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:     | 1 | 2 || 4 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Анализ таблицы 2 показывает, что подпорные стены из ШТС при увеличении диаметра трубы с 720 мм до 820 мм и 1220 мм сохраняют несущую способность и имеют некоторый запас по моменту сопротивления К820 = 107,3 % и К1220 = 142,3%. Подпорные стены из шпунтовых свай типа Ларсен – 5 и Hoesch 215 через 25 лет эксплуатации в условиях с интенсивностью коррозии 0,1 мм/год будут иметь несущую способность на 10 % меньше принятой в сравнительных расчётах (W 2900 см3 /п. м.), не обеспечат условия безопасной эксплуатации и требуют затрат на их ремонт.

В третьей главе приведены рекомендации по изготовлению и проектированию подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных заводского изготовления, по выбору оборудования и определению параметров погружения трубчатых свай, методам усиления подпорных стен и особенности их возведения на основаниях из скальных грунтов.

Изготовление разработанных соискателем профилей ШТС организовано в «Тресте Запсибгидрострой» в г. Сургуте с использованием комплекта специального оборудования и стендов в соответствии с сортаментом и требованиями ГОСТ Р 52664-2010 «Шпунт трубчатый сварной. Технические условия».

Комплект заводского оборудования «Треста Запсибгидрострой» обеспечивает изготовление 300-350 тонн ШТС в месяц в цехе завода размером 72х18 м в плане, высотой 7м, оснащенным краном грузоподъемностью до 10 т. На рис.9 приведена принципиальная схема стенда по подготовке замковых соединений ШТС методом продольной резки и на основе непрерывно-поточного производства. Стенд имеет коробчатый корпус 1 на опорах 2. Внутри корпуса установлено несколько вкладышей 9, имеющих форму разрезаемого шпунта. В торце корпуса стенда размещена площадка 6 для передвижения полуавтомата 4, на котором установлена режущая горелка 3 и сопло 5 для подачи воды. Корпус 1 стенда оснащен сливным патрубком, зумпфом и насосом.

Рисунок 9 – Стенд заготовки замковых соединений

Шпунтовую сваю, например Л5 (рис.9), устанавливают мостовым краном на вкладыши 9, включают полуавтомата 4, горелку 3, устройства перемещения и подачи воды. С торцов заготовок замковых соединений удаляют окалины после резки.

На рис.10 представлена схема стенда для сборки ШТС. Стенд (рис.10) содержит раму 1, выполненную из швеллеров № 20 длиной 12 м и шириной 1,2 м. На раме смонтированы опоры 2, сваренные между собой стенками 4 и 12. Опоры 2 имеют вырезы под трубу 820 мм. Для изготовления ШТС с трубами 530 1440 мм стенд снабжен вкладышами 3 соответствующих размеров. В верхней части опоры 2 с двух сторон закреплены ограничители 11 и шарнирная опора 5, с пальцами 6, хомутами 7, зажимами 8 и 10, вкладышами 9 и эксцентриковыми зажимами 13. ШТС изготавливают на стенде рис5 путем закрепления трубы на опорах 2 со вкладышами 3.

Рисунок 10 – Стенд для изготовления ШТС

Каждый технологический цикл изготовления ШТС на стендах рис.9 и 10 подвергается соответствующему операционному контролю. ШТС изготавливают в «Тресте Запсибгидрострой» с точностью исключающей необходимость ручной подгонки на строительной площадке.

В соответствии с действующими нормативными документами несущую способность подпорных стен из шпунтов трубчатых сварных при проектировании рассчитывают по наибольшему изгибающему моменту для сечения вблизи проектного дна, подбирая по сортаменту, с учетом коэффициента запаса, параметры ШТС. Данные методы расчётов разработаны десятки лет тому назад и мало приспособлены для учета возведения сооружений практически полностью изготовленных в заводских условиях на основе применения новых строительных конструкций – стальных шпунтов трубчатых сварных. Анализ проектных решений и примеров расчётов показал технические и конструктивные преимущества возведения подпорных стен из ШТС приведенных в таблице 1 и на рисунке 1.

Подпорные стены из ШТС заводского изготовления рекомендуется проектировать таким образом, чтобы их возведение или реконструкция проводились с учетом физического износа сооружения и на основе экономических критериев. Результаты расчётов, испытания работы ШТС на моделях и натурные обследования на ряде объектов показали, что предельное состояние (отказ или разрушение) в связи с коррозионными воздействиями не обязательно должны произойти на участке действия максимального изгибающего момента в подпорной стене. Для подпорных стен из ШТС, по результатам мониторинга, установлена высокая вероятность нарушения устойчивости подпорной стены в связи с интенсивными процессами коррозии на участке переменного уровня воды вплоть до разрушения и нарушения условий безопасной их эксплуатации.

На основе анализа расчётов подпорных стен из шпунтов корытного профиля типа Л 5 и ШТС установлены принципиальные отличия, которые влияют на долговечность работы конструкций и которые следует учитывать при проектировании. В зависимости от места расположения в подпорной стене: со стороны свободной поверхности (акватории) или со стороны обратной засыпки, в шпунтовой свае типа Л5 возникают противоположные по знаку напряжения. ШТС в конструкции подпорной стены имеет двузначную эпюру напряжений, характерную для работы сваи при изгибе.

Вопросы погружения свай, выбор оборудования и динамические испытания в разные годы исследовали Н.М. Герсеванов, С.М. Рак, Д.Д. Баркан, Б.В. Бахгольдин, Л.Я. Гинзбург, И.Е. Школьников и другие ученые и практики. Исследовались, в основном, вопросы, связанные с деформациями и напряжениями в грунте при погружении свай. Нештатные ситуации, например, поведение сваи внезапно натолкнувшейся при погружении на препятствие, как правило, не рассматривалось.

При погружении замковые соединения шпунтовых свай типа Ларсен подвергаются растягивающим и сжимающим напряжениям, которые при определенных условиях приводят к «веерности» подпорной стены. В отличии от них, практически одинаковая жесткость ШТС в плане обеспечивает «удобство» их забивки и отсутствие «ухода в сторону» замковых соединений или их раскрытия. Натурные исследования показали, что ШТС более приспособлены к восприятию продольных и поперечных нагрузок, возникающих при забивке свай. Это обстоятельство имеет значение в тех случаях, когда в процессе погружения шпунтовая свая встречает препятствие в виде различных включений (валунов, топляков, линз мерзлых грунтов) или в связи с локальными изменениями физико-механических свойств грунтов основания.

Сопоставительный анализ технологической эффективности конструкций шпунтовых свай показал преимущества ШТС в сравнении с Л5.

Допускаемый крутящий момент для шпунтовой сваи Л5-УМ шириной 0,5 м производства НТГМ из стали С 255 (М из л = 77,4 тм/п.м) равен М кр. доп. л5 = 0,92 тсм. Для её скручивания требуется усилие в 1,84 тс (0,92 тсм./0,5 м = 1,84 тс). ШТС-720-10-ШК1 с расстоянием между замками в 1,136 м, близкий к Л5-УМ по несущей способности, изготовленный из стали ВСт3сп (М из штс = 83,5 тм/п.м.) имеет допускаемый крутящий момент М кр.доп. штс = 106,3 тсм. и предельное горизонтальное усилие в 93,6 тс (106,3 тсм./1,136 м = 93,6 тс.), что в 49 раз больше, чем у Л5-УМ.

Следовательно, при прочих равных условиях, вероятность появления предельных деформаций при погружении у подпорных стен из шпунта типа Л5-УМ выше, чем у ШТС «Треста Запсибгидрострой».

В диссертационной работе соискателем разработаны рекомендации по повышению несущей способности подпорных стен из ШТС, в конструкции которой имеется стальная полая труба. Очевидно, что наиболее просто и технологично повышать несущую способность подпорных стен из ШТС путем выемки грунта из внутренней полости трубы шпунтовой сваи и размещения в ней одной из конструкций усиления: смеси песка с цементом, железобетона с арматурным каркасом или замораживающего устройства, при строительстве в криолитозоне. Натурные исследования показали, что конструкция усиления в трубе ШТС повышает несущую способность подпорной стены (рис.11) и замедляет процессы коррозии, повышая срок эксплуатации сооружения.

Для разработки и извлечения грунта из трубы ШТС рекомендуется эрлифт с оборотным водоснабжением. При возведении подпорной стены на твердых и скальных грунтах рекомендуется совместная работа эрлифта со шнеком или грейфером.

Для засыпки пазух подпорных стен и внутренней полости труб ШТС предлагается использовать непучинистые песчаные грунты средней крупности с углом внутреннего трения 30° и степенью неоднородности Cu =d60/d10 > 3,0. Песок с цементом рекомендуется смешивать в количестве 5:1 по массе и уплотнять до I d 0,9 1,0.

Повышение несущей способности подпорных стен из ШТС путем размещения стального каркаса и заполнения трубы бетоном обеспечивает увеличение жесткости конструкции в 1,5 – 2,5 раза.

  Повышение жесткости ШТС от-40

Рисунок 11 – Повышение жесткости ШТС от размещения в трубе бетона (К-1); мерзлого грунта (К-2); смеси цемента и песка (К-3); труба без заполнителя (К-4).

При этом, срок эксплуатации подпорной стены из ШТС и её межремонтный период, при определенных условиях, может быть увеличен в два раза.

На основе анализа результатов натурных исследований и опыта применения замораживающих устройств при строительстве больверка в порту Ямбург, рекомендуется в качестве конструкций усиления ШТС и повышения несущей способности подпорных стен применять охлаждающие устройства воздушного типа или жидкостные с естественной конвекцией теплоносителя. Технология усиления путем размещения внутри трубы ШТС замораживающего устройства (рис.12) при возведении сооружения в криолитозоне и восстановлении грунтов основания в мерзлом состоянии.

1 – труба ШТС; 2 – воздушная замораживающая система;

3 – проектируемая граница мерзлого грунта.

Рисунок 12 – Воздушная замораживающая система в трубе ШТС

Проектирование и возведение набережной на р. Ангара в г. Иркутске на основании из скальных грунтов (рис.1-д) выполнили на основе технических решений, новизна которых приведена в патенте РФ, № 2382846 и патенте РФ на полезную модель № 106264.

Пробные погружения ШТС в скальные грунты (песчаники) привели к смятию острия трубы (рис.13). При увеличении сопротивления грунта под концом сваи до 800 кН напряжения в ШТС увеличивались с 180 МПа до 270 МПа или в 1,5 раза.

Проект корректировали, заменив оборудование для забивки ШТС на гидравлическое с регулируемыми параметрами и амортизаторами специальной конструкции. При этом, усилили торцы труб стальными сварными накладками толщиной в 20 мм и шириной 300 мм обеспечив успешное завершение работ (рис.14, рис.15) и погружение ШТС на 80-120 см в скальные грунты.

 Смятие острия пробной Рисунок-42

Рисунок 13 - Смятие острия пробной Рисунок 14 – Результат погружения

сваи при погружении в скальный ШТС на глубину 0,8 -1,2 м в

грунт песчаник. Шпунтовая свая, торец

которой усилен накладками, после

извлечения на поверхность и выреза

части трубы по образующей.

  Иркутск, р. Ангара,-44

Рисунок 15 – Иркутск, р. Ангара, строительство набережной из ШТС

на основании из скальных грунтов

В четвертой главе приведены рекомендации по проектированию и технико-экономические показатели эффективности возведения и эксплуатации подпорных стен из ШТС.

По результатам натурных испытаний «Трест Запсибгидрострой» изготавливает ШТС оригинальной конструкции с левым и правым замковыми соединениями одинакового профиля (рис.1). Каждый из них выполнен в виде паза (обоймы) или ответной части (гребня). При погружении ШТС такой конструкции не имеет значения, какое из замковых соединений будет левым, а какое – правым, что упрощает монтажные и такелажные работы на строительстве подпорных стен. Более существенный эффект установлен при забивке их молотом или вибропогружении. ШТС симметричного профиля погружают на проектную глубину прикладывая ударные нагрузки в ядро сечения, что повышает качество подпорных стен в сравнении с Л4, Л5 и Л5-У.

На основе результатов исследований по замене в ШТС замковых соединений импортного производства разработана конструкция (рис.1-б) из рядового проката, включающего уголки и перемычку. В качестве гребня для такого замкового соединения ШТС в «Тресте Запсибгидрострой» применяют половину двутавровой балки или сдвоенные уголки. У замковых соединений такой конструкции снижен расход металла по сравнению с замковыми соединениями на основе Л4 и Л5. Испытания показали, что такие замковые соединения ШТС обладают повышенной грунтонепроницаемостью в сравнении с Л4 и Л5 и имеют не менее 2000 кН/п.м. на разрыв. Недостатком их является необходимость выполнения шести продольных сварных швов при изготовлении ШТС, по сравнению с четырьмя для Л4 и Л5, а также сложности нанесения антикоррозийного покрытия в полосе замкового соединения.

При разработке рекомендаций по проектированию профилей ШТС принимали во внимание, что снижение стоимости изготовления шпунтовых свай путем исключения сложных и дорогих конструктивных решений, использования наиболее дешевых материалов и наиболее простых способов их обработки решается только часть задачи о необходимости повышения экономичности подпорных стен. Так, например, дополнительное ребро жесткости, сравнительно усложняющее конструкцию и изготовление ШТС, повышает усилие на разрыв замкового соединения в 1,5-2,0 раза, по сравнению с аналогом Японии. При этом ШТС, с рекомендуемым нами замковым соединением, получил не только дополнительное сопротивление на растяжение, но и повышенную водонепроницаемость подпорных стен.

Выбор сталей для изготовления строительных конструкций, в том числе ШТС, регламентирован нормативными документами прошлого столетия, когда действовали жесткое ограничения на применение металлов в строительстве, а безопасность возведения и эксплуатации сооружений не была приоритетной. Эффективность работы металла в ШТС, по принятой в строительстве методике, оценивали коэффициентом К=W/Q; где W – момент сопротивления, см3; Q -масса м2 шпунтовой сваи. Коэффициент использования стали для профилей ШТС с замковыми соединениями, новизна которых защищена патентами, равен К об 30 и выше, чем у соединений типа Ларсен (Кл 20). При этом, для возведения подпорной стены с М из 75 тс м из шпунтовых свай Л5 требуется 227,9 кг/м2 стали, а из ШТС – 201,9 кг /м2 или на 13 % меньше. Увеличение несущей способности ШТС и предельно допустимых изгибающих моментов на 1 м2 является одним из основных направлений ресурсосбережения на транспортном строительстве, повышения надежности и безопасности эксплуатации сооружений. Изготовление ШТС из стали марки 16Г2АФ, в сравнении со сталью марки ВСт.3сп, обеспечивает в 1,7 раза увеличение несущей способности 1 м2 подпорной стены при равном расходе металла. Ресурсосбережение и снижение расхода материалов за счет повышения качества стали наиболее характерно для шпунтовых свай изготовленных в Люксембурге и Японии. В последнее время эти принципы стали основополагающим при изготовлении ШТС в «Тресте Запсибгидрострой».

За рубежом стоимость сварного шпунта обычно в среднем в 2,03,0 раза выше стоимости шпунтовых свай традиционного прокатного профиля. Очевидно, что и в России организовать производство ШТС из труб и замковых элементов импортного производства в конкурентоспособном ценовом коридоре весьма не просто. Однако, в Западной Сибири с 90-ых годов проводится интенсивный мониторинг и демонтаж продуктопроводов, в связи с истечением срока безопасной эксплуатации стальных труб. На рынок вторичного сырья для переработки ежегодно поступает до 500 тысяч тонн стальных труб, из которых не менее 80% сохранили потребительские свойства и отвечают требованиям действующих нормативных документов для применения в строительстве.

Проблема рационального использования вторичных ресурсов актуальна как для стран с развитой рыночной экономикой, так и вставших на пути её развития. Реализация отходов одной отрасли промышленности в другой на основе всесторонней технико-экономической оценки эффективности процессов утилизации, транспортирования и переработки входит в программу ряда отраслей промышленности РФ.

Около двадцати лет тому назад нами была поставлена задача о возможности использования труб с участков демонтированных продуктопроводов для изготовления ШТС. Для реализации разработали следующие регламенты (стандарты организации):

- определения на начальном этапе пригодности труб для применения при изготовлении ШТС или их выбраковка, основанная на визуальном осмотре и оценки внешних признаков трубы: кривизне обследуемого участка по длине, эллипсоидности её поперечных сечений, наличию и количеству вмятин на поверхности, присутствию сквозных отверстий и разрывов;

- определение степени очаговой коррозии на основе результатов выборочной механической очистки участков трубы от оклеечной и битумной антикоррозийной защиты;

- поиск исходных документов на трубы и сертификаты качества.

При положительных результатах начального этапа и для принятия решения о возможности использования труб данного участка продуктопро-вода, в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52664-2010, отбирают пробы металла трубы и её сварных соединений для испытаний в лаборатории и подготовки соответствующего заключения. В лаборатории определяют химический состав и марку образцов стали трубы и её сварных соединений, предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость, в том числе при отрицательных температурах и твердость. Результаты заключения служат основой для принятия решения об использовании труб с демонтированного участка продуктопровода, доставки на полигон и подготовке к производству ШТС.

Работа завода «Треста Запсибгидрострой» в г. Сургуте по изготовлению ШТС, как правило, организована «под заказ». На 2011 год объем производства ШТС составил около 150 тысяч тонн, из которых в различных регионах страны возведены подпорные стены транспортных сооружений различного назначения суммарной протяженностью превышающей 39 км.

Технико-экономическая эффективность проектирования и изготовления подпорных стен из ШТС «Треста Запсибгидрострой», в сравнении со шпунтовыми сваями типа Л4, Л5, изготовленными на ДМК Украины или типа Л5-УМ, производства НТМК России, характеризуется:

- снижением расхода металла на 15-22 % или около 22 тысяч тонн с начала производства ШТС в «Тресте Запсибгидрострой»;

- потребностями снижения энергии (кДж) для погружения;

- снижением для каждой шпунтовой сваи трудовых (не менее чем на 6,8 Чел.-ч.) и денежных (от 3,0 до 4,0 тыс. руб.) затрат;

- увеличенной в 2,3-2,6 раза шириной ШТС и, соответственно, наличием меньшего количества замковых соединений, снижением расходов на гидроизоляцию и затрат на организацию отвода фильтрационных вод;

- решением крупной народно-хозяйственной проблемы утилизации практически на месте демонтированных труб продуктопроводов.



Pages:     | 1 | 2 || 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.