Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

НОВЫЕ ТРЕХСЛОЙНЫЕ РЕБРИСТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ОПОР ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ

Ращепкина С.А. 1
1 Балаковский институт техники технологии и управления (филиал) ФБГУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.»
Предлагаются новые конструктивные решения опор с применением инновационные материалов. Рассматривается три принципа повышения несущей способности мостовых оболочечных опор из сборных трехслойных ребристых элементов: применение ребристой рулонной заготовки; создание несущей способности опоры за счет дополнительного заполнения ребер мелкозернистым бетоном или песком; передача вертикальных нагрузок на каркас оболочечной опоры, которые дают возможность проектировать и строить мостовые опоры из рулонных заготовок с использованием низколегированной стали, причем на мягких и просадочных грунтах. Трехслойный ребристый элемент состоит из стальной листовой заготовки и дискретно прикрепленных к ней полос. С обеих сторон элемента прикрепляют слои углеволокна с загибом за кромки пластины с последующим объединением всех слоев. Деформирование плоских заготовок производят после адгезии соединяемых слоев, а полые ребра заполняют материалом после установки всех конструкций опоры в проектное положение. Представлены аналитические зависимости, графики и номограмма по определению давления сжатого воздуха для создания ребристого элемента. Приводятся численные примеры, даются рекомендации по использованию номограмм. Применение трехслойных элементов позволит уменьшить сроки возведения опор, повысить их надежность, снизить стоимость пролетного строения на 10–12,5 %.
металл
трехслойные ребристые элементы
опоры пролетного строения
1. Мир клея: loctite [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mirkleya.ru/catalog/cianokrilatnye_klei_loctite/ (дата обращения: 15.01.13).
2. Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов. Ч.2. Раздел 7. Сооружения, устраиваемые способом стена в грунте (к СНИП 3.02.01-83). – М.: НИИОСП.
3. Ращепкина С.А. Новые пространственные ребристые металлические конструкции зданий и сооружений. Промышленное и гражданское строительство. – 2009. – № 7. – С. 48–50.
4. Ращепкина С.А. Определение основных параметров формообразования цилиндрической ребристой панели с использованием номограмм // Научно-технический журнал Вестник МГСУ. – 2010. – № 1. – С. 122–127.
5. Ращепкина С.А. Металлические емкости из легких конструкций повышенной транспортабельности. – Саратов: СГТУ, 2007. – 288 с.
6. Рекомендации по устройству фундаментов способом опускного колодца. – М.: НИИОСП. 1988.
7. Руководство по ремонту бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом обеспечения совместимости материалов. – М.: ОАО ЦНИИС. 2010. – 182 с.

1. В настоящее время вторгаются в реальную практику новые конструктивные решения опор и применяемых инновационных материалов. В первую очередь следует указать на опоры пролетных строений транспортных сооружений в виде сборных железобетонных опускных колодцев или стальных труб большого диаметра [2, 6]. Они повышают степень надежности опор при непредвиденной просадке грунтового основания и соответствующем нарушении целостности конструкции пролетного строения. Предлагаются опоры пролетного строения, разработанные на основе анализа существующих опор и экспериментально-теоретических исследований [3, 4].

Для создания мостовых опор из сборных трехслойных ребристых элементов рассматриваются три принципа повышения их несущей способности:

1) применение ребристой рулонной заготовки;

2) создание несущей способности опоры за счет дополнительного заполнения ребер мелкозернистым бетоном, песком;

3) передача вертикальных нагрузок на каркас стальной опоры транспортных сооружений.

Использование этих принципов и рекомендации по конструированию опор пролетного строения дают возможность проектировать и строить мостовые опоры из рулонных заготовок с использованием низколегированной стали марки 09Г2С, причем на мягких (заторфованных) и просадочных грунтах.

2. Трехслойный ребристый элемент состоит из стальной листовой заготовки и дискретно прикрепленных к ней полос (рис. 1). С обеих сторон элемента прикрепляют слои углеволокна [7] с загибом за кромки пластины с последующим объединением всех слоев [1]. Причем деформирование плоских заготовок производят после адгезии соединяемых слоев. Полые ребра заполняют материалом после установки всех конструкций опоры в проектное положение. На рис. 1 обозначено: 1 – ребристая заготовка; 2 – слои углеволокна; 3 – заполнитель, например мелкозернистый бетон.

pic_20.tif 

Рис. 1. Создание трехслойного ребристого элемента

На основе экспериментально-теоретических исследований были получены аналитические зависимости и построены графики и номограммы (рис. 2–3), из которых четко видно как изменяется давление в процессе формирования трехслойного ребристого элемента при коэффициентах раздутия kр от 0,1 до 0,8. Кроме того, видно, как влияет материал плоских заготовок и полос на их деформирование при образовании продольных полых ребер в трехслойном ребристом элементе.

3. Определение давления для создания трехслойного ребристого элемента (панели).

Пример 1. Требуется рассчитать необходимое давление сжатого воздуха для создания трехслойного ребристого элемента (рис. 1) при следующих данных: коэффициенты раздутия и сжатия kp = kc = 0,8; расчетное сопротивление стали по пределу текучести σт = 230 МПа; толщина листа и полос ts = 3 мм; ширина полос hs = 200 мм.

Давление сжатого воздуха вычислим по формуле [4, 7]:

rassh01.wmf

λ = hs/ts = 200/3 = 66,66 ≈ 70 < 100.

rassh02.wmf

pic_21.wmfа pic_22.wmfб

Рис. 2. К определению параметров ребристой панели: а – зависимость гибкости деформируемого элемента от давления сжатого воздуха; б – влияние материала элемента на его деформирование pic_23.wmf

Рис. 3. Зависимость kp (kc) – p – r (hs = 200 мм; σт = 230 МПа)

Пример 2. Требуется рассчитать необходимое давление сжатого воздуха при следующих данных: коэффициенты раздутия и сжатия kp = kc = 0,8; расчетное сопротивление стали по пределу текучести σт = 230 МПа; толщина листа и полос ts = 1,5 мм; ширина полос hs = 200 мм.

Давление сжатого воздуха вычислим по формуле:

rassh03.wmf

где λ = hs/ts = 200/1,5 = 133,33 ≈ 135.

Давление можно определить, используя графики, представленные на рис. 2 (при заданной гибкости и принятом материале трехслойных ребристых элементов). Например, при коэффициенте раздутия kp = 0,8, гибкости λ = 135 и Gт = 230 МПа по графику находим р = 0,13 МПа, что согласуется с аналитическим расчетом.

Согласно работе [5] рекомендуется вводить поправочный коэффициент равный 1,3. Тогда имеем:

р = 1,3∙1,26 = 1,6 кг/см2.

Используя номограмму, можно установить размеры эллипсоидального поперечного сечения (радиус) продольного ребра трехслойного ребристого элемента одновременно с определением давления сжатого воздуха, необходимого для его создания (рис. 3). Например, при kp = 0,8 при t = 1,5 мм находим – давление p = 0,13 МПа = 1,3 кг/см2 и радиус поперечного сечения эллипсоидального ребра, равный r ≈ 90 мм.

4. Конструкция пролетного строения. Оболочечные опоры (рис. 4) собирают из сборных трехслойных ребристых элементов, прикрепляемых к каркасу, состоящему из стоек из прямоугольных труб; верхнего, нижнего и трех промежуточных колец, выполненных из полосы шириной 200 мм и толщиной 3 мм. После монтажа всех элементов оболочечной опоры вертикальные ребра необходимо заполнить раствором, или мелкозернистым бетоном, или другим материалом.

pic_24.tif

Рис. 4. Пролетное мостовое строение с опорами из сборных трехслойных панелей

Были разработаны варианты опор пролетного строения транспортных сооружений, скомпонованных из сборных трехслойных ребристых элементов с круговым, эллипсоидальным, прямоугольным и комбинированным сочетанием (рис. 5).

В основу создания оболочечных опор были заложены принципы образования опоры с учетом унификации конструктивных решений, использования рациональных способов изготовления и монтажа, экономичности перемещения к месту строительства.

Выводы

Анализ проведенных исследований показал, что использование трехслойных ребристых элементов приводит к снижению стоимости опор пролетного строения в целом на 10,0‒12,6 % за счет использования рулонной листовой стали при их изготовлении плоских заготовок, компактности поставки и снижения сроков монтажа пролетного строения.

Применение трехслойных ребристых строительных элементов позволяет снизить металлоемкость и энергоемкость оболочечной конструкции опор транспортных сооружений. За счет применения инновационных материалов высокого качества [1, 7] сформированные строительные элементы обладают большой жесткостью и несущей способностью, имеют повышенную сопротивляемость специальным нагрузкам.

pic_25.wmf

а б в г

Рис. 5. Типы опор при различной компоновке трехслойных ребристых элементов: а – круговые; б – эллипсоидальные; в – прямоугольные; г – волнообразные

Рецензенты:

Овчинников И.Г., д.т.н., профессор кафедры «Транспортное строительство», ФБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов;

Иващенко Ю.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительные материалы и технологии», директор строительно-архитектурно-дорожного института, ФБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 11.04.2014. 


Библиографическая ссылка

Ращепкина С.А. НОВЫЕ ТРЕХСЛОЙНЫЕ РЕБРИСТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ОПОР ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-2. – С. 255-259;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34145 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074