СПОСОБ ГАШЕНИЯ ДИНАМИКИ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОСТОВЫХ КРАНОВ И ПОЛНОЙ РАЗГРУЗКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСОЛИ КОЛОННЫ, РАЗРУШАЮЩЕЙСЯ ОТ КОРРОЗИИ БЕТОНА И АРМАТУРЫ
METHOD OF DAMPING OVERHEAD CRANE EFFECTS AND UNLOADING REINFORCED-CONCRETE SUPPORT OF COLUMN DISINTEGRATING FROM CONCRETE REINFORCEMENT CORROSION

Изобретение относится к гашению динамики воздействий мостовых кранов и восстановлению работоспособности конструкций промышленных и гражданских зданий.
При обследовании турбинного цеха ТЭЦ-1 г. Пензы, эксплуатирующейся в течение 65 лет, выявлены колонны, имеющие опасные повреждения консолей коррозией железобетона и арматуры.
Многие консоли утратили работоспособность от коррозии бетона и арматуры и не обеспечивали необходимой прочности при демонтаже двумя мостовыми кранами в сцепке старой турбины массой 100 т и перемещении новой турбины к месту монтажа.
При действии расчетной нагрузки была велика вероятность обрушения поврежденных консолей вместе с подкрановой балкой и мостовым краном.
дин
Колеса мостовых кранов воздействуют на подкрановые конструкции и колонны каркаса динамически [1, Т 1, с.68, табл.1.2.22.], и это усугубляет опасность обрушения поврежденных консолей. Коэффициент динамики воздействий достигает величины К=1,6!
К сожалению, по традиции мостовые краны со времени их появления в конце 18 века лишены подрессоривания. Динамика воздействий их на подкрановые конструкции и колонны каркаса не гасится, что приводит к значительному увеличению воздействий. Производство новых подрессоренных мостовых кранов [2] пока не освоено промышленностью.
Необходимо было немедленно усилить консоли. Остановить турбинный цех на время ремонта было невозможно. Усиление конструкций необходимо выполнить без остановки турбинного цеха.
Известно техническое решение по усилению консолей колонн из железобетона при помощи предварительно напряженных тяжей, обжимающих консоль. [3, с.55]. Примем известное устройство за аналог.
Известно также устройство обойм и наращивания поперечного сечения с двух или с одной стороны [4, с.255]. Дополнительную арматуру соединяют с помощью коротышей арматуры или хомутов. Поверхность увлажняют и покрывают торкрет-бетоном. В этом случае необходима разгрузка консолей колонн при производстве работ и остановка работы мостовых кранов.
Недостаток аналога - необходимость остановки работы мостовых кранов при производстве работ. Не найдено устройств усиления поврежденных консолей без демонтажа подкрановых балок и временного прекращения их эксплуатации.
Известные устройства для усиления требуют остановки работы кранов и демонтажа подкрановых балок перед началом работ по усилению. Разрушившийся бетон должен быть удален и заменен новым. А для набора новым железобетоном необходимой прочности требуется две-три недели.
За прототип по разгрузке консолей колонн, утративших свою несущую способность, примем известный способ разгрузки разрушающихся консолей колонн, предложенный Неждановым К.К. [5] и разработанный с аспирантами. Однако этот способ не ослабляет динамику воздействий мостовых кранов.
Известно техническое решение по подрессориванию в узле соединения подкранового пути с колоннами, предложенное Неждановым К.К. и Неждановым А.К. Примем его также за прототип [6].
Техническая задача изобретения - гашение динамики воздействий мостовых кранов и полная разгрузка консолей колонн, утративших свою несущую способность в результате коррозии бетона и арматуры, от внецентренно приложенных опорных реакций смежных балок, изгибающих и срезающих поврежденную консоль, передача опорных реакций подкрановых балок в обход разрушающейся консоли, причем без остановки производственного процесса, и обеспечение рихтовки подкрановых конструкций.
Техническая задача по способу гашения динамики воздействий мостовых кранов и полной разгрузки каждой аварийной железобетонной консоли колонны от внецентренно приложенных опорных реакций подкрановых балок, изгибающих и срезающих консоль, решена следующим образом.
Способ гашения динамики воздействий мостовых кранов и полной разгрузки заключается в том, что в промежутке между подкрановыми балками и верхней частью колонны удаляют поврежденный коррозией бетон, промывают очищенную поверхность, укладывают обойму из стального кольца на нижнюю часть колонны вблизи ее центра тяжести с минимальным эксцентриситетом, заполняют ее мелкозернистым расширяющимся бетоном.
На кольцевую обойму монтируют опорный амортизатор, трубчатый в сечении, выступающий за боковые грани консоли. По концам опорного амортизатора под проектным углом α к вертикали просверлены отверстия.
Неподвижно фиксируют положение опорного амортизатора в горизонтальном направлении парой фиксирующих тяжей, соединяющих его с внешним стопором, упирающимся в тыльную грань колонны снаружи, и этим исключают сползание опорного амортизатора с консоли от горизонтальной проекции силы.
Монтируют наклонные под проектным углом α к вертикали тяжи и подвешивают к ним нижний амортизатор, проходящий под разрушающейся консолью, и фиксируют его домкратными болтами по отношению к нижней части колонны. Соединяют опорный и нижний амортизаторы в регулирующую опорную пару амортизаторов наклонными тяжами. Монтируют на нижний амортизатор пару опорных стоек с фланцами и присоединяют их нижние фланцы к нижнему амортизатору, а верхние фланцы к паре смежных подкрановых балок.
Гайковертами затягивают гайки на регулирующей паре наклонных тяжей под углом α к вертикали, сближают опорный и нижний амортизаторы друг с другом и этим поддомкрачивают соединенные смежные подкрановые балки вместе с соосно закрепленными на них рельсами и восстанавливают их проектное положение по вертикали. Открывают зазор Δ между опорными ребрами подкрановых балок и консолью и этим контролируют полную разгрузку разрушающейся консоли.
На отметке верхних поясов подкрановых балок монтируют отрезок швеллера с отверстиями в полках длиной 1000…800 мм, ориентируя швеллер полками вверх. Опирают один край его на верхние пояса смежных подкрановых балок, а другой край прислоняют плотно к верхней части колонны и соединяют полку швеллера с внешним стопором снаружи колонны парой фиксирующих тяжей и затягивают их с гарантированным натягом.
Шейку рельса соединяют регулирующими шпильками с ближайшей к рельсу полкой швеллера, причем используют на каждой шпильке не менее четырех регулирующих гаек - две, охватывающие шейку рельса, и две, охватывающие полку швеллера. Рельс закрепляют на подкрановой балке соосно, вращают регулирующие гайки на регулирующих шпильках и устанавливают проектное расстояние от оси рельса до внутренней грани колонны, контрят все гайки и эксплуатируют подрессоренные подкрановые конструкции.
На фиг.1 показано устройство для гашения динамики воздействий мостовых кранов и разгрузки аварийных консолей; на фиг.2 - вид спереди; на фиг.3 - вид в плане; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.
Рельс 1 закреплен соосно на смежных подкрановых балках 2, которые оперты на аварийные железобетонные консоли 3 ряда колонн. Разгрузка каждой консоли 3 от опорных реакций смежных балок 2, опорные ребра которых соединены друг с другом болтами, изгибающие и срезающие консоль 3, решена следующим образом.
Между смежными подкрановыми балками 2 и гранью верхней 4 части колонны удаляют разрушенный защитный слой бетона, помещают опорный амортизатор 5, выступающий за боковые грани консоли. Опорный амортизатор 5 опирают на кольцевую обойму 6 вблизи центра тяжести нижней 7 части колонны. Кольцевую обойму 6, выполненную из отрезка трубы, заполняют мелкозернистым расширяющимся бетоном.
Монтируют опорный трубчатый в сечении амортизатор 5, выступающий за боковые грани консоли, с отверстиями на них под проектным углом α к вертикали.
Неподвижно фиксируют положение опорного амортизатора 5 в горизонтальном направлении парой фиксирующих тяжей 8. Тяжи 8 снабжены внешним стопором 9. Фиксирующие крепежные гайки 10 прижимают внешний стопор 9 к тыльной 11 грани колонны сзади. Этим исключают сползание опорного амортизатора 5 с консоли 3 от горизонтальной проекции силы.
К выступающим консолям опорного амортизатора 5 подвешивают пару наклонных регулирующих тяжей 12, которые симметрично свисают вниз под проектным углом α к вертикали. А к наклонным тяжам 12 подвешивают нижний амортизатор 13, аналогичный опорному 5 амортизатору. Фиксируют нижний 13 амортизатор, упираясь парой домкратных 14 болтов в переднюю грань нижней 15 части колонны, под подкрановыми балками.
Соединяют опорный 5 и нижний 13 амортизаторы в регулирующую пару амортизаторов наклонными тяжами 12. Монтируют на нижний 13 амортизатор нижние фланцы 16 пары опорных стоек 17. Присоединяют верхние 18 фланцы пары опорных стоек 17 к паре смежных подкрановых балок 2.
Гайковертами затягивают гайки на регулирующей паре наклонных тяжей 12, под углом α к вертикали сближают опорный 5 и нижний 13 амортизаторы друг с другом, этим поддомкрачивают соединенные смежные подкрановые балки 2 вместе с соосно закрепленными на них рельсами 1 и восстанавливают их проектную отметку по вертикали. Открывают зазор между опорными ребрами подкрановых 2 балок и консолью 3 колонны и этим контролируют полную разгрузку разрушающейся консоли 3.
На отметке верхних поясов подкрановых балок 2 монтируют отрезок швеллера 19 длиной 1000…800 мм с отверстиями в полках, ориентируя швеллер 19 полками вверх. Опирают один край его на верхние пояса смежных подкрановых балок 2, а другой край плотно прислоняют к верхней части 4 колонны.
Ближайшую к рельсу 1 полку швеллера 19 соединяют с шейкой рельса 1 регулирующими шпильками 20 с регулирующими гайками 21. Причем используют на каждой шпильке не менее четырех регулирующих гаек - две, охватывающие шейку рельса 1, и две, охватывающие полку швеллера 19.
Другую полку швеллера 19 неподвижно соединяют парой фиксирующих тяжей 22 с гайками 23. Пару фиксирующих тяжей 22 пропускают сквозь внешний стопор 24 снаружи колонны. Навертывают гайки 23 и затягивают их с гарантированным натягом гайковертом. Швеллер 19 и внешний стопор 22 плотно охватывают и зажимают верхнюю часть 4 колонны.
Рельс 1 закрепляют на подкрановой балке 2 соосно, вращают на регулирующих шпильках 20 регулирующие гайки 21 и устанавливают проектное расстояние от оси рельса 1 до внутренней 4 грани верхней части колонны, контрят все гайки и эксплуатируют подрессоренные подкрановые конструкции.
Тормозная балка состоит из внешнего пояса 25, соединенного с тормозным листом 26. Тормозной лист 26 соединен с верхним поясом подкрановой балки 2. Внешний пояс 25 тормозной балки оперт на швеллер 27, замоноличенный в колонне, и соединен с ним.
Разгрузку аварийных консолей 3 осуществляют в следующей последовательности. Гайковертом затягивают гайки на регулирующих наклонных тяжах 12 и поддомкрачивают подкрановые балки 2 вверх до проектной отметки по высоте и этим включают амортизаторы в работу и снижают динамику воздействий мостовых кранов.
Под опорными ребрами подкрановых балок 2 возникает зазор, что свидетельствует о полной разгрузке аварийной консоли 3 и полном включении амортизаторов в работу. Стенки смежных подкрановых балок 2 в этот момент восстанавливают первоначальное вертикальное положение. Поддомкрачивают смежные подкрановые балки 2 до проектной отметки по высоте и контрят гайки.
max
Опорные реакции D от двух смежных подкрановых балок 2 передают сначала на опорные стойки 17, затем на нижний 13 амортизатор, а с него через регулировочные наклонные тяжи 12 и на опорный амортизатор 5. Далее через кольцевую обойму 6, заполненную мелкозернистым расширяющимся бетоном, на нижнюю 7 часть колонны вблизи ее центра тяжести с минимальным эксцентриситетом.
max
Полностью разгружают аварийную консоль 3 от опорной реакции D и изгибающего момента М, снижают динамику воздействий и заканчивают монтажные работы.
max
max
До монтажа амортизаторов опорная реакция D от двух сближенных кранов передавалась на аварийную консоль 3 с эксцентриситетом е и вызывала опасный изгибающий момент: М=D·е.
max
После монтажа амортизаторов и включения их в работу опорная реакция D от смежных подкрановых балок 2 от двух сближенных кранов передается через опорный 5 и нижний амортизаторы на неповрежденную нижнюю 7 часть колонны с минимальным эксцентриситетом. Аварийную консоль полностью разгружают.
Сопоставление разработанного устройства с аналогом показывает следующие существенные отличия, а именно:
max
1. Исключена возможность разрушения аварийных железобетонных консолей, так как они полностью разгружены. Опорные реакции D передают вблизи центра тяжести сечения нижней 7 части колонны через опорный амортизатор.
2. Усиляющие элементы изготовлены в заводских условиях и быстро смонтированы.
3. Опорный 5 амортизатор укладывают с минимальным эксцентриситетом на нижнюю 7 часть колонны. Амортизаторы снижают динамику воздействий мостовых кранов.
4. Способ обеспечивает легкую рихтовку рельсовых путей как по вертикали, так и по горизонтали.
5. Высотную отметку смежных балок 2 регулируют механизированно, затягивая гайковертом гайки на наклонных тяжах 12.
6. Амортизаторы поддомкрачивают смежные подкрановые балки до проектной отметки по высоте.
7. Пара тяжей 8, соединяющих опорный амортизатор со стопором 9, исключают сползание амортизатора с консоли.
Экономический эффект достигнут из-за следующего:
- Исключена возможность разрушения железобетонных консолей и обрушение подкрановых балок.
- Работоспособность колонн каркаса восстановлена без остановки турбинного цеха.
- Амортизаторы снизили динамику воздействий мостовых кранов.
- Рихтовка смежных подкрановых балок обеспечена как по высоте, так и в плане посредством амортизаторов и наклонных тяжей 12.
Пример конкретной реализации способа гашения динамики воздействий мостовых кранов. Расчет амортизаторов и тяжей произведем на усилия, возникающие в них при одновременной работе двух сближенных кранов, транспортирующих турбину массой 100 т на одной траверсе.
Амортизаторы и тяжи должны воспринимать максимальную опорную реакцию от двух смежных подкрановых балок, опирающихся на разрушающуюся консоль колонны. Два сближенных крана грузоподъемностью по 50 т поместим на две смежные балки неблагоприятным образом. Расчетное воздействие каждого колеса равно Р=2674,1 гН.
max
Максимальную опорную реакцию D определим по линии влияния:
max
i
i
max
D=∑Py; D=3·2674,1(2,18+4)/6=8263 гН.
Аварийное состояние консоли устраним полной ее разгрузкой амортизаторами и тяжами. К опорному амортизатору симметрично по обе стороны консоли подвесим на тяжах нижний амортизатор. Амортизаторы выполнены из труб.
bun
bh
bun
max
Тяжи высокопрочные, сталь легированная (ГОСТ 4543-71*) 40Х "Селект"). Наименьшее временное сопротивление R=1100 МПа. Расчетное сопротивление после термической обработки [11, с.6, с.72, табл.61*] R=0,7R=770 МПа. Угол наклона тяжей к вертикали α=30 градусов D/cos 30°=8263/cos 30°=9541,3 гН.
Тяжи передают опорную реакцию (8708,2 гН) на опорный амортизатор, а он передает опорную реакцию вблизи центра тяжести нижней 7 части сечения колонны без эксцентриситета (см. фиг.1). Требуемая площадь поперечного сечения наклонных подвесок пары амортизаторов
2
Примем четыре наклонных тяжа М27 [11, с.72, табл.62*] с площадью поперечного сечения по нарезке 4,59·4=18,36>15,5 см. То есть по два тяжа M27 (сталь легированная 40 Х «Селект») с одной и другой стороны консоли, подвешиваем нижний амортизатор. Проверка прочности наклонных тяжей М27 на растяжение
Прочность наклонных тяжей М27 на растяжение обеспечена.
Расчет трубчатого амортизатора на изгиб в вертикальной плоскости.
Примем сталь амортизатора - Вст 3 сп 5, ГОСТ 2777288.
Нагрузка на единицу его длины .
Тогда изгибающий момент .
Требуемый момент сопротивления трубы амортизатора
.
2
4
3
x
х
x
Принимаем трубу ⌀219·14 мм, А=90,16 см, i=7,27 см, J=4765 см. Фактический момент сопротивления W=435,2 см.
Проверка прочности амортизатора на изгиб
Прочность амортизатора обеспечена. Боковой стопор, значительно менее нагруженный, примем такого же сечения.
Сопоставление разработанного способа гашения динамики воздействий мостовых кранов с прототипом показывает следующие существенные отличия, а именно:
max
max
- разрушающуюся коррозией бетона и арматуры консоль разгружают посредством амортизаторов и тяжей от опорных реакций D смежных балок и изгибающего момента М, возникшего от внецентренного воздействия D; стопор фиксирует опорный амортизатор на колонне в строго проектном положении;
- изготовление амортизаторов упрощено, кроме того, амортизация снижает динамику воздействий мостовых кранов, что повышает выносливость;
- опорный амортизатор четко фиксируют на обойме, установленной между смежными подкрановыми балками и верхней частью колонны;
- опорным амортизатором передают опорную реакцию от смежных балок с минимальным эксцентриситетом вблизи центра тяжести сечения нижней части колонны и полностью разгружают разрушающуюся консоль от опорной реакции и изгибающего момента;
- рихтовка подкрановых путей как по вертикали, так и по горизонтали механизирована затяжкой гаек на тяжах гайковертом;
- затяжка гаек гайковертом на наклонных тяжах обеспечивает точную выверку и фиксацию высотных отметок смежных подкрановых балок с закрепленными на них соосно рельсами;
- поддомкрачивание и рихтовка легко осуществляются повторно;
- горизонтальные тяжи и домкратные болты точно фиксируют амортизаторы в проектном положении, а также исключают сползание с консоли. Экономический эффект достигнут из-за следующего:
max
- Упрощен способ усиления разрушающейся консоли. Обеспечена полная разгрузка поврежденной консоли от опорных реакций D смежных подкрановых балок и от изгибающего момента М без остановки турбинного цеха. Исключено обрушение разрушающейся консоли;
- Обеспечена рихтовка подкрановых балок как по вертикали, так и по горизонтали. Рихтовка рельсовых путей механизирована.
Способ разработан для ТЭЦ-1 г. Пензы. Этим способом будут разгружены поврежденные консоли турбинного отделения в 2010 г.
Номера элементов
1. рельсы 1
2. подкрановые балки 2
3. аварийная железобетонная консоль 3
4. грань верхней 4 части колонны
5. опорный амортизатор 5
6. кольцевая обойма 6
7. нижняя 7 часть колонны
8. пара фискирующих тяжей 8
9. внешний стопор 9
10. крепежные 10 гайки, фиксирующие внешний стопор
11. тыльная 11 грань колонны
12. пара регулирующих тяжей 12
13. нижний амортизатор 13
14. пара домкратных 14 болтов с гайками
15. передняя 15 грань колонны
16. нижние фланцы 16 опорных стоек
17. пара опорных стоек 17
18. верхние фланцы 18 опорных стоек
19. отрезок швеллера 19
20. регулирующие шпильки 23
21. регулирующие гайки 24
22. пара фиксирующих 20 тяжей
23. крепежные гайки 22 пары фиксирующих тяжей
24. внешний стопор 21
25. внешний пояс тормозной балки
26. тормозной лист
27. опора тормозной балки, замоноличенная в колонну
Список литературы
1. Справочник по кранам: В 2 т. T.I. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. // В.И.Брауде, М.М.Гохберг, И.Е.Звягин и др. Ред. М.М.Гохберг - М.: Машиностроение, 1988 - 536 с. Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов. // М.П.Александров, М.М.Гохберг, А.А.Ковин и др. Ред. М.М.Гохберг - Л.: Машиностроение, 1988. - 559 с.
2. Нежданов. К.К., Карев М.А., Кузьмишкин А.А., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Многоколесный мостовой кран. Патент России №2296098. Бюл, №9. Опубликовано 27.03.2007.
3. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: «Высшая школа», 1989-264 с.
4. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1989.
5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Бороздин А.Ю. Способ разгрузки разрушающихся железобетонных консолей. В66С 7/00, E04G 23/02. Патент России №2346878. Заявка 2006 112731/11, 17.04.2006. Опубликовано 20.02.2009. Бюл. №5. (Прототип).
6. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Узловое соединение подкранового пути с колонной а.с. №2047992. Бюл. №31, действует с 10.11.1995. Двухконсольные. (Прототип).
7. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета. / Дисс… д-pa техн. наук. - Пенза, 1992. с.349.
8. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета [Текст]: Моногр./ К.К.Нежданов. - Пенза: ПГУАС, 2008. - 288 с.
9. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Капитонова Н.В., Помазова Ж.В. Устройство для соединения подкрановой конструкции с колонной. Патент России №2141547. М.кл. Е01В 23/10. В66С 7/00. Бюл.32. Зарег. 20.11.1999.
10. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Абрашитов Н.В. Соединение подкрановых балок с колонной. Патент России №2192384. М.кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.31. Зарег. 10.11.2002.
11. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990-96 с.