авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Конструктивно-технологические решения подпорных стен из сварного трубчатого шпунта для транспортного строительства спе­ци­аль­ность

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гончаров Виктор Викторович

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

ПОДПОРНЫХ СТЕН ИЗ СВАРНОГО ТРУБЧАТОГО ШПУНТА

ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Спе­ци­аль­ность 05.23.11 «Про­ек­ти­ро­ва­ние и строи­тель­ст­во до­рог,
мет­ро­по­ли­те­нов, аэ­ро­дро­мов, мос­тов и транс­порт­ных тон­не­лей»

АВ­ТО­РЕ­ФЕ­РАТ

дис­сер­та­ции на со­ис­ка­ние уче­ной сте­пе­ни

кан­ди­да­та тех­ни­че­ских на­ук

Москва - 2011 г.

Ра­бо­та вы­пол­не­на в от­кры­том ак­цио­нер­ном об­ще­ст­ве «На­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ский ин­сти­тут транс­порт­но­го строи­тель­ст­ва» (ОАО ЦНИ­ИС).

На­уч­ный ру­ко­во­ди­тель: Док­тор тех­ни­че­ских на­ук, профессор

Цернант Алек­сандр Альфредович

Офи­ци­аль­ные оп­по­нен­ты: Док­тор тех­ни­че­ских на­ук, про­фес­сор

Переселенков Георгий Сергеевич

ОАО ЦНИИС

Кан­ди­дат тех­ни­че­ских на­ук

Корчагин Евгений Алек­сан­д­ров­ич

МГАВТ

Ве­ду­щая ор­га­ни­за­ция: ОАО «Проекттрансстрой»

За­щи­та со­сто­ит­ся « 23» декабря 2011 го­да, в 12-00 ча­сов на за­се­да­нии дис­сер­та­ци­он­но­го со­ве­та ДМ.303.018.01 при «На­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ском ин­сти­ту­те транс­порт­но­го строи­тель­ст­ва» по ад­ре­су: 129329, г. Мо­ск­ва, ул. Коль­ская, д. 1, ОАО ЦНИ­ИС.

С дис­сер­та­ци­ей мож­но оз­на­ко­мить­ся в биб­лио­те­ке ОАО ЦНИ­ИС. От­зы­вы на ав­то­ре­фе­рат дис­сер­та­ции в двух эк­зем­п­ля­рах, за­ве­рен­ные пе­ча­тью, про­сим на­прав­лять по ука­зан­но­му ад­ре­су уче­но­му сек­ре­та­рю дис­сер­та­ци­он­но­го со­ве­та.

Автореферат разослан «23» ноября 2011 г.

Уче­ный сек­ре­тарь

дис­сер­та­ци­он­но­го со­ве­та,

кан­ди­дат тех­ни­че­ских на­ук Пет­ро­ва Ж. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Подпорные стены являются одним из важных и широко распространенных видов инженерных сооружений транспортного строительства. Их возводят для удерживания от обрушения откосов насыпей и выемок железных и автомобильных дорог, в качестве противооползневых и противообвальных сооружений на подходах к порталам тоннелей, для защиты дорожного земляного полотна от размывов, а также при строительстве причальных сооружений.

Одна из центральных проблем строительства подпорных стен на объектах транспортного строительства связана с необходимостью разработки и внедрения ресурсосберегающих конструкций, обеспечивающих снижение материальных и трудовых затрат, повышение несущей способности и надежности сооружений на этапах возведения и эксплуатации. Поэтому исследования, разработка и внедрение подпорных стен из надежных, экономичных и технологичных шпунтов трубчатых сварных (ШТС), которые по несущей способности, жесткости, геометрической форме, расходу металла, удобству анкеровки, сопротивлению коррозии, затратам труда на строительстве превосходят не только отечественные шпунтовые сваи, но и зарубежные их аналоги, является актуальной задачей транспортного строительства.

Цель работы - разработка рациональных конструкций ШТС, сортамент которых удовлетворит потребность проектировщиков для возведения подпорных стен из ШТС на объектах транспортного строительства в любых инженерно-геологических, гидрологических и природно-климатических условиях.

Объектами исследований являлись подпорные стены из стальных шпунтовых свай. Экспериментальные исследования проводили преимущественно при возведении подпорных стен транспортных сооружений. На основе результатов натурных экспериментов разрабатывали конструктивно-технологические решения подпорных стен из ШТС.

Методы исследования: - натурные наблюдения, теоретический анализ результатов, численные эксперименты. Сортамент новых профилей ШТС и технологий возведения подпорных стен разрабатывали на основе расчётов, испытаний образцов (фрагментов ШТС) в лаборатории и апробации результатов на натурных объектах.

Теоретический анализ базируется на:

- системном подходе к поиску и обобщению информации по теме диссертации;

- методах строительной механики для оценки напряженно-деформированного состояния ШТС в подпорных стенах;

- обработке результатов исследований с использованием методов математической статистики.

Экспериментальные методы: - геометрические и геодезические измерения, тензометрия при определении напряженно- деформированного состояния образцов ШТС;

- химический анализ металла труб и замковых элементов ШТС;

- металлографические методы определения структуры металла и сварных соединений;

- натурные испытания несущей способности подпорных стен из ШТС.

Научная новизна работы: на основании результатов натурных исследований, теоретических и экспериментальных проработок впервые в РФ разработаны и внедрены новые конструкции профилей шпунтов трубчатых сварных и технологий возведения из них подпорных стен транспортных сооружений для различных инженерно-геологических условий, в том числе на основаниях из «слабых», скальных и мерзлых грунтах. Научная новизна основных результатов работы подтверждена 7 патентами на конструкции и способы строительства подпорных стен из ШТС и 6 патентами РФ на полезную модель, а также внедрением в практику отечественного транспортного строительства нового типа подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных (ШТС).

Практическое значение работы. Результаты выполненных исследований позволяют рекомендовать ШТС для возведения подпорных стен различной формы, высоты, длины и назначения на объектах транспортного строительства в Западной Сибири и других районах России для всех природно-климатических и инженерно-геологических условий.

Реализация результатов работы. По сортаменту, разработанному на основе результатов диссертационной работы, изготовлено более 150 тысяч тонн ШТС, которые использованы при возведении более 50 подпорных стен на различных объектах транспортного строительства суммарной протяженностью около 39 км.

На защиту выносятся:

- научная концепция и методика проектирования ШТС и технология их изготовления для возведения подпорных стен для различных инженерно-геологических и природно-климатических условий, включая основания из «слабых», скальных и мерзлых грунтов, в том числе с использованием охлаждающих устройств для предотвращения оттаивания грунтов основания, повышения несущей способности и надежности сооружений в условиях криолитозоны;

- методика проектирования оптимальных параметров конструкции ШТС: диаметров труб, длины, ширины и формы замковых соединений, марок сталей.

Достоверность применяемых методов исследования. Основные научные положения, рекомендации и выводы диссертационной работы проверены на более чем пятидесяти объектах транспортного строительства, обоснованы результатами проведения экспериментальных исследований и подтверждены удовлетворительной сходимостью результатов расчётов и экспериментальных данных, а также отсутствием каких-либо рекламаций от заказчиков и органов, контролирующих результаты строительства.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на заседаниях секций Ученого Совета ОАО ЦНИИС в 2006, 2009 и 2010 гг., Международных конференциях «Морские и речные порты России» (г. Москва, 2002 г. и 2004 г.). По результатам выполненных исследований опубликована 31 печатная работа, разработаны национальный стандарт ГОСТ Р 52664-2010 «Шпунт трубчатый сварной. Технические условия», Свод правил «Проектирование и строительство причальных и берегоукрепительных сооружений из трубчатого сварного шпунта», Свод правил «Проектирование и возведение подпорных стен и водопропускных сооружений автомобильных дорог из трубчатого сварного шпунта», стандарт организации (СТО – ГК «Трансстрой» - 010-2007) « Шпунт трубчатый сварной. Применение в транспортном строительстве», М., ООО «Трансстройиздат», 2007 г. и СТО-01393674-013-2011 «Возведение подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных на скальных грунтах», М., ОАО ЦНИИС, 2011 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Работа содержит 158 страниц текста, 30 рисунков, 14 таблиц и список использованных источников включающий 154 наименования, а также 3 приложения на 18 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор и анализ конструкций и технологий возведения подпорных стен из стальных шпунтовых свай и концепцию применения шпунтов трубчатых сварных при проектировании и возведении подпорных стен транспортных сооружений.

В транспортном строительстве подпорные стены из стального шпунта возводят свыше 100 лет. Они имеют сравнительно простую конструкцию, минимально чувствительны к перегрузкам и применяются в различных инженерно-геологических, гидрогеологических и природно-климатических условиях. Длительное по времени применение стальных шпунтовых свай в подпорных стенах способствовало развитию и совершенствованию их профилей и технологий погружения.

За рубежом, фирмы Бельгии «Profil RBD», Германии «Thyssen Krupp», Люксембурга «ArcelrMittal», США «CMI», Украины «ДМК», Японии «Ywata», «Fuji» изготавливают горячекатаные, прокатно-сварные, сварные и трубчатые шпунты из стали с пределом текучести от 240 до 430 МПа, обеспечивая возведение подпорных стен различного назначения на основе принципов ресурсосбережения, безопасной и длительной эксплуатации.

Значительный вклад в разработку конструкций стальных шпунтовых свай и возведение подпорных стен на транспортном строительстве внесли: Р.С. Ахундов, Е.А. Корчагин, А.И. Кузнецов, Л.Н. Лосев, В.И. Петровский, Г.Д. Хасхачих. И Е. Школьников разработал программу расчётов погружения шпунтовых свай на основе волновой теории.

Более тридцати лет тому назад, в Обь-Иртышском бассейне Сибири возникла необходимость строительства подпорных стен (больверков) транспортных сооружений со свободной высотой 12-15 м. в связи с не зарегулированным стоком водных источников региона и подъемом воды в паводок на 8 и более метров. Потребность в подпорных стенках высотой до 15 м была обусловлена также появлением морских судов с осадкой 10 и более метров. Для возведения подпорных стен требовался стальной шпунт с моментом сопротивления W > 10000 см3, который отечественная промышленность не выпускала.

На Украине комбинат «Азовсталь» изготавливал корытный шпунт Л5 с

Wл 3000 см3, а НТМК (Россия) осваивал производство горячекатаного корытного шпунта Л5УМ с W лу 3500 см3. С 1994 года «Курганстальмост» и ЦНИИС разрабатывали конструкции и технологии изготовления шпунтовых панелей ПШС с Wпшс 10000 см3.

Разработка профилей шпунтов трубчатых сварных (ШТС), с моментом сопротивления превышающим 10 тысяч см3, представляло собой важную задачу, решение которой актуально для возведения подпорных стен транспортных сооружений в различных инженерно-геологических и природно-климатических условиях России, в том числе в Сибири.

Во второй главе рассмотрены особенности проектирования профилей ШТС, установлена зависимость геометрических параметров и прочности шпунтов трубчатых сварных от конструкции замковых соединений, разработаны рекомендации по прогнозированию коррозионной стойкости подпорных стен из ШТС.

ШТС, в отличии от прокатных профилей типа Ларсен, составлены из трубы и замковых соединений. Исследования показали, что назначение и условия работы этих элементов в ШТС и в других типах шпунтовых свай с высоким моментом сопротивления существенно отличаются. Труба в ШТС является основным элементом, обеспечивающим прочность и жесткость всей конструкции. Замковые соединения ШТС выполняют роль направляющих устройств при производстве свайных работ по возведению подпорных стен и обеспечивают и водо- и грунто- непроницаемость в процессе эксплуатации сооружения.

При разработке конструкции ШТС в первую очередь было необходимо решить задачу по обеспечению рациональной работы металла в конструкции и совместной работы труб шпунтовых свай в подпорной стене.

Профили ШТС, при работе которых в подпорных стенах обеспечивается эффект совместной работы трубчатых элементов, разрабатывали на основании исследований Г.И. Глушкова, К.С. Силина, В.Г. Федоренко, С.Н. Левачева, С. В. Курило, Ю.М. Колесникова, Н.И. Безухова, Н.М. Глотова. Однако в известных работах эффект взаимовлияния работы свай в сооружении удовлетворительно для практики решен только для вертикальных (осевых) нагрузок. Расчет совместной работы ШТС в подпорных стенах с горизонтальными воздействиями, является сложной задачей требующей проведения численных методов (МКЭ). Результаты испытаний с различными геометрическими размерами шпунтовых свай выполненные в широком диапазоне грунтовых условий, значений и сочетаний нагрузок показали, что целесообразно проектировать профили ШТС для подпорных стен транспортных сооружений с соотношениями размеров замковых элементов к трубе равными 0,2-0,4 для труб диаметром от 530 до 1440 мм при толщине стенок от 8 до 16 мм.

На рис. 1 приведены варианты конструкции подпорных стен из рекомендуемых профилей ШТС, составленные из трубы и различных типов замковых соединений. При разработке конструкций ШТС их качество оценивали по показателям прочности, надежности, металлоемкости, а также затратам труда и энергии при возведении из них подпорных стен.

Разработанный сортамент ШТС включает шпунтовые сваи с W > 20 тысяч см3 /п.м. с большими диаметрами труб. В таблице 1 в качестве примера приведены параметры ШТС для различных замковых соединений и труб с толщиной стенки 10 мм, при шаге профилей В = 2,0 м и удельном расходе стали P = 200250 кг/м2. Удельный расход стали в расчете на единицу площади возводимой из ШТС подпорной стены определяен по формуле:

, где

- диаметр трубы ШТС;

- толщина стенки трубы ШТС;

- длина замкового соединения;

- средняя толщина замкового соединения;

- длина шпунтовой стены;

- высота забивки шпунта;

- глубина забивки шпунта;

- удельный вес стали, .

- рассматриваемый один из вариантов конструкции ШТС (в таблице 1 таких вариантов 56 – для 8 типов замковых соединений и 7 диаметров труб)

При выборе варианта конструктивного исполнения подпорной стены требуемой несущей способности по моменту сопротивления необходимо учитывать, что в моменте сопротивления () слагаемое от диаметра трубы () на несколько порядков больше, чем от замкового соединения. Так как для центральной осевой линии подпорной стены из ШТС момент сопротивления равен:

+ .

Здесь величина варьирует от 4900 см2 для = 700 мм до 20164 см2 для = 1420 мм, в то время как значение не превышают (1,6-9) см2.

Поэтому на графиках рис. 2-7 показано, что для приведенных 40 вариантов конструктивных решений, обеспечивающих момент сопротивления ШТС от 3500 см3 до 10500 см3, удельный расход металла остается примерно одинаковым (варьирует для толщины стенки 10 мм от 200 до 250 кг/м2 стены).

Этот, на первый взгляд, парадоксальный результат имеет важное значение при выборе концепции проектных решений по применению ШТС для возведения подпорных стен, ограждающих котлованов, опор мостов и других транспортных сооружений.

В результате аналитических исследований получены зависимости (рис.2-7) расхода металла (кг/м2) от момента сопротивления (см3), рекомендуемые для проектирования профилей ШТС и соотношений в них геометрических размеров трубы и замковых соединений, массы, прочности и несущей способности.

Для ШТС, сортамент которых приведен в таблице 1, расход металла для возведения 1 м2 подпорной стены зависит, в основном, от толщины стенки трубы и значительно меньше от её диаметра (рис.2-7). При этом, несущая способность подпорных стен из ШТС определяется, в большей степени, диаметром трубы.

При разработке профилей ШТС в качестве исходной предпосылки принято, что подпорные стены капитальных транспортных сооружений (рис.8) должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать безопасную эксплуатацию на протяжении всего жизненного цикла, как правило, исчисляемого полувековым периодом. Поэтому проектировать подпорные стены и выбирать ШТС из сортамента (таблица 1) рекомендуется с учётом прогнозирования изменения несущей способности (момента сопротивления W, см3) конструкции, в зависимости от характера процесса коррозии металла.

Обобщение 20-летнего опыта строительства подпорных стен из ШТС позволило выявить их повышенную коррозионную стойкость, в сравнении со шпунтовыми сваями традиционных профилей, а также существенно больший период безопасной эксплуатации и долговечности сооружения. Оказалось, что интенсивность коррозии металла в замкнутых полостях труб составляла 0,03-0,05 мм/год (среднеквадратичное отклонение = 0,01 мм/год, коэффициент вариации = 0,33), в то время как на наружных поверхностях в зоне переменного уровня воды интенсивность коррозии достигает 0,08-0,12 мм/год (среднеквадратичное отклонение = 0,01 мм/год, коэффициент вариации = 0,10). Это обстоятельство следует учитывать при назначении расчётных значений толщины металлических элементов конструкции. При расчётном сроке эксплуатации «Т» уменьшение «Т» расчётной толщины сечения металла трубы может составить (0,1-0,15)Т, в то время, как для замковых соединительных элементов - (0,1-0,15)2Т.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.