Железобетонная опора трубопровода
REINFORCED CONCRETE PIPELINE SUPPORT

В современных условиях при широком использовании трубопроводного транспорта, в том числе теплопроводного, большое значение имеет обеспечение безопасности его эксплуатации. Это в полной мере относится к канальным магистралям, при обустройстве которых в целях повышения надежности их функционирования используются железобетонные опоры. Основными достоинствами железобетонных опор являются эффективная разгрузка механических напряжений при тепловых расширениях трубопровода, надежность функционирования, устойчивость к воздействию внешних факторов, прочность и долговечность, уменьшение объемов необходимого текущего регламентного технического обслуживания, в том числе и в условиях подтопления, при конкурентных экономических показателях.
Одной из широко распространенных конструктивных схем железобетонных опор является их компоновка из основания - фундаментной подушки и устанавливаемого на нее верхнего железобетонного блока с продольным ложементом для размещения собственно трубопровода, которые соединяются между собой и взаимодействуют посредством пазогребневого соединения (конструктивного узла), которое обеспечивает устойчивость конструкции опоры, удерживая верхний блок от схода с фундаментной подушки при осевых тепловых подвижках трубопровода, а также обеспечивает его (верхнего блока) поперечные смещения относительно фундаментной подушки совместно с трубопроводом при тепловых расширениях снимая поперечные напряжения в конструкции трубопровода, в то время как ложемент обеспечивает осевые проскальзывания трубопровода, разгружая продольные напряжения. Кроме того, важной функцией пазогребневого соединения является предотвращение опрокидывания опоры.
Несмотря на простоту такой конструкции железобетонных опор трубопроводов, развитие технологий и появление новых высокотехнологических материалов, в частности высокомолекулярных полимеров, для изготовления антифрикционных накладок опор (по которым осуществляется перемещение - подвижки трубы относительно опоры и частей опоры относительно друг друга) создают предпосылки совершенствования этой конструкции и улучшения ее технических показателей, обеспечивая повышение их прочности, надежности, долговечности при устойчивом функционировании и безопасности.
Вместе с тем опыт реализации этих новых технологических возможностей показал, что для обеспечения высоких эксплуатационных показателей требуется разработка новых принципиальных подходов к оптимизации конструкции опор трубопроводов. При этом для надежности и долговечности функционирования опоры, исключения опасности ее опрокидывания должны выполняться следующие конкретные технические требования при формировании пазогребневого соединения:
- уменьшение люфтов в узле пазогребневого соединения и обеспечение гарантированного зазора между стенками гребня и паза,
- обеспечение прочности на срез и смятие гребня на основании опоры,
- обеспечение нормативного, расстояния в свету от изоляции трубопровода до пола канала,
- максимальное уменьшение трения между взаимодействующими деталями и поверхностями конструкции.
На практике реализуются различные подходы к проектированию и изготовлению опор с применением полимерных антифрикционных элементов. В частности известна опора (патент РФ 2537425 - прототип), в которой предусмотрено формирование пазогребневого соединения с использованием единой антифрикционной накладки на верхней поверхности фундаментной подушки с утолщением в ее центральной части, выполняющего функции направляющего гребня, а контактными элементами паза в верхнем блоке (сопряженного в кинематической схеме опоры с гребнем), взаимодействующими с боковыми поверхностями гребня, являются устанавливаемые вдоль нижнего среза паза в донной части верхнего блока антифрикционные накладки. Расчеты показывают, что данные конструкции не обеспечивают необходимого запаса прочности на смятие взаимодействующих элементов пазогребневого соединения, кроме того, известные конструкции железобетонных опор не обеспечивают необходимой точности изготовления для жесткой привязки взаимного положения паза и гребня, необходимой для их взаимодействия в рамках одного конструктивного узла, и зазора между ними при установке верхнего блока на фундаментную подушку, привязку паза и гребня, а также антифрикционных накладок блока и фундаментной подушки к уровню пола, следствием чего является опасность сверхнормативного увеличения люфтов, опрокидывания опоры, снижения надежности и долговечности ее (опоры) функционирования, затруднения при монтаже опоры как элемента трубопровода и геометрического нивелирования соответствующего участка трубопровода.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является устранение вышеуказанных недостатков известной опоры трубопровода, то есть создание железобетонной опоры, обеспечивающей технические результаты, заключающиеся в повышении прочности гребня (значительном повышении запаса прочности на срез и смятие), в обеспечении повышенной точности изготовления сопряженных деталей и поверхностей, взаимодействующих в пазогребневом соединении (узле), соответственно, гарантированного зазора между взаимодействующими стенками гребня и паза, что приводит к уменьшению люфтов в узле пазогребневого соединения, обеспечивает необходимые зазоры между передней и задней гранями фундаментной подушки и передним и задним свесами верхнего блока, и, следовательно, исключает их повреждения при предельных (близких к предельным) смещениях верхнего блока относительно фундаментной подушки, что приводит к снижению опасности опрокидывания опоры, кроме того, обеспечивается нормативное расстояние в свету от изоляции трубопровода до пола канала, что позволяет проводить юстировку трассы трубопровода в необходимых объемах. В целом изобретение позволяет резко повысить безопасность трубопровода, надежность и долговечность его эксплуатации.
Решением проблемы является железобетонная опора трубопровода, содержащая фундаментную подушку с передней и задней гранями и гребнем и верхний блок с передним и задним свесами, пазом и ложементом для трубопровода, при этом гребень фундаментной подушки и паз верхнего блока образуют пазогребневое соединение, а между передней и задней гранями фундаментной подушки и передним и задним свесом верхнего блока образованы зазоры, причем фундаментная подушка имеет цельносварной стальной каркас, в центральной части которого образована каркасная структура гребня, верхний блок имеет цельносварной стальной каркас, в центральной части которого образована каркасная структура паза, а на каждом из цельносварных каркасов жестко смонтированы вертикальные и горизонтальные антифрикционные накладки, задающие положения всех контактных поверхностей фундаментной подушки и верхнего блока, определяющие геометрию паза и гребня и являющиеся несъемными элементами опалубки.
Каждый из указанных цельносварных стальных каркасов может быть образован вертикальными несущими рамками, выполненными на них горизонтальными полками и горизонтальными решетками параллельных армирующих стержней.
Вертикальные несущие рамки и горизонтальные полки могут быть выполнены из плоского стального проката.
Вертикальные и горизонтальные антифрикционные накладки могут быть соединены между собой вдоль всей линии контакта шипо-шпунтовым соединением.
При этом между антифрикционной накладкой и металлическими несущими деталями цельносварного стального каркаса могут быть установлены полимерные накладки толщиной не менее 5 мм.
Формование верхнего блока и фундаментной подушки опоры осуществляется с использованием цельносварных стальных каркасов, в которых горизонтальные и вертикальные размеры и положение каждой детали определяются по цепочкам размеров от базовой плоскости расположения закладных соединительных гаек в углах донной части фундаментной подушки, предназначенных для установки котировочных болтов, задаваемой соединяющими их стержнями по периметру и параллельным рядом промежуточных армирующих стержней, на которые опираются монтируемые на этих стержнях вертикальные (нормальные к базовой плоскости) несущие рамки, формуемые из плоского стального проката с горизонтальными полками (в частности, получаемые просечками в плоском листе и гибами на 90°), на которые непосредственно жестко монтируются антифрикционные накладки, задающие, в свою очередь, положения всех контактных поверхностей фундаментной подушки и верхнего блока, и/или к которым (рамкам и полкам) жестко крепятся армирующие стержни, обеспечивающие вместе с указанными рамками при соединении с ними прочность и жесткость конструкции каркаса железобетонных фундаментной подушки и верхнего блока. При этом в каркасе верхнего блока нижняя контактная поверхность, от которой ведется расчет высот положения деталей конструкции, полок для их крепления и установки групп параллельных армирующих стержней, образующих горизонтальные плоскости конструкции, задается плоскостью, определяемой и образуемой разделом поверхностей нижних антифрикционных накладок верхнего блока, по которой они контактируют с верхними антифрикционными накладками фундаментной подушки. Дополнительная прочность и точность вертикального положения этих рамок обеспечиваются вертикальными отбортовками по их краям.
Положения всех горизонтальных поверхностей задаются с помощью изготовленных на штамповой оснастке формованными деталями, имеющими штампованные полки и отбортовки, а также вырубленные в них сквозные отверстия для установки и закрепления стержневой арматуры, образующей горизонтальные плоскости, и задания их положения как в фундаментной подушке, так и в верхнем блоке опоры относительно базовой плоскости, определяемой расположением котировочных гаек и через плоскость контакта верхних антифрикционных накладок подушки и аналогичных накладок на нижней поверхности верхнего блока до оси ложемента. Каркасные структуры гребня и паза сформированы в центральных частях каркасов соответственно фундаментной подушки и верхнего блока опоры посредством использования пары рамок, имеющих высоту большую, чем все остальные рамки фундаментной подушки на величину, соответствующую высоте гребня, а также пары укороченных рамок верхнего блока с высотой, равной расстоянию от донной части ложемента до нижнего края паза. Так в центральной части армирующего каркаса фундаментной подушки на расстоянии, соответствующем ширине гребня, устанавливаются рамки высокие и развернутые своими горизонтальными полками, на которые крепятся горизонтальные накладки фундаментной подушки, в стороны друг от друга, стянутые в своей верхней части резьбовыми стяжками, используемыми для крепления боковых накладок гребня на внешних своих поверхностях, выполняющих также роль армирующих элементов верхней части гребня. В свою очередь, каркас верхнего блока содержит вертикальные укороченные рамки с горизонтальными полками, верхние из которых взаимодействуют с антифрикционной накладкой ложемента, к средним полкам этих рамок крепятся горизонтальные решетки параллельных армирующих стержней, располагающихся непосредственно над сводом паза, к внутренней вертикальной части стойки - вертикальная антифрикционная накладка паза, а к нижней полке снизу крепится своим внутренним краем горизонтальная антифрикционная накладка, внешний край которой крепится снизу к средней удлиненной полке полноразмерной рамки, смонтированной со стороны среза ложемента.
Рамки, установленные у срезов ложемента, имеют большую высоту и выполняют функцию силового армирования верхнего блока, в том числе повышения прочности его нижних свесов, также как и рамки каркаса фундаментной подушки служат для повышения объемной прочности железобетонного блока фундаментной подушки.
Технический результат достигается и тем, что вертикальные и горизонтальные антифрикционные накладки по линии контакта соединяются между собой вдоль всей линии паза и/или гребня с помощью шипо-шпунтового соединения, когда в вертикальных накладках по нижнему краю лицевой стороны выполняется паз, а в горизонтальных - шип на боковой стороне, а также тем, что антифрикционные накладки являются предустановленными закладными элементами, определяющими геометрию паза и гребня, обеспечивают снижение потерь на трение и выполняют также функции несъемной опалубки, а также и тем, что при установке накладок на металлические несущие детали между накладкой и деталью устанавливаются полимерные шайбы-прокладки толщиной не менее 5 мм.