Category Archives: Трубы

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].

И предпосылки к их применению

Трубобетонный стержень является комплексной кон­струкцией, состоящей из стальной трубы и бетонного яд­ра, работающих совместно. Такая конструкция обладает многими положительными качествами. Прочность бетон­ного ядра, стесненного стальной оболочкой как обоймой, повышается примерно в 2 раза по сравнению с первона­чальной. Исследованиями [30, 77, 95] установлено, что вместо ожидаемой усадки происходит набухание бетона в трубе и его расширение, сохраняющееся на протяже­нии многих лет, что создает благоприятные условия для его работы. Разбухание характерно для бетона, не толь­ко заключенного в стальную трубу, но и изолированного любым другим способом от окружающей среды, что подтверждается известными опытами О. Я — Берга с изо­лированными бетонными образцами [9]. Причиной раз­бухания является отсутствие влагообмена между бето­ном и внешней средой. В упомянутых опытах через 135 дней на одном из образцов была снята изоляция, что вызвало быстрое развитие деформаций усадки, ко­торые стали почти такими же, как и у аналогичных не­изолированных образцов. Величины усадочных продоль­ных деформаций изолированного образца весьма незна­чительны и составляют ег=(2-=-3)10~5. Это является одним из преимуществ трубобетона в сравнении с желе­зобетоном.

Изоляция бетона от окружающей среды создает луч — чие условия для работы бетона под нагрузкой. Экспери­менты [9] показывают, что в неизолированном бетоне нагрузка вызывает более значительную деструкцию во времени, чем в изолированном. В неизолированном бето­не развитие микротрещин все время прогрессирует, у изолированного бетона при том же напряжении оно полностью прекращается в первые 2—3 дня. В неизоли­рованных образцах нелинейность деформаций ползучес-

; Г а б л и ц а 1

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН

V

А

X

V

И

1 п * —

С; л

5 ьг ®

О О.

С к

А до низа нльной 1 в м

*

А н

3

Д о

4 о

Вид конструкции

Масса колонны

Расход металла на 1 колонну

Стоимость кон­струкции (фран­ко-приобъект­ный склад)

Приведенные затраты

>>

А о о

И

° л ?•§

У

Л Н щ « о-&

Ч о о. С

И га

3

В г

Разница

В %

В т

Разница

В %

В руб.

Разница в %

В руб.

Разница

В %

50

18

18

6

| Металлич. 1 Трубобет.

5Г6 5,93

—5,9

.5,6 3,43

+38,7

1140 775

+31,9

417 288

+31

Си

5 §

Ее с Я

К Н

100

18

30

12

| Металлич. \ Трубобет.

6,5 6,47

+0,5

6,5 4,49

+31

1415 961

+32,1

505 363

+28,1

И О

5 §

250

40

36

24

| Металлич. \ Трубобет.

34,5 31,8

+7,8

34,5 15,3

+55,6

7300 3839

+47,4

2660 1420

+46,6

3 О

Г => 8 ®

300

31

36

36

| Металлич. 1 Трубобет.

40,2 41,8

—4

40,2 18,2

+54,7

8140 4200

+49

3020 1620

+46,5

А «

>а о

1§ га *

К "

О к а к

10

12

18

6

Г Ж/б — \ Трубобет.

5,7 1,39

+75,5

0,45 0,483

—7,3

286 93

+67,5

91,5 45

+51

30

16

18

6

1

\ Трубобет.

14,7 1,83

+87,5

1,041 0,921

+11,6

600 155

+74

180 77

+57,2

75

16

12

12

{

1 Трубобет.

24,2 3,78

+84,5

1,8 1,565

+13

1165 279

+74

367 139

+62,1

Же, раз-

ЧЬНОГО

Гипа

15

14,5

24

6

| Металлич. 1 Трубобет.

1,62 1,96

—21

1,62 0,93

+42

340

243

+28,6

125 98

+21,6

80

24

36

12

| Металлич. \ Трубобет.

3,9 5,83

—34,6

3,9 2,01

+48,5

940 583

+38

324 223

+31,2

10

12

32

18

( Металлич. ( Трубобет.

2,9 3,41

—17,5

2,9 2,54

+ 12,4

574 534

+7

216 195

+9,7

20

16

18

18

| Металлич. \ Трубобет.

5,5 5,58

—1,5

5,5 3,98

+27,7

1115 839

+24,7

404 301

+25,5

§

Га н

30

16

18

18

/ Металлич. \ Трубобет.

8

7,47

+6,7

8

5,87

+27

1850 1358]

+26,6

642 462

+28

О

СП

Л

75

26

36

12

1 Металлич. ( Трубобет.

12

13,68

—14

12 8,81

+26,4

2740 2089

+23,8

978 722

+26,2

И о в

СО о.

10

9

18

12

{ Ж/б \ Трубобет.

8,5 1,44

+83

0,599 0,597

+0,5

380 106

+72

123 54,1

+56

?ай

30

10,6

24

12

1 Ж/б \ Трубобет.

10,1 1,77

+82,5

0,944 0,89

+5,7

538 148

+72,2

175,5 78

+55,6

50

14

30

12

| Ж/б \ Трубобет.

20 3,51

+82,3

1,656 1,571

+9

968 271

+72

318 141

+55,7

Примечания: 1. Таблица построена по результатам исследований, проведенных на кафедре экономики ЛИСИ аспирантом А. И. Мищенко и канд. техн. наук Р. С. Санжаровским.

2. Показатели для металлических и железобетонных колонн взяты из проектов построенных сооружений. Трубобетонные колон­ны рассчитывались по нагрузкам, действующим на аналогичные стальные и железобетонные колонии.

3. В стоимость франко-приобъектный склад входят отпускная стоимость конструкции и транспортные расходы. Для металличес­ких и железобетонных колонн эти данные взяты из ценников Ленинградской области, для трубобетонных колонн составлена кальку­ляция отпускной стоимости колонн.

„ В приведенных затратах учтены монтаж, окраска, капитальные вложения в смежные отрасли производства, капитальные вложе — сл ння в основные фонды, а также эксплуатационные затраты.

Ти наблюдается в течение 20—30 суток, а в изолирован­ных нелинейность исчезает при аналогичных напряжени­ях в первые 2—7 суток.

Заполнение стальной трубы бетоном повышает ее про­тивокоррозионную стойкость, защищая от коррозии ее внутреннюю поверхность, уменьшает гибкость элементов, увеличивает местную устойчивость стенок трубы, повы­шает сопротивление оболочки вмятию в узлах сопряже­ний и при ударных воздействиях во время транспортиро­вания и монтажа.

Наружная поверхность трубобетонных конструкций примерно в 2 раза меньше, чем конструкций из профиль­ного проката, вследствие этого у них меньше расходы по окраске и эксплуатации. На цилиндрических поверхнос­тях задерживается меньше пыли и грязи, являющихся активизаторами процессов атмосферной коррозии, поэто­му трубобетонные конструкции имеют повышенную кор­розионную стойкость.

Использование цилиндрических стержней в сооруже­ниях, подверженных ветровым нагрузкам, позволяет сни­зить эти нагрузки за счет улучшения аэродинамических свойств. Стержень круглого сечения является равноус — тойчивым при одинаковых расчетных длинах. Жесткость на кручение такого стержня значительно выше, чем у стержней открытого профиля. При применении трубобе­тонных конструкций не требуется окраски, металлиза­ции или герметизации внутренних поверхностей труб, что необходимо для трубчатых конструкций, не заполненных бетоном.

Трубобетонные конструкции имеют преимущества по сравнению с железобетонными. Известно, что примене­ние железобетонных конструкций позволяет экономить сталь на фермы до 40%, на балки до 20%, на колонны 50—70%. Однако при этом стоимость возведения желе­зобетонных конструкций выше, чем стальных: ферм до 40%, подкрановых балок до 55%, колонн до 35% [61]. Следовательно, замена стальных конструкций железобе­тонными, давая экономию стали, ведет в ряде случаев к удорожанию сооружений. Как видно из табл. 1 и приме­ров сооружений, приведенных в п. 1, замена стальных конструкций трубобетонными к такому результату не приводит.

Применяя стальные конструкции вместо железобетон­ных, необходимо учитывать условия, в которых они бу-

Дут находиться при эксплуатации. Обследованиями установлено, что при повышенных температурах конст­рукции из железобетона с бетонами обычных марок разрушаются через 5—10 лет вследствие пересушивания бетона и дегидратации цементного камня. В агрессивных средах агломерационных фабрик в условиях воздействия мышьяковистого ангидрита были случаи разрушения конструкций за 4 года. Значительна коррозия железобе­тона в цехах цветной металлургии [94]. В этих и других подобных неблагоприятных условиях с успехом можно применять трубобетон, в котором бетон защищен от аг­рессивных воздействий стальной оболочкой.

Полная стоимость сооружений из трубобетона значи­тельно ниже стоимости аналогичных железобетонных и стальных (табл. 1). Меньшая масса трубобетонных эле­ментов в сравнении с железобетонными облегчает их транспортирование и монтаж. Трубобетон экономичнее железобетона из-за отсутствия опалубки, кружал, хому­тов, отгибов, петель, закладных деталей; он более вы­нослив, менее подвержен механическим повреждениям. Отсутствие распределительной и рабочей арматуры позволяет получить более высококачественную укладку жестких бетонных смесей [100].

Широкое внедрение трубчатых конструкций в строи­тельство требует снижения стоимости самих труб, что ^ может быть достигнуто при производстве труб из листо — ^ вого проката электросварным способом. Себестоимость

Р электросварных труб оказывается выше себестоимости сортового проката всего на 2—6% [5]. Электросварные {/} трубы отличаются повышенной точностью толщины стен­ки, диаметра, овальности и, следовательно, удовлетворя — •у) ют условиям применения в строительстве. Наиболее экономичны спиральные сварные стальные трубы, метод изготовления которых заключается в изгибании узких стальных полос в спираль и сваривании трубы вдоль соединения спирали. По данным [128], стоимость спи­ральной сварной трубы составляет 40—50% стоимости такой же бесшовной трубы.

Трубобетон и бетон в спиральной обойме дополняют друг друга; каждый из этих конструктивных элементов имеет свою рациональную область применения. Однако необходимо иметь в виду следующие недостатки бетона в спиральной обойме [22]: сложность изготовления стер­жней со спиральной обмоткой, требующего специального

Оборудования; ненадежность защитного слоя спирали, так как его разрушение происходит при деформациях 62= (150-И80) Ю-5, а предельные деформации элемента составляют е2— (400-^500) Ю-5; сокращение предельных деформаций введением продольной стержневой армату­ры связано с дополнительным расходом стали (15— 20%); применение пластмасс для защитного покрытия очень дорого (260—600 руб. за 1 т), а надежность тако­го покрытия еще не изучена.

3. Сопряжения трубобетонных стержней •

Трубобетонная конструкция представляет собой со­вокупность сопряженных стержней, каждый из которых изготовлен отдельно.

Простейшим сопряжением стержней является соос — ное, т. е. встык. Сжатый стык трубобетонного стержня

Б)

Оо-

Рис. 11. Сопряжения ядра в стыках

Рис. 12. Фланцевый стык трубобетонного стержня с оболочкой диаметром 300X3

Должен обеспечивать передачу усилий как по оболочке, так и по ядру.

Существуют два конструктивных решения стыков для передачи усилия по ядру. По первому из них, показанно­му на рис. 11, а, трубобетонные элементы плоскими тор­цами плотно примыкают друг к другу в стыке («сухое» сопряжение). Плотный контакт бетонных ядер позволя­ет использовать для стыков стальных оболочек способы, применяемые для стальных труб. 18

А — «сухой» стык ядра; б — «мок­рый» стык ядра

Рис. 13. Теле — а)

ГП

Скопические стыки пустых труб с неболь­шим различием ^ диаметров ||

А — обыкновенный

С прямым резом; (

6 — со сварными —•

3)

Б)

В)

Гп

I

Да

Пробками; в, г — Ч^и-И с косыми резами; д~~ с прорезями

Рис. 14. Стыки стальных труб с одинаковыми диаметрами

В;П1

I I

I

Л

А;

Рис. 15. Переход­ные стыки труб с большим различи­ем диаметров

Г)

А)

Г~п

^ [ш |

И,

J

А — через прокладку без ребер; б — то же, с ребрами; в — с по­степенным переходом на меньший диаметр; г — с коническим вкладышем

19

По второму решению (рис. 11,6) бетонное ядро не до­водится до плоскости обреза оболочки стержня. После стыкования оболочек двух стержней между смежными торцами бетонных ядер остается свободная полость, ко­торую заполняют бетоном или раствором («мокрое» со­пряжение) . Имеются два варианта «мокрого» сопряжения: 1) стык заполняется жестким раствором и уплотняется трамбовками; 2) пластичный раствор инъецируется в стыковую полость под давлением 2—3 атм из герметич­ной растворомешалки. На рис. 12 дан пример конструк­тивного решения стыка «мокрым» способом [71]. Обо­лочка в зоне полости, заполняемой пластичным раство­ром 3, имеет отверстие 2 диаметром 22 мм для введения

2*

Растворопровода и пять отверстий 1 диаметром 5 мм для вывода воздуха.

Крановым столом под железобетонную балку

На рис. 13—15 показаны стыки, которые могут быть использованы для соединения оболочек трубобетонных стержней как при «сухом», так и при «мокром» сопря — 20

$-103 Рис. 18. Трубобетонная ступен­чатая колонна среднего ряда при расположении подкрано­вых столов в разных уровнях

Рис. 19. Примыкание раскосов к трубам стоек в ступенчатых трубобетонных колоннах

Жении бетонных ядер. Основным является прямой стык со стыковым швом (см. рис. 14,а), равнопрочный при сжатии целому, нестыкованному месту оболочки.

Расчет стыков оболочек осуществляется по правилам расчета сварных соединений, по которым должны быть рассчитаны сварные швы (стыковые, угловые, комбини­рованные) и стыковые накладки, если они почему-либо применяются. Усилие в оболочке получается расклады­ванием полного усилия в трубобетонном стержне на две части, пропорциональные несущим способностям ядра и оболочки, по формуле предельного сопротивления (63). Расчета стыков бетонного ядра не требуется, так как в обоих вариантах их конструктивного решения они являются равнопрочными целому, нестыкованному мес­ту ядра [63, 71].

Конструирование узлов трубобетонных конструкций делает свои первые шаги. Как и в трубчатых стальных конструкциях, лучшими являются узлы без фасонок с криволинейным обрезом труб (см. рис. 24). При этом ра­бота узлов трубобетонных конструкций улучшается из — за отсутствия местных деформаций оболочки, которая подпирается изнутри бетонным ядром.

Базы и оголовки центрально-сжатых трубобетонных стоек аналогичны базам и оголовкам полых труб, но не имеют деталей, воспринимающих сосредоточенные вер­тикальные давления (рис. 16) [29], так как эти давления воспринимаются бетоном, заполняющим полость трубы.

Колонны каркасов производственных зданий с мос­товыми кранами решаются составными. На рис. 17 и 18 показаны колонны крайних и средних рядов каркаса [29], в которых раскосы выполнены из одиночных тру­бобетонных стержней, а ветви — из одиночных и спарен­ных. Верхняя траверса нижней части колонны изготовле­на из плоских листовых деталей. Ее прикрепляют к обо­лочкам стержней встык, не прорезая последние. Торцы раскосов крепят к оболочке прокладками, распределяю­щими усилия; прокладки играют также роль торцовых фланцев трубобетонных стержней.

Раскосы надкрановой части колонны, воспринимаю­щие небольшие усилия, прикрепляют к ветвям колонны плоскими торцовыми фланцами, играющими роль узло­вых фасонок. В отличие от обычных решений эти фасон — ки расположены вне плоскости колонны (рис.19) [29]. Особенностью рассмотренного конструктивного решения является передача больших усилий (например, давления подкрановой балки) на торец трубобетонного стержня (т. е. на ядро и оболочку), а малых усилий — только на оболочку.

! Л

Вид но торец

Ржа 21. Конструкция опорного узла трубобетонной фермы с ^пользованием коробчатой фа — сонки, заполненной бетоном

Опорный узел

Рис. 22. Использова­ние одностенчатых фасонок, усиленных ребрами жесткости, в узлах трубобетонных ферм

О — узел опирания фер­мы на колонну; б — узел срниыкания раскосов к нижнему поясу

Рассчитывая узлы, следует учитывать, что при пере-

Рис. 23. Узлы легких ферм при двухтрубном решении поясов

Даче сдвигающего усилия узла на стержень вдоль обра­зующей это усилие воспринимает только оболочка. Бе­тонное ядро в работе стержня фактически не участвует.

В тяжелых трубобетонных фермах, типа мостовых, усилия в раскосах и стойках могут. достигать больших величин, тогда кроме внешних узловых фасонок исполь­зуют внутренние, которые устанавливают в полости тру­бы напротив внешних фасонок.

Пояс фермы в зоне узла представляет собой самосто­ятельный конструктивный элемент, состоящий из оболоч­ки, фасонок, ядра и фланцев; этот блок может быть от­дельно забетонирован и провибрирован. При сборке он включается в состав фермы как готовая деталь. На рис. 20 представлено решение опорного узла серповидной трубобетонной арки [71]; стойка и раскос примыкают здесь к узловому блоку конструкции.

Узловые блоки могут быть в виде пространствен­ных коробчатых фасонок с бетонированной внутренней полостью, что характерно для опорных узлов, в кото­рых фасонки воспринимают большие усилия (рис.21). Возможно конструирование узловых блоков с одностен — чатыми фасонками, усиленными ребрами жесткости (рис.22). Здесь наиболее ярко проявляется идея сбор — ности фермы из трубобетонных стержней и узловых вста­вок.

Значительный интерес пред­ставляет использование спа­ренных труб, что позволяет применять плоские узловые фасонки, упрощающие конст­рукцию узлов фермы. На рис. 23 показаны узлы фермы, пояса которой выполнены из спаренных труб, а решетка сделана из одиночных [29]. Сдвигающие силы от узла передаются на пояс через обо­лочку, что ограничивает при­менение этого приема только такими случаями, когда эти силы не велики, т. е. об­ластью легких ферм и средних пролетов. Растянутые стержни можно не заполнять бетоном по всей длине (рис. .24), но в сопряжениях они должны иметь бетонные пробки. Таким образом будет достигнута по­перечная жесткость оболочек пояса в местах, сопряжений с другими элементами.

На конструкцию узла ока­зывает влияние технология сборки конструктивного комп­лекса в целом. При традицион­ной постержневой сборке узел

Образуется сопряжением стержней. Но возможен и путь (см. рис. 22), заключающийся в том, что узлы из­готовляют как отдельные части и сборка конструкции ведется из стержней и узловых вставок; все сборные сопряжения производятся простейшим способом встык. Этот путь, по-видимому, является основным при приме­нении трубобетона.

4. Технология заполнения труб бетоном

При широком применении трубобетонных конструк­ций необходим индустриальный и высокопроизводитель­ный способ заполнения труб бетоном, обеспечивающий высокую прочность и однородность бетонного ядра. Су­ществуют три способа уплотнения бетона в трубах: глу-

Рис. 24. Различные решения узлов из стальных труб

А — без пересечения раскосов; б — с пересечением раскосов; в — с распоркой

25

Бинным вибрированием, штыкованием и внешним вибрированием.

Глубинное вибрирова­ние осуществяется глу­бинными вибраторами, вводимыми в бетон, обо­лочка стержня при этом неподвижна. Способ при­меняется при больших диаметрах труб >100 мм).

Штыкование бетона производят вручную стер­жнями, длина которых больше длины трубы. Оболочка стержня при этом способе также не­подвижна, а бетон уплот­няется под воздействием перемещаемых стержней. При штыковании получа­ется плохое качество бе­тона [134].

Наиболее эффектив­ным и универсальным яв­ляется внешнее вибриро­вание, осуществляемое с помощью • вибростола с вертикальными гармони­ческими колебаниями. При этом способе трубы, прочно прикрепленные к вибро­столу в вертикальном положении, вибируют вместе с ним (рис.25). Бетон подается сверху через загрузочные во­ронки в вибрирующую трубу, заполняет ее и одновре­менно уплотняется.

Рис. 25. Сборно-разборное креп­ление труб на вибрационной площадке

Отсчет времени вибрирования ведется от начала за­полнения трубы. Время наполнения трубы диаметром 110 мм в среднем при соотношении Ь:Б = 5 и частоте 3000 кол/мин составляет 25 сек; при Ь : Б = 30 оно состав­ляет 160 сек. С изменением водоцементного отношения в пределах 0,35—0,6 время заполнения труб бетоном ме­няется несущественно. Варьируемыми компонентами вибропроцесса являются режим вибрации и жесткость бетонной смеси. Режим вибрации определяется величи­ной амплитуды, частоты и продолжительности колебания.

В проведенных экспериментах [56] использовались гармонические колебания с амплитудами 0,3—0,6 мм, частотами 1400—6000 кол/мин, длительностью 16— 210 сек. Предусматривалась возможность извлечения бе-

Таблица 2

РЕЖИМЫ УПЛОТНЕНИЯ И СОСТАВЫ БЕТОНА

Состав бетона

Режим уплотнения

С 2 X

I с.

F.

Цемент в кг

Песчано — гравийная смесь в кг

Щебень в кг

Вода в л

В/Ц

Жест­кость в сек

Частота колеба­ний в 1 мин

Ампли­туда в мм

Время уплот­нения в сек

1

400

1235

653

157

0,392

70

1500

0,3

70

2

400

1235

653

157

0,392

70

1500

0,6

70

3

337

1348

542

202,2

0,6

16

1500

0,3

16

4

337

1348

542

202,2

0,6

16

6000

0,3

16

5

400

1235

653

157

0,392

70

1500

0,3

210

6

400

1235

653

157

0,392

70

6000

0,3

70

7

400

1235

653

157

0,392

70

6000

0,3

210

8

400

— 1235

653

157

0,392

70

3000

0,3

210

9

337

1348

542

202

0,6

16

3000

0,3

16

10

337

1348

542

202

0,6

16

3000

0,3

48

11

337

1348

542

202

0,6

16

3000

0,6

16

12

400

1235

653

157

0,392

70

3000

0,3

70

13

550

1300

383

204

0,371

90

3000

0,3

90

14

337

1355

585

157

0,465

60

3000

0,3

60

Тонного ядра из трубы, для чего последняя делалась разъемной по диаметральной плоскости. Бетонные стер­жни извлекали из труб через сутки после их изготовле­ния, а через трое суток распиливали на цилиндры высо­той 200 мм. Из каждого бетонного ядра в зависимости от его длины получалось от 2 до 12 цилиндрических образ­цов, которые затем испытывали на сжатие вдоль оси. Прочности образцов из одного и того же ядра не одина­ковы и зависят от положения образца в ядре. Числен­ные характеристики прочности образцов служат основой для суждения о качестве уплотнения. Идеальным счи­тается случай, когда прочность бетонного ядра одина­кова по всей длине стержня. Практически этого достиг-

I— СЧ ГО СЧ О) I— Г-1—00 1—1—СО 0100 ООО) О) О) О) о) о о>

О) О)

СЧ

Со

Ю О О со со ю ююсо ю

О) О О О) О) О} О) О) О) О) О) О) —• СЧ (М — —• —1 —’ —’ —¦ _ —, _

Со

О)

+1

Сч

СО СЧ СЧ —’ 00 Г — 1— I— СО!—Ю СОт»"^ т}<сОСО СО СО СО

Щ

Сч

+1

О ^ СО Ю О 00 О) О) О) ¦ О О) 1— 00 00 00 00 00 С*- Г— Г— Г— I— I—

О

00

Т)"

+1

О

О СЧ О СО —¦ 00 00 ю <о со — о

Г— г— 00 оо оо (— Г—(— Г— 1-1-1—

Со г-

Со

+1

О

Оо —1 со О) о оо оооооо со оо сч

[—00 00 Г-00 I— 1—1—1— 1—1—1—

О) [—

Т}<

00

I—СО "ф 0)000 1-00 00 I— г — ю СО ^ со соСО СО СО со со со

О)

Со

Сч

+!

Г-

О) о о о —о —< Г — О О О 00 * сч сч сч сч сч со со ^ со СО СО ‘

О)

Сч

О)

+1

0)03 0 О 10 СО СО О-чр СП 00 О) —< — СЧ СЧ СЧ СЧ см СО СО

Г— сч

Со

+1

Ю

О —’ О) О 00 С— О О) О) 00 00 О)

ООО) О О —’ СЧ СЧ —’ со сч сч

СО

+1

Тг

Ю^О! 00 Ю 00 СОСОО) 0)0 0 ююю ю со со с— г— г— 1—0000

О) СО

+1

Со

О—СО О СЧ 00 (N00— О) О

^ ^ ^ ЮЮЮ ю со 1—

Ю

О

Сч

+1

С4

О) — О 00 СО —< Ю О) —« О) О) О)

^ЭЭ 2 — 2

00

О

+)

О) СЧ •*)< ^ —1 О — СО О ЮО) о

Слоо 2 — 2 сч сч сч счсчсо

Со

О

+1

Да в порядке заполнения трубы бетоном

Сч — о о оо г— СОЮ1" со сч —1

Среднее значение

Коэффициент ва­риации в %

Нуть не удается, и наилучшие режимы уплотнения вы­являются статистическим путем.

В табл. 2 и 3 даны результаты проведенных экспери­ментов. Из этих таблиц видим, что при частотах 1500 и 6000 кол/мин получается низкая прочность бетона в вер­хней части; расхождения прочности отдельных участков стержня при частоте 1500 кол/мин достигают 80%, при частоте 6000 кол! мин — 45%. При увеличении длитель­ности уплотнения до /=ЗЖ начинается расслоение бе­тона в нижней части трубы при недостаточном еще уп­лотнении его вверху. Таким образом, эти режимы вибри­рования нельзя считать удовлетворительными.

При частоте 3000 кол/мин расхождение пределов проч­ности отдельных участков бетонного сердечника состав­ляет 8—11%. Увеличение амплитуды колебаний от 0,3 до 0.6 мм несколько увеличивает зону наибольшей прочно­сти бетона, которая обычно находится в 20—30 см от верха трубы. Можно предположить, что зона интенсивно­го уплотнения бетонной смеси перемещается одновре­менно с увеличением высоты бетонного заполнения. По­ступающий сверху бетон сразу попадает в эту наиболее эффективную область. По-видимому, размеры этой зоны зависят от амплитуды колебаний и увеличиваются с уве­личением последней. Увеличение продолжительности уп­лотнения не вызывает заметного роста прочности бетона и не является целесообразным.

Прочность бетонных цилиндров, полученная при дан­ном режиме заполнения, в среднем на 26% выше проч­ности аналогичных, но уплотненных штыкованием цилиндров. Отношение средней прочности бетонных ци­линдров к прочности кубов размером ЮОХЮОХЮО мм, изготовленных и испытанных одновременно, составляет 0,78—0,83. Таким образом, частота 3000 кол/мин дает достаточно равнопрочное бетонное ядро и может счи­таться оптимальной. Способ внешнего вибрирования индустриален, позволяет использовать имеющееся обо­рудование заводов железобетонных конструкций и обес­печивает скоростное ведение работ, поэтому его можно рекомендовать в качестве основного способа изготовле­ния трубобетона.

5. Особенности трубобетонных конструкций

В отличие от обычного стального стержня трубобе — тонный стержень эффективно работает только на сжа­тие. При работе на растяжение он обладает значитель­но меньшей несущей способностью. В этом отношении трубобетонный стержень, как первичный элемент конст­рукции, аналогичен железобетонному. Поэтому в тру­бобетонных конструкциях стержни, образующие несущие каркасы, должны быть сжаты. Растянутые стержни в принципе не должны быть трубобетонными. Однако не­которые конструктивные соображения оправдывают при­менение растянутых трубобетонных стержней; например, защита от коррозии внутренней поверхности тру­бы, увеличение изгибной жесткости стержня в целом, и его стальной стенки в особенности (для уменьшения общих и местных начальных погибей), увеличение соб­ственного веса конструкции, унификация сортамента при заказе металла.

В дальнейшем будем называть трубобетонными кон­струкции, в которых имеются трубобетонные стержни не­зависимо от наличия других стержней.

Конструктивная форма трубобетонных сооружений обусловлена развитием стальных конструкций из не за­полненных бетоном труб и имеющимися решениями тру­бобетонных каркасов.

Технология изготовления трубобетонных стержней с помощью внешнего вибрирования расширяет возмож­ности конструирования мощных узлов сквозных конст­рукций за счет использования прорезных фасонок и дру­гих деталей, располагаемых в полости трубы (рис.26). Применение же глубинного вибрирования затрудняет постановку этих деталей в трубе.

Выявляются два подхода к построению схем несущих каркасов. Первый заключается в использовании трубо- бетоиного стержня в традиционных конструктивных схе­мах сооружений для элементов, работающих преимуще­ственно на сжатие. К таким элементам относятся колон­ны производственных и общественных зданий, стойки в различных конструкциях, пилоны висячих покрытий и сооружений, пояса опор линий передач, сжатые стер­жни ферм и арок. На рис.27 показана конструктивная схема колонны производственного здания с кранами ма­лой грузоподъемности. Применение труб здесь не услож-

А — а

А — л

Рг::. 26. Использование внутренних фа — сонок в узлах

V



.