vt'Y$Allvf'l l GT$'$ P0,LlTECl-l l|l lKl Kn ł(OltT$}tlEJ

2.14-Bl20M (R0K 101) lSslrl 0011-4s01

ANDRZEJ SBRUGA-, DARrusz FAUSTMANN", RAFAŁ SZYDŁowsKI'

ANALIZA STANU ODKSZTAŁCENI n' ŻBrsBTowEJPoWŁoKI ZAMKNIĘTEJ KoMoRY FERMENTACYJNEJ

W WYNIKU WZMoCNIENIA ZEWNĘTRZNYMICIĘGNAMI BEZP RZY CZEpNo Ś ctoWYMI

1. Wstęp

o konieczności budowy grupowej oczyszczalni ściek w dla aglomeracji ł dzkiej m -wiono już w latach siędemdziesiątych minionego stulecia. Kluczowymi obiektami w Ęinwestycji były zamknięte komory fermentacyjne (ZKF). Ro7pabywano wykonanię ighz betonu sprężonego, nastpnie o konstrukcji stalowej, a w 199l r. podjęto ostateczną decy_zję o wykonaniu 4 kom r o konstrukcji zelbetowej [1]. Wzajemne usytuowanię kom roroboczej pojerrmości jednostkowej Y=l0000 m3 przedstawiono na ryc. 1, natomiastprzekr j pionowy przezZG nr 4naryc.Z.

2. Realizacja zamknięĘch kom r fermentacyjnych

Powłokę walcową o wysokości 25,7 m wykonano w wersji monolitycznej o skokowomiennej grubości wynoszącej odpowiednio 0,64 m między rzędnymi 162,3_|67 ,3 rą 0,5 l mmiędzy rzędnymi 167,3_177,3 m oraz 0,41 m między rzędnymi 177,3_187,3 m. Powłokawalcowa o średnicy wewnętrznej 22,0 m posadowiona jest na pienścieniowej żelbetowejławie fundamentowej o szerokości 2,16 m i wysokości 1,0 m. G ma kawędź powłokiwalcowej o wysokości 0,7 m między rzędnymi l87,3 a l88,0 m podcięta jest na głębokość0,2Im od wewnętrmej stony powłoki. W dokumentacji tecbniczrej ZY:F, na podstawieprzęrowadzonych obliczerl staĘcznych, zwymiarowano powłokę walcową przy załoŻeniuszerokości rysy 0,l7 mm. W konsekwencji takiego załoŻenianależało zwiększyć o 2040Yopowierzchnię zbrojenia w stosunku do wartości wymaganej ze względu na nośność. Zasto-sowanątechnologię wykonania powłoki walcowej przedstawiono w pracy [1].

Dr hab. inż. Andrzej Seruga, mgr inz. Rafał Szydłowski, Inst5rtut Materiał w i Konstukcji Bu-dowlanycĘ Wydział InĘnierii Ędowej, Politechnika Krakowska-Mgr inz. Dariusz Faustuann.

118

{i1

...*.*.#.*.+

r EXtti

ffiI

uKF ą

i:

ł:.

:.

-. *.- .ir- . *.

Ryc. l. Rozmieszczeniezamkniętych kom r fermentaryjnych na terenie GoŚ w Łodzi

Fig. 1. Placement of the closed sludge digestion chamber in the sewage treafinent plant inŁ dź

Przykrycie komory, w kształcie stożka ściętego, wykonano z 44 prefabrykowanych żel_betowych pĘt żebrowo-panwiowych o wymiarach w rancie (l,57 _ 0,43) x l1,71 m, połą-czonych z powłoĘwalcowąwie cem obwodowym o przekroju o,2x0,7 m. Gruboś pĘĘw1mosi 0,12 m, natomiast Żebra 0,55 m. G ma część stożka zan'kntętajest monolitycznążelbetową płytą kołową o grubości 0,5 m i średnicy 6'0 m. Pomiędzy żr'brami element wprefabrykowanych wykonano monolityczne belki źBlbetowe. Ciągłość obwodowego zbro-jenia w powłoce stożkowej na szerokości belek monolĘcmych zapewniają połączoneprzez spawanie odcinki zbrojenia obwodowego płyt prefabrykat w [2l. Żebra podfużreprefabrykat w połączono prętami Q 6 mm co 0,25 m usytuowanymi w pobliżu g mej po-więrzchni.

Wieniec podporowy o w1mriarach 0,2 x 0,7 m, monolityzujący powłokę stoŻkowąz walcową poĘczono za pomocąpręt w Q 16 mm i Q 12 mm w1prowadzonych z monoli-

Ęcznej belki między żębrarllit prefabrykat w oraz 3 pręt w Q l6mm wypuszczonychzkuŻdego Żebra.

Dno zbiornika zostało wykonane w kształcie zelbetowego ściętego stożka, będącegokonstrukcją nieza|eżną w stosunku do powłoki walcowej. Szczegć . połączenia obu tychpowłok przedstawiono na ryc. 3.

Do wykonania zamkniętych kom r femrentaryjnycb zastosowano beton klasy B30o wodoszczelności W8 z dodatkiem plastyfikatora Hydrozol Koruz stal zbrojeniową 18G2.Przeprowadzone pr by szczelności zbiomik w zI<F-| izl(J-z nte zakoitczyĘ się pomyśl-nie. Stwięrdzono wystfl)owanie przeciek w przez pionowe rysy w powłoce walcowej, jakr wnież w połączeniu Ściany z dnem zbiornika. W latach 1993_1994 przeprowadzonoprace badawczo_studialne, kt rych celem było: dokonanie oceny prawidłowości projektu

119

konsnukcji zbiomiĘ określenie wartości ''wymuszonych''

przemieszczeft, na które po-winny być zaprojektowane powłoki uszczelniające (na wewnętrzrrej powierzcbni powłoki)oraz sposób wypełnienia połączenia pomiędzy ścianą a dnem zbiomika [3, 4]. Na podsta-wie prowadzonychrozważań stwierdzono między innymi, ze:

- w projekcie błędnie roał,,ięano połączenie ściany z dnern"

- komory fermentacyjne winny być spręż:one.

$,ssffi { 1$5.81t_J_I tss,*#

ffi*__._.__

łts7.3#;:-*

t lTT .3ffi,_*

fi,51

,1fr7 .3#*.._..._

Ryc. 2.Przekr j pionowy przezZI<F-4

Fig. 2. The vertical cross-section of ZI(F-4

t*l":

ł,${\t

s,4_3_

*,*ij*e#fij.ŁJsj,

r20

Ryc. 3. Szczegoł połąpzenia ściarry z dnan komory ferrnentaryjnej

Fig. 3. Detail of the connection of the wall with the cone bottom of the sludge digestion chamber

w 1998 r., po dokonaniu naprawy struktury betonu oraznałoŻeniu dodatkowych po-włok uszczelniających, oddano oba obiekty do eksploatacji. W wyniku zablokowania sys-temu sterującego procesem napehiania komory ściekami, wskutek czego nastą)iło całko-wite jej napełnienie, doszło do rozerwaniapołryze ' prefabrykat w konstrukcji przykłycia.Wobec zaistniałej sytuacji podjęta została decyzja o dokonaniu wznocnienia zbiomik wzKJ-3 izKJ4 przed pr bąszczęlności. Wnioski zprzeprowadzonej analĘ obliczeniowejokreślające prTycTqy uszkodzenia obięktu oraz projekt wzmocnienia konstrukcji zbiomi-k w przedstawiono w pracy |2]: Ana|ua zo*ała przeprowadzona w spos b kompleksowyz uwzględnieniem wszystkich moż:liwych kombinacji obcią2e , posfugując się w oblicze-niach programem DIANA oparlym na metodzie element w sko czonych.

3. Wykonanie wzmocnienia ZKF 4bezprzyczepnościowymicięgnamizewnętrznymi

Autorzry niniejszej publikacji uczestniczyli w realizacji wzmocnienia zamkniętych ko-m r fermentacyjnych. Cęlem pracy było dokonanie oceny stanu odkształcenia w powłocew wyniku jej sprężenia oraz skuteczności zrealizowanego wanocnienia. Na rycinie 2 za_

zriaczono poziom ścięk w w stadium eksploatacji oraz podano rozmieszczenie obwodo-wych be4przyczepnościowych cięgien sprężających wpu 7 Q 5 mm na zbiomikach zY\F-3iZY\FA. KilŻde cięgno kotwione było w jednym punkcie na obwodzie powłoki walcowejlub stożkowej. W celu zapewnienia bardziej r wnomiemego rozkładu obcią,zenia powłokicięgnami sprężającymi kolejno następujące po sobie cięgna kotwiono po przeciwnej stroniepowłoki. Cięgna wykonano ze splot w typu Y1860S7 superprodukcji niemieckiej.

Na powłoce walcowej zainstalowano 119 cięgien w z_rniennyrr rozstawie od 0,l do 0,5 m.W strefie z-agęszczenia co 0,1 m cięgna zakotwiono w stalowych pilastrach wedfugtechnologii opracowanej w Instytucie Materiał w i Konstrukcji Budowlanych PolitęchnikiKrakowskiej [5]: 13 cięgien pod sfioperrr w obwodowyn tunelu tecbnologiczryłą ll nad

łf'ry{3

{a}

ct

tfJf_.Ę

ds,s4

t2tstropem po obu stronach otworu technologicznego,2 na poziomie zmiany grubości powłokiwalcowej (rzędna 177,3 m) oraz 9 cięgien na górnej krawędzi powłoki. W pozostałychcięgnach zastosowano zakotwienia typu X firmy Freyssinet. Widok ogólny wzmacnianegozbiornika ZI<F-4 pokazano na ryc. 4. Rozmieszczenie cięgien spręzających oraz punktówpomiarowych na gómej krawędzi powłoki walcowej (pocieniony fragment powłoki), nadstropem po obu stronach otworu wejściowego do ko'mory oraz pod stropem (w tunelutechnologicznym) przedstawiono odpowiednio na ryc. 5,6,7 i 8.

Na powłoce stożkowej zainstalowano 27 cięgien kotwionych w stalowych pilastrach(ryc.9). Ze wzg|ędu na rozł,liązanie konstukcji przykrycia zbiomika zaprojektowanospecjalne stabilizatory cięgien na obwodzie powłoki. Na żębrach bez stabilizatorów osa-dzono stalowe łączniki zespalające elemenĘ prefabrykowane (ryc. 10)' Po zrealizowaniunaciągu we wszystkich cięgnach sprężających oraz obcięciu końcówek splotów, pilasĘzazbrojono i zabetonowano (ryc. 1l i l2).

Ryc. 4. Widok og lny ZY,.F-

Fig. 4. General view of ZY,,F-4

Ryc. 5. Rozmieszczenie punkt w pomiarowychna g rnej krawędzi powłoki

Fig. 5. Displacement of measuring pointson the top edge of the wall

r22

Ryc. 6. Widok zakotwieri typu X i pilastr wstalowych nad i pod otworem wejściolvym

Fig. 6. View of anchorage type X and steelpilasters over and under the opening

Ryc. 7. Rozmieszczenie punkt w pomiarowychw paśmie otwor w wejściowych

Fig. 7. Displacement of measuring points in thestrip of openings

Nacrąg cięgien sprężająpych zbiomik ZI<FA zrealizowano w okresie 29.08-3l.08.2000 r.,

w stabilnych warunkach afirrosferycznych (temperafura powietrza 20'c). W trakcie trwają-cych rob t przeprowadzono badania doświadczalne mające na celu określenie rozkładuodkształcerl betonu na zewnętrzrej powierzchni powłoki walcowej' Punkty pomiarowezlokalizowano tylko w jednym przekoju na wysokości powłoki. Repery w rozstawie co 0'2 mw kierunku obwodowym oraz0,2 m w kierunku pofudnikowym zlokalizowano na odcinkumiedzy ławąfundamentowąa pierws4mr cięgnem, następnie nad stropem w paśmie otworuwejściowego do komory orazw g mej części powłoki w miejscu widocznego roazedzBniacięgien spężających (20,20_24,65 m). W kierunku obwodowym repery w rozstawie co 0,2 mstabilizowano pomiędzy wszystkimi cięgnami spręŹająpymi. Pomiary odkształceri bętonuwykonano za pomocą czujnika nasadowego typu DEMEC o bazie 200 mm i staĘk= 0,79 x l0-5 w trzech etapach:etap I naciąg 13 cięgien zlokalizowanych w tunelu technologicznym,etap II nasirypozostaĘch 106 cięgien zlokalizowanych na powłoce walcowej,etap III - naciąg 27 cięg1en' stabilizowanych na powłoce stożkowej zamykającej komorę

fermentacyjną.

r23

Ryc. 8. Rozmieszczenie punkt wpomiarowych pod stropem technologicznym

Fig. 8. Displacement of measuring pointsunder the technological floor

Ryc. 9. MontaŻ sta|owych pilastr w oraz cięgien na stozkowej powłoce

Fig. 9. Instalation of steel pilasters and tendons on the cone shell

r24

Ryc. l0. widok cięgienprzygotowanych do spręzania powłoki stozkowej

Fig. 10. View of tendons ready to prestressing the cone shell

Ryc. I 1. Ogolny widok stalowego pilastraprzy gotowanego do obetonowani a

po spręZenru

Fig. I l. General view of steel pilaster readyto concreting after prestressing the shell

t25

Ryc. 12. Pilaster stalowy po zabetonowaniu

Fig. 12. Steel pilaster after concreting

Do sprężania powłoki walcowej, a następnie stożkowej prrysĘliono po upływie conajmniej 24 godzn od chwili zako{lczęnia iniekcji kanał w pomiędzy polietylenowymiosłonkami. Zgodnie z projektem wzmocnienia wszystkie cięgna naciągano jednocześnię zestałą siłą Pg = 200 kN za pomocą dw ch pras naciągowych zasilanych z jednego agregatupompowego. Podczas sprężania powłok prowadzono stałą kontolę wydfużenia cięgien naobu prasach (^lL,

^li oraz poślizgu cięgien w zakotwieniach. Wartości średnie wydfużeri

ipoślizg w oraz parametry rozkładu olreślone dla obu rodzaj w zakotwierl podczas sprę-żania powłoki walcowej zI<F-4 podano w tabl. l. Wartości wydłużeri i poślizg w pomie_rzone w każAym cięgnie podczas sprężania powłoki stożkowej zestawiono w tabl.2.

Wartość średnia poślizgu splot w (n = 54 szt.) wynosi 6,94 mm przy odcĘleniu stan-dardowym s : 0,93 mm i wsp łczynniku zmienności v: 12,55Yo. Wartość Średnia poślizgucięgien we wszystkich zakotwieniach typu X obliczona na podstawie pomiar w (n: 167 szr.)wynosi ao= 4,74 mm przy s:0,77 mm i y: l6,l5yo.

Tablica I

Wyniki pomiar w podczas sprężania powłoki walcowej ZKF-4

Grubośćpowłoki

h,ffi

Rodzajzakotwienia

Parametryrozkładu

Wydłuzenie cięgna [mm] Poślizgao [mm]Llr Llp LIL+ LIP

0,41

szczękowefirmy

Freyssinet(pilaster)

N l1 1l 11 22

wartość średnia 236,27 241,73 478,0 6,27

s [mm] 15,96 14,93 6,47 0,86

v I%l 6,76 6,18 1,35 13,7 5

r26

cd. tabl. I

typu Xfirmy

Freyssinet

nr 32 32 32 64

wartość średnia 233,59 219,81 453,41 4,62

s [mm] 14,66 14,61 7,18 0,91

V T%T 6,28 6,65 1,59 19,64

0,51

szczękowefirmy

Freyssinet(pilaster)

N ll tl 11 22

wartość średnia 238,27 2M,18 482,45 6,64

s [mm] 12,01 7,70 9,67 0,57

v I%) 5,04 3,16 2,00 8,56

typu Xfirmy

Freyssinet

N 5l 5l 5l r02wartość śrędnia 226,65 238,12 464,77 4,82

s [mm] 17,88 17,24 6,50 0,65

v I%l 7,89 7,24 1,40 13,43

0,64

szczękowefi.my

Freyssinet(pilaster)

N 13 13 13 26

wartość średnia 252,62 246,92 499,54 9,96

s [mm] 9,25 8,84 6,Ż0 0,65

v I%l 3,66 3,58 1,24 9,33

Tablica 2

Wyniki pomiar w podczas sprężania powłoki stożkowej ZI<F-4

Numercięgna

Dfugośćcięgna

Wydfużenie cięgna [mm] PoŚlizg ao [mm]

Llr LIp LIL+ LIP apL opP

27 50,1 0 154 171 325 9 9

26 50,7 5 r62 l9r 3s3 6 7

25 51,44 164 185 349 7 7

24 52,05 178 190 368 6 7

23 52,70 172 r92 364 7 9

22 53,35 184 178 362 6 7

2t 54,00 r67 20Ż 369 7 6

20 54,65 188 193 381 6 6

l9 55,30 180 20r 381 9 9

18 55,95 181 201 382 6 7

T7 58,54 197 190 387 8 8

t6 59,02 183 209 392 6 8

t5 59,50 198 200 398 7 7

T4 59,98 191 218 409 7 7

13 61,45 Ż01. 215 416 6 8

12 61,90 200 216 4t6 7 6

11 62,35 t99 za5 444 6 7

10 62,80 209 2IŻ 421 6 7

9 63,Ż5 198 218 416 6 7

127

cd. tabl.2I 63,70 200 2t9 419 6 67 66,1 8 215 22s 440 6 66 66,63 228 208 436 6 75 67,08 221 2t9 MO 6 74 67,53 227 224 451 8 73 67,98 226 222 448 6 72 68,43 254 21r 46t 7 8

I 68,88 23r 230 46r 7 8

4. Anzluaotrzymanych wynik w i wnioski ko cowe

W obliczeniach statycznych skonstruowano, w systemie MES w programie Robot Mil-lennium, modęl zbiomika składającego się z powłoki walcowej o zmiennej grubości, g rnejużebrowanej powłoki stoź:kowej o stałej grubości 0,I2 m, g mej pĘty wiericząpej stożekoraz pierścieniowej ławy firndarrentowej. Powłoki zbudowane zostĄ z l0 824 czterowę_złowych, płaskich element w skorlczonych. Żebra podłuzne i ptoprzecne na powłoce stoż-kowej oraz wieniec pruekazlłjący obciąlenie na g nrą krawędź powłoki walcowej zbudo-wane zostĄ z 308 prętowych element w przestzęnnych zamocowanych w węzłach na,,offsetach''. Całość poĘczonaz.ostaław l0 956 węzłach. Na dolnej krawędzi powłokę wal_cowązamocowano w ławie fundamentowej posadowionej na podłożu spręzystym. W anali-zie pominięto oddziaĘwanie stożka dolnego na powłokę walcową.

W tozułuinniash uwzględniono następująpe obciążenia:

- ciężar własny konstukcji,- parcie ściek w przy eksploatacyjnym poziomie napełnienia r wnym 193,39 m oraz

ciśnienie biogazu o wartości 5 kN/m2,

- parcie ściek w w stanie maksymalnego napehienia (występującego w sytuacji awaryjnej),

- obciążrcnie sprężeniem, w postaci obciąircnia liniowego odpowiadającego średniejwartości siły w cięgnie sprężającym po statach doraźnych @^o= l75 ld{).Ze względu na konieczność por wnania pomierzonych i obliczonych odkształce be-

tonu w powłoce, wobec braku łvynik w badan wytrzymałości betonu i jego cech spręzys_tych, przyjęto w obliczeniach moduł sprężystości betonu r wny 25 GPa (0,8 -a"'). Podejścieto jest zgodne z wynikami bada doświadczalnych prowadzonych w InstJrtucie Materiał wi Konstnrkcji Budowlanych Politęchniki Krakowskiej.

Rozkłady obliczonych obwodowych sił w powłoce walcowej i stożkowej w stadiumeksploatacji a) oraz przy całkowitym napehieniu komory fenrrentaryjnej b) przedstawiononaryc. 13.

Rozkłady obwodowych i południkowych moment w zginających obliczonych w analo-gicznych stadiach obciążenia pokazano odpowiednio na ryc. 14 i 15. We wszystkichprzypadkach podano rczkład sił wewnętznych wynikających z obciąźenia powłok cię-gnami sprężającymi. Na ryc. |6 zaprezentowano rozkłady obwodowych odkształce betonuna zewnętrznej powierzchni powłoki walcowej i stożkowej w przekroju przezpŁytęi żrebro,obliczonych w trzech etapach sprężenia. W celu por wnawczym naniesiono rozkłady od-kształcę betonu pomierzonych na wysokości powłoki walcowej w II i il etapie spręŻnia.

r28

-oc)ctlch

9p

t-i

,tr€

clr Eo' crt

Sq)8E=?nćtr.voo5

ad

JaX

s'dfCDE(D

>'Fs'ars:X E.H*Eto .!ł'.5(Ą xó'r9 J;H88! bE.==BES8'E;,Eo&=E>E*+ .! ctl'ó

'.9-ć o='o-Y Ya't n6iB'E u'sB p.E-oNdo E':xo

=

yźN5o;F&Ecąę*v)

'G)ooPEE:oN

o

ca;

bbtł

?j

ą!{ .{lri xól

'|ańŻ,

ę,t.r.Ń()rrr rĄ r'1 ł/r-j' Yr 'ą Yl ńł <r Ń vr $5' {3 Vr

c\r\*a\t!t\tNJaF.

Ó{3

<p

rs€a

aÓ€)t\l

a

{}(3ffi

I

ct{}!t

t

-n

S*r{*,t7,(:'

t3

{}

{!'€lt

(:)r{!)nł

!

{t{D{D{r}

I

Of

Aq.n vł _ :} :} r'r l;oi r\ "f t.ł K S R t = ft3 3 ..l Il;

I

!i

it,,, L-'.*-L

i-"*t?

Gżt)'t{)Gl,

$EEssał+

Q'aGIłł{,-?{t

**f

r29

€ECB€ (,botr

=ł '!-.!-.te=E:=Ę{}2. 9' Eół*. H Ex.9a

ną19ił .r) d:lclJ.,Jl= os

ahH

.żo99Gl CĘt9!U' CB}ł

{} 9'^ óT

^,o o)' *'q€!F9.-

óa|E HEr.-99 ()'tr '"5

7E(D5ts ?Ę Ee 8' BbPoó()C)F FeXX(B.f >-v >' &r EB.E I-ĘH96 E;? o. clE śE *E 'E:.i)

źLEt<E z. 'F"x€** Ń-.ts .E-a* ,ź x,4'oV(JG :Ę o)* R E3€* E R'.=EE.?śNoocś'E.' FS

^ei-o tix.e;€_6:ę3'E90+lzHNboocft&€'+B-po(d

{5PEr?ŃLoĘ*+-$tł

jll.i.................t....._..........i.a!iiti:t!

^3rn rn Y! ł 9 F ,.t 3 *, ą Ę l=siF"fGł1^ił-iaĘ:;l\ł.łł€

r29

s(l)

9s(,boL

=lllSe;E:=,E{r2.9'Eł!#. H EŁ{9^*ąĘł(/ro{:} a, -v ilos4u)H

H.żot.iv9ct cgY99 (h Cll>9-o.* '9^

óT =ś o:,'

*'d€- u 4U.-Ęń-v9t\'FRltsr.-9v o' tr '.s

=tr0)Ets ?;{ E,E g';xp'b óC)a Fg Ęx CśY >-V B' &.= e>E 3-ccąet Eno. śl

E #! =E g; Efi * $FEE A6E*a : li o-)

s a Ę3€ń E3.=EE.?śN o()GI'E.' a5.e

-!-Otr €E.?EEęv()!l

t-rts9^cl=HH

YHN bI)oć*&€'+E t '.o

oślspE.?

.ŃLo

HElr

+i

.ŁblŁ

it 3 n Ii ę 3 vr 3 €} Ę Ę t*s t\ tł Gt Gł ti Ń }. ł ; & F.J łr} $l ę

^Ę łń iri |al ra} q t

siFę..ł&s*f3*=3łą*:

----!-"'iI

II

:

I:

it:

i

lĘ(\łri

130

pC)

IcdIa

E bI)-\--=,=E e

=.)>r ';?ilxE8E fr E

EG.U) 6)-y, i3{}(r)(Br.})óF

==.=9ąoact

U, CB

.._ EĘ g'5' óe'd I4Ę=

'N .Ę5 er.ET ''ś trco';? ai '.5* XF BT R,6 ?CO8 }E E.\ (.) E

I .l H

O9,cd łŻ.= 6-6 aB'= ó€ €E E

€} E aE-:*7"ao- tt '=l= o

-Lq \ L

^ '=6'rclF oo.ś tr}rNS.i{r-a.=H * ł-v a\-*Scoc)co-co-ećENI<=GvYo.u)

= N 5

ł!val I. A JłtB'e1O.tstrv,.=E

=''==_b6tĘEE9Óxtrńjibo Ł=

a . .dń!

oeg5h:(\ ń crtr()'.5Lo\a,.i*ńiĘ

^: ? ,ł,- .?ł 3 ę p 9r F c v1. Ę Io\Ftłrłłrłł\f,1 Et\łf.Gra

*,*:

;AJ iiJiii iii iit ii

i; ii,i I,

i: i^ii---"i-ł' i:t::! lil i

...1.:..--....... .; ..,

ii !

j: i

i! lji .. ....--:.,^-.

i iruli :l {\l Ii |l 'Ą l: rl :r Iri F I3l ii 'łź ił d l"''_!l''! |'{łl:'"..**"!JNl 1 :

Hl i lE|łr, i l tsBi **"in

ii irti i r;.ij j*

..-,.i i i

..r.........-....,i,.,.."..,.".....J-.-**.

131

?vH [m] ?.t

)rt /-ł

25.725.0

22.5

20.

17.5

15.0

12.5

10.0

7.5

5.

2.5

€6x 105

Ryc' 16. Rozkłady obwodowych odkształceń betonu pomierzonych podczas sprężania zbiornika

Fig. 16' Distńbutions of hońzontal concrete strains measured during the prestressing of the tank

OJ

-xRi3(J

>tStan obciązenia

I etap spręzaniaII etap spręzania_ pnekrój ptzezpłytę stozka i walec- pruekroj ptzez żebro stozkaIII etap spręzania_ przekrój przęzpłytę stożka i walec_ pruekrój pruez zebro stożka

2.5 5 7.5 10 t2.5 15 17.5

t32

Widoczne na wykresach skoki wartości odkształceń betonu na wysokościach 5 i 15 m od-

powiadają zmianom grubości powłoki. Wobec braku znajomości rzecryrwistej wartości

współczynnika spręzystości betonu nie mozra określić procentowej różmicy pomiędzy

wartoŚciami odkształceń betonu pomierzonymi i obliczonymi. MoŻra natomiast stwierdzić

zgodność charakteru przebiegu pomierzonych odkształceń betonu z obLiczonymi na całej

wysokości powłoki, & W szczegóInoŚci wpĘw spręzenia powłoki stożkowej na zmianę

odkształceń w górnej częŚci powłoki walcowej.Na powłoce stozkowej nie prowadzono pomiarów odkształceń betonu ze względów

technicznych (powierzchnia betonu pokryta była powłokami bitumicznymi). Biorąc pod

uwagę zgodnoŚć wyników pomierzonych z obliczonymi dla powłoki walcowej oraz warto_

ści pomierzonych poślizgów i wydłuzeń cięgien sprężających powłokę stozkową możma

wnióskować, Że obliczone rozkłaĘ odkształceń betonu na zewnętrnej powierzchni Żebet

i pbrt między nimi odpowiadają wartościom rzecTywistym. Oznaczałoby to, ze zastoso_

wany rozkład cięgien spręzających na wysokości powłoki stożkowej zapewnił uzyskanie

napręŻeń ściskających w kierunku obwodowym w stadium eksploatacji (ryc. 13a). W sta-

dium awaryjnym mogą wystąpić nieznacme napręzenia rozciągające w kierunku obwodo-

wym na wysokości powyŻej 4,5 m, mierzonej wzdłuŻ twotzącej stożka. Maksymalne ob-

wodowe napręzenia ściskające w betonie w przekrojl przęz pbrtę w wyniku spręzenia wy-noszą4,4 MPa na wysokości 3 m, mierzonej wzdłuŻtworzącej.

Maksymalne wartości pomierzonych rozciągających pionowy+ odkształceń betonu

wynoszą w II etapie spręzenia _2 . 10-5, natomiast w III4,715' l0-5 na wysokości 23,5 m

(ryc. la). odpowiadające im obliczone odkszcałcęniabetonu wynosząodpowiednio_2,2 ' 10-5

oraz _6,5. 10-5 i są to zatazęm wartoŚci maksymalne na wysokości powłoki walcowej.

Maksymalnę wartoś ci r ozciryaj ących pionowych odkształcęń betonu w powłoce stozkowej

w przekroju przęz pbrtę wynoszą _5 . 10-5 na wysokości 7_,5 m (wzdfuż tworzącej) w IIIetapie sprężenia i ą one mniejsze od wartości _I0,4 ' 10_5, odpowiadającej napręzeniom

rysującym w betonie klasy B30.obliczone przemieszczeniaradialne powłoki walcowej w wyniku jej sprężenia wynoszą

0,7 mm na wysokości 5 m, tj. w poziomie styku z gómąkrawędzią dolnego stozka. Całko-wite przemieszczenie powłoki, z uwzględnieniem wpĘwu spręzenia, w stadium eksploata_

.yjtty- orazw pr4padku awaryjnego napehrienia zbiomika wlmosi odpowiednio 0,8 i 0,9 mm.

Oznacza to' Że materiał wypehiający rowek na styku obu powłok powinien charakte-

ryzować się zdolnością do przeniesienia odkształceń rozciryających rzędu 1,0 mm przyzachowaniu prryczepności do betonu. WartoŚć ta byłaby większa przy vwz9lędnieniu od_

dziaĘwania stożka dolnego na powłokę walcową. Analizę taką mozna by przeprowadzić

w pr4padku posiadania pehrych danych ących warunki posadowienia konstukcji.

Na podstawie prezentowanych wyników możma sformułowaó następujące wnioski:_ zapiojektowane wzmocnienie zbiornika przęz zastosowanie spręzenia bezprzyczep'

''ośció*ymi cięgnami zewnęffzrrymi jest najbardziej skuteczną metodą wzmocnienia

konstrukcj i zelbetowy ch, szczególnię w przypadku wymaganego zapęwnienia szczelno-

ści obiektu,_ wyniki offzymane z badafi doświadczalnych potwierdzlĘ załoŻenia przyjęte przy pro-

jektowaniu wzmocnienia, jak również świadczą o wysokich umiejętnościach zespołu re-

alizującego spręŻenie,_ z przeprowadzonych eksperĘz otaz na podstawie $okonanych analiz [6] wynika, Że

zuionriki o pojemnosci jódnóstkowej 4000_5000 m3 winny być realizowane z betonu

133

spręzonego. w przypadku zbiorników monoliĘcnych o pojemności powyŻej 2500 m3nateĘ ronłtać altenraĘwnie zastosowanie ekonomicznieuzasadnionego spręzenia,w analizowanym przypadku forsowanie romtiązania w wersji zelbetowej było z góryzdane na niepowodzenie. Zgodnie z obowią7ującymi nonnami rozwartość rys nie mozeprueklaszać 0,1 mm zewzg|edunakonieczrość zapewnieniawodoszczelności zbiomiĘobciązenie eksploatacyjne, na etapie pĄektowania konstrukcji, musi być przyjmowaneprzy załoŻeniu maksymalnego napełnienia komory, tzn. stanu awaryjnego,połączenie ściany z dnem w przypadku żelbetowych zbiorników monolitycznych musibyć szczelne, co moma zapewnić przez zastosowanie połączenia przegubowego lubutwierdzenia ściany w dnie z jednoczesnym wprowadzeniem taśmy uszczelniającej.

Literatura

t1] S uw a l s k i J.,Z gagacz L., Projekt i realizacja ZKF oczyszczalni ścieków w Łodzi,InŻynieria i Budownictwo nr 611993, (równiez Konferencja Naukowo-Techniczna:,,Zelbetowe i spręzone zbiorniki na materiaĘ sypkie i ciecze", Wrocław, SzklarskaPoręba ?-4 grudnia 1992).

12] Dyduch K., Płachecki M., Wojtasiewic z M., Anąliza obliczeniowa i re-alizacja wzmocnienia żelbetoyvych zamlcrtiętych komór fermentacyjnych w oc4lszczalniścieków, XX Konferencja Naukowo-Tęchnicma: ,,,Ąwarie budowlane'', Szczęcin__Międryzdroje 22_26 maja 2001.

t3] Cholewicki A., Kró1 I., P etzyński I., Zagadnienie szczelności niespręzo-nego zbiornika żelbetowego w świetle analizy numerycznej komory fermentaĘnejZKF-2 w oczyszczalni ścieków w Łodzl, IV Konferencja Naukowo-Techniczna: ,,Nowerom,iązania konstrukcyjne i technologiczne w budownictwie betonowym'', Wrocław,Szklarska Poręba 23_26 czerwca 1994.

t4] C zarnecki L., G arbacz A., Sealing joint in afermentation chamber ąt sewageplant, X Międzynarodowa Konferencja: ,,Zelbetowę i sprężone zbiorniki na materiĄsypkie i ciecze", Kraków 23-25listopada 1995.

t5] s ę r u g & A., Wzmacnianie betonowch konstrukcji kołowo-symetrycznych zą pomocąspr ęż ania, Inzynieria i Budownictwo nr 2 l 2000.

t6] S tac h ow i c Ż A., Ziobro ń W., Podziemne zbiorniki wodociqowe, Arkady, War-szawa 1986.

Stre szczenie

W niniejszym artykule przedstawiono opis i realizację wzmocnienia zelbetowych zbiorników opojemnoŚci 10 000 m3 w ocryszczalni ścieków. Walcowa i stoŹkowa powłoka zostaĘ sprężoneberyrzyczepnościowymi cięgnami zewnętrznymi typu 7 Q5 mm.

Na podstawie wartości pomierzonych odkształceń betonu na zewnętrznej powierzchni powłokiwalcowej w procesie jej sprężania dokonano oceny jakości i skuteczności wykonanego wzmocnienia.

Słowa kluczowe: ,:;::#::"Ibetolvy, zbiornik sprężony, wzmocnienie zbiornika, cięgna bezprzyczep-

r34Abstract

In the paper there have been presented the project and realization of sffengthening of reinforced

concrete tanks l0 000 cu. m capacity in sewage treatment plant. Cylindrical and cone shells have been

prestressed by external unbonded tendons Ęp,e7 Q5 mm.

Based on the measured values of concrete strains at the external surface cylindrical shell during

the prestressing, it has been evaluated the quality and effectiveness of executed strengthening.

Keywords: reinforced concrete tank, prestressed tank, strengthening oftank, ubonded tendons