КРЕПЛЕНИЕ АРКИ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГОФРИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ К ФУНДАМЕНТУ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при сооружении объектов арочного типа из сборных металлических гофрированных конструкций СМГК.
4
Известно широко рекламируемое и используемое крепление арки сооружения из СМГК (фиг.1): к фундаменту 1 (фиг.2) с помощью болтов 2 закреплен металлический профиль 3, к которому с помощью болтовых соединений 4 крепится основание арки 5. На фиг.2 показано в масштабе 1:5 крепление СМГК с гофром 150 мм. и толщиной 6 мм. (момент инерции J=27071 мм/мм) к профилю 3. (Handbook of Steel Drainage Highway. Construction. Products. Conadion Edition. Corrugated Steel Pipe Institute, 2002, стр.52-62).
1
2
4
Недостаток такого крепления заключается в том, что под действием моментов M и М, стенка Г профиля 3 легко гнется, т.к. ее толщина 6 мм. (момент инерции J=18 мм/мм в 1500 раз меньше приведенного на фиг.2 СМГК). В данном случае при расчете на прочность (устойчивость) арки критическое удельное давление определяется по формуле:
кр
3
q=0,80 B/R (для арки на двух шарнирах), где
В=EJ - жесткость,
Е - модуль упругости,
J - момент инерции,
R - радиус арки,
а если жесткости равны:
кp
3
q=4B/R
т.е прочность (устойчивость) арки будет в 5 раз больше (Биргер И.А., Пановко Я.Г. Справочник в трех томах. Том 3. Прочность. Устойчивость, Колебания. Изд. Машиностроение, M.1968 г. стр.51)
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении прочности (устойчивости) сооружений арочного типа из СМГК.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых показано:
На фиг.1 - арка сооружения из СМГК;
На фиг.2 - крепление арки к фундаменту (узел А на фиг.1);
На фиг.3 - арка сооружения из СМГК с опорными кронштейнами;
На фиг.4 - установка опорных кронштейнов (узел А на фиг.3);
На фиг.5 - арка сооружения из СМГК с трубами;
На фиг.6 - положение узлов крепления трубы к СМГК (узел Б на фиг.5);
На фиг.7 - крепление труб к СМГК (разрез 1-1 на фиг.6);
Для обеспечения жесткого крепления одной секции 5 (фиг.3 и 4) арки сооружения из СМГК к фундаменту при действии силы Р предлагается рассмотренное крепление (прототип) дополнить опорными кронштейнами 9. Опорный кронштейн 9 закреплен к основанию арки 5 с помощью болтовых соединений 4, двух шайб 6 и шести прижимов 7 и 8, обеспечивающих удельное давление, не превышающее критическое для устойчивости гофра.
3
3
2
2мах
min
мах
1
2
min
2мах
min
Проектный расчет опорного кронштейна проведен для одной секции арки из СМГК с гофром 150 мм и толщиной листа 6 мм. СМГК имеет модуль прочности Z равный 457 мм/мм и ширину 1280 мм, произведение которых будет момент сопротивления W, равный 582 см. Максимальный момент М; который выдерживает СМГК, равен произведению момента сопротивления W на временное сопротивление материала разрыву δ (принято 2000 кг/см) и равен 1170 тсм. Одна секция рассматриваемого сооружения давит на фундамент силой T равной 42 т и Т равной 86 т. Момент M должен быть больше М, а это будет при условии, если на опорном кронштейне точка приложения вертикальной реакции от действия силы T будет находиться от середины гофра на расстоянии большем, чем момент М разделенный на силу T - 28 см. Высота кронштейна так же должна быть больше 28 см.
1
min
мах
2
2
На внешней поверхности секции из СМГК имеется два гребня, к которым и крепятся кронштейны для распределения момента M по ширине секции. Два болта крепления опорного кронштейна, работающих на растяжение силой, равной половине Т, должны иметь диаметр 20 мм. Опорная площадь кронштейнов должна быть больше площади, равной силе Т разделенной на предел прочности при сжатии бетона (принимаем 200 кг/см), 430 см. Ширина кронштейна определяется конструктором. Проект рассчитанной конструкции опорного кронштейна изображен в масштабе один к пяти на фиг.4, при этом ширина прижимов 7 и 8 дополнительно уменьшена в 2 раза.
min
Если сила T мала или сила Р меняет направление, то опорные кронштейны необходимо крепить к фундаменту и в этом случае профиль 3 (фиг.2) необходимо убрать, а две шайбы 6 (фиг.4) заменить на прижимы 7.
Пример проектного расчета прижима 7, обеспечивающего удельное давление, не превышающее критическое для устойчивости гофра 150 мм с радиусом 81 см толщиной листа 6 мм, для которого критическое
кp
кр
2
2
удельное давление q равна 243 кг/см. Болты диаметром 20 мм затянуты моментом 20 кгм, т.е. он сжимает соединение усилием 10000 кг. Чтобы гофр не терял устойчивость, это усилие должно прилагаться к поверхности площадью F больше 41 см. Выполняя это требование, автор спроектировал конструкцию прижима и показал его в масштабе один к одному на фиг.7 (вариант).
Основными элементами второго варианта жесткого крепления (защемления) одной секции 5 (фиг.5 и 6) арки сооружения из СМГК к фундаменту являются две пары труб 10 с радиусом гофра арки или с накладками 12 (фиг.7), момент сопротивления которых (труб) не менее момента сопротивления арки, закрепленных к СМГК болтовыми соединениями 4 и прижимами 7 и 11, обеспечивающими удельное давление, не превышающее критическое для устойчивости гофров и труб, т.е. жесткое соединение (защемление). Свободные концы труб необходимо жестко закрепить в железобетоне или грунте (скальном).
3
3
2мах
Проектный расчет проведен для секции арки из СМГК, рассмотренной ранее. Она имеет момент сопротивления W, равный 582 см. Одна труба должна иметь момент сопротивления W равный 291 см. Автор выбрал трубу с наружным диаметром равным 210 мм и толщиной 10 мм, поэтому для обеспечения устойчивости трубы и гофра между ними установлена накладка 12 с радиусом трубы и радиусом гофра. Крепление трубы к СМГК должно держать аналогично креплению опорного кронштейна 9 (фиг.4) половину М, поэтому количество болтовых соединений, их диаметр, расположение, прижимы также аналогичны. Крепление трубы показано на фиг.7 в масштабе один к одному.
Необходимость разработки предлагаемых креплений арок из СМГК к фундаменту диктуется следующими соображениями. Существующее крепление арок из СМГК к фундаменту было разработано для строительства виадуков, мостов, хранилищ, автодорожных тоннелей,
при эксплуатации которых нет длительно действующих боковых (заваливающих сооружение) сил. При монтаже и эксплуатации крупного сооружения арочного типа из самых жестких СМГК было обнаружено, что отклонения формы (геометрии) сооружения под действием неуравновешенной боковой силы превышают допустимые пределы. При монтаже для повышения прочности (устойчивости) сооружения на верхнюю часть арки были установлены ребра жесткости из СМГК, которые повысили прочность (устойчивость) на 30%. При жестком креплении (защемлении) арки к фундаменту прочность (устойчивость) сооружения повышается в пять раз, а это дает возможность повысить прочность сооружения и снизить жесткость СМГК (уменьшить толщину или высоту гофров) и их стоимость.
Кроме того, крепление секций сооружения арочного типа к фундаменту с помощью закрепленных к ним труб позволяет вести сварочные, бетонные и другие работы под защитой установленных секций. Это особенно важно при работах в горах. Одновременно трубы позволяют увеличить высоту арки без увеличения веса СМГК или бетона. В этом случае трубы достаточно закрыть любым материалом, т.к. прочность уже обеспечивают трубы.