книги из ГПНТБ / Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование)

правобережная пятипролетная длиной 64,0 м и русловую часть, перекрываемую арочной системой из двух гибких арок пролетом 204,8 м. Продольные главные балки приняты неразрезными по всей длине моста. Это позволило снизить их высоту до 2,4 м, что составит 1/85 главного пролета моста (рис. V. 6). Балки при­ няты двутаврового сечения, количество балок — 4. Каждая пара

2 — п о п ер еч н ы е б а л к и д и а ф р а г м ы ; 3 — п о д п о р н ая а р к а ; 4 — с в я з ь ); в — орченне ар к и .

балок опирается через поперечные балки-диафрагмы и стойки на одну из арок. (рис. V. 6, б).

Сечение арок принято Н-образное, сварное, постоянное по всей длине арки, с поясами из листов 1100X50 мм, стенкой — 530 X 32 мм (рис. V. 6, в). Горизонтальная жесткость пролетного строе­ ния обеспечивается связями между арками, горизонтальными связями по нижним поясам продольных балок и железобетонной плитой проезжей части. Все монтажные стыки, выполняются на высокопрочных болтах.

В качестве материала для несущих конструкций моста приняты стали: высокопрочная класса С60/45 марки 16Г2АФ для арок; низколегированная класса С46/33 марки 10Г2С1 для главных и поперечных балок, стоек, тротуарных конструкций и сталь СтЗмост. для связей.

Полный расход металла на все сооружение составляет 1854 т, в том числе высокопрочной 16Г2АФ — 405 т, или 22%.

123

124

объединенных ортотропной плитой проезжей части. Коробки за­ проектированы шириной 5,0 м с расстоянием между ними 20,2 м. Высота главных балок (коробок)— постоянная, равная 3,6 м, что составляет 1/83 пролета. Коробчатые главные балки для по­ вышения жесткости связаны спаренными диафрагмами, в основ­ ном через 12,5 м, служащими одновременно опорами для инже­ нерных коммуникаций (рис. V. 8).

Рис. V. 8. Поперечное сечение пролетного строения русловой части:

1 — г л а в н а я б а л к а ; 2 — д и а ф р а г м а ; 3 — о тв ер с ти е ; 4 — о р то т р о п н а я п л и т а .

Ортотропная плита проезжей части состоит из покрывающего листа толщиной 12 мм, продольных и поперечных ребер жест­ кости.

Канаты для вант приняты из параллельно уложенных стальных оцинкованных самовыпрямляющихся проволок по проекту ТУ 14—1—72. Сечение канатов состоит из 91 проволоки диа­ метром 5 мм с пределом прочности не ниже 150 кг/мм2. Опытная партия такой проволоки была изготовлена на Харцызском ста- лепроволочно-канатном заводе.

Пойменная часть моста у правого берега представляет собой пролетное строение с пятью пролетами (4-63 + 42), перекрывае­ мыми неразрезными металлическими двутавровыми балками высотой 3200 мм, объединенными с железобетонной плитой про­ езжей части. Толщина стенки главных балок постоянная и со­ ставляет 14 мм, пояса переменной толщины 20—32 мм при ши­ рине до 900 мм. В наиболее напряженных участках нижний пояс образуется из двух листов толщиной по 32 мм. Горизон­ тальные связи запроектированы на уровне нижних поясов вер­ тикальных связей. Элементы как вертикальных, так и горизон­ тальных связей выполнены из уголков из стали М16С.

Полный расход стали на пойменную часть моста составляет 2500 ]г и на русловую часть 6700 т, в том числе 800 т вант. По данным Киевского отделения ГПИ Союздорпроект, примене­ ние стали 15Г2АФДпс класса С52/40 вместо стали 15ХСНД по­ зволило сэкономить около 400 тметалла.

125

§ 23. Применение высокопрочных сталей в каркасах гражданских зданий

Анализ опыта проектирования показывает, что стальные кар­ касы по ряду технико-экономических показателей (расход ме­ талла, стоимость) для зданий в 16—25 этажей не уступают же­ лезобетонным, а по таким показателям, как сроки возведения, технологичность изготовления и монтажа, превосходят железо­ бетонные. Для зданий большей этажности (свыше 25 этажей) применение металлических каркасов становится единственно эф­ фективным решением.

Особенно выгодным становится металлический каркас при применении укрупненного модуля ячеек колонн (более 6 и ), ко­ торый дает возможность обеспечить достаточно гибкую плани­ ровку внутренних помещений.

В качестве примера эффективного применения сталей высокой прочности в гражданских зданиях может служить построенное в Киеве высотное здание гостиницы «Киев» *.

Здание состоит из двух частей: высотной 2(кэтажной и пони­ женной 3-этажной, примыкающей к высотной. Высотная часть имеет прямоугольную форму с размерами в плане 25x31 м. Полная высота здания около 71 м (рис. V. 9). В основу компо­ новки каркаса положена ячейка 7,2X 7,2 м для пониженной и высотной частей здания до уровня технического этажа. Для вы­ ше расположенных этажей (жилые комнаты) за основу принята ячейка 7,2X3,6 м. Центральная часть, в которой располагаются лифты, коммуникационные шахты и подсобные помещения имеет

С в я з и размещены в центральном ядре здания. В наиболее на­ груженном ветровой нагрузкой направлении, т. е. поперек зда­ ния, с учетом архитектурно-планировочных ограничений связи поставлены только по осям 5 и 7. Соотношение ширины связевого стояка к его высоте в этом направлении составляет около 1 : 10. Связевые плоскости по рядам Б и В предусмотрены между осями 4 и 8.

Одной из особенностей планировки здания является изменение шага колонн с 7,2 до 3,6 м выше технического этажа. Для этого на отметке 12,490 м предусмотрена переходная балка, прохо­ дящая по трем сторонам периметра здания. Расположение балки в уровне технического этажа позволило скрыть ее в толще стен. Балка выполнена неразрезной, сварной, двутаврового сечения, высотой 2260 мм.

Колонны каркаса запроектированы двух типов: значительно нагруженные (усилия 1000—2000 г) — коробчатого сечения, ма-

* Проект здания выполнен институтом КиевЗНИИЭП, металлоконструк­ ции — институтом «Укрпроектсталькоиструішия».

126

ло нагруженные — двутаврового сечения. Размеры сечений ко­ робчатых колонн, в нижних этажах приняты 500X600 мм с пе­ реходом выше технического этажа на 400X400 мм. Максималь­ ная толщина листов — 40 мм (рис. V. 10).

Коробчатые сечения, принятые для тяжело нагруженных ко­ лонн, весьма эффективны по сравнению с другими типами сече­ ний. Гибкость их не превышает 40, что позволяет эффективно использовать прочностные характеристикивысокопрочной стали. Расчеты показали, что в результате применения колонн коробча­ того сечения достигается экономия металла до 20—40%.

Ригели связевого стояка прикрепляются к колоннам жестко по' трем направлениям. Для восприятия усилий от защемления внутри коробчатых колонн предусмотрены диафрагмы, привари­ ваемые по трем сторонам расчетным швом. Монтажные стыки колонн выполнены с опиранием через фрезерованные торцы.

127

В каркасе использованы две марки сталей — обычной проч­ ности класса С38/23 марки ВМСтЗпс в количестве 1550 т и высо­ копрочная сталь класса С60/45 марки 16Г2АФ в количестве 460 т (22%) — для наиболее нагруженных колонн и поясов бал­ ки в уровне технического этажа.

Несмотря на несколько большую стоимость высокопрочной стали по сравнению с малоуглеродистой применение ее для кар-

каса позволило уменьшить расход металла на 15% и снизить стоимость всего каркаса на 8—10%. Благодаря рациональной конструктивной схеме, применению прогрессивных сечений ко­ лонн и использованию стали высокой прочности каркас здания имеет хорошие показатели по расходу стали — 26 кг/м3,

§24. Применение высокопрочных сталей

влистовых конструкциях

Весьма перспективно применение сталей высокой прочности в резервуаростроении. Например, в Японии, США, Голландии при больших объемах резервуаров (100 тыс. м3 и более) широко используются высокопрочные стали с пределом текучести 50— 90 кг/мм2. При этом возведение таких резервуаров осуществляет­ ся в условиях монтажной площадки методом полистовой сборки.

В Советском Союзе возведение резервуаров осуществляется индустриальным методом — путем рулонирования сварных по­ лотнищ, что позволило большую часть сборочно-сварочных работ перенести в заводские условия.

В связи с развитием в нашей стране резервуаростроения и не­ обходимостью в ближайшие годы строительства резервуаров ем­ костью 50—100 тыс. м3, встал вопрос об изучении возможности рулонирования заготовок из высокопрочных сталей. Такой опыт­ ный резервуар емкостью 30 тыс. м3 диаметром 47,4 м при высоте корпуса 18 м был разработан институтом ЦНИИПроектсталь-

128

конструкция и построен методом рулонирования. Высокопроч­ ная сталь для указанного резервуара принята класса С60/45 марки 16Г2АФ. Корпус резервуара был развернут из пяти руло­ нов. Длина рулонов увеличена от 12 до 18 м. Для восьми нижних поясов применена высокопрочная сталь.

Полотнища корпуса с использованием указанной стали тол­ щиной 15—10 мм были изготовлены впервые.

Проведенные наблюдения показали, что процесс изготовления таких рулонов практически мало отличается от изготовления обычных рулонироваиных конструкций, при условии, что заводы располагают стендами достаточно мощными, позволяющими из­ готовлять и сваривать полотнища шириной до 18 м из высоко­ прочной стали. Не составила особых затруднений перевозка ру­ лонов увеличенной длины по железным дорогам и в пределах монтажной площадки на траллерах. В процессе разворачивания полотнищ наблюдался положительный эффект обеспечения хо­ рошей цилиндрической формы корпуса вследствие повышенной упругости листов из высокопрочной стали. Это явление способ­ ствовало также успешному замыканию всех вертикальных мон­ тажных стыков корпуса. В результате максимальные отклонения образующих корпуса от вертикали были значительно меньше допускаемых нормами.

Полученные результаты были использованы при проектиро­ вании опытного сферического резервуара емкостью 50'тыс. м3 с корпусом из рулонироваиных конструкций и высокопрочной ста­ ли марки 16Г2АФ [47].

Можно предположить, что новые стали высокой прочности бу­ дут широко применяться в резервуаростроении нашей страны.

Использование сталей высокой прочности может оказаться весьма эффективным для изготовления напорных трубопроводов, спиральных турбинных камер, магистральных трубопроводов большого диаметра и других конструкций. За рубежом указан­ ные стали уже широко применяются в таких сооружениях и обо­ рудовании. Из отечественной практики пока можно привести один пример опытного применения высокопрочной стали класса С70/60 марки 14Х2ГМР, которая была использована в наиболее нагруженном участке шестой нитки турбинного трубопровода Киевской ГАЭС. Трубопровод представляет собой наклонную стальную трубу с внутренним диаметром 3804 мм и толщиной стенки 28 мм. Материалом трубы служит сталь класса С38/23 марки М16С. Опытный участок с применением стали 14Х2ГМР расположен в нижней части наклонного трубопровода и имеет длину 10,5 м. Использование высокопрочной стали позволило со­

1500 мм, состоящих из двух царг каждая, из которых на стенде были сварены два звена длиной по 7,5 и 3 м. С наружной сторо­ ны звенья ожесточались ребрами из полосы 160X16 мм.

По-видимому, после опытной эксплуатации напорного трубо­ провода высокопрочные стали, в частности сталь марки 14Х2ГМР, будут более широко применены в гидростроительстве.

§ 25. Примеры применения высокопрочных сталей за рубежом

Телевизионные опоры. На рис. V. 11 представлена одна из самых высоких телевизионных опор в США, построенная в Милуоки. Высота башни составляет 329 м, сечение башни тре­ угольное с размерами сторон: на уровне фундаментов 34,9 м и в верхней части 2,28 м. Высокопрочная сталь Т-1 (от =63 кг/мм2) применена в поясах круглого сечения, диаметром 228 мм. Затра­ ты металла на башню составляют 760 г, соединения — на высо­ копрочных болтах. Две также треугольные башни с поясами круглого сечения из стали Т-1 построены в США фирмой «Траскоп»: одна — в Биллинге для радиостанции ROHL высотой 170 м и вторая — в Сиетле высотой 174 м. Затраты.металла на каждую башню составляют около 730 г, соединения — на высокопроч­ ных болтах.

Решетчатая телевизионная башня с четырехгранным стволом, высотой 333 м построена в 1957—1959 гг. в Токио (Япония) (рис. V. 12). Разнос ног башни по фундаментам составляет 80 м. Высокопрочная сталь НТ-52 (от = 52 кг/мм2) применена в поясах трубчатого сечения. Общий вес башни 3600 т. Заметим, что соеди­ нения в этой башне до отметки 140 выполнены на заклепках, а выше — на болтах.

Телевизионная опора новой конструкции «Канделябр» с при­ менением высокопрочной стали Т-1 была сооружена в Балтиморе (США) в 1959 г. (рис. Ѵ.13). Высота опоры 222 м. Ствол решет­ чатой конструкции принят треугольной формы в плане с поясами из круглой высокопрочной стали Т-1 диаметром 146—178 мм. Вес опоры составляет около 500 т [10].

Мосты. За рубежом высокопрочные стали широко применяются в мостах под автомобильные дороги и железнодорожный тран­ спорт. С применением сталей высокой прочности построено свы­ ше 25 мостов различных систем.

Мостовой переход через реку Тахо в Лиссабоне запроектиро­ ван для строительства в две очереди: первая — сооружение авто­ дорожного перехода, вторая — сооружение на мосту двухколей­ ного железнодорожного пути. Система моста — висячая, с распределением пролетов: главного длиной 1012,4 м и двух боко­ вых по 482,6 м каждый. Высота пилонов над уровнем воды 190 м. Ферма жесткости имеет высоту 10,6 м и является неразрезной балкой на всю длину моста, с учетом трех береговых балочных пролетов.

В конструкции моста приняты три марки стали: высокопрочная Т-1, низколегированная ASTM-A444 (от=35 кг/мм2) и углероди-

130

стая ASTM-A36 ( G t = 2 8 кг/мм2). Сталь Т-1 в основном использо­ валась для сильно нагруженных продольных балок, воспринима­ ющих горизонтальные составляющие усилий дополнительных вант и кабелей. Сечение балок имеет высоту 890 мм и пояса с переменной шириной (максимальная 710 мм).

1 - Г

Рис. V. 13. Телевизионная опора типа «Канделябр» в Балтимо­ ре (США).

Сталь Т-1 также частично применялась в наиболее нагружен­ ных участках поясов фермы жесткости. Соединения мостового перехода выполнены на сварке, монтажные соединения — на вы­ сокопрочных болтах [48].

Мост через реку Дувамиш и железнодорожные пути близ Сиэт­ ла (США) — один из самых длинных мостов в США. Имеет криволинейное очертание в плане, представляет собой балочную конструкцию. Высота балок 3650 мм, верхние полки шириной 670—910 мм, нижние — 880 мм. Для балок использована высоко­ прочная сталь Т-1 и Т-1А, а также стали А-373 и А-441. При­ менение высокопрочной стали позволило снизить вес балок на 55% по сравнению с проектом, в котором высокопрочная сталь не была запроектирована. Всего израсходовано стали Т-1 и Т-1А — 870 т [49].

132