SPACER FRAME OF UNDERGROUND/UNDERWATER PIPELINE LOADER
РАСПОРНАЯ РАМКА УТЯЖЕЛИТЕЛЯ ПОДЗЕМНОГО/ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к строительству и используется при прокладке подземных и подводных трубопроводов, трубопроводов, плавающих в обводненной траншее, а также при прокладке трубопроводов на болотах, в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, в пучинистых грунтах. Распорная рамка предназначена для обеспечения жесткости конструкции емкостей утяжелителя.
Утяжелитель содержит навешенные на трубопровод и заполненные балластом емкости, каждая из которых составлена из жесткой рамки и подвешенного к ней контейнера из гибкого материала. Рамки утяжелителя находятся в сложном напряженном состоянии, вызванном воздействием веса балласта.
Существующие конструкции рамок выполняются обычно из металлопроката (труб).
Известна конструкция утяжелителя по патенту РФ на изобретение №2220351, F16L 1/06, опубл. 27.12.2003, в которой рамка выполнена в виде плоского трубчатого замкнутого многоугольного каркаса из металла. Продольные и поперечные элементы рамки соединены замками, которые крепятся с продольными элементами сварными швами. К недостатками данной конструкции относятся выполнение рамки из коррелирующего металла и необходимость проведения сварочных работ на объекте в условиях прокладки трубопровода, в том числе в зимних условиях.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является патент РФ на изобретение №2320914, F16L 1/00, опубл. 27.03.2008, в котором рамка утяжелителя выполнена из металлопроката (круглых в сечении труб) в виде замкнутого многоугольного каркаса, при этом продольные и поперечные элементы рамки фиксируются при сборке путем заклинивания концов поперечных элементов посредством упругой деформации в пазах, выполненных в продольных элементах рамки. Недостатком данного технического решения является применение металлических труб в качестве продольных и поперечных элементов, что приводит к их коррозии с последующим разрушением всей конструкции утяжелителя трубопровода и всплыванию трубопровода. Коррозия металла ускоряется в случае прокладки подводных трубопроводов по дну морей, т.к. соленая вода является агрессивной для металла средой. Аналогичным образом коррозия ускоряется при прокладке трубопровода в тундре, т.к. ее поверхность засолена.
Другом недостатком прототипа является то, что «замки, соединяющие прогоны (продольные элементы) и распорные (поперечные) элементы, скреплены с прогонами сварными швами» (абзац 3, стр.4 описания изобретения к патенту №2320914). Применение сварки в условиях прокладки трубопровода не только усложняет технологию, но и требует дорогостоящей аппаратуры средств неразрушающего контроля.
Техническим результатом является изготовление коррозионно устойчивой распорной рамки с надежным соединением ее элементов.
Технический результат достигается тем, что в распорной рамке утяжелителя подземного/подводного трубопровода, выполненной из продольных и поперечных элементов круглого сечения, соединенных узлом фиксации, продольные и поперечные элементы выполнены из бетона, армированного композитными прутками, а узел фиксации в месте их соединения выполнен в виде выемки с гильзой на конце поперечного элемента и содержит крепеж и отверстие под его монтаж на продольном элементе. При этом композитные прутки продольного элемента имеют большее сечение, чем прутки поперечного элемента. Продольные и поперечные элементы могут быть покрыты полимерной пленкой.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
Фиг.1 - распорная рамка, вид сверху.
Фиг.2 - продольный элемент распорной рамки в разрезе.
Фиг.3 - поперечный элемент распорной рамки в разрезе.
Фиг.4 - поперечный элемент, вид сбоку.
На Фиг.1 показана распорная рамка, выполненная сборно-разборной и содержащая два продольных элемента 1 круглого сечения в виде стержней из высокопрочного бетона (марки М-500, В-55), армированного композитной арматурой (например, стеклопластик, базальтопластик, углепластик), и два поперечных элемента 2 круглого сечения, выполненных в виде стержней из высокопрочного бетона (см. выше).
Использование армобетонной конструкции вместо металла и собственно композита обусловлено тем, что элементы распорной рамки в условиях эксплуатации подвержены сжимающим и изгибающим нагрузкам, в которых наиболее оптимально применение армобетона. В этой конструкции композит хорошо работает на растяжение, а бетон - на сжатие. Поэтому для данной конструкции оптимальным является использование бетона, армированного некорродирующей композитной арматурой, что позволяет изготавливать изделия прочными, удобными для транспортировки и монтажа. В данной конструкции поперечный элемент 2 испытывает сжимающее усилие и не нуждается в усиленном армировании. В отличие от этого продольный элемент 1 испытывает изгибающее усилие и поэтому снизу он должен быть армирован прутком (прутками) большего сечения.
Продольный элемент 1 представляет собой стержень диаметром от 40 до 80 мм, армированный так, как показано на (Фиг.2): в верхней части - одним или несколькими прутками (3) относительно небольшого диаметра (3-6 мм) композитной арматуры, а в нижней части - одним или несколькими прутками (4) большего диаметра (10-20 мм) композитной арматуры. По бокам продольного элемента 1 выполнены отверстия 5 под монтаж крепежа (болт, гвоздь и пр., не показан), служащего для соединения продольных элементов 1 и поперечных элементов 2, образуя узел фиксации.
На Фиг.3 изображен поперечный элемент 2 распорной рамки, представляющий собой в разрезе стержень из бетона от 40 до 80 мм в диаметре, армированный несколькими прутками 3 композитной арматуры диаметром 3-6 мм. По центру поперечного элемента 2 с двух его сторон расположены гильзы 6 из пластмассы. Вместо гильзы 6 может быть использован шнур из мягкого материала (например, пластиковая, пеньковая веревка), который расположен вдоль всего поперечного элемента 2 (не показан).
На концах поперечного элемента 2 выполнены выемки 7, радиус кривизны которых соответствует радиусу круглого стержня 1.
Для усиления антикоррозийных свойств стержней сверху они могут быть изолированы полимерной пленкой (например, полиэтиленовой, полипропиленовой и др.) в процессе их изготовления (не показана).
В производственных условиях изготавливаются бетонные стержни, армированные прутками из композита, например, методом безопалубочного формования. Причем прутки из композита могут быть как преднапряженными, так и непреднапряженными. Продольный элемент 1 изготавливается путем резки сформованного стержня на участки длиной от 1200-2000 мм. В нем высверливаются несколько отверстий 5 для монтажа крепежа. Причем окончательный монтаж крепежа может осуществляться как в полевых, так и в производственных условиях.
Поперечный элемент 2 изготавливается из сформованого бетонного стержня, который делится на участки путем высверливания на его концах выемок 7 алмазной коронкой например, фирмы AGAVA, Испания. По центру сечения поперечного элемента 2 в выемках 7 монтируются пластиковые гильзы 6.
Окончательная сборка распорной рамки производится в ходе монтажа утяжелителя на трубопроводе в полевых условиях. В лямки и мешок утяжелителя вдевают продольные и поперечные элементы 1 и 2 так, как это показано в патенте РФ №2320914.
В дальнейшем продольные и поперечные элементы 1 и 2 соединяют, используя предварительно смонтированный на продольном элементе 1 крепеж, забивая последний в гильзу 6 поперечного элемента 2 до упора.
Описанный процесс сборки распорной рамки в полевых условиях прост, эргономичен и позволяет быстро осуществить сборку, что особенно важно в условиях низких температур.
Таким образом, полученная конструкция рамки утяжелителя экологична и обеспечивает прочное соединение ее элементов, а материал рамки утяжелителя коррозионно устойчив и обеспечивает длительную эксплуатацию утяжелителя, что снижает риски техногенных аварий и катастроф.