементов, а также из несущей конструкции фундамента.

Кроме того, в соединении зазор между стыкуемыми гранями соединяемых элементов, опорная часть оборудования и замкнутая рама замоноличены сталефибробетоном на напрягающем цементе.

Расположение поперечно- и продольно-раскосных анкеров в серединах соответственно поперечных и продольных сторон опорных частей обеспечивает баланс температурных расширений и сдвигающих усилий на поверхностях контакта соединяемых элементов относительно их геометрических осей. В этом случае такие анкеры выполняют роль фикспунктов температурного расширения опорных частей, поэтому сдвигающие усилия и соответствующие им сдвиги становятся упорядоченными, близкими по распределению к осесимметричным и уменьшаются по величине до двух раз. В результате этого трещиностойкость стыкового соединения на контакте становится выше, чем в известном стыковом соединении.

Взаимно наклонное и симметричное положение анкеров в геометрических осях позволяет воспринимать знакопеременные горизонтальные нагрузки и, включаясь в работу для их восприятия, обеспечивает появление вертикальных составляющих усилий, увеличивающих обжатие контакта соединяемых элементов (по ферменной аналогии). Продольно- и поперечно-раскосные анкеры призваны активно включаться в работу в случае исчерпания предела устойчивости взаимного положения соединяемых элементов и их смещения в плоскости контакта (мгновенно включающиеся и выключающиеся связи). За счет вертикальных составляющих усилий анкеров увеличивающееся обжатие контакта способно предотвратить взаимные смещения соединяемых элементов и тем самым сохранить устойчивость их положения. В моменты включения анкеров в работу в соответствующей мере снижается автоматически податливость стыкового соединения.

Температурные деформационные швы за пределами разбивочных осей фундаментных болтов на поперечных сторонах и фундаментные болты, замоноличиваемые на части длины в сквозных колодцах, позволяют устранить резкое увеличение распора опорно-несущей конструкции фундамента при кратковременных нагревах металлической опорной части и предотвратить его рост вследствие увеличения во времени необратимой части прогиба опорно-несущей конструкции фундамента. Из-за различных теплофизических и физико-механических характеристик металла и железобетона опорная часть прогревается быстрее опорно-несущей конструкции на несколько суток, а от циклических воздействий климатической температуры, повторности полуциклов нагрева и остывания элементов стыкового соединения в результате остановок оборудования и из-за проявления виброползучести бетона при динамических нагрузках в опорно-несущей конструкции накапливаются со временем необратимые остаточные деформации прогиба.

Температурные деформационные швы и замоноличиваемые на части длины фундаментные болты устраняют возможность защемления концов опорной части при этих явлениях, снижают до минимума распоры и тем самым способствуют обеспечению совместности деформаций элементов стыкового соединения на поверхностях контакта и соответствующего увеличения податливости и снижения трещиностойкости, не допуская их отрыва.

Оснащение бетонного шва в зазоре между стыкуемыми гранями бортовым элементом со свисающим уступом на грани опорно-несущей конструкции фундамента позволяет увеличить площадь поверхностей контакта соединяемых элементов и обеспечить восприятие знакопеременных горизонтальных нагрузок, а за счет армирования раскосно-стержневыми анкерами предотвратить отрыв этого контакта на краях от нагрева и выпучивания (выгиба) опорно-несущей конструкции фундамента. Кроме того, благодаря этому уступу бетонный шов и контакт с ним защищены от проникновения масла и пара при аварийно случающихся утечках. Увеличение площади контакта и соединение на продольных сторонах шва ее стыкуемыми элементами увеличивает трещиностойкость и уменьшает податливость стыкового соединения.

Внешнее армирование бортового элемента вводится ввиду ограниченности пространства на продольных сторонах стыкового соединения и призвано выполнить роль несъемной опалубки, продольной рабочей арматуры опорно-несущего элемента и, наконец, как теплопроводное покрытие для недопущения резкого повышения температурного градиента в бетоне шва при аварийно случающихся утечках пара.

Внешне армированные бортовые элементы на продольных сторонах, объединенные такой же арматурой на поперечных сторонах бетонного шва на верхней грани опорно-несущего элемента, образуют замкнутый контур рамы, которая необходима для восприятия и сдерживания распора в случаях использования бетона замоноличивания шва на напрягающем цементе. За счет ограничения расширения твердеющей бетонной смеси на напрягающем цементе с помощью этой рамы в шве создается процесс самонапряжения и соответствующее ему повышение трещиностойкости.

Сущность стыкового соединения поясняется чертежами, где на фиг. 1 дана схема стыкового соединения опорной части оборудования паровой турбины с железобетонным фундаментом, на фиг. 2 - то же, вид по I-I, на фиг. 3 - элементы конструкции стыкового соединения фиг. 1, вид по II-II, на фиг. 4 - то же, вид по III-III, на фиг. 5 - то же, вид по IV-IV.

Стыковое соединение оборудования 1 включает опорную часть в виде металлической пустотелой плиты 2, опорно-несущую конструкцию фундамента 3, бетон замоноличивания 4 опорной части 2 и зазора 5 между стыкуемыми гранями А и Б соединяемых элементов 2, 3 и фундаментные болты 6 в угловых зонах. Опорные части 2 в середине поперечной В и продольной Г сторон снабжены соответственно поперечно- и продольно-раскосными осесимметричными анкерами 7 и 8. Поверхности поперечных стыкуемых сторон фундамента и опорных частей за пределами разбивочных осей фундаментных болтов 6 соединены температурными деформационными швами 9 из низкомодульного материала толщиной 1-2 мм. Фундаментные болты 6 расположены в сквозных колодцах 10 и замоноличены на части своей длины не менее чем на 15 диаметров их стержней.

Бетон замоноличивания зазора 5 на продольных сторонах Г выполнен с бортовыми элементами 11 в виде свисающих на боковые грани опорно-несущей конструкции фундамента уступов, размещенных в элементах 12 уголкового профиля, замкнутых на поперечных сторонах В замоноличиваемого бетона в раму. Элементы 12, как закладная деталь, снабжены раскосно-стержневыми анкерами 13, 14, выпущенными из бетона замоноличивания опорной части 2, и 15, выпущенными из несущей конструкции фундамента 3.

Стыковое соединение работает следующим образом.

Стыковое соединение при температурных воздействиях за счет оcецентрированного расположения раскосно-стержневых анкеров обладает сбалансированным распределением температурных расширений и cдвиговых деформаций на поверхностях контакта опорной части оборудования и опорно-несущей конструкции фундамента, а за счет устройства температурных деформационных швов и замоноличивания фундаментных болтов на части длины опорная часть расширяется в продольном направлении без стеснения деформаций, не создавая распора.

При температурных и знакопеременных силовых воздействиях и динамических нагрузках на стыковое соединение, благодаря устройству уступов и армирования их косой арматурой в виде анкеров, а также применению сталефибробетона в качестве материала замоноличивания зазора между соединяемыми элементами и опорной частью, обеспечивается совместность деформаций на контакте соединяемых поверхностей опорной части и опорно-несущей конструкции со сталефибробетоном замоноличивания.

Совокупность отличительных признаков заявляемого стыкового соединения обеспечивает повышение трещиностойкости и уменьшение податливости благодаря тому, что они определяются преимущественно сопротивлением и свойствами материала замоноличивания соединяемых элементов - сталефибробетона на напрягающем цементе.

Повышение трещиностойкости стыкового соединения достигается созданием объемного напряженного состояния в опорном шве между стыкуемыми соединяемыми гранями за счет замоноличивания сталефибробетоном на напрягающем цементе и оснащения его по контуру замкнутым внешне армированным бортовым элементом.

Использование сталефибробетона на напрягающем цементе придает стыковому соединению дополнительные свойства: компенсацию усадки бетона, износостойкость (сопротивление истиранию контактов), снижение температурных градиентов в направлении трех координат в пространстве, активное включение и повышение эффективности в работе материала замоноличивания стыкового соединения - сталефибробетона на напрягающем цементе - СФБ НЦ.

Промышленная применимость.

Стыковое соединение может быть использовано при модернизации опорных стыков паровых электрических турбин большой мощности 60-1200 МВт, а также при выполнении плановых ремонтов работающих турбоустановок и их фундаментов на электрических и тепловых электростанциях с целью нормализации температурных расширений турбин и обеспечения эксплуатационного состояния фундаментов, повышения маневренности энергоблоков и обеспечения безопасности их эксплуатации, в том числе предотвращения аварийных ситуаций в системе турбоагрегат - фундамент - основание.