В последнее время участились случаи обрушений строительных конструкций зданий и сооружений [3, 4], приводящие к большим материальным потерям, а главное – к гибели большого количества людей [6]. Учёные Пензенского государственного университета архитектуры и строительства не могли оставаться в стороне от решения этой проблемы. Был разработан механизированный метод разбора завалов для спасения людей, находящихся под обвалившимися конструкциями, например, после землетрясения или аварии (в настоящее время подана заявка на изобретение РФ) [7].
В настоящее время при демонтаже обвалившихся железобетонных конструкций применяют экскаваторы, краны [1], отбойные молотки [2]. Процесс разборки завалов чрезвычайно трудоёмок и длителен, поэтому гибнут люди. Механизированное разрушение завалов от рухнувших строительных конструкций для ускорения процесса разрушения массивных железобетонных конструкций и их быстрого удаления из завалов актуально как некогда.
Известны мощные машины для испытаний на усталость, оснащённые гидроцилиндрами циклического действия [9].
Предельная растяжимость бетона εbtu = 0,00015 в сотни раз ниже предельной растяжимости стальной арматуры [2, 10], поэтому бетон легко разрушается при растяжении и срезе. Прочность бетона при растяжении и срезе в 10…20 раз меньше, чем при сжатии [10]. Срез легко вызвать скручивающими воздействиями.
Динамические же циклические воздействия ускоряют процесс разрушения ещё в несколько раз.
Таким образом, для быстрого разрушения бетона и обнажения арматуры с наименьшими усилиями необходимо вызвать в бетоне сдвиг (срез), растяжение, локальными циклическими воздействиями.
Известны также мощные клепальные скобы [1], применяемые при изготовлении клёпаных конструкций и оснащённые гидравлическими и пневматическими цилиндрами, причём и циклического действия.
Технический результат разработки – ускорение спасения людей, находящихся под завалами, автоматизацией и максимальным снижением трудоёмкости разрушения и разборки рухнувших конструкций.
Перспективный способ разрушения завалов от рухнувших строительных конструкций заключается в следующем.
Механизмы оснащают мощными гидроприводами возвратно-поступательного циклического действия для поддомкрачивания, раздавливания и расклинивания бетона железобетонных колонн и обнажения арматуры, а также устройствами для резки арматуры, например фрикционными дисками.
Оснащают нож бульдозера стальными прочными рогами и парой мощных гидравлических опор, а стреловой кран – тремя телескопическими стрелами, и упомянутые стрелы закрепляют на транспортном средстве с возможностью произвольной ориентации в пространстве.
Оснащают одну из телескопических стрел крана клепальной скобой [9] и мощным домкратом-пульсатором, например МУП-100 (1000…500 кН), приводящим в действие стальной гидроклык, а вторую телескопическую стрелу – гидроклешнёй, приводимой в действие мощным домкратом-пульсатором.
Подгоняют бульдозер к рухнувшей железобетонной конструкции. Анкерят бульдозер, вдавливая стопоры в грунтовое основание, включают продольный ход рогов и, скользя по грунтовому основанию, подсовывают домкратом-пульсатором рога под рухнувшую железобетонную колонну. Включают циклическую подачу масла в гидроопоры ножа бульдозера и приподнимают рогами ножа рухнувшую колонну на 1…2 метра.
Управляя с пульта, подводят к колонне стрелу с гидроклешнёй, жёстко захватывают стержень, в циклическом режиме дробят бетон стержня рухнувшей колонны и обнажают её арматуру.
При необходимости, управляя с пульта, подводят к колонне вторую стрелу, надевают клепальную скобу на стержень колонны, с пульта включают с пульсацией гидроклык, расклинивают и дробят им бетон и обнажают арматуры колонны.
Управляя с пульта, подводят к обнажённой арматуре колонны третью стрелу, оснащённую фрикционным диском, ножницами для перекусывания стальной арматуры или устройством для кислородной резки её, одним из устройств разрезают обнажённую арматуру, удерживая стержень колонны от падения гидроклешнёй стрелы.
Затем циклы повторяют со вторым, зажатым в завале концом колонны, извлекают и убирают отделённый кусок конструкции из завала в отвал или на транспортное средство, затем циклы повторяют и полностью разбирают завал от рухнувших конструкций.
Рис. 1. Устройство для разбора рухнувших конструкций
Рис. 2. Гидроклешня
Если перекусывание обнажённой арматуры затруднено, то, поддерживая конструкцию на весу гидроклешнёй, монтажник подводит свою люльку к обнажённой стальной арматуре и перерезает её газорезкой вручную. При этом машинист крана и монтажник в люльке управляют гидроклешнёй крана согласованно. Например, гидроклешнёй одной телескопической стрелы поддерживают извлекаемую из завала конструкцию, а гидроклыком другой стрелы дробят бетон и обнажают арматуру для перерезания её.
Или в момент перекусывания или перерезания обнажённой арматуры ножницами телескопической стрелы, или её газорезкой монтажником, извлекаемую конструкцию поддерживают на весу гидроклешнёй телескопической стрелы. Извлекают отделённый кусок конструкции из завала и транспортируют её на транспортное средство или в отвал.
Телескопические стрелы транспортного средства могут быть установлены, например, на массивном танке.
На центральной стреле закреплена гидравлическая клешня с возможностью ориентации в пространстве. Гидроклешня снабжена гидроприводом и установлена на телескопической стреле с возможностью поворота её вокруг продольной оси вращения на 360° для обеспечения скручивания сечения стержня железобетонной конструкции.
Гидроклешня оснащена гидроцилиндром пульсирующего возвратно-поступательного действия. Гидроклешню соединяют маслопроводами с пульсирующей насосной станцией, установленной на кране.
На клепальной скобе шарнирно закреплена съёмная балка 13 с разрушающим гидроклыком 14, взаимодействующими с железобетонной колонной 15 и приводимыми в действие домкратом-пульсатором. Гидроклык 16 закреплён на гидроклешне 18 зева и взаимодействует с разрушаемой колонной 15. На транспортном средстве 1 на телескопической стреле 3 подвешена люлька 19 с возможностью перемещения в пространстве. В люльке находится газорезчик с резаком или другим оборудованием.
Работа устройства. Бульдозер и кран с устройствами для раздробления обрушившихся железобетонных конструкций своим ходом подъезжают к рухнувшему сооружению.
В первую очередь отделяются железобетонные конструкции 14, грозящие обрушением. Для этого включают гидропривод двух телескопических стрел 2, работающих в паре, и подводят гидроклешню 7.
Захватывают и зажимают нависшую конструкцию гидроклешнёй с гидроприводом.
Оператор с пульта включает насосную станцию 11 пульсирующего действия и, ориентируя гидроклешнёй в пространстве, зажимает ей колонну.
Рис. 3. Гидроклешня (вид 1–1)
Затем на одной из гидроклешней 7 включают гидроцилиндр 9 пульсирующего действия и, постепенно повышая статическую и динамическую составляющую сжимающей гидроклешню 7 усилия, перекусывают или скручивают железобетонную конструкцию 15 (или другую конструкцию), поддерживая её другой гидроклешнёй от обрушения вниз. Освобождают гидроклешню 7 первой телескопической стрелы 2, переводят стрелу в другое место и вновь зажимают колонну 15, удерживая от обрушения. В случае оставшегося участка неразрушившейся арматуры колонны 15 оператор подводит люльку 19 третьей телескопической стрелы, и газорезчик перерезает арматуру.
Оператор включает гидроклешню 7 на второй телескопической стреле 2, аналогичным образом производит перехват гидравлической клешни в другое место перекусываемой железобетонной конструкции 15 для её удерживания от обрушения, и газорезчик с люлькой 19 перерезает оставшуюся целой арматуру. Оператор, манипулируя одной или другой телескопической стрелой или парой стрел, работающих совместно, извлекает освобождённый кусок конструкции, откладывая его в сторону или на транспортное средство.
Сопоставление разработанного устройства и способа локального раздробления, рухнувших железобетонных конструкций с известными способами показывает следующие существенные отличия, а именно:
Ø в качестве силового оборудования применены мощные гидроцилиндры циклического действия, развивающие значительные усилия [9];
Ø раздробление и скручивание железобетонных конструкций производят гидроклешнями, а также оснащёнными гидроклыками, действующими на неё локально сверху и снизу и создающими в разрушаемом бетоне неблагоприятное напряжённое состояние среза, растяжения, изгиба;
Ø силовые динамические воздействия ускоряют разрушение бетона;
Ø оборудование размещено на телескопических стрелах с гидроприводами и произвольно ориентируется в пространстве;
Ø разрушение железобетонных конструкций оператор производит из кабины, чем достигнута наибольшая производительность по разбору завалов.
Рецензенты:Ласьков Н.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», г. Пенза;
Бакушев С.В., д.т.н., профессор кафедры «Механика», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», г. Пенза.
Работа поступила в редакцию 18.03.2015.