книги из ГПНТБ / Металлические гофрированные трубы под насыпями

БП

Рис. 8. Конструкции трубы с верховой стороны насыпи:

являются: высота трубы; направление, ширина и уклон водотока; расход воды и ее скорость; потребность в увеличении водопропуск­ ной способности трубы; предотвращение размыва при паводках.

Оголовки труб применяют самых различных конструкций, в том числе портальные (8, в) и раструбные (8, г). В зарубежной прак­ тике находят црименение металлические раструбные оголовки.

'При проектировании сопряжения трубы с насыпью, а также с подводящей и отводящей частями русла нужно предусматривать укрепление откосов насыпи и русла, а также ограждающие устрой­ ства при опасности засорения трубы.

Толщина засыпки гибких гофрированных труб — важный вопрос конструирования таких сооружений. Минимальную толщину засып­ ки гофрированных труб на отечественных дорогах рекомендуется принимать исходя 'из условия безопасного пропуска транспортных и строительных нагрузок по дороге над сооружением. Отметку бров­

сети не менее 1,0 м и на автомобильных — 0,5 м до верха дорожно­ го покрытия.

В США минимальную толщину засыпки назначают з зависимо­ сти от вида дорог, величины отверстия трубы и толщины волнисто­ го листа. Так, на автомобильных дорогах она равна 0,3 м, а на же­ лезных дорогах составляет 0,6—1,6 м для труб диаметром 1,5—2,4 м и 0,6—2,8 м для труб диаметром 3,0—-6,4 м. Толщина засыпки от 1,5 до 2,8 м принята для труб диаметром 2,4—6,4 м при минималь­ ных толщинах металлического листа. За рубежом круглые трубы по своему конструктивному оформлению подразделяют на два ви­ да: с кольцевым гофрированием и со спиральным. Трубы первого вида изготавливают со стыками на болтах, заклепках и точечной сварке, а трубы второго вида — со спиральным сварным или зам­ ковым швом.

В СССР и за рубежом гофрированные трубы диаметром свыше 2;0—'2,5 м, как правило, укладывают из отдельных элементов. Тру­ бы диаметром до 2,0—2,6 м монтируют на строительной площадке или из отдельных листов или из замкнутых круглых секций завод­ ского изготовления.

Трубы постройки 1888—1915 гг., эксплуатируемые в настоящеевремя на отечественных железных дорогах, смонтированы из гото­ вых секций длиной до 2,0—2,5 м, которые на строительной площад­ ке лишь соединяли специальными бандажами. Такая конструкция (полной заводской готовности) целесообразна для труб отверстием 1,0—2,0 м. Изготовление секций можно также организовать в пунк­ тах вблизи дорожных строек.

§ 4. МАТЕРИАЛ ДЛЯ ГОФРИРОВАННЫХ ТРУБ

При разработке металлических .конструкции водопропу­ скных труб уделяют особое внимание выбору марки ме­ талла с повышенной коррозионной стойкостью и защитным покры-

21

тием, обеспечивающим значительные сроки службы сооружений. На продолжительность срока службы труб влияют: гидрология по­

Металл труб подвержен сложному воздействию нагрузок, от собственного веса насыпи и подвижного состава транспортных средств на дороге, износу от атмосферной, подводной и грунтовой кор,розни, а в отдельных случаях также действию блуждающих то­ ков. Протекающая через сооружение вода несет твердые предметы и частицы грунта, которые вызывают абразию металла. В зависи­ мости от степени агрессивности грунтов основания насыпи, протека­ ющего 'В трубе потока воды и его абразивных свойств выбирают вид металла и степень его защиты. Большая часть внутренней по­ верхности труб подвержена воздействию атмосферы, что особенно характерно для сооружений на временно действующих водотокам, иа суходолах.

Профессор С. Г. Веденкиы [2, 3] приводит результаты исследо­ вания различных строительных сталей на коррозионную стойкость в атмосферных условиях. Например, низколегированные стали типа 15ХСНД по сравнению с углеродистой сталью более стойки против коррозии. Для повышения коррозионной стойкости углеро­ дистых сталей рекомендовано увеличивать содержание в них угле­ рода н кремния, хорошо раскислять металл и добавлять небольшое количество меди. По результатам выполненных в ЦНИИ МПС че­ тырехлетних испытаний образцов отдельных видов стали (табл. 5), пригодных для использования в трубах по их стойкости против кор-

Т а б л и ц а 5

розни [2], видно, что наиболее устойчивыми против коррозии ока­ зались низколегированные стали (НЛ-2) с повышенным содержа­ нием меди. Присадка меди в количестве около 0,5%, позволяя зна­ чительно увеличить коррозионную стойкость металла, не вызывает заметных изменений механических свойств стали, не ухудшает ее обрабатываемость в холодном и горячем состоянии, а также свари­ ваемость. Благоприятное влияние на повышение стойкости стали не­ больших присадок меди подтверждено также и зарубежными дан­ ными.

22

Отечественные и зарубежные исследования показали, что при­ садки никеля в сочетании с присадкой хрома и меди или одной ме­

большого содержания кремния, хрома и никеля, как правило, ока­ зывает сравнительно небольшое влияние на степень коррозии ме­ талла, находящегося в грунтах и под водой, т. е. в условиях, где доступ кислорода ограничен. Химический состав представляет со­ бой .'более важный фактор для улучшения антикоррозионных свойств сталей, подверженных воздействию атмосферных условий.

ны следующие основные требования к их химическому составу: сни­ жение содержания серы и фосфора до 0,035%; уменьшение верхних пределов содержания углерода до 0У20% и кремния до 0,25%; вве­ дение добавки меди в количестве 0,20—0,30% для улучшения про­ тивокоррозионной стойкости. ЦНИИС разработал и согласовал с предприятиями Министерства черной металлургии СССР техни­ ческие условия на медистую сталь для гофрированных труб, в соот­ ветствии с которыми отечественная промышленность с 1970 г. по­ ставляет для изготовления труб листовую медистую сталь повышен­

с уточненным химическим составом и нормированным содержанием меди (та'бл. 6). Механические и технологические свойства металла •марки Сталь 15 улучшенной следующие:

волнистый профиль, дуги окружности которого соединены прямыми вставками — касательными (или без них) и характеризуются дли-

23

нистую сталь толщиной да 1,8 мм с гофрами 130X32, 5, 100x30 и 100X50 мм.

Завод «Запорожсталь» Минчермета УССР прокатывает волни­ стый лист 130X32,5 мм (рис. 9, а), шириной 975 мм и толщиной 6=1,5-4-2,5 мм. Радиус закругления в этих гофрах составляет 39 мм; соединение дуг даны без прямых вставок; центральный угол

В ЦНИИС Минтрансстро'Я разработано техническое задание на более экономичный волнистый лист, пригодный для труб под высо^

прокатных станах. Коэффициент ширины волнистого листа равен

сократить расход стали на 15—20%; кроме того, по критерию устой­ чивости стенки можно будет допускать большую высоту засыпок труб. Использование нового усиленного типа волнистого листа'

24

Т а б л и ц а 8

оружении труб больших отверстий — диаметром до 8 м.

За рубежом для дорожных труб отверстием 1—Ш м использу­ ют несколько волнистых профилей с длиной и высотой волны соот­ ветственно до 15'2 и до 51 мм; толщина листа составляет 1,2—7,0 мм. Так, в США в зависимости от высоты насыпи дороги и диаметра труб применяют три тшо-размера гофров: 67,7X12,7 и 76,2Х Х: 25,4 мм из листа толщиной от 1,2 до 4,2 мм и 152,4X30,8 мм с толщиной листа от 2,7 до 7 мм. Гофры имеют прямые вставки L , длиня. которых для гофра 152,4X50,8 мм равна 43—50 мм; в зави­ симости от толщины волнистого листа центральный угол (2а) со­ ставляет 90—92° [25].

В Японии для труб применяют волнистую сталь с длиной вол­ ны 150 мм, высотой вол-ны 48 мм и толщиной листа от 2,7 до 7,0 мм.

все более широкое применение за рубежом находит алюминий, и его сплавы, которые в определенных условиях обладают высокой про­ тивокоррозионной стойкостью. Технический алюминий имеет значи­ тельные преимущества .по противокоррозионной стойкости по срав­ нению со сталью только в почвах с хорошей воздухопроницаемо­ стью. В болотистых и особенно щелочных грунтах такие преимуще­ ства не наблюдаются. Алюминиевые сплавы по своему коррозион­ ному поведению в грунте близки к чистому алюминию. Алюминиевомагниевые сплавы типа АМГ, содержащие 2,5% магния, корродиру­

25

Для гофрированных труб в США применяют алюминий с тол­ щиной листа от 1,3 до 6,3 мм, с минимальным пределом текучести 17 кГ/мм2 и относительным удлинением 4—5%. Алюминиевые трут •бы отверстием до 4,0 м сооружают из волнистых листов с длиной волны 68 и 230 мм и высотой соответственно 12,7 и 64 мм.

Отечественная металлургическая промышленность выпускает различные профили гофрированных алюминиевых листов. Так, Куй­

Куйбышевский завод прокатывает волнистый лист толщиной от 0,5 до 0,8 мм с длиной волны от 80 до 88 мм и высотой волны от 16 -до 25 мм; радиус закругления в гофрах равен 25 мм. Ширина листа от 1380 до 1500 мм, расстояние от кромки листа до первой вершины гофра равно 20—32 мм, вес 1 пог. м листа составляет 2,2—3,5 кГ.

Из применяемых алюминиевых сплавов наиболее коррозионностойки алюминиево-магниевые сплавы типа АМГ, содержащие око­ ло 2,5% магния. Однако ввиду большой стоимости такие алюми­ ниевые сплавы для сооружения водопропускных труб применять не­ целесообразно. Изготовление труб из алюминиевого сплава Д1АТ дало бы в настоящее время небольшой экономический эффект по сравнению с железобетонными трубами.

§ 5. СБОРНЫЕ ТРУБЫ ИЗ ОТДЕЛЬНЫХ ГОФРИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

На основании исследований конструкций, технологии

э л е м е н т о в на б о р т а х .

Основным элементом конструкции является волнистый лист од­ ной стандартной ширины 975 мм, изогнутый по заданному радиусу (рис. 10). Волнистые листы соединяют между собой внахлестку с постановкой болтов одного диаметра—16 мм. Материал болтов — сталь 20. Продольный стык состоит из одного или-двух рядов бол­ тов, расположенных на гребнях и впадинах волн или в шахматном порядке, а поперечный стык — однорядный со'стандартным шагом между болтами, равным 200 мм. Продольные стыки расположены

26

Рис. 10. Развертка основного элемента конструкции труб диаметром 1—3 м:

(•поперечный стык) вызывает несовпадение крайних отверстий, что нужно компенсировать соответствующим зазором между болтом и круглым отверстием в листе. Этот зазор должен быть не менее 3 мм. При необходимости (из-за несовпадения отверстий) для попереч­ ных стыков назначения отверстий диаметром, превышающим более чем на 5 мм диаметр болтов, рекомендуется применять овальные отверстия. Номинальные размеры круглых отверстий продольных стыков должны быть на 3 мм больше номинального диаметра бол­ тов. Длину элементов из волнистой стали назначают исходя из ус­ ловий совпадения отверстий в поперечных и продольных стыках. Для труб диаметром 1—3 м при толщине листа 1,5—2,5 мм полез­ ная длина элемента может быть принята равной 1600 мм. Вес эле­ мента составляет 30—40 кГ. Такая, длина элемента позволяет на­ значать диаметры трубы с интервалом 0,5 м. Число элементов на периметр поперечного сечения трубы в этом случае будет равно 2D, (где D — диаметр трубы, м). При назначении для болтов попереч­ ных стыков отверстий овальной формы (вытянутых вдоль длинной кромки) может быть увеличена длина элементов.

Изготавливая элемент трубы, заготовку из волнистого листа из­ гибают таким образом, чтобы крайние гребни волн, по которым расположены отверстия поперечных стыков, оказались с наружной стороны элемента. Такое расположение обеспечивает возможность

27

гофрированных листов, но не менее 35 мм. Длина резьбы должна быть на 2—3 мм больше разности между полной длиной болта и суммарной толщиной двух стыкуемых элементов с шайбами. Это •позволит исключить попадание резьбы на кромки отверстий.

В ЦНИИСе были испытаны стыки внахлестку с применением обычных болтов диаметром 16 мм и двух типов шайб: круглых со •сферической (рис. 12, а) опорной плоскостью и квадратных плоскоЕогн'утых и плосковыпуклых с цилиндрическими (рис. 12,5) опор­ ными поверхностями. Достоинство шайб с цилиндрическими опор­ ными поверхностями — плотное прилегание их к -поверхностям греб­ ней и впадин волн стыкуемых гофрированных листов. Испытания показали, что несущая способность болтового соединения с такими

ванных водопропускных труб отверстием до 3 м для применения под насыпями железных и автомобильных дорог (табл. 9).

В ЦНИИСе выполнен первый этап исследований конструкций соединения элементов гофрированных труб на высокопрочных бол­ тах. Разработана конструкция соединения волнистых листов тол­ щиной 2,2 мм с гофрами 130X32,5 мм на болтах диаметром 16 мм.

Рис. 12. Шайбы для болтовых соединений элементов трубы

28

Т а б л и ц а 9

П р и м е ч а н и е . Расчетная высота насыпи указана применительно к модулю деформации грунта, равному 50 кГ/см2. Для увеличения расчетной высоты насыпи нужно обеспечить большие значения модуля деформации грунта или применить эллиптическую форму сечения трубы (с удлиненным вертикальным диаметром).

Работающие за счет сил трения фрикционные соединения тем эффективнее, чем больше усилия натяжения болтов. Это вызывает необходимость применения для болтов сталей высокой прочности, достигаемой как за счет химического состава, так и термической об­ работки. Для болтов и гаек принята сталь 45, а для шайб — Ст. 5 и сталь 35.

Для уменьшения трения по торцовой поверхности головки болта или гайки и распределения усилия натяжения болта по поверхно­ сти металла можно применять два типа шайб: круглые со сфериче­ ской поверхностью опирания и квадратные с цилиндрической по­ верхностью опирания (см. рис. 12). Более прогрессивным является применение болтов и гаек со сферическими опорными поверхностя­ ми и без шайб (рис. 13, с).

При проектировании стыков на высокопрочных болтах пользуются методами расчета, изложенными в технических указаниях ВСН 144-68, а также результа­ тами исследований ЦНИИ'С работы стыков гофрированных труб. В частности нормативный коэффициент трения fH для оцинкованной поверхности соединений рекомендуется принимать равным 0,30, а величину коэффициента закручивания болтов для обеспечения контролируемых усилий их натяжения — 0,22. Для со­ единения волнистых оцинкованных листов толщиной 2,2 мм лабораторными испы­ таниями установлены расчетные несущие способности высокопрочных болтов диа­ метром 16 мм, составляющие 1,8—2,4 Т на болт при натяжении на 8 Г. •

Результаты испытаний показывают, что применение высокопроч­ ных болтов, вместо обычных,, для труб отверстием 2—3 м позволяет сократить количество болтов на 35—40% и этим уменьшить трудо­ емкость устройства соединений. Важнейшей задачей дальнейших

29