Полный текст

История В последнее время металлические гофрированные конструкции (МГК) получают все более широкое распространение, хотя известны уже не один десяток лет. В России первые постройки из таких конструкций были возведены более 100 лет назад. В период с 1887 по 1914 г. было уложено порядка 6400 м металлических гофрированных труб. Тогда эти изделия выпускались на Петербургском металлическом заводе. Из-за войн и революций производство и применение таких труб было остановлено. Массовое строительство началось только в СССР при строительстве Байкало-Амурской магистрали в 70-х гг. прошлого столетия. Однако при строительстве БАМ из-за аврального режима строители не всегда соблюдали технологию, поэтому в процессе эксплуатации гофры деформировались, в результате чего применение МГК на главных путях было запрещено [1]. И.А. Осокин отмечает, что на пути применения МГК в России лежат трудности, которые связаны с отсутствием достаточно надежных расчетных схем и методик расчета, учитывающих особенности их деформирования и взаимодействия с окружающим грунтовым массивом. В результате анализа отечественных и зарубежных экспериментов он сделал вывод, что поведение экспериментальной модели металлической гофрированной конструкции под нагрузкой довольно сильно зависит от степени уплотнения грунта в засыпке. Следовательно, при возведении сооружений из металлических гофрированных конструкций особое внимание необходимо уделять обеспечению одинакового уровня уплотнения грунта, чтобы создать условия для симметричной работы гофрированной конструкции [2]. Если рассматривать зарубежные страны, то впервые металлические гофрированные конструкции были применены в США. Первоначально изготавливали трубы небольших отверстий, а затем, когда стали применять более мощный профиль гофролиста, начали строительство более крупных сооружений, таких как мосты, путепроводы и т.д. После США активно внедрять МГК начали Канада и европейские страны. Общие сведения о металлических гофрированных конструкциях Металлические гофрированные конструкции представляют собой конструкции из стальных гофрированных листов, которые соединены между собой болтами [3]. Гофрированный лист - это лист из стали, имеющий волну гофр синусоидального профиля, изогнутый по радиусу или плоский (рис. 1). Рис. 1. Стальной лист, имеющий волну гофр синусоидального профиля Fig. 1. Steel sheet with corrugations of sinusoidal wave profile Стальные листы изготавливаются методом холодного штампования или проката. Гофрированный лист является более прочным и может выдерживать большие нагрузки, чем обыкновенный гладкий стальной лист. Размер волн влияет на его конечные характеристики и на то, какие сооружения могут быть из него возведены. Для защиты МГК от коррозии применяется горячее оцинкование. Стальные оцинкованные листы могут иметь различную толщину и волну гофра. МГК стали популярны в строительстве, так как их применение возможно на территориях со сложными инженерно-геологическими, инженерно-гидрологическими и климатическими условиями. После полного изготовления листа на производстве его необходимо доставить на строительную площадку для последующего возведения необходимой МГК. При изгибе по радиусу листов можно собрать трубу или арку. После этого каждый гофролист соединяют болтами в конструкцию, которая заранее была определена проектом. Затем всю конструкцию нужно засыпать грунтом и утрамбовать. Таким образом, вся грунтовая обойма будет работать совместно с металлоконструкцией, обеспечивая надежные эксплуатационные характеристики. В настоящее время стало увеличиваться число фирм, производящих металлические гофрированные конструкции. Одним из крупнейших предприятий, которое занимается проектированием, изготовлением и установкой металлических гофрированных конструкций уже более 12 лет, является ЗАО «Гофросталь» (Московская область, Наро-Фоминский р-н, пос. Селятино). Предприятие работает на базе ОАО «Опытный завод «Гидромонтаж» [4]. Сейчас МГК широко применяются при строительстве транспортных и промышленных объектов. Из-за улучшения характеристик гофрированных листов расширяется область применения конструкций при строительстве, ремонте и реконструкции транспортных, инженерных и промышленных сооружений. Основными объектами применения являются: автодорожные и железнодорожные путепроводы, тоннели, пешеходные переходы, водопропускные трубы, ливневые дренажи, коллекторы для коммуникаций, вентиляционные системы, галереи для защиты от лавин и камнепадов, производственные здания, склады и ангары, зернохранилища. В статье рассмотрены следующие типы сооружений: подпорные стены, пешеходные переходы, транспортные и пешеходные тоннели, ангары, водопропускные сооружения. Подпорные стены Подпорные стены - это искусственное сооружение, которое удерживает массив грунта, находящийся за ним, от обрушения или сползания на участке местности с большими уклонами. Такие стены применяются для удержания террас, на которых могут располагаться здания, защиты дорог от камнепадов и предотвращения размыва берегов морями. Для строительства подпорных стен применяют различные виды материалов, такие как железобетон, бетон, бутобетон, природный камень, кирпич, дерево, габионы. Выбор материала зависит от принятого конструктивного решения стены. Подпорные стены из металлических гофрированных листов - это засыпная конструкция коробчатого типа из связанных секций. Такие стены являются разновидностью классических стен гравитационного типа. Из-за этого проектирование и расчет таких конструкций выполняются как для обычных стен по нормам тех отраслей, в которых они будут применяться. Стальная коробчатая конструкция является гибкой структурой, благодаря чему перераспределяются нагрузки между элементами, приспосабливаясь к давлению грунта, не образуя трещин и недопустимых деформаций [5]. Подпорные стенки из МГК находят применение в гражданском, промышленном и гидротехническом строительстве. Конструкция подпорной стены. Конструкция подпорной стены представлена на рис. 2. Рис. 2. Конструкция подпорной стены: 1 - полностью собранная ячейка; 2 - ригель передней стенки; 3 - диафрагма в сборе; 4 - двухветвевой строп; 5 - ригель задней стенки; 6 - временное крепление; 7 - диафрагма Fig. 2. Design of retaining walls: 1 - fully assembled cell; 2 - bolt faceplate; 3 - diaphragm assy; 4 - two-branch sling; 5 - bolt rear-wal; 6 - temporary mounting; 7 - diaphragm Основными элементами сборной подпорной стенки являются ригели, ригели диафрагмы, стойки, опорные пластины, метизы, представляющие собой болты и гайки для соединения элементов конструкции между собой. Сами секции состоят из стальных профилированных элементов: стальных корытных (трапецеидальных) профилей, стоек, распорных и соединительных деталей. Шаг стоек принимается, как правило, 3 м, высота и ширина подбираются в зависимости от рельефа местности и предполагаемых нагрузок. Ригели и диафрагмы стенки образуются из корытного профиля (КП). Стойки стенки являются сборными, таврового сечения. В качестве дополнительных элементов конструкции стены используются уголок окаймления, защитный концевой элемент, уголок примыкания, укороченный ригель, укороченный уголок окаймления, накладка, переходной ригель. Все элементы стен являются оцинкованными. Таким образом, конструкция подпорной стенки - это коробчатая система из связанных стойками секций. Технология производства подпорной стены. Сооружение подпорной стены из МГК состоит из следующих этапов: подготовительные работы, подготовка основания, непосредственно монтаж конструкций, засыпка и уплотнение грунта в ячейках и грунтовой призмы за стеной. Подготовительные работы включают в себя транспортирование элементов конструкций, погрузку и разгрузку с помощью строп и траверс. В процессе транспортировки необходимо следить, чтобы цинковое покрытие не было повреждено и не подвергалось деформациям. При подготовке основания предусматриваются срезка растительного слоя грунта, планировочные работы, уплотнение грунта, вырезка траншеи. В траншее необходимо устроить подушку из неуплотненного грунта толщиной 100-200 мм. Технология сборки зависит от конструкции подпорной стены и может быть поэлементной или с укрупнительной сборкой на стройплощадке. В процессе сборки отдельные элементы соединяются болтами. В стыки стенки наружной грани укладывается два слоя геотекстиля для предотвращения выноса грунта засыпки поверхностными водами. После сборки секций или в процессе монтажа устраивается ее засыпка, а также засыпка застенного пространства дренирующим грунтом. Для монтажа требуется бригада из нескольких человек и простой инструмент. Для засыпки секций используется песчаный или гравелистый грунт. Засыпка выполняется по 0,2 м с поливом водой. В ячейках уплотнение должно производиться ручными пневмотрамбовками. За подпорными стенками пространство может засыпаться песком либо местным дренирующим, непучинистым грунтом. Засыпку ячейки необходимо устраивать выше или ниже уровня обратной засыпки снаружи не более чем на 400 мм [6]. Параметры оцениваемых показателей подпорной стены представлены в табл. 1. Таблица 1 Параметры оцениваемых показателей подпорной стены Table 1 Parameters of the evaluated indicators retaining walls № п/п Оцениваемый показатель Параметры 1 Скорость возведения По сравнению с традиционными конструкциями выше в 5-7 раз 2 Трудоемкость строительства По сравнению с железобетонными в несколько раз ниже 3 Срок службы При качественном монтаже может обходиться без ремонтов 70-90 лет Окончание табл. 1 № п/п Оцениваемый показатель Параметры 4 Сложность монтажа Достаточно простой монтаж (использование ручного труда или оборудования небольшой грузоподъемности) 5 Конструкция сооружения Отсутствие фундамента 6 Использование в особых условиях Выдерживает повышенные сейсмические нагрузки, хорошо приспосабливается к изменяющимся грунтовым условиям 7 Стоимость Строительство обходится на 30-40 % дешевле по сравнению с традиционными конструкциями. Стоимость транспортировки может быть в 10-15 раз ниже по сравнению с аналогичными железобетонными Пешеходные переходы. Транспортные и пешеходные тоннели Пешеходные тоннели - это искусственные сооружения, которые устраиваются под транспортными магистралями для развязки движения транспорта и пешеходов. Городские транспортные тоннели - сооружения, прокладываемые для пропуска транспорта в различных уровнях на пересечении улиц. Данные сооружения способствуют увеличению пропускной способности дорог и решению вопросов безопасности движения. Пешеходный переход - это специальное искусственное сооружение, которое строится для обеспечения безопасного перехода пешеходов на противоположную сторону дороги либо улицы. Переходы могут возводиться как над проезжей частью, так и под ней. Для сооружения пешеходных переходов и тоннелей могут использоваться различные виды материалов. В настоящее время достаточно часто применяются конструкции из гофрированных листов при строительстве пешеходных переходов и городских тоннелей. Такие конструкции являются наиболее современными [7]. Полицентрическое очертание представляется наиболее целесообразным для транспортных или пешеходных тоннелей, а также подземных переходов. На рис. 3 показан пешеходный переход из металлических гофрированных конструкций, на рис. 4 - строительство тоннеля из металлических гофрированных конструкций. Рис. 3. Пешеходный переход из металлических гофрированных конструкций Fig. 3. Pedestrian crossing of corrugated metal structures Рис. 4. Строительство тоннеля из металлических гофрированных конструкций Fig. 4. Tunnel construction of corrugated metal structures Конструкция пешеходного перехода и тоннелей. Для возведения надземного пешеходного перехода применяют конструкции замкнутого контура. Для обустройства переходов применяются гибкие металлические конструкции диаметром от 1,5 до 3 м. Для небольшого тоннеля простой и экономически выгодной альтернативой является металлическая труба. Для транспортных тоннелей используются сборные металлические гофрированные конструкции. Технология производства пешеходных переходов, транспортных и пешеходных тоннелей. Сооружение пешеходного перехода или тоннеля включает в себя следующие этапы: подготовительные работы, монтаж конструкций и обустройство гидроизоляции, подвод коммуникаций и устройство освещения, отсыпка и обустройство территории. Компоновка металлических арок осуществляется из стальных гофрированных листов, которые изогнуты под радиус в соответствии с проектом перехода. Элементы перехода соединяются в звенья с помощью болтового соединения внахлест. Двухрядное крепление используется в продольных стыках, а одинарное - в поперечных. Для защиты от коррозии необходимо обрабатывать специальными полимерными эмалями или битумными мастиками места стыков, соединения, болтов, шайб и гаек. Если грунт обладает высокой химической агрессивностью к металлу, то наносят дополнительное защитное покрытие с наружной или с обеих сторон поверхности конструкции. Высоту насыпи определяют исходя из диаметра перехода, толщины гофрированного листа и особенностей грунта. Строительство переходов может вестись как с опережением, так и одновременно с устройством отсыпки. Параметры оцениваемых показателей пешеходных переходов и тоннелей представлены в табл. 2. Таблица 2 Параметры оцениваемых показателей пешеходных переходов и тоннелей Table 2 Parameters of the evaluated indicators of pedestrian crossings and tunnels № п/п Оцениваемый показатель Параметры 1 Скорость возведения По сравнению с традиционными конструкциями более быстрый монтаж 2 Трудоемкость строительства Ниже по сравнению с железобетонными перекрытиями 3 Срок службы Длительный срок службы 4 Сложность монтажа Достаточно простой монтаж. Возможность быстрого монтажа вентиляционных, водоотводных, противопожарных систем. Строительные работы можно производить без остановки движения автотранспорта с частичным стеснением транспортного потока 5 Конструкция сооружения Обладает высокой износостойкостью и прочностью при малой металлоемкости. Имеет малый вес. Широкий диапазон размеров и форм. Благодаря наличию «естественных» ниш в трубах их можно использовать для освещения 6 Использование в особых условиях Возможно применение в любых климатических зонах 7 Стоимость Низкая стоимость по сравнению с железобетонными конструкциями Бескаркасные ангары Бескаркасный ангар - ангар, который производится из гофрированного металлического листа и имеет ребра жесткости. Благодаря такой конструкции возможна установка ангаров без использования металлических ферм и каркасов [8]. Бескаркасные ангары нашли широкое применение во всем мире. Сооружения из МГК используются в сельском хозяйстве (сельскохозяйственные помещения и склады, овощехранилища) в качестве складских помещений, цехов, мастерских, гаражей, мастерских, крытых стоянок, закрытых спортивных сооружений и площадок, торговых павильонов, мини-рынков и т.д. [9]. Конструкция бескаркасных ангаров. Конструкция бескаркасного ангара представляет собой облегченную металлическую конструкцию, имеющую, как правило, форму арки. Основным материалом таких сооружений является гофрированный металлический профиль. Лист металла в данном случае выполняет функцию крыши и наружных стен. Бескаркасные ангары - это сооружения быстровозводимого типа. Они собираются без использования внутренних каркасов или перегородок. Бескаркасные ангары могут дополнительно оснащаться воротами и дверьми, лестницами и люками обслуживания, окнами, устройствами для выгрузки и загрузки в помещение, вентиляционными системами, системами охлаждения, тамбурами, датчиками влажности и температуры и другим оборудованием. Технология производства бескаркасных ангаров. Сейчас появились специальные «фабрики на колесах», которые выпускают алюминиевые и стальные панели для возведения зданий и перекрытий непосредственно на площадке строительства. С помощью такого метода можно за короткое время спроектировать и построить бескаркасные ангары. Строительство бескаркасных ангаров является достаточно простым процессом. Из алюминиевых или стальных листов вначале изготавливают панели нужной длины. После этого панели прямого профиля отправляют в машину, которая производит операции по приданию формы, и получают арочные панели диаметром от 4 до 40 м. Затем с помощью автоматической машины забортовочного типа производится сшивание панелей с водопроницаемыми швами. Таким образом получают готовые панельные секции, которые можно установить на заданную площадку. Обычно для перемещения и установки используются гидравлические краны, но небольшие панели можно устанавливать вручную. Далее секции необходимо смонтировать на площадке и присоединить друг к другу при помощи забортовочой машины. Так ангар получится полностью водонепроницаемым и никакой герметизации не потребуется. Затем секции приваривают к фундаменту, устанавливают двери, торцевые стены и другое оборудование [10]. На рис. 5 показан процесс возведения бескаркасного ангара. Параметры оцениваемых показателей бескаркасных ангаров представлены в табл. 3. Рис. 5. Процесс возведения бескаркасного ангара Fig. 5. Process of construction of frameless hangar Таблица 3 Параметры оцениваемых показателей бескаркасных ангаров Table 3 Parameters of the evaluated indicators of frameless hangars № п/п Оцениваемый показатель Параметры 1 Скорость возведения Высокая скорость возведения 2 Трудоемкость строительства Ниже по сравнению с каркасными ангарами 3 Срок службы Служат более 50 лет 4 Сложность монтажа Короткие сроки монтажа 5 Конструкция сооружения Не требует капитального фундамента. Полезная площадь составляет 98-99 % 6 Использование в особых условиях Обладают высокой прочностью, ветроустойчивостью. Возможно возведение на любом грунте 7 Стоимость Гораздо ниже, чем каркасных ангаров. Уменьшение расходов на хранение материалов. Минимум затрат на транспортную технику Водопропускные сооружения Рис. 6. Металлические гофрированные трубы Fig. 6. Metal corrugated pipe Водопропускные трубы представляют собой искусственные сооружения, которые пропускают под дорогой постоянные или периодические потоки воды. По материалу различают трубы из железобетона, бетона, пластика и металла [11]. Водопропускные трубы из металлических гофрированных конструкций активно применяются в дорожном строительстве [12]. На рис. 6 показаны металлические гофрированные трубы. Конструкция водопропускных сооружений. Водопропускные трубы представляют собой гибкие конструкции из металла без фундамента, находящиеся в тесном взаимодействии с грунтовой обоймой. Грунт, соприкасающийся с трубой, является неотъемлемой частью такой конструкции, поскольку в случае его отсутствия конструкция будет деформироваться, а в дальнейшем может вообще разрушиться [13]. Существует три типа водопропускных труб: малые (диаметром до 3 м), средние (диаметром от 3 до 6 м) и водопропускные сооружения эффективным диаметром 6-10 м. Для водопропускных сооружений обычно принимают следующие схемы поперечных сечений: круглая труба, которая характеризуется постоянным значением диаметра; горизонтально ориентированный эллипс и вертикально ориентированный эллипс. Тип поперечного сечения трубы зависит от гидрогеологических особенностей местности. Технология производства водопропускных сооружений. Устройство водопропускных труб из металлических гофрированных конструкций включает в себя следующие этапы: подготовительные работы и транспортирование конструкций, геодезические и разбивочные работы, устройство оснований и противофильтрационных экранов, монтаж металлической конструкции трубы, засыпка трубы [14]. Водопропускные трубы, которые будут укладываться под насыпи железных и автомобильных дорог, собираются из стандартных элементов. Листы гофрированного металла соединяются между собой при помощи болтов, гаек и шайб. Для каждого района в зависимости от климатических особенностей используются различные сорта стали. Параметры оцениваемых показателей водопропускных сооружений представлены в табл. 4. Таблица 4 Параметры оцениваемых показателей водопропускных сооружений Table 4 Parameters of the evaluated indicators culverts № п/п Оцениваемый показатель Параметры 1 Скорость возведения Высокая скорость возведения 2 Трудоемкость строительства По сравнению с железобетонными и бетонными в несколько раз ниже 3 Срок службы Срок службы составляет около 80 лет. Низкие затраты на поддержание работоспособности 4 Сложность монтажа Достаточно простой монтаж без использования специальной техники. Монтаж возможен в любое время года 5 Конструкция сооружения Обладают малой массой 6 Использование в особых условиях Обладают высокой прочностью. Гибкость трубы позволяет выдерживать достаточно большие сейсмические нагрузки 7 Стоимость Снижение стоимости при строительстве дорог. Строительство водопропускных металлических гофрированных труб обходится на 15-20 % дешевле, чем строительство из других материалов. Из-за небольшой массы конструкций возможна доставка любым видом транспорта За последнее время было возведено достаточно много сооружений из металлических гофрированных конструкций. Примерами могут служить: - подпорная стена высотой 6,5 м, применена в г. Кирове в качестве разделения верхнего и нижнего уровня автостоянки торгового центра; - подпорные стены, устроены в Свердловской области в качестве устоев путепровода через железную дорогу на автодороге «Екатеринбург - Реж - Алапаевск»; - мост через р. Тодья в Пермском крае; - путепровод на автомобильной дороге «Алексеевское - Альметьевск»; - реконструкция автодороги «Лена» М-56 в Амурской области; - строительство автомобильной дороги от «КАД» до аэропорта «Пулково-1» [15]. Выводы По результатам проведенной работы можно сделать вывод, что металлические гофрированные конструкции имеют хорошие прочностные характеристики и обладают рядом преимуществ перед традиционными конструкциями, такими как: долговечность, безопасность, простота монтажа, короткие сроки проведения работ, экономическая эффективность, удобство транспортировки, возможность применения в сложных условиях. При анализе различных типов сооружений было выявлено, что в России наибольшее распространение получили водопропускные сооружения для водопропускных труб. Однако преимущества, имеющиеся у металлических гофрированных конструкций, а также опыт применения их в других странах позволяют говорить о том, что наиболее перспективными направлениями для дальнейшего использования МГК являются транспортные и пешеходные тоннели, пешеходные переходы.

Об авторах

Е. Д Остерман

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

О. А Шутова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 154

Ссылки

• Ссылки не определены.