1. Область применения трубобетона
В первых сооружениях с использованием трубобетона применялось многотрубное армирование, при котором несущим элементом был пакет из трубобетонных стержней малого диаметра. Примером использования многотрубных пакетов является арочный мост пролетом 9 м в восточном предместье Парижа, построенный в 1931 г. (рис. 1). Две арки этого моста состоят каждая из шести труб диаметром 60X3,5 мм, заполненных бетоном [141].
В 1936 г. под руководством акад. Г. П. Передерия был сооружен мост пролетом 101 м, через р. Неву в Ленинграде (рис. 2) [63], в котором применена известная схема безраскосной фермы. Крупногабаритный пакет из 40 труб диаметром 140X5 мм использован в качестве верхнего параболического пояса пролетного строения. Трубы изготовлены из малоуглеродистой стали марки Ст5. На 1 м2 поперечного сечения арки приходится 104 ж пролета, что почти в 2 раза больше, чем у других подобных мостов [63]. Впоследствии система пакетного трубобетона не применялась из-за сложности изготовления.
Началом широкого развития трубобетонных конструкций следует считать появление монотрубной системы. В 40-х годах проф. В. А. Росновский предложил использовать в качестве конструктивного элемента мостов одну тонкостенную стальную трубу, заполненную бетоном, и в ряде проектов [71] показал ее преимущества по сравнению с обычными решениями. Им были предложены различные конструкции мостов с применением такого решения, а впоследствии по одному из этих предложений был построен железнодорожный мост через р. Исеть вблизи г. Каменск-Уральского (рис.3).
Главный речной пролет моста перекрыт сквозной аркой пролетом 140 м и стрелой подъема 22 м. Высота арочных ферм на среднем участке — от ‘Д до 3Д пролета— одинакова и равна 6 м. На концевых участках пояса очерчены по двум параболам, сближающимся к опорным узлам. Расстояние между арочными фермами составляет 7 м, т. е. у2о пролета. Длина панелей арки 6,083 м.
Пояса арок выполнены из труб диаметром 820Х Х13 мм, изготовленных из стали марки СтЗ, заполненных бетоном марки 350. Трубы имеют в стыках фланцевые соединения на болтах. Элементы решетки, т. е. раскосы и стойки, металлические двутаврового сечения. Продольные горизонтальные связи расположены в плоскостях верхнего и нижнего поясов арки. Поперечные связи имеются лишь в пределах высоты ферм и расположены через панель в плоскостях надарочных стоек. Связи представляют собой ромбическую систему с металлическими элементами крестового сечения. Все соединения металлических элементов пролетного строения электросварные. Надарочные стойки изготовлены из труб, заполненных бетоном. Учитывая большую горизонтальную жесткость проезжей части, поперечные связи между стойками не поставлены.
Применение трубобетона в мосте на р. Исеть снизило стоимость строительства на 20% и позволило сэкономить 52% стали [71].
1-1
1ННГ
Рис. 1. Мост в предместье Парижа
Г-г
Монотрубобетонные арки успешно используются в автодорожных мостах [35] в качестве поясов подпружных систем (рис.4,а, б). При ширине проезжей части моста 21 м затрачивается 195 кг стали на 1 м2 ее горизонтальной проекции, т. е. почти столько же, сколько в са-
Рис. 2. Трубо — бетонный мост через р. Неву в Ленинграде Общий вид и поперечное сечение арки
Мых современных железобетонных предварительно-напряженных мостах, и в несколько раз меньше, чем в обычных железобетонных мостах аналогичных размеров, масса стали в которых достигает 675 кг/м2.
В мостовых фермах [71] для сжатых поясов из стальных труб, заполненных бетоном, нужно в 8 раз меньше стали, чем для обыкновенных стальных. Масса ферм при этом увеличивается лишь на 14%. Поскольку усилия в поясах от их веса составляют незначительную долю полных расчетных усилий, увеличение последних вследствие замены части металла бетоном получается около 3% и им можно пренебречь. Конструкции сжатых поясов из труб, заполненных бетоном, в 5 раз дешевле по сравнению с чисто металлическими. В целом сметное удешевление мостов с пролетным строением в виде свободно опирающихся ферм достигает 20—25%, а экономия стали—40—60%.
Рациональной областью применения трубобетонных стержней являются конструкции опор линий электропередачи (рис.5). Значительное количество металла расходуется здесь на пояса стволов и траверс, поэтому замена сжатых поясов »трубобетонными дает большой экономический эффект. Например, на сооружение 1 км ЛЭП напряжением 150 кв через горный перевал в Швейцарии израсходовано 7,5 т стали. При применении опор обычной конструкции потребовалось бы 21,5 т. Уменьшение стоимости трубобетонных опор по сравнению с обычными составляет 30—40% [157].
Благодаря повышенной изгибной жесткости стальных труб, заполненных бетоном, опоры ЛЭП могут быть собраны из сравнительно небольшого числа элементов значительной длины. При этом упрощается схема расположения стержней соединительной решетки и конструкция узловых сопряжений. Основные раскосы опоры могут быть предварительно напряжены растяжением и выполнены из тросов. Трубы защищают от коррозии оцинкованием и окраской.
Из промышленных сооружений, возведенных с применением монотрубобетона, следует отметить производственное здание на Семилукском заводе огнеупоров (рис.6), стойки рам которого выполнены из стальных труб диаметром 114X4 мм, заполненных бетоном марки 200. Масса каждой трубобетонной стойки около 2 т, тогда как железобетонная стойка имела бы массу более
Рис. 5. Конструктивная схема ЛЭП с предварительным напряжением
Рис. 6. Схема каркаса производственного здания на Семилукском заводе огнеупоров
X |
> |
К |
|||||||
\ |
|||||||||
6,0 |
6,0 |
В, в |
6.0 |
6,0 |
6.0 |
6,0 |
6.0 |
Ь» |
АО |
Эс |
Рис. 7. Здание лаборатории научно-исследовательского института; стойки каркаса выполнены из трубобетона
13 т. Расход металла на все трубобетонные стойки составил 27,3 т, на железобетонные понадобилась бы 41 т металла. Стоимость стоек снизилась с 10 900 до 3050 руб. [28].
В ряде зарубежных стран в строительстве применяются стальные трубы с бетонным заполнением. За последние годы интерес к ним возрос во Франции [150, 151], Канаде [126], Италии [121], Бельгии, США и других странах [124, 139, 149].
Во Франции трубобетон использован в качестве стоек каркасов многоэтажных жилых и общественных зданий, например в первом небоскребе в Париже — жилом доме на ул. Крулебарб [151], в административном здании на ул. Жофре. В здании размером 24X24 м лаборатории научно-исследовательского института в г. Ольное (рис.7) [148] колонны выполнены из труб цилиндрической и призматической формы, заполненных бетоном: в центральной части здания колонны цилиндрические из труб диаметром 216 мм, по периметру здания колонны призматические квадратного сечения 100ХЮ0 мм. Применение этой системы монотрубобетона снизило расход стали на стойки каркаса до 40%.
В Италии в Риме построена 8-этажная гостиница [121], стойки каркаса которой выполнены из трубобето-
Рис. 8. Несущий каркас гостиницы
На (рис.8). Стойки имеют переменное сечение, уменьшающееся кверху.
В Бельгии при строительстве дока были использованы фермы пролетом 13 м с параллельными поясами. Верхние пояса и стойки ферм выполнены из труб, заполненных бетоном (рис.9), остальные элементы — из швеллеров и уголков. Расход стали на сжатые элементы ферм снижен на 40% [139].
При изготовлении трубобетона используются круглые цилиндрические, а также призматические (квадратные
01,91
1083.
1983
1083
Ш
У
Ж,
<т*80*9-
Рис. 9. Ферма с трубобетонкым сжатым поясом, используемая в конструкции дока
Или прямоугольные) трубы. В некоторых случаях внутри бетонного ядра устанавливается арматура: гибкая — в виде стержней или жесткая — уголки, двутавры и др. (рис.10). В нашей стране такие конструкции использу-
Рис. 10. Дополнительное армирование бетонного ядра
А — гибкой арматурой; б — жесткой арматурой в виде трубы; в — то же, уголком; г — то же, двутавром
Ют для свай, представляющих собой металлические цилиндрические оболочки диаметром 1600 мм с армированным бетонным ядром [32]. Армирование ядра позволяет уменьшить диаметр оболочки и, следовательно,
Поперечный габарит конструкции, что имеет большое значение [151].
Кроме строительства трубобетон применяют в машиностроении, где таким путем достигают экономии стали до 40% [54, 65].