3.5 Сталь как материал подземных сооружений
Сталь соответствующих марок допустимо применять для устройства прогонов станций метро, колонн, перемычек над проходами, сопряжений обделок разных диаметров, гидроизоляции сложных конструкций (например, в подводных тоннелях) и т.п.
Сталь – многокомпонентный ковкий сплав на основе железа, содержание углерода в котором не превышает 2,14%. Сталь получают из чугуна удалением части углерода и примесей.
Для армирования бетонных конструкций и анкерования горных пород вокруг выработок широко используют стальную арматуру классов А-II, A-III, A-IV периодического профиля и A-I гладкого профиля [12], стальные канаты (при глубоком анкеровании) и даже «струнную арматуру» для предварительно напряженных конструкций.
Для изготовления элементов водонепроницаемых тюбинговых обделок обычно используют серый чугун (ГОСТ 1412) или высокопрочный чугун (ГОСТ 7293), нормативные и расчетные сопротивления которых представлены в СНиП II-23 [15]. Серый чугун СЧ-20, часто применяемый для изготовления тюбингов, хорошо противостоит коррозии и имеет прочность на сжатие 200 МПа, однако он хрупок и имеет невысокую прочность на растяжение (65 МПа). Высокопрочный чугун ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 70-3 обладает высокой прочностью не только при сжатии, но и при растяжении (в 2,5-3 раза больше, чем серый чугун).
Наряду с широко распространенными материалами в отдельных случаях применяют и менее распространенные: полимербетон, набрызгбетон, сталефибробетон и т.п.
Достоинства
высокий коэффициент конструктивного качества материала
высокая прочность
возможность многократного использования
долговечность
огнестойкость
высокая деформируемость
изотропия свойств
изготовление элементов любой формы
Недостатки
подверженность коррозии
большая объемная плотность
трудность в обработке
высокая стоимость
Стальные изделия используемые при строительстве подземных сооружений.
1. Арматура горячекатаная
А-I (A240) - гладкого профиля
A-II (A300) - периодического профиля винтовая, с одинаковым заходом на обеих сторонах профиля
A-III (A400) - периодического профиля винтовая, имеющая с одной стороны профиля правый, а с другой - левый заходы
2. Арматура холоднотянутая
В-I (Вр-I) - низкоуглеродистая стальная проволока, предназначенная для ненапрягаемой арматуры (обыкновенная арматурная проволока).
В-II (Вр-II) - углеродистая стальная проволока, предназначенная для напрягаемой арматуры (высокопрочная арматурная проволока).
3. Сортовой прокат
Двутавр
Достоинства: высокий момент сопротивления Wx
Недостатки: малый момент сопротивления Wy, трудно поддается гнутью, сложность стыковки элементов.
Швеллер
Достоинства: высокий момент сопротивления Wx
Недостатки: малый момент сопротивления Wy, трудно поддается гнутью, сложность стыковки элементов.
Специальный взаимозаменяемый профиль
Достоинства: близкие величины моментов сопротивления относительно обеих главных осей, возможность создания крепей с простыми по конструкции узлами податливости, взаимозаменяемость элементов, минимальный объем занимаемого пространства при транспортировки
Недостатки: относительно небольшие моменты сопротивления