книги из ГПНТБ / Металлические гофрированные трубы под насыпями

Рис. 13. Высокопрочные болты

исследований этих соединений является уточнение величины коэф­ фициента трения и потерь напряжения в болтах.

Определенный интерес представляют конструкции труб на вы­ сокопрочных болтах, дрименяемые в США. Конструкция выполнена в виде отдельных листов с профилем 152,4X50,8 мм и семью разме­ рами толщин листа — от 2,7 до 7,0 мм. Волнистые листы, поставля­ емые металлургической промышленностью США, имеют значитель­ ную полезную ширину четырех стандартных размеров — от 1829 до 3658 мм. Полезная длина листов, определяющая их количество в поперечном сечении трубы, принята пяти размеров — от 732 до1952 мм, кратных шагу болтов поперечных стыков, равному 244 мм. Вес волнистых листов колеблется в пределах 44—533 кг. Выбирая листы с количеством шагов 3, 5, 6, 7 и 8 (в зависимости от длины листа), а также варьируя количеством элементов, можно получить трубы весьма широкого диапазона отверстий с градацией через каждые 15 см [26].

Иной подход к назначению размеров гофрированного элемента наблюдается в Японии. Например, для изготовления труб отверсти­ ем до 7,5 м применяют гофрированные элементы стандартной по­ лезной шириной—1050 мм. Это позволяет иметь меньшее количе­ ство типо-размеров оборудования для механической обработки (перформации и гибки волнистых листов). Полезная же длина эле­ ментов предусмотрена трех размеров — 786, 1572 и 2358 мм; толщи­ на листов — от 2,7 до 7,0 мм примерно с тем же числом градаций, как и в США.

В Японии градация диаметров труб принята со значительно большим интервалом: круглые трубы для железных и автомобиль­ ных дорог имеют диаметры 1,6; 1,75 и 2,0—4,5 м с градацией через каждые 0,5 м. Шаг отверстий поперечных стыков — 262 мм; рассто­

под болты диаметром 19 мм, имеют овальную форму с размерами по осям 25X30 мм.

30

•Продольные стыки листов внахлестку в США устраивают с од­ ним или двумя рядами болтов, устанавливаемых по гребням или впадинам волн. Высокопробные болты изготавливают диаметром 19 мм -пяти стандартных длин в пределах от 32 до 76 мм. Внутрен­ няя поверхность головки болта и одна сторона гайки имеют сфери­ ческую форму (см. рис. 13, а). Для болтов диаметром 19 мм штам­ пуют отверстия диаметром 22 мм. Применяют в США также и спе­ циальные болты, установка которых вследствие особой кривизны

дить возможное выпадание болта из отверстия, в лотковой части труб применяют специальные шайбы.

Ориентировочный вес—10'О оцинкованных болтов с гайками при длине болта 32—44 мм составляет 25—28 кг, а при длине 31—76 мм равен 30—35 кг.

трубы. При толщине листа более 5,3 мм используют болты и гайки из стали повышенной прочности. Для соединения листов толщиной 2,7—4,5 мм внахлестку (без уплотнителей) применяют болты дли­ ной 38—45 мм, а для листов толщиной 5,3—7,0 мм — болты длиной

кривизны Ry, Rh и Rb (рис. 14). Для всех отверстий приняты два

а/?„=0,9-г-3,2 м.

ВЯпонии приняты стандартные размеры отверстий арочных труб: для железных до­ рог 2,0—3,8 м с градацией через 0,3 м, а для

тельных и проектных нагрузок обеспечивается распорной железо­ бетонной балкой, уложенной снаружи вдоль трубы [24, 26].

31

Рис. 15. Схема работы труб большого отверстия:

Р — распорная балка; Rt и 7\ — силы, действующие на трубу; Hi — высота боковой части (стенки)

При сооружении труб большого отверстия обычной конструкции (рис. 15, а) .в полукруглой верхней части чрезвычайно сложно по­ лучить хорошее уплотнение, не вызывая деформации стенки. Рас­

от верхней части арки на хорошо уплотненный грунт у боковой по­ верхности. В этих условиях засыпка не является основным факто­ ром назначения толщины боковой части трубы, следовательно, тол­ щина может быть меньшей, чем в верхней и нижней частях, и опре­ деляется она коэффициентом гибкости или прочностью стыка.

на одном торце (образующем продольный стык) монтажные проре­

различных типов (см. рис. 16), а в поперечном — внахлестку без болтов. В поперечном сечении трубы, начиная с диаметра 0,8 м, имеют эллиптичность примерно 5% номинального диаметра.

В интервале диаметров 1,07—2,13 м круглые трубы имеют во­ семь градаций отверстий (табл. 10) и размер гофра 67,7X12,7 мм. Так как для труб на скрепах пользуются гофрированным листом увеличенной толщины, при высоте насыпи до 8—9 м применение та­ ких труб приводит к значительному удорожанию и повышенному расходу металла.

Достоинство конструкции труб на скрепах — возможность их быстрого монтажа, так как количество болтов в соединениях незна­ чительно. Эти трубы целесообразно при форсированном строитель­ стве преимущественно автомобильных дорог.

Сборные грубы—арки (рис. 17), обычно имеющие отверстие 1,07—1,83 м в пеперечном сечении, состоят также из двух оцинко-

32

3-501

ванных элементов, изогнутых по необходимому .радиусу. Верхние элементы на обоих торцах, (Образующих продольные стыки, снабже­ ны монтажными прорезями [23].

Гофрированные трубы с п р о д о л ь н ы м и ф л а н ц е в ы м и с т ы к а ми применяют в ССОР и Японии.

Например, на отечественных железных дорогах такие трубы по­ строены по проекту Ленгипротрансмоста 1963 г. Каждое кольцо трубы отверстием 1,86 м (рис. Т8) смонтировано из трех элементов. Элемент представляет собой волнистый лист толщиной 1,5 мм с гофрами 100X50 мм, изогнутый по заданному радиусу, с прикреп­ ленными по его торцам равнобокими уголками 65X65X6' мм для стыкования отдельных элементов между собой болтами диаметром Г2 мм. Материал элемента — Ст. 3, вес — 29,6 кг. Звенья соединены между собой путем заведения крайней полуволны гофра одного звена в соответствующую полуволну соседнего стыкуемого с ним звена и прикреплением на болтах стыковых накладок к полкам уголков, соединяемых между собой звеньев. Все элементы и детали имеют оцинковку толщиной 80 мк.

34

64811188)

Рис. .19. Основной элемент конструкции трубы и деталь размещения отвер­ стий под болты (Япония)

Рис. 20'. Болты для фланцевых труб (Япония)

Гофрированные трубы с фланцевыми стыками, применяемые в Японии, выпускают диаметром до 1800 мм и изготавливают с дли­ ной волны 67,7 мм, высотой волны Ш,7 мм и увеличенной толщиной стенки от 1,6 до 4,0 мм. В диапазоне 0,9—1,8 м они имеют семь ти-

Предусмотрено два размера ширины дугообразных листов — 648 и 1188 мм. Перекрытие листов в поперечном стыке составляет 38 мм. Полезная ширина листов — 6U0 и 1150 мм. Особенность конструк­

монтаже трубы. При монтаже труб на фланцевых стыках использу­ ют болты, не поворачивающиеся во впадине гофра, и гнутые шайбы (рис. 20). Все скрепления оцинкованы.

§ 6. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ТРУБ, ЧЛЕНЕННЫХ ПО ДЛИНЕ НА ЗАМКНУТЫЕ СЕКЦИИ ПОЛНОЙ ЗАВОДСКОЙ ГОТОВНОСТИ

В члененных по длине конструкциях трубы, изготавлива­ емых на заводе, применяют соединения на заклепках и

теристиками волнистой стали. Так, на дорогах СССР их применяли

в трубах диаметром от 0,53 до 2,13 м, когда использовали профили 68X34 и 100X60 мм с толщиной листа 1,0—1,6 мм. Заклепки ста­ вили диаметром 6—8 мм. В продольных стыках заклепки размеща­ ли в два ряда на гребне или впадине волн, а в поперечных распо­ лагали с шагом 230—250 мм. Под головки заклепок с каждой сто­ роны ставили круглые шайбы.

В США для труб отверстием до 2,5—3,0 м из волнистой стали профилей 67,7X12,7 .и 76,2X26,4 мм толщиной от 1,5 до 4,2 мм при­ меняют заклепки. Стыки на заклепках диаметром (тела заклепок) от 8 до 11 мм обычно выполняют с нахлесткой соединяемых листов. Шаг заклепок поперечных стыков — il52,4 мм. В продольных сты­ ках труб диаметром до 1,07 м заклепки размещают в один ряд (на гребнях или впадинах воли) и в трубах диаметром до 3,05 м — в два ряда. Центр каждой заклепки отстоит от края листа на рассто­ янии не менее чем удвоенный диаметр заклепки. Обычно заклепки ставят холодным способом, обеспечивая на всем протяжении пере­ крытия плотное прилегание соединяемых волнистых листов.

Трубы доставляют на строительную площадку готовыми замкну­ тыми секциями с длиной кратной ширине волнистого листа. В экс­ плуатируемых отечественных трубах ширина волнистого листа равна 400—500 мм, в США — 610 мм.

Как правило, трубы диаметром до 1,0 м выполняют из одной обечайки (звена) с одним продольным швом. Трубы диаметром больше 1,0 м состоят из двух элементов в поперечнике, т. е. имеют два продольных шва с перевязкой между соседними звеньями.

По американским данным, прочность стыков волнистых листов толщиной 2,7—4,2 мм на заклепках диаметром 9,5 и 11,1 мм позво­ ляет применять трубы отверстием 1,5—2,0 м под дорожные насыпи высотой до 16—14 м. Расход заклепок составляет, например, диа­ метром 11,1 мм для труб отверстием 1,5 м при насыпи 12 м около 3% от .веса трубы.

Конструкция поперечных стыков между замкнутыми секциями труб, соединяемых в полевых условиях, обеспечивает достаточную продольную прочность, т. е. сохранение правильного относительно­ го положения трубы в плане, предотвращение раскрытия стыков и проникновения в трубы грунта засыпки. Для соединения секций между собой применяют бандажи, которые имеют толщину листа, меньшую на один шаг типовой градации толщин, но в пределах 2,7—1,:2 мм. Бандажами перекрывают равные части стыкуемых сек­ ций и соединяют с помощью оцинкованных уголков. Минимальные

кольцевые бандажи трех типов — с одним стыком на болтовых со­

36

А

Рис. 2 Г. Бандажи для соединения секций трубы:

крепляют к одному торцу секции трубы, а верхнее оставляют сво­ бодным или закрепляют к торцу другой секции (рис. 21, о). На концах полуколец предусматривают уголки с отверстиями для стяж­ ных болтов; ширина этих бандажей и количество стяжных болтов те же, что и для обычного бандажа.

Соединительный бандаж с одним стыком, стягиваемый хомута­ ми, аналогичен обычному бандажу и состоит из одного разрезанно­ го кольца (рис. 21,6).

Хомуты делают из проволоки диаметром Г2 мм, на концах ко­ торой имеется нарезка для гаек.

•Во многих гофрированных трубах, эксплуатируемых на отечеств венных железных дорогах, применены бандажи преимущественно в виде двух полуколец. Трубы смонтированы из готовых секций дли­ ной 2—3 м. Полукольца присоединяли заклепками только к одной секции, а с другой секцией соединение обеспечивалось за счет кри­ визны гофра.

В отдельных случаях полукольца не прикрепляли совсем, а на­ пример, на Казахской железной дороге их стягивали только оцин­ кованной проволокой.

По американским данным, вес 1 пог. м трубы с соединениями на заклепках, зависящий от высоты насыпи и диаметра труб, со­ ставляет 65—380 кг.

труб, обеспечивающий такую же прочность, как и клепаные стыки. Поверхность внутренней части трубы с таким швом гладкая, и плот­

во впащине, так и на гребне или на прямой вставке гофра. Продоль­ ные швы в трубах диаметром меньше 1,07 м имеют одну точку свар-

37

нее 20 мм. Поперечные стыки рекомендуется располагать с интер­ валом 152,4 мм между точками. По результатам испытаний мини­ мальная прочность на сдвиг соединения на точечной сварке для различных толщин металла оказалась следующей:

Применяемые в США, Канаде, Финляндии и других странах гоф­ рированные трубы со спиральным положением гофров имеют сты­ ки замковые и сварные. Спиральное гофрирование применяют для труб отверстием до 2,4 м.

Непрерывный з а м к о в ы й ш о в с двойным загибом (см. де­ таль на рис. 7) должен проходить от одного до другого конца каж­

зывание. Металл в виде стальной полосы, предназначенный для труб со спиральным замковым швом, должен обладать достаточной •пластичностью с учетом холодной формовки гофр и замка. Длину секции труб назначают исходя из условий Обеспечения удобной и экономичной их перевозки [30].

В трубах со спиральными замковыми швами в США применяют различные типы гофров, характеризующиеся длинами и высотами ©олн: 38ДХ'6,3; 50,8X112,7; 67,7x12,7 и 76,2x25,4 мм при толщине листа от 1,5 до 4,2 мм.

Спиральный замковый шов применим в круглых, эллиптических (с удлиненным вертикальным диаметром) и арочных трубах. Для объединения отдельных секций в цельную по длине трубу, т. е. соз­ дания поперечных стыков, используют различные конструкции бан­ дажей. Такой поперечный стык, устраиваемый в полевых условиях, должен обеспечивать круговую и продольную прочность; сохране­ ние правильного относительного расположения трубы; предотвра­ щение саморазъединения секций труб и проникновения в них грун­ та насыпи. Бандажи из стальной ленты применяют меньшей толщи­ ны (предыдущего по порядку размера), чем используемый для труб лист; толщина бандажа обычно составляет 1,2—2,7 мм. Бандажи часто выполняют из стальной -центы с шарообоязными выступами на ее внутренней поверхности, расположенными круговыми рядами (рис. 22, а). Высота выступов должна соответствовать глубине •гофра трубы, чтобы лучше препятствовать смещению бандажа со стыка секций трубы. Для труб диаметром 0,3—1,4 м бандаж имеет ширину не менее 0,27 м при двух рядах выступов, а для труб диа­ метром 1,5 м и более — не менее 0,41 м с четырьмя круговыми ря­ дами выступов. Бандажом стягивают трубу с помощью уголков 50Хб'0Х4,8 мм и двух-трех (в зависимости "от ширины бандажа) болтов диаметром 12,7 мм.

38

Спирально гофрированные трубы за рубежом изготавливаются так же и с о с т ы к а м и н а к о н т а к т н о й с в а р к е в ы с о к о й ч а с т о т ы . Принципы формирования трубы те же, что и со спи­ ральным замковым швом. Такие трубы применяют в США при диа­ метре, до 2,4 м с толщиной стенки до 4,2 мм. Гофры в трубах этой конструкции прокатывают также в процессе изготовления самой тру­ бы, и они имеют те же размеры, что в трубах со спиральным зам­ ковым швом, т. е. 38,1X6,3; 50,8X12,7; 67,7X12,7 и 76,2X25,4 мм.

Трубы со спиральным гофрированием с замковыми или сварны­ ми швами имеют ряд преимуществ перед трубами с кольцевым гоф­ рированием со стыками на заклепках:

1)труба конструктивно обладает большей прочностью, так как не имеет отверстий под заклепки;

2)снижается стоимость защитного покрытия в связи с отсут­ ствием элементов скрепления;

13) исключаются повреждения цинкового покрытия снаружи и изнутри шва;

4)обеспечивается водонепроницаемость шва;

5)снижается стоимость примерно на 5—7,5'%;

6)вес труб со спиральным замковым или сварным швом мень­ ше, чем на заклепках, примерно на 12%.

§ 7. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Наряду со способностью самого металла противостоять коррозии наиболее эффективной и доступной дополни­ тельной защитой металла водопропускных труб служит цинковое

покрытие. Бго можно нанести или горячим или гальваническим способом. Многолетний опыт эксплуатации металлических труб в нашей стране и за рубежом свидетельствует, что оба способа дают положительные результаты.

39