«Издание второе, переработанное и дополненное Санкт-Петербург Издательство ДНК 2005 В пособии рассмотрены классификация мостостроительных машин, принципы комплексной механизации строительства, методы определения ...»

1 - кран-экскаватор; 2 - стрела; 3 - телескопическая штанга; 4 - ротор с электроприводом; 5 грейфер; 6 - ковшовый бур Техническая характеристика буровых машин отечественного производства Показател Базовая автомобиль кран- гусеничный специальна экскаватор экскаватор машина КРАЗ-250К экскаватор Э- кран ДЭК-251 я ЭО-5123 ЭО-6123- Метод вращательный вращательны вращательным ударно- вращательный вращательный скважины, уширения, бурения, м наклон оси скважины Габариты, Ходовая часть, м:

башмака гусеницы Поэтому сейчас преимущественное распространение получила буровая техника японских фирм Kato (PF1200 и 50ТНС), Sanva Kisai (буро-шнековые машины D120H-PY и др.), Kensetsu Kikai Tesa (виброгрейферы). Также популярны машины немецких фирм Bauer, Bade, итальянские Kasagrande, финские Junttan.

При подводном бетонировании скважин способом ВПТ в качестве ведущей машины, выступающей в партнерстве с буровым агрегатом, применяют стреловой самоходный кран с бункером или бетононасос.

При сооружении свайных фундаментов в качестве вспомогательного оборудования применяют устройства для погружения и извлечения шпунта; для облегчения погружения свай в грунт; для срезки голов свай; для откачки воды из котлованов, водопонижения и др.

Устройства для погружения и извлечения шпунта бывают двух основных типов: вибромолоты и домкратные установки.

Вибромолоты основаны на принципе преобразования вибрационных воздействий в ударные (рис.

30). При синхронном вращении эксцентриков в разные стороны возникает направленная по оси погружаемого элемента периодическая вынуждающая сила, под действием которой ударная часть колеблется на пружинах, нанося удары по наковальне. Ударные импульсы передаются погружаемому элементу через наголовник. При извлечении шпунта используются вибрация и направленная вверх вынуждающая сила, создаваемые вращением эксцентриков в сторону, обратную погружению.

1 - рама; 2 - ударная часть; 3 - электромотор; 4 - эксцентрик; 5 - пружина; 6 - плита; 7 - наковальня;

8 - наголовник Вибромолоты характеризуются теми же параметрами, что и вибропогружатели, а также энергией и частотой ударов. Энергия удара (Дж) где m - масса ударной части молота, кг; v - ударная скорость вибромолота, м/с (v 2 м/с); R условный коэффициент восстановления скорости при ударе (-1 R +1).

За рубежом выпускают вибромолоты (как навесное оборудование к гидравлическим экскаваторам) с электроприводом (модель PE26.02) и с гидроприводом (модель HVB40/26). Характеристики названных моделей приведены в табл. 16. Гидровибромолоты более компактны, не потребляют электроэнергии, но менее мощные.

Техническая характеристика вибромолотов для погружения и извлечения шпунта Статически момент 0,091; 0,08; 0,1;

кН·м дебалансов, об/мин макс, кН Погружение и извлечение шпунта вибромолотами связаны с неизбежными сотрясениями грунта, которые крайне нежелательны по экологическим соображениям и недопустимы при работе вблизи существующих сооружений. Гидравлический агрегат Tiewood английской фирмы BSP работает почти бесшумно, используя принцип статического группового задавливания металлических шпунтовых свай, (рис. 31). Длина хода штоков гидродомкратов - 0,75 м.

Рис. 31. Схема работы агрегата Tiewood по задавлнваншо стального шпунта (1 - 8 шпуптины):

Эффективным средством улучшения погружения свай и свай-оболочек является подмыв водой. Для этого применяют высоконапорные иглы и многоступенчатые центробежные насосы типа ЦНС с расходом воды до 5 м3 /мин и давлением до 33 МПа. В сваях-оболочках малого диаметра подмывная труба вставляется внутрь («центральный подмыв» - рис. 32).

Рис. 32. Схема погружения сваи-оболочки с «центральным подмывом»:

1 - молот; 2 - наголовник; 3 - прорезь; 4 - подмывная труба; 5 - свая-оболочка; 6 - центральное отверстие в наконечнике сваи; 7 - высоконапорная игла На время ее работы погружение сваи прекращают, включают высоконапорную иглу, подмывную трубу опускают в прорези наголовника, так что она выходит вниз из наконечника сваи. По окончании подмыва трубу втягивают обратно. При подмыве оболочек большого диаметра используют пакет подмывных труб, соединенныех сверху коллектором (рис. 33). На время подмыва погружение оболочки прекращают, включают подмывные иглы, пакет погружается в размываемый грунт. По окончании подмыва пакет труб краном извлекают на поверхность.

Рис. 33. Схема погружения сваи-оболочки с наружным подмывом:

1 - нож; 2 - свал-оболочка; 3 - коллектор; 4 - резиновые шланги; 5 - пакет подмывных труб Работы по срезке голов свай на сегодняшний день механизированы еще недостаточно. Для этих целей может применяться навесное гидрооборудование («ножницы») на краны. Например, гидрооборудование на рис. 34 предназначено для разрушения призматических свай сечением до 4545 см и свай-оболочек диаметром до 0,6 м. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, составляет 1100 кН, масса комплекта оборудования - 2,4 т.

Рис. 34. Комплект гидрооборудопания для разрушения голов свай 1 - иглофильтр; 2 - всасывающая труба; 3 - центробежный насос; 4 - муфта: 5 - электродвигатель При небольшом объеме притока воды в котлован со шпунтовым ограждением используют погружные центробежные моноблочные насосы типа ГНОМ производительностью 10-40 м3 /ч. При значительном притоке воды в котлован используют центробежные самовсасывающие одноступенчатые насосы типа НЦС производительностью 18 -130 м3 /ч, которыми можно откачивать и загрязненную воду.

При необходимости понижения уровня грунтовых вод в зоне котлована в несвязных грунтах применяют иглофильтровые установки (см. рис. 35).

5.5. Машины для фундаментов на вечномерзлых грунтах При строительстве фундамента на вечномерзлых грунтах (ВМГ) их используют по одному из двух основных принципов: по принципу I, предусматривающему сохранение грунта в мерзлом состоянии весь период строительства и эксплуатации сооружения; по принципу II, допускающему деградацию (частичное или полное размерзание) вечной мерзлоты. Принятый принцип определяет выбор конструкции фундамента, технологию и механизацию его возведения.

Рис. 36. Схема разработки скважин трубчатыми лидерами (I-V - последовательность 1 - вибромолот; 2 - лидер; 3 - отверстие для выхода грунта в лидерной скважине; 4 - наконечник лидера; 5 - мерзлый грунт; 6 - зазоры между мерзлым грунтом и лидером; 7 - грунтовый керн Из-за достаточно низких физико-механических характеристик ВМГ при использовании обоих принципов, как правило, устраивают свайные фундаменты. В случае применения принципа I сваи погружают забивкой в предварительно пробуренные лидерные скважины меньшего диаметра или же устанавливают готовые свайные элементы (буроопускные столбы) в скважины большего диаметра, заполняя полость различными смесями (цементно-песчаным раствором, пескоцементом и др.).

Чтобы образовать лидерные скважины, используют обычную буровую технику для скальных пород (см. п. 5.3), а также специальные трубчатые лидеры (рис. 36), виброгрейферы, виброударные машины на базе тракторов, оборудованные вибромолотами (рис. 37) [23].

Рис. 37. Виброударная машина для разработки скважин в мерзлых грунтах При использовании принципа II в ряде случаев производят предварительное оттаивание ВМГ с последующим сооружением свайного фундамента обычным способом. Для оттаивания грунта применяют комплект оборудования, включающий источник пара, паропровод, распределитель, паровые иглы (рис. 38, 39). В качестве источника пара используют котлы с поверхностью нагрева от 8 до 32 м2.

1 - заглушка; 2 - рукоятка; 3 - тройник; 4 - гибкий шланг; 5 - труба; 6 - наконечник; 7 вечномерзлый грунт; 8 - оттаянный грунт; 9 - сезонномерзлый грунт; 10 - лунка 1 - труба; 2 - отверстия; 3 - заглушка; 4 - рукоятка; 5 - гибкий шланг На одну иглу требуется обеспечить 4-5 м2 поверхности нагрева котла. Паровые иглы изготавливают из труб диаметром 25 - 30 мм и длиной до 8 м.

6. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ

Для отечественного мостостроения характерно создание и широкое применение наряду с общестроительными кранами различных грузоподъемных кранов специального назначения. Это объясняется особенностями технологии мостовых работ и неблагоприятными условиями для применения в ряде случаев общестроительных кранов. Основные типы и марки современных кранов рассмотрены в [10] - [14] и др. В данном разделе приводятся дополнительные сведения о грузоподъемных машинах специального назначения, которые обычно малодоступны студентам.

По области применения и эксплуатационным условиям краны для строительства мостов можно разделить на три группы [24].

Первую группу составляют стреловые самоходные полноповоротные краны общего назначения на спецшасси, автомобильном, пневмоколесном, гусеничном и железнодорожном ходу. В отдельных случаях используют также башенные краны (приставные, самоподъемные и передвижные). Краны этой группы применяют наиболее широко. Их особенности - автономность работы, быстрота и низкая трудоемкость приведения из транспортного в рабочее положение, но сравнительно высокая стоимость.

Во вторую группу входят специализированные универсальные краны: козловые и жестконогие деррик-краны. Их отличительные особенности: более узкая область применения, питание двигателей от внешних источников, меньшая стоимость, но и повышенные трудозатраты, а также стоимость приведения в рабочее положение.

Третья группа - специальные краны, предназначенные для производства работ в особых условиях. К ним относятся консольные, консольно-шлюзовые и кабельные краны, специальные монтажные агрегаты.

Особую группу составляют плавучие краны - непременный атрибут строительства любого большого моста. Сюда же можно отнести краны на самоподъемных платформах и некоторые другие.

6.2. Стреловые самоходные краны общего назначения Стреловые самоходные краны являются одним из наиболее универсальных средств механизации строительно-монтажных работ. Многообразие существующих конструкций и типоразмеров кранов дает возможность рационального выбора крана, наиболее соответствующего услови ям его работы в конкретных условиях.

Основными факторами, определяющими грузоподъемные возможности стрелового крана, являются устойчивость положения крана при действии опрокидывающего грузового момента и высота подъема крюка крана относительно уровня его стоянки. Влияние указанных факторов графически представляется в виде номограмм грузовысотных характеристик, т.е. совмещенных графиков зависимостей G = f1 (L) и Н = f 2 (L), где G - грузоподъемность крана, т; H - высота подъема крюка, м;

L - вылет крюка, м (рис. 40). Грузовысотные характеристики даны в справочниках для каждого крана при работе его как без выносных опор (аутригеров), так и на них, для разных длин стрелы lс крана.

Кривые высоты подъема груза заданного габарита В рассчитаны по приведенной ниже методике, пригодной для любого стрелового крана.

Высота подъема верхней кромки груза где l - расчетная длина стрелы крана; L - вылет крюка; с - расстояние от оси вращения поворотной платформы крана до оси пяты стрелы; В - габарит груза; f - толщина стрелы в месте предполагаемого соприкосновения с грузом; k - допустимый зазор между стрелой крана и грузом; h - расстояние от опорной поверхности крана до оси пяты стрелы.

Рис. 40. Номограмма грузовысотных характеристик стрелового крана:

1 - кривая грузоподъемности при работе крана без выносных опор; 2 - то же, на выносных опорах; - кривая высоты подъема верхней кромки груза данного габарита; 4 - кривая высоты подъема крюка; 5 - дуга, описываемая концом стрелы Расчетная длина стрелы крана складывается из следующих составляющих (см. рис. 40):

где lс = l1 +l3 cos - длина стрелы (расстояние между осью пяты и осью верхнего блока грузового полиспаста основного подъема); S = l3 sin - расстояние от оси блока полиспаста до продленной оси стрелы.

Определение высоты подъема груза по грузовысотным характеристикам производится следующим образом:

1) зная массу груза G, находим соответствующую точку на кривой грузоподъемности (см. рис. 40, график 2);

2) проводим вертикальную линию до пересечения с осью абсцисс и определяем вылет стрелы L, соответствующий грузоподъемности;

3) продолжаем вертикаль до пересечения с кривой, соответствующей высоте подъема крюка (см.

рис. 40, график 4);

4) проводим горизонталь до пересечения с ординатой высоты подъема крюка и определяем максимальную высоту подъема H, соответствующую вылету стрелы L.

Если задан габарит груза В, аналогично можно поступить с определением максимальной высоты подъема верхней кромки груза (см. рис. 40, график 3). При этом в задаче фигурируют толщина стрелы крана f и допустимый зазор между стрелой и грузом k, которые в расчетах принимают приближенно по 1,0 м.

Технолог-мостостроитель занимается решением задачи о подборе грузоподъемного крана весьма часто. Причем данная задача может решаться по крайней мере в двух постановках:

1. Для заданных технологических условий, т.е. H3, G3, В и параметрах строповочных устройств, необходимо определить необходимые вылет L, длину стрелы lс и подобрать по справочнику марку крана.

2. Проверить возможности конкретного крана по установке грузах параметрами G3 и В на высоту В любом случае должны соблюдаться условия где Lmin , Lmax - соответственно минимально и максимально допустимый вылет стрелы по техническим характеристикам крана; Hmах - максимально допустимая высота подъема крюка.

Решение задачи типа 1 осложняется тем, что вокруг точки, отстоящей на расстоянии k+f/2 от крайней точки груза (конструкции), может быть описано под разными углами к горизонту бесчисленное множество стрел с параметрами L и l (lс). Причем уменьшение вылета L, при котором увеличивается грузоподъемность G(L), приводит к возрастанию длины стрелы l, а значит, к обратному эффекту - снижению грузоподъемности крана. Как видим, эти два искомых параметра одновременно присутствуют в выражениях (23) - (25), поэтому аналитически выразить один из них невозможно.

Во многих учебниках и справочниках приводятся формулы для определения расчетных параметров подбираемого крана. Но в силу изложенных выше особенностей, практический расчет по формулам вызывает затруднения и приводит к неверным результатам. Поэтому более просто и реально решается задача 2, причем лучше всего ее решать графическим построением схемы монтажа в масштабе.

При решении этой задачи известны: масса груза со строповочными приспособлениями G = G3, габарит груза В и требуемая высота его подъема Н = H3, (см. рис. 40). Берем конкретный кран и принимаем для начала длину его стрелы приближенно (1,3...1,5) H3. Выбираем по справочнику ближайшую (в большую сторону) длину стрелы l (lc).

Далее производим графические построения: из точки, отстоящей на расстоянии k+f/2 от крайней точки груза (конструкции), проводим наклонную прямую, добиваясь того, чтобы между точкой ее пересечения с уровнем расположения шарнира пяты стрелы h и точкой пересечения с осью подвешивания груза длина отрезка была равна длине стрелы. При этом стремимся достичь минимума вылета стрелы L. Если стрела не укладывается между указанными точками, то либо k > м, что вполне приемлемо, либо можно уменьшить длину стрелы. Если же наоборот - стрела «режет»

груз, необходимо увеличить ее длину.

При полученном таким образом вылете стрелы L по грузовысот-ным характеристикам крана проверяем условия (26) - (30). При несоблюдении хотя бы одного из них кран «не проходит», необходимо выбрать из числа имеющихся кранов приемлемый, повторив заново всю описанную схему решения задачи.

Пример 4. Проверим возможность установки балки пролетного строения массой G3 = 12 т на опоры путепровода пневмоколесным краном КС-6362 грузоподъемностью 40 т.

Исходные данные (рис. 41): h0 = 7 м; h3 = 1 м; hk = 2 м; hс = 3 м; B = 4 м; h = 1,5 м; с = 2,5 м; d 0,5+ = 1,5 м.

Решение: определяем заданную высоту подъема крюка Необходимая длина стрелы lс 1,513 = 19,5 м. По справочнику [24] принимаем кран с длиной стрелы 20 м (с. 57, рис. 3.26).

Путем графического построения при выполнении условия (28) получен минимально возможный вылет стрелы L = 9 м. Условие (29) соблюдается: Lmin = 5,5 м L Lmax = 17 м.

По грузовысотным характеристикам (рис. 3.27, кривая 11) G(L) = 13 т, т.е. условие (26) соблюдено.

По кривой 10 - Н(L) = 19 м > Н3 = 13 м, т.е. выполняются и условия (27), (30).

Таким образом, пневмоколесный кран КС-6362 с длиной стрелы 20 м может выполнить требуемую монтажную операцию.

В России и странах ближнего зарубежья серийно выпускаются автомобильные краны грузоподъемностью 4-16 т, пневмоколесные - 16-100 т, гусеничные - 16-150 т, на спецшасси автомобильного типа - 25-160 т. Имеются опытные образцы кранов на спецшасси грузоподъемностью до 250 т. Довольно широко применяются также краны японских фирм на специальном шасси нормальной базы фирмы Kato грузоподъемностью 16-120 т, гусеничные краны фирм Hittachi и Sumitomo, германские краны Liebherr, финские Lokomo - грузоподъемностью до т. Известны случаи осуществления уникальных монтажных операций кранами на спецшасси грузоподъемностью до 650 т.

Техническая характеристика железнодорожных кранов типа ЕДК (Германия) Характеристики Грузоподъемность, т:

крюке Вылет стрелы, м:

крюка Высота подьема над головкой рельса, м:

Основные размеры, мм:

стреле крана, т При монтаже пролетных строений железнодорожных мостов и строительстве путепроводов через железнодорожные пути эффективны краны большой грузоподъемности на железнодорожном ходу.

Для этих монтажных операций на сети железных дорог России применяют в основном семейство железнодорожных дизель-электрических стреловых кранов типа ЕДК, выпускаемых в Германии (табл. 17). Наиболее часто используют на монтаже пролетных строений краны ЕДК-500, ЕДК- и ЕДК-2000 (рис. 42). Краны имеют по четыре откидных аутригера с гидравлическими домкратами, под которые при монтаже тяжелых конструкций устраивают свайные опоры.

Рис. 42. Железнодорожный кран ЕДК-1000 грузоподъемностью 125 т (а) и грузовысотные 1 - график G = f 1,(L) для главного подъема при работе па выносных опорах с максимальной базой b;

2 - график Н = f 2 (L) для главного подъема; R - максимальная сила давления аутригера на опору 6.3. Специализированные универсальные краны В промышленности, строительстве и на транспорте применяется широкий класс козловых кранов, предназначенных в основном для погрузочно-разгрузочных работ на складах. Но это обычно краны невысокой грузоподъемности (5-15 т). Поэтому для строительства мостов еще в 1950-х гг. были созданы специальные козловые краны К-451, К-451М и К-651 грузоподъемностью 45 т и 65 т, которые помимо обслуживания полигонов, баз, складов могут применяться и в технологических целях - для сооружения опор и монтажа пролетных строений с земли и эстакад.

В отличие от стреловых кранов жестконогие деррик-краны - несамоходные и неполноповоротные [24], просты в устройстве и неприхотливы в эксплуатации. Кроме того, их собственный вес невелик.

В настоящее время применяют краны отечественного производства УМК-2М, ДК-25-3С, ДК-40/ грузоподъемностью 25 т и 40 т - для навесного монтажа стальных пролетных строений. Также используют кран МДК-63 грузоподъемностью 63 т, обычно устанавливаемый на плашкоуты (см. п.

6.4). Кроме того, деррик- краны, установленные на временные опоры, могут обслуживать причалы и склады на строительной площадке.

6.4. Специальные краны и монтажные агрегаты Для строительства мостов созданы и применяются следующие серии отечественных специальных кранов.

Консольные краны. Железнодорожные консольные краны марок ПВК-70, ГЭК-80, ГЭПК-130У предназначены для установки на опоры цельнопролетных или укрупненных блоков пролетных строений железнодорожных мостов длиной до 45 м (см. [24]). Недостаток кранов ПВК-70 и ГЭК- состоит в том, что они неиоворотиы, т.е. могут устанавливать блок пролетного строения только по оси пути. Поэтому в настоящее время применяется только кран ГЭПК-130У. Но его недостатками являются: большой собственный вес; нагрузка на ось в рабочем положении до 400 кН и, в связи с этим, повышенные требования к подготовке пути; необходимость в ряде случаев устройства предмостовых тупиков.

Кроме того для монтажа балочных пролетных строений длиной до 34,2 м, массой до 52,5 т и блоков опор может применяться облегченный сборно-разборный консольный кран СРК-НЛ-50 (рис. 43).

Собственная масса крана составляет 54 т, рабочая нагрузка на ось - не более 200 кН.

Рис. 43. Кран консольный сборно-разборный СРК-НЛ-50:

1 - противовес; 2 - автомобильный тягач на комбинированном ходу; 3 - платформа крана; 4 ходовая тележка; 5 - пролетное строение; 6, 7 - соответственно главный и вспомогательный полиспасты Консольно-шлюзовые краны. В отличие от консольных кранов консольно-шлюзовые краны в процессе работы занимают стационарное положение вдоль моста, будучи установлены над опорами. За счет этого они не оказывают значительных воздействий на путь. Созданный новый монтажный комплекс ЖШ-110 для пролетных строений железнодорожных мостов, включающий консольно-шлюзовой кран, лишен основных недостатков консольных кранов (см. [24]). Помимо крана в состав комплекса входит кран-перегружатель ПЖ-63 и транспортные тележки с мотовозом, обеспечивающие механизацию всего транспортно-монтажного процесса.

Ранее были созданы и широко применялись различные консоль-но-шлюзовые краны для монтажа железобетонных балок и блоков автодорожных мостов. В результате многолетнего использования и модернизации кранов выделились два параметрических ряда кранов:

краны КШМ-35, КШМ-40, КШМ-63, МКШ-35, МКШ-40, MКШ-63 - для монтажа цельнопролетных балок длиной 21, 24, 33 м;

МСШК-250, МСШК-260 и др. - для навесного монтажа поперечно-члененных коробчатых блочных пролетных строений.

Консольно-шлюзовые краны распространены и за рубежом, где их применяют в единичном исполнении для определенных конструкций пролетных строений.

При строительстве мостов с небольшими пролетами находят применение агрегаты, совмещающие в себе функции консольно-шлюзового крана, сваебойной и монтажной установки. Например, агрегат АМК-15 предназначен для забивки свай, установки насадок опор и балок пролетных строений длиной до 15 м и массой до 26 т (рис. 44). Основой агрегата является консольная стрела, заимствованная у крана КШМ-63, и копровая стрела - от копра СП-49В под дизель-молот для свай массой до 6 т, длиной до 16 м. Достоинством такого агрегата является работа «пионерным»

способом, т.е. с готовой части моста, что не требует вспомогательных устройств.

Рис.44. Схема строительства моста агрегатом АМК-15:

а - забивка свай; б - монтаж пролетных строений; 1 - балка двухсекционная; 2, 3 - опоры соответственно задняя и передняя; 4 - тележка грузовая грузоподъемностью 31,5 т; 5 - траверса грузовая; 6 - путь катания; 7 - копровая стрела; 8 - дизель-молот; 9 - гидроцилиндр Кабельные краны. Монтажные агрегаты этого типа в мостостроении применяют эпизодически, в основном для строительства виадуков через глубокие ущелья и овраги. Существует целый ряд проектов таких кранов различной грузоподъемности [24].

Специальные монтажные агрегаты. Специальное монтажное оборудование создается, как правило, для единичных потребностей возведения уникальных конструкций. Выпускаемое в единственном экземпляре, это оборудование имеет высокую стоимость в сравнении с серийными общестроительными кранами, поэтому при малых объемах специальных монтажных работ оно становится невыгодным. В таких случаях стремятся приспособить общестроительные краны, но если это невозможно, применение специальных агрегатов становится все же неизбежным.

В процессе типизации, создания гибких технологий машины этого типа также унифицируют. В качестве примеров можно привести специальные агрегаты МА-65 для навесного монтажа сборных железобетонных поперечно-члененных пролетных строений автодорожных мостов, агрегаты МАСи МАС-16 для навесного монтажа стальных решетчатых пролетных строений железнодорожных мостов и др. (см. [24]).

На строительстве мостов плавучими кранами выполняются разнообразные работы: погрузочноразгрузочные, дноуглубительные, вспомогательные, сооружение русловых опор, монтаж пролетных строений.

Используют плавучие краны следующих видов: 1 - речные и морские самоходные полноповоротные и неповоротные краны; 2 - специализированные сборно-разборные краны; 3 сухопутные краны различного типа, установленные на плавсредствах.

Самоходные речные и морские краны. Плавучие краны общего назначения выпускаются серийно для производства различного рода портовых работ. Мостостроители привлекают эти краны к выполнению работ по сооружению опор (для этого, как правило, достаточна гр узоподъемность крана от 5 до 16 т) и монтажу пролетных строений кранами высокой грузоподъемности - до 1000 т и более (табл. 18, рис. 45-50).

Техническая характеристика речных и морских плавучих кранов Характеристики КПЛ- «Ганц» Черноморец»«Севастополец»«Богатырь» «Витязь»

Грузоподъемность, т:

подъема Вылет стрелы, м:

над палубой, м, не менее не менее Размеры понтона, м:

понтона, т палубе, т чел.

1 - коромысло и противовес стрелы; 2 - тяга изменения вылета стрелы; 3 - машинное отделение с кабиной управления; 4 - поворотный механизм Рис. 46. Плавучий кран «Ганц»-16/30 (Венгрия) Рис. 47. Плавучий кран «Черноморец»

Рис. 48. Плавучий кран «Севастополец»

Рис. 49. Плавучий кран «Богатырь»

1 - понтон; 2 - лебедка изменения вылета стрелы; 3 - лебедка палубных талей грузоподъемностью 2200 т (используется при подъеме грузов массой 1600 т); 4 - лебедка вспомогательного подъема; - судовой кран; 6 - лебедка главного подъема; 7 - стрела; 8, 9 - подвески соответственно главного и вспомогательного подъемов Плавучие самоходные краны имеют штатные расчалочные устройства - якоря или сваи, которыми они закрепляются за дно реки.

Специализированные сборно-разборные краны. Отечественные краны этого типа (табл. 19) предназначены и серийно выпускались специально для мостовых организаций. Они просты по конструкции - плашкоут с треугольной стрелой, вращающейся только в вертикальной плоскости, т.е. это - шевр-краны (рис. 51). На стрелу сборно-разборного крана можно навешивать копровую стрелу, превращая его в плавучий копер. Но это несамоходные и неповоротные краны, их перемещение происходит якорными лебедками. Поэтому у них малая маневренность и производительность, они требуют специальных расчалочных устройств, сужающи х фарватер на реке и препятствующих судоходству (рис. 52). Поэтому плавучие краны первой и третьей групп более предпочтительны.

Техническая характеристика сборно-разборных плавучих кранов Грузоподьемность, т:

Вылет стрелы, м:

Высота подъема крюка над палубой, Размеры плашкоута, м:

Установка сухопутных кранов на плавсредства. Для формирования плавучих крановых установок из сухопутных кранов (автомобильных, гусеничных, пневмоколесных, козловых и деррик-кранов) могут использоваться плашкоуты различного типа: из барж речного и морского флота, сборно-разборных понтонов мостового парка типа КС, понтонов наплавных мостов типа ПЖМ-56 и др. (см. раздел 7). Тип плашкоута принимается в зависимости от конкретных местных условий.

1, 2 - подвески главного и вспомогательного полиспастов соответственно; 3 - оттяжка стреловая: 4, 5 - трос лебедки вспомогательного и главного полиспастов соответственно; 6 - стойка качающаяся;

7 - полиспаст стреловой; 8 - крамбол; 9 - плашкоут; 10 - электростанция; 11 - лебедка грузовая с тяговым усилием 8 тс (4 шт.); 12 - узел опорный; 13 - кабина управления; 14 - стрела; 15 - установка манипуляторной лебедки Рис. 52. Схема расчаливания плавкрана второй или третьей группы при сооружении опоры;

1 - плавкран; 2 - якорные лебедки: 3 - расчалки из стальных канатов; 4 - железобетонные якоряприсосы; 5 - опора Рис. 53. Схемы установки деррик-крана МДК-63 на плашкоут из понтонов КС-63:

а - МДК-63 в плане (сборка III); б - грузовысотные характеристики; 1 - рабочая зона стрелы при максимальной расчетной грузоподъемности; 2 - стрела крана; 3 - основной плашкоут из понтонов КС-63 (сборка I); 4 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка II); 5 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка III); 6 - грузоподъемность при длине стрелы 25 м (сборка I); 7 - то же (сборка II); 8 - то же сборка III) Технические требования к установке сухопутных кранов на плавсредства и методы их расчета приведены в приложении к данному учебному пособию.

Рис. 54. Самоподъемная плавучая платформа (пример строительства моста через оз.

Следует иметь в виду, что грузовысотные характеристики сухопутного крана, установленного на плашкоут, в ряде случаев по сравнению с работой крана на ровной горизонтальной поверхности меняются в худшую сторону из-за влияния на его устойчивость крена и дифферента плавсистемы при работе на воде (рис. 53).

Краны на самоподьемных платформах. Плавучие самоподъемные платформы являются эффективным вспомогательным сооружением, в первую очередь, для возведения опор.

Самоподъемная платформа имеет плашкоут и опорные колонны с подъемными установками (рис.

54). Платформу транспортируют к месту сооружения опоры, где временно расчаливают. После этого работой подъемных домкратов при упоре опорных колонн в грунт дна производится подъем плашкоута над водой. Опорные колонны могут иметь внизу башмаки или заглубляться в грунт.

Поднятый над водой плашкоут превращается в стационарную рабочую площадку, которая может служить для установки грузоподъемных кранов, размещения складов, оборудования и прочего оснащения.

7. ТРАНСПОРТ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ

МОСТОВ

На строительстве мостов используют обычные средства наземного транспорта - железнодорожный и автомобильный подвижной состав. Тип и марку транспортного средства в каждом конкретном случае подбирают с учетом массы, габаритов и условий перевозки груза.

Значительную трудность составляет перевозка по местным и временным автомобильным дорогам таких крупногабаритных грузов, как балки и блоки железобетонных и металлических пролетных строений, секции свай-оболочек большого диаметра и др. Для этого приходится приспосабливать существующие автомобильные прицепы-тяжеловозы и трейлеры грузоподъемностью до 60-70 т, предназначенные для перевозки строительной техники, а в некоторых случаях создавать специальные транспортные средства.

Например, имеются прицепы-балковозы Р-6333 грузоподъемностью 63 т Тайшетского РМЗ и ПТ- грузоподъемностью 75 т Золотоношского РМЗ (Украина), предназначенные для транспорти ровки железобетонных балок автодорожных мостов длиной до 33 м (рис. 55).

1 - тягач К-701; 2 - тележка прицепная; 3 - перекрестные тросовые тяги; 4 - перевозимая балка; 5 платформа (скоба) Кроме того, специальные тележки-балковозы могут входить в комплект консолыю-шлюзовых кранов и др.

Специфическими для мостостроения являются работы на акваториях рек. В строительстве мостов применяют разнообразные плавучие средства для перевозки грузов с причалов к месту сооружения опор или с берега на берег реки. В отдельных случаях используют временные наплавные мосты.

Кроме того, плавучие средства могут использоваться для установки на них сухопутных кранов и копров (см. п. 6.5 и приложение).

Применяют плавучие средства двух основных типов: баржи речного флота и сборно-разборные плашкоуты из инвентарных понтонов. Как правило, мостостроители используют арендуемые баржи. Инвентарные понтоны - собственные или арендуемые средства.

Баржи бывают самоходными и несамоходными [26]. Несамоходные баржи и плашкоуты из понтонов транспортируются буксирами.

Для водных путей страны типичны баржи-площадки (рис. 56) с грузоподъемностью 300, 600 и т. Ранее их строили большими сериями. Прочность палубы, как правило, достаточна для погрузки техники.

а - продольный разрез корпуса; б - план палубы (ДП - диаметральная плоскость); в - схема полпалубного набора; г- сечение корпуса по поперечной ферме; 1 - упоры для толкания баржи буксиром; 2 - поперечные фермы; 3 - рамные шпангоуты; 4 - подпалубные уголки жесткости; 5 карлингс; 6 - бимс; 7 - флор (поперечная балка днища); 8 - кильсон (продольная балка днища) Рис. 57. Бункерная баржа для перевозки каменных материалов:

а - вид с борта; б - продольный разрез корпуса; в - вид сверху; г - план набора днища (нижняя часть); д - поперечный разрез по рамному шпангоуту; с - то же, но холостому шпангоуту; 1 транец; 2 - фальшборт; 3 - поперечная переборка; 4 - раскосы продольной фермы; 5 - кнехты; 6 грузовой бункер; 7 - карлингс; 8 - кница (узловая фасонка); 9 - рамный шпангоут; 10 - бимс; 11 пиллерс (стойка); 12 - кильсон; 13 - флор; 14 - холостой шпангоут; 15 - скуловой лист обшивки Открытые и бункерные баржи (рис. 57) составляют вторую по распространенности группу.

Грузоподъемность их колеблется в пределах от 1000 до 4500 т, хотя встречаются суда и меньшего тоннажа - 150…600 т. Прочность трюмных барж обычно зависит от целости поперечных переборок, распорок и комингсов.

Палубные баржи и лихтеры (баржи с грузовыми стрелами) имеют люки не на всю площадь трюмов.

Прочность палуб, как правило, сильно ограничивает вес устанавливаемого груза.

Для сборки транспортных и иных плашкоутов применяют инвентарные металлические понтоны закрытого типа (табл. 20).

Понтоны первых трех марок в табл. 20 предназначены для мостостроения, а последние три конструкции могут заимствоваться из имущества мостовых парков для временных и краткосрочных наплавных мостов.

Техническая характеристика инвентарных металлических понтонов Характеристики Габаритные размеры, м:

Масса, т:

элементов понтон, кН Нагрузки местные предельные, кН:

Примечание. Размеры и масса в скобках указаны для средних секций понтонов.

Понтоны КС-63 (ранее выпускались понтоны КС, КС-У, КС-3, КС-3М) и УП-78 имеют болтовые соединения на накладках (рис. 58, г), что обеспечивает несущую способность стыков, близкую к несущей способности основных сечений понтонов. В транспортных плашкоутах понтоны собирают, как правило, плашмя (при высоте борта 1,8 м или 1,4 м).

К числу недостатков понтонов КС-63 и УП-78 следует отнести значительное количество болтовых соединений, необходимость устройства стапелей для сборки и разборки плавучих систем на берегу, а также невозможность движения автомобилей непосредственно по палубе понтона из-за малой толщины листа обшивки (4 мм).

Понтоны П-12 имеют замковые соединения, позволяющие собирать и разбирать плавсистемы на воде (рис. 58, е). Замок может воспринимать предельное усилие растяжения 170 кН. Количество замковых соединений по торцу понтона - 7, по борту - 11. Палуба понтона (толщина обшивки 8 мм) выполнена в виде ортотропиой плиты для непосредственного пропуска по ней автотракторной техники.

а - УП-78; б - КС-63; в - П-12; г - болтовой стык понтонов КС-63 и УП-78; д - вариант нижнего самозахватного сцепа для сборки и разборки понтонов КС-63 и УП-78 на плаву; е - замковый стык понтонов П-12; 1 - кильсон; 2 - шпангоут; 3 - бортовой элемент; 4 - торцевом элемент; 5 - палуба; 6 борт; 7 - торец; 8 - стыковая планка; 9 - стыковая накладка; 10 - планка; 11 - конический Рис. 59. Графики предельно допускаемых усилий Мдоп и Qдоп, на понтоны:

При конструировании плашкоутов, кроме расчета на плавучесть и остойчивость [24] - [26];

необходимо выполнить проверку прочности плашкоута как балки на упругом основании по общему изгибу (рис. 59) и по местным сосредоточенным нагрузкам (рис. 58, а-в).

Плашкоуты из понтонов оснащают кнехтами, кранцами и транцами для швартовки, лебедками и киповыми планками для расчаливания и перемещения на небольшие расстояния, аварийными якорями и насосами для откачки воды при повреждении обшивки понтонов.

Необходимую для перемещения плавучих средств мощность буксиров определяют по формуле где W - расчетная сила давления ветра на надводную часть плавсистемы, принимаемая при максимальной скорости ветра v = 10 м/с, исходя из интенсивности давления 180 Н/м 2 площади надводной части плавсистемы; N - расчетная гидродинамическая нагрузка на подводную часть плавсистемы; Р - удельная сила тяги буксира, принимаемая равной 100-150 Н/л. с. (120-200 Н/кВт).

Гидродинамическое давление воды на подводную часть плавсистемы принимается равным где Nл - лобовое давление воды, Н, равное Nт - сила трения воды по поверхности плавающего тела, H, определяемая по формуле где 0 - коэффициент, принимаемый равным 0,75 для закругленного очертания судна и 1,0 - для прямоугольного очертания; F - подводная площадь по миделю (наиболее широкому поперечному сечению), м2 ; v - максимальная относительная скорость перемещения воды и плавсредства, м/с; f = 0,17 - коэффициент трения воды по металлической поверхности судна; S - площадь смоченной поверхности (поверхность трения воды), м2.

Значения F и S для плашкоутов и барж принимаются равными где t, В и L - соответственно осадка, ширина и длина судна, м.

Помимо давления текущей воды учитывают нагрузку от воздействия волн: 300 Н/м для рек шириной 300-500 м и 1200 Н/м - при ширине 500 м и более.

ОБОРУДОВАНИЕ

Одним из основных факторов, обеспечивающих высокую производительность, надежность и безопасность монтажных работ, является технически грамотное применение малого подъемнотранспортного оборудования. К числу таких вспомогательных машин и механизмов, применяемых на любом строительстве мостов, относятся: лебедки, такелажное оборудование, строповочные устройства, домкраты и др.

Лебедки - простые грузоподъемные машины, состоящие из приводного барабана и стального каната, наматываемого на барабан при рабочем ходе лебедки и сматываемого с барабана при холостом ходе. Лебедки могут быть с ручным или механическим приводом (рис. 60, а, б). Кроме того, используют фрикционные лебедки, у которых есть тормоз, позволяющий быстро освобождать барабан для свободного разматывания каната (рис. 60, б). Такие лебедки необходимы в сваебойных агрегатах со свободно падающей ударной частью, в установках для подводного бетонирования способом ВПТ; их устанавливают на кранах. Во всех механических лебедках скорость перемещения каната постоянна, если в редукторе нет коробки передач.

Основными характеристиками лебедок, помимо скорости навивки каната, являются грузоподъемность (максимальное тяговое усилие), канатоемкость, т.е. длина каната, который может быть уложен на барабане, и диаметр каната.

a - барабанная с ручным приводом; б - электрореверсивная; в - фрикционная; 1 - рукоять; 2, 4 зубчатые передачи; 3 - храповик; 5 - барабан; 6 - редуктор; 7 - тормоз; 8 - электродвигатель; 9 фрикционная муфта; 10 - тормоз ленточный; 11 - гайка Отечественной промышленностью выпускаются лебедки ручные монтажные под диаметр каната 6,2-21 мм с тяговым усилием 2,5 - 50 кН и канатоемкостью 35-200 м (см. [24]). В мостостроении такие лебедки (ТЛ-3А или ТЛ-5А) применяют для оборудования плавсистем.

Из электрических лебедок используют преимущественно марки ПЛ-5-68 и ЛК-8 с тяговым усилием 50 и 80 кН, скоростью навивки каната 30 и 6 м/с, канатоемкость 450 и 200 м, диаметром каната 21 и 28 мм соответственно. Электрические лебедки, как правило, применяют для перемещения грузов по горизонтали.

В такелажных устройствах в качестве тягового органа используют стальные канаты. Канаты изготавливаются путем свивки отдельных проволочек из углеродистой стали. Они могут быть одинарной и двойной свивки, односторонней, крестовой и комбинированной свивки (рис 61).

Шагом свивки каната называется расстояние между двумя метками, в которое укладывается число витков, равное числу прядей в канате. Канаты крестовой свивки более устойчивы к раскручиванию.

По расположению проволок канаты бывают с точечным касанием проволок между слоями прядей (ТК), с линейным касанием (ЛК), а также с точечным и линейным касанием проволок в прядях (ТЛК). Канаты типа ТЛК наиболее прочные и износостойкие, рекомендуются для такелажных устройств.

Диаметр каната подбирают по разрывному усилию Р, определяемому в зависимости от нормативного усилия натяжения каната S: где k - коэффициент запаса прочности каната [24, табл.

2.1]; [Р] - предельно допустимое разрывное усилие по ГОСТ или сертификату завода-изготовителя.

а - параллельная; б - крестовая; в - комбинированная; l - шаг свивки Срок службы стального каната колеблется от нескольких недель до нескольких лет. Он зависит от его конструкции, условий работы и хранения. При появлении обрывов проволок канаты подлежат браковке согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».

Для закрепления концов стальных канатов к различным частям подъемных или тяговых механизмов и строповки пользуются различными приемами (рис. 62). При этом используют стандартные детали крепления канатов (коуши, сжимы, зажимы, клиновые втулки и пр.).

Имеющиеся лебедки развивают относительно небольшие тяговые усилия (до 50-80 кН). Но в ряде технологий, таких как продольная и поперечная передвижка, подъемка пролетных строений и др., возникает необходимость в приложении значительно больших сил. Увеличение тягового усилия во много раз при неизменном тяговом усилии лебедки возможно за счет применения специального механизма - полиспаста.

а - канатной втулкой; б - клиновой втулкой; в - сращиванием каната; г - зажимами с коушем Полиспаст представляет собой систему из подвижных и неподвижных блоков, последовательно огибаемых канатом (рис. 63). Блоки полиспаста собирают на единых осях в две обоймы:

подвижную и неподвижную. Один конец каната закрепляют на подвижной (рис. 63, б, г) или неподвижной (рис. 63, а, в) обойме, а второй (обегающий) - на барабане лебедки.

Применение полиспастов дает нам выигрыш в силе, так как при пом увеличивается передаточное число механизма. Но мы проигрываем в скорости, поскольку канат должен несколько раз пройти через блоки, прежде чем выйдет «на финишную прямую» - к барабану лебедки.

Основной характеристикой полиспаста является его кратность, т.е. отношение скорости v бар навивания каната на барабан к скорости v гр перемещения груза или, иначе, кратность полиспаста равна числу ветвей каната, на которые распределяется нагрузка, приложенная к подвижной обойме.

У полиспаста, показанного на рис. 63, а и в, i = 4; на рис. 63, б - i = 3; на рис. 63, г - i = 5.

а, б - с ветвью, сходящей с неподвижного блока; в г, - с ветвью, сходящей с подвижного блока Усилие в любой нитке полиспаста Sk определяется по формуле где f - коэффициент, учитывающий потери от трения в подшипниках блока и жесткости каната (f = 1,02 для блоков на подшипниках качения и f = 1,04 - для блоков на бронзовых втулках); k - номер нитки (ветви) полиспаста; i - кратность полиспаста; Q - тяговое усилие или вес груза, кН.

Для выбора каната, блоков полиспаста и подбора лебедки необходимо определить усилие натяжения ветви каната, сходящей с последнего блока и идущей к барабану лебедки. При известной схеме полиспаста можно решить обратную задачу, т.е. определить тяговое усилие полиспаста Q по усилию в канате лебедки S1 :

Например, для полиспаста по схеме на рис. 63, г при S1 = 50 кН i = 5, f = 1,04-1 = (1,04-1)1,04(5Q = 50/0,216 = 230 кН.

Диаметр блока, огибаемого стальным канатом, должен соответствовать условию где d - диаметр каната; е - коэффициент, принимаемый по табл. 2.2 [24].

Полиспасты (пример см. на рис. 64) обычно выполняют из стандартных многорольных блоков (рис.

65).

Следует иметь в виду, что предельная длина полиспаста (максимальное расстояние между осями неподвижного и подвижного блоков), особенно многониточного, ограничивается канатоемкостыо барабана лебедки. Например, для полиспаста на рис. 64 при канатоемкости лебедки 250 м предельная длина полиспаста составляет всего 250/12 = 20 м. Ограничивается и минимально возможная длина полиспастов - обычно она не бывает меньше 2-3 м.

Рис. 66. Схема надвижкп пролетного строения при помощи лебедок (в плане):

1 - насыпь подхода; 2 - тормозная лебедка; 3 - грунтовый якорь; 4 - тормозной полиспаст; 5 тяговый полиспаст; 6 - тяговая лебедка; 7 - устой моста; 8 - пролетное строение Из-за ограничения их длины продольная надвижка пролетных строений при помощи лебедок производится циклами с многократной перепасовкой полиспастов. На рис. 66 показан пример такой надвижкп. Неподвижные блоки и лебедки закрепляют за неподвижные части конструкции (опоры) и за грунтовые якоря на насыпях подходов.

Отказаться от полиспастов и тем самым повысить производительность монтажных работ, упростить оборудование позволяют последние отечественные разработки, в частности, тросовые тяговые агрегаты, включающие лебедки с гидроприводом. К примеру, гидравлическая лебедка с тяговым усилием 25 тс довольно компактна: она имеет габаритные размеры 1,50,90,8 м и массу 1,5 т (рис.

67). На надвижку устанавливают две тяговые лебедки с возможностью обеспечением синхронности их работы. Гидропривод обеспечивает большой диапазон скоростей движения, в том числе и «ползучую» скорость, необходимую при подходе к опоре конца пролетного строения.

Рис. 67. Тяговая гидравлическая лебедка с усилием на тросе 25 тс 8.2. Строповочные устройства и траверсы При производстве монтажных работ грузоподъемными машинами поднимают и перемещают в пространстве различные мостовые конструкции, целиком или отдельными блоками.

Грузоподъемный кран представляет собой машину универсального назначения, оборудованную крюком. Соединение крюка с поднимаемой конструкцией осуществляется с помощью строповогных приспособлений, тип и конструкция которых зависят от параметров конкретного груза.

Монтаж мостовых конструкций производят, как правило, укрупненными блоками, что требует специальных схем строповки и стро-повочных устройств (примеры показаны на рис. 68).

1 - нижний пояс; 2 - стойка (подвеска); 3 - шпальная клетка; 4 - уголковый захват; 5 - панель Стропы изготавливают из кусков стального каната нужного диаметра. По конструкции стропы можно разделить на универсальные, облегченные и многоветвевые (рис. 69). Методика расчета строповочных устройств изложена в [24].

а - универсальный; б - облегченный с крюком; в - двухветвевой; г - четырехветвевой; д шестиветвевой Недостатками строповочных устройств являются высокая трудоемкость при строповке и расстроповке, низкая безопасность (частые обрывы стропов и строповочных петель в конструкции) и, самое главное, такелажнику после монтажа необходимо подниматься к узлу крепления стропа для его расстроповки. При большой длине балки и при обычном угле наклона строп к горизонту - 50° сильно возрастает высота подъема груза, падает связанная с этим грузоподъемность крана. В результате требуется более мощный и дорогостоящий кран.

Для строповки тяжелых, длинномерных мостовых конструкций сложной конфигурации применяют траверсы - специальные строповочные устройства. Они служат не только для закрепления груза к крюку крана, но и другим целям: уменьшению высоты строповки, повышению безопасности монтажа (см. [24]). В этом случае строповочные петли не нужны. Ориентированные на конструкции определенного вида траверсы могут выполняться с автоматическими захватами.

Но не следует забывать, что, в отличие от достаточно легких строповочных устройств, траверсы часто имеют большую собственную массу, которую следует прибавлять к весу груза при подборе крана.

Домкраты применяют для подъема, опускания и горизонтального перемещения мостовых конструкций. По принципу действия домкраты бывают механические (реечные и винтовые) и гидравлические (рис. 70).

Рис. 70. Домкраты: a - реечный; б - винтовом; в - гидравлический Реечные и винтовые домкраты, имеющие относительно малую грузоподъемность (до 10 т), при монтаже мостовых конструкций применяют сравнительно редко.

Гидравлические домкраты являются более мощными малыми машинами, и поэтому получили наибольшее распространение. Принцип действия гидравлического домкрата следующий: под давлением жидкости, которая подается в цилиндр, поршень домкрата выдвигается из цилиндра и перемещает груз. В качестве рабочей жидкости используется минеральное масло (веретенное или турбинное).

Грузоподъемность домкрата определяется по следующей формуле: Рд = рА, где р - давление масла в рабочей полости домкрата; А - площадь поршня домкрата, А = D2 /4; D - диаметр поршня домкрата.

На рис. 70, в показан гидродомкрат с ручным насосом. Как правило, домкраты грузоподъемностью 100 т и более оборудуются передвижными насосными станциями с плунжерными насосами.

Производительность насосной станции Q выбирают, исходя из необходимой скорости v выдвижения штока домкрата, т.е. Q Av.

На строительстве мостов в основном используют для подъема конструкций гидродомкраты грузоподъемностью 100...500 т с ходом поршня 100...200 мм, а для надвижки пролетных строений домкраты грузоподъемностью 185 т с большим ходом поршня - 1,1 м (табл. 21).

Техническая характеристика гидравлических домкратов общего назначения Характеристики Габаритные размеры:

В последние годы идет активная разработка и внедрение специальных домкратных установок для надвижки пролетных строений. К примеру, фирмой СТС («Следящие тест-системы») успешно используются длинноходовые (2500 мм) гидроцилиндры, развивающие усилие до 3000 кН, в комбинации с гидрочелюстямн (захватами за нижние пояса стальных балок) с усилием до 7000 кН (рис. 71). В комплект также входят гидравлический синхронизатор движения гидроцилиндров и насосная станция.

Рис. 71. Гидроцилиндр с гидрочелюстями для надвижки пролетных строений Мостостроители часто испытывают трудности при размещении домкратов под конструкциями.

Пример - подъем железобетонных балок эксплуатируемых мостов, на опорах которых из экономии оставлено мало места. В этом случае эффективны компактные гидродомкраты беспоршневого типа, например сильфонные (рис. 72).

Ход таких домкратов достигает 20 мм при грузоподъемности до 200 т.

Небольшая высота подъема груза гидродомкратами приводит к необходимости в ряде случаев многократной их перестановки. Для этого поднятый груз временно опирают в промежуточном положении на металлические (рельсовые) клетки, после чего поршень домкрата опускают. Затем домкрат поднимают до упора в груз, а под подошву домкрата подводят подкладку необходимой толщины. Далее цикл повторяется.

Существуют конструкции гидродомкратов, которые упрощают описанную процедуру: это телескопический домкрат (рис. 73) и домкрат непрерывного подъема (рис. 74).

Помимо домкратов, применяемых для пространственного перемещения конструкций, в мостостроении используют специальные домкраты для предварительного натяжения арматуры железобетонных конструкций.

Рис. 74. Схема действия гидравлического домкрата непрерывного подъема Рис. 75. Схема гидродомкратов для натяжения арматуры:

Гидродомкрат для натяжения стержневой арматуры (рис. 75, а) надевают стороной А на арматурный стержень, заканчивающийся резьбой, и вручную навинчивают на него шток, после чего через штуцер нагнетают масло в полость домкрата.

Существуют также гидродомкраты для натяжения пучковой и тросовой арматуры, при помощи которых можно натягивать одновременно все проволоки или канаты пучка (рис. 75, б, табл. 22). Их называют также домкратами двойного действия, так как они одновременно производят вытягивание пучка и задавливание пробки в конусный анкер.

Техническая характеристика гидравлических домкратов для предварительного натяжения поршня, мм МПа Габаритные размеры:

9. РУЧНОЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ

ИНСТРУМЕНТ

В зависимости от взаимосвязей между предметом труда, орудиями труда и исполнителями в процессе выполнения технологических операций различают следующие виды труда.

Ручной труд ручным инструментом - это подъем и перемещение грузов ручными лебедками, талями, полиспастами, реечными домкратами, работа гаечным ключом, ломом, лопатой, кувалдой и т.п.

Ручной труд механизированным инструментом - сверление отверстий, затягивание болтов, работа с клепальными, рубильными и отбойными молотками, вибраторами, краскопультами и другие операции.

Ручной труд при машинах - это работа строповщиков и такелажников, сварщиков и газорезчиков.

Механизированный труд - управление работой машины, выполняющей технологический процесс.

Автоматизированный труд - в этом процессе рабочий является оператором при одной или нескольких машинах, работающих в полностью механизированном режиме.

Ручной труд ручным инструментом - наиболее тяжелый и малопроизводительный физический труд.

Он в первую очередь должен механизироваться или, по крайней мере, его доля должна постоянно сокращаться. Применение механизированного инструмента в определенной мере облегчает труд рабочего и значительно повышает его производительность. Но при этом появляются вредные воздействия на организм: шум, вибрация, токсичные аэрозоли.

Эти два вида ручного труда должны играть в технологическом процессе вспомогательную роль.

Однако, несмотря на существенные успехи в комплексной механизации технологических процессов, в целом по мостостроению доля ручного труда составляет более 50%. Причем весьма значительный объем ручных работ приходится не на вспомогательные и сопутствующие, а на основные технологические операции. Наиболее трудоемкими с большой долей ручного труда являются следующие технологические процессы:

Омоноличивание продольных стыков сборных железобетонных пролетных до строений………………………………………………………………………… Установка пучков, приготовление и нанесение клеевых растворов при до монтаже поперечно-члененных железобетонных пролетных строений…… Пескоструйная очистка контактных поверхностей, постановка высокопрочных болтов при монтаже стальных пролетных строений……..

Монтаж стальных пролетных строений на высокопрочных болтах и сварке Поэтому усилия ученых и инженеров должны быть направлены на ликвидацию или, по крайней мере, значительное сокращение физически тяжелого, монотонно-изнуряющего и токсично-вредного ручного труда. Но полная механизация некоторых технологических операций требует создания сложных и дорогостоящих машин, значительно повышающих себестоимость производимой продукции. В этих случаях целесообразно создание приспособлений и механизмов, решающих частные задачи облегчения ручного труда. Такие механизмы принято называть средствами малой механизации (СММ).

Ниже в качестве примера приведем некоторые отечественные образцы ручного механизированного инструмента.

Для очистки поверхности металлоконструкций применяют щетки прямые и угловые, как с электро ИЭ-2106, ИЭ-2009, Ш-178-1, WSBA-1400), так и с пневмоприводом (ИП-2014А, П-22, ИП-2104), имеющие число оборотов в минуту - 4600 - 7200, собственный вес от 3 до 6,5 кг.

Применяют также ручные шлифовальные электрические (ИЭ-2004АУ-2, ИЭ-6103А, ИЭ-8201Б) и пневматические (ИП-2203А, ИП-2015, ИП-2014А) машины с диаметром шлифовального круга 100 мм, частотой вращения 2900-7600 об/мин., массой от 3,5 до 6,5 кг (рис. 76).

1 - корпус; 2 - пневмодвигатель; 3 - рукоятка; 4 - регулятор числа оборотов; 5 - шпиндель; 6 - кожух 1 - шпиндель; 2 - корпус; 3 - регулятор; 4 - пневмодвигатель; 5 - рукоятка; 6 - пусковое устройство;

7 - глушитель; 8 - дополнительная рукоятка Машины сверлильные пневматические (например, прямая ИП-1016А, угловая ИП-1103А) могут не только рассверливать отверстия диаметром до 32 мм, но и выполнять другие операции. Для этого служит комплект съемных насадок: сверло, щетка, абразивный круг, ножницы, гайковерт (рис. 77).

Для затяжки высокопрочных болтов применяют пневматические гайковерты ударно-реверсивного действия: прямые (ИП-3106Б, ИП-3123) и угловые (ИП-3205Б), обеспечивающие момент затяжки 800-1600 Н·м при диаметре болтов до 36 мм (рис. 78). Для натяжения высокопрочных болтов на контролируемые усилия используют ключи динамометрические ручные (рис. 79), а также гидравлические ключи КЛЦ-110 и КЛЦ-160, обеспечивающие момент затяжки 1050 - 1530 Н·м болтов диаметром 22 - 27 мм.

а - гайковерт; б - удлинитель (торсион); в - шарнирный переходник; г - сменная головка; д - угловой 1 - обгонная муфта; 2 - рычаг; 3 - гидроцилиндр; 4 - манометр; 5 - щеки; 6 - рукоять; 7 - головка под Имеются также машины, механизирующие труд по очистке, окраске поверхностей конструкций, сушке поверхностей, приготовлению мастик и других составов, нанесению мастик, раскатке и прикатке рулонных материалов при устройстве гидроизоляции и другие.

Но в целом надо еще много работать над совершенствованием механизации ручных трудоемких процессов.

10. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

РАЗВИТИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНОЙ

ТЕХНИКИ

Механизация трудовых процессов на строительстве мостов ни в коем случае не должна быть самоцелью. Во многих случаях сами процессы, а также применяемые материалы, конструкции и технологии являются устаревшими, сдерживающими технический прогресс и рост производительности труда. Конструкции, материалы, технологии и орудия труда являются неразрывно связанными между собой составляющими технического развития отрасли. Их надо рассматривать в комплексе.

Механизация - один из ведущих факторов повышения эффективности строительного производства.

Усложнение мостостроительной технологии, подход к мостовым объектам как к конструктивнотехнологическим системам в последние десятилетия определяют задачи модернизации существующих и создания новых машин.

К числу перспективных направлений развития мостостроительной техники относятся:

- расширение технологических возможностей машин за счет увеличения номенклатуры рабочего оборудования существующих машин и создания универсальных машин многоцелевого назначения, оснащенных широкой номенклатурой сменного рабочего оборудования;

- повышение единичной мощности машин;

- развитие специализации машин и рабочего оборудования, предназначенных для реализации гибких технологий строительства мостов;

- создание новых машин, обеспечивающих механизацию трудоемких ручных процессов;

- создание принципиально новых типов машин на базе достижении в области фундаментальных и прикладных наук (использование энергии взрыва, ультразвука, вибрационного и электрогидравлического эффекта, лазерной техники, высоких давлений, термического и химического способов и др.);

- развитие гидрофикации приводов машин;

- повышение мобильности сухопутных машин, в первую очередь, за счет применения пневмоколесного хода;

- интенсификация рабочего цикла машин путем увеличения скоростей исполнительных механизмов, автоматизации выполнения отдельных элементов цикла;

- повышение надежности и долговечности машин, улучшение их приспособляемости к техническому обслуживанию и ремонту;

- совершенствование приборов и аппаратуры для повышения безопасности работ и управления машинами;

- создание комфортных условий работы машинистов;

- разработка и совершенствование машин, предназначенных для эксплуатации в особых условиях.

В области агрегатов и оборудования для сооружения фундаментов мостовых опор действуют следующие основные тенденции:

- постепенная замена свайных дизель-молотов новыми, перспективными моделями гидромолотов, а электромеханических вибропогружателей - погружателями с гидроприводом;

- существенное сокращение применения рельсовых копров и переход на самоходные гусеничные копры, создаваемые на базе гидравлических экскаваторов, навесное оборудование на стреловые краны, создание и применение бескопровых установок для погружения свай, в том числе с молотами, имеющими массу ударной части 50-120 т;

- создание и внедрение механизмов для работ по срезке голов свай, разделке их под объединение с ростверком и т.п, выполняемых в настоящее время преимущественно вручную;

- более широкое применение и расширение типоразмерного ряда вибропогружателей и вибромолотов с регулируемой вынуждающей силой, снижение их электрической мощности, создание и применение наголовников с автоматическими захватами.

В ряду легких бурильных машин целесообразно появление многофункциональных бурильномонтажных манипуляторных установок, оснащенных бурильным оборудованием, грузозахватными и другими устройствами. Заслуживает внимания зарубежный опыт производства модульных бурильных приставок с автономным приводом и оборудованием для обсадки труб, монтируемых на стреловых кранах.

Необходимо дальнейшее расширение области применения по грунтовым условиям средних и тяжелых бурильных машин, повышение их эффективности путем оснащения ударно-вращательным бурильным оборудованием, вакуумно-отсасывающими и охлаждающими установками.

Существенного расширения требует технология вибрационной укладки бетонных смесей при подводном бетонировании, в том числе с применением бетононасосов. Необходимо создавать мобильные комплекты оборудования.

В области стреловых кранов общего назначения преимущественное развитие получат краны на специальных шасси автомобильного типа высокой грузоподъемности (160-250 т) и проходимости, оснащенные телескопическими стрелами. Краны будут иметь приводы, позволяющие обеспечить широкое регулирование скоростей, мягкую и точную посадку грузов. Они будут снабжены манипуляторами, траверсами и захватами, обеспечивающими точную наводку и автоматическую установку монтируемых элементов в требуемое положение.

Тенденции в развитии специализированных кранов универсального и объектно-ориентированного применения диктуются перспективами гибких технологий возведения опор и пролетных строений различного типа. Создание новых, эффективных образцов кранов и специальных монтажных агрегатов оправдано в случае массового применения конструктивно-технологических решений.

Необходимо совершенствовать конструкции электрических лебедок, повышая их грузоподъемность и канатоемкость. Требует существенного расширения параметрический ряд гидродомкратов.

Задачами совершенствования домкратного оборудования являются: создание компактных конструкций (например, сильфонного тина), повышение надежности домкратов, существенное увеличение хода поршня домкратов и производительности насосных станций.

Для удовлетворения потребности мостостроения в ручных машинах будет увеличена их номенклатура как за счет расширения рядов существующих машин, так и за счет создания новых рядов машин. Предусматриваются следующие направления развития ручных машин:

- освоение машин многоцелевого назначения, многоскоростных, с электронным регулированием скорости;

- расширение выпуска электрифицированных машин различных типов на базе коллекторных двигателей с двойной изоляцией;

- расширение номенклатуры машин, оснащенных твердосплавными и алмазными инструментами;

- дальнейшее снижение параметров шума и вибрации машин.

В целом же перспективное развитие механовооружения строительства мостов предусматривает решение следующих основных задач:

Внедрение в строительство прогрессивных технологических процессов, выполняемых современными высокопроизводительными машинами.

Завершение комплексной механизации основных строительных и монтажных процессов, переход от комплексной механизации отдельных видов работ к комплексной механизации сооружения объектов в целом.

Совершенствование структуры парка мостостроительных машин с целью максимального приближения ее к требованиям производства.

Совершенствование методов проектирования технологических процессов и систем механизации в ПОС и ППР, автоматизация разработки организационно-технологической документации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Заленский В.С. и др. Машины для строительства и монтажа мостов / В.С. Заленский, Л.А.

Бромберг, Ю.Л. Бромберг. - М.: Машиностроение, 1968.

2. Заленский В.С, Бромберг Ю.А. Машины для строительства и монтажа мостов. - М.: Стройиздат, 1971.

3. Добронравов С.С, Дронов В.Г. Строительные машины и основы автоматизации. - М.: Высшая школа, 2001.

4. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины. - М.: Высшая школа, 1980.

5. Евдокимов В.А. Механизация и автоматизация строительного производства. - Л.: Стройиздат, 1985.

6. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства. - М.: Стройиздат, 1989.

7. Бобриков Б.В. и др. Строительство мостов / Б.В. Бобриков, И.М. Русаков, А.А. Царьков. - М.:

Транспорт, 1987.

8. Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении/С.Р. Владимирский, Г.М.Еремеев, В.А. Милепин, В.Н.Смирнов; Под ред. С.Р. Владимирского. - М.: Маршрут, 2002.

9. Технология строительных процессов / А.А. Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копылов и др.; Под ред. Н.Н.Данилова, О.М. Терентьева. - М.: Высшая школа, 2001.

10. Строительные машины: Справочник: В 2 т. / Под общ. ред. Э.Н. Кузина. - М.: Машиностроение, 1991.

11. Стреловые самоходные краны и строповка грузов: Справочник/ Л.И. Ткач, Н.А. Слепчук, А.И.

Носков и др. - М.: Металлургия. 1990.

12. Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие. - Ростов н/Д.:

Феникс, 2002.

13. Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование: Справочник. - М.: Высшая школа, 1991.

14. Поляков В.И., Полосин М.Д. Машины грузоподъемные дли строительно-монтажных работ:

Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1993.

15. Владимирский С.Р. Системы механизации строительства мостов,- СПб.: Папирус, 1998.

16. Пащенко В.А. Заводское изготовление мостовых железобетонных конструкции. - М.: Транспорт, 1972.

17. Мамлин Г.А. Производство конструкции стальных мостов. - М.: Транспорт, 1994.

18. Владимирский С.Р. Современные методы проектирования мостов,- СПб.: Папирус, 1998.

19. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000.

20. Кручинкин А.В. и др. Машины, механизмы и оборудование для строительства мостов:

Справочник: В 2 т. /А.В. Кручинкин, В.В. Васильев, Ю.Н. Переляев. - М.: ЦНИИС, 1993.

21. Новожилов Г.Ф. Бездефектное погружение свай в талых и вечномерзлых грунтах. - Л.:

Стройиздат, 1987.

22. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

23. Растегаев И.К. Машины для вечномерзлых грунтов. - М.: Машиностроение, 1986.

24. Вейнблат Б.М. и др. Краны для строительства мостов: Справочник / Б. М. Вейиблат, И. И.

Елинсон, В. П. Каменцев. - М.: Транспорт, 1988.

25. Специальные вспомогательные сооружения и устройства для строительства мостов. Нормы и правила проектирования (СТП 136-99). - М.: ОАО «Институт Гипростроймост», 1999.

26. Телов В.И., Кануков П.М. Наплавные мосты, паромные и ледяные переправы. - М.: Транспорт, 1978.

ПЛАШКОУТЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ СУХОПУТНОЙ

ТЕХНИКИ И ТРАНСПОРТНЫЕ ПЛАШКОУТЫ

При строительстве больших мостов через глубоководные реки возникает необходимость использовать сухопутные краны и копры, установленные на плавучие средства, а также транспортные плашкоуты для перевозки различных грузов (см. разделы 6 и 7). Ниже изложены основные технические требования и методики расчета указанных плавучих средств (см. [25]).

Проектирование плавучих средств для установки сухопутной техники и перевозки грузов следует производить с учетом данных о режиме реки в районе строительства моста. Необходимо учитывать:

глубину воды, скорость и направление течения, высоту волн при различных скоростях и направлениях ветра, отметки уровней воды и др. Принимают во внимание также режим судоходства и лесосплава, преимущественное направление и скорость ветра, температурный режим.

Плашкоуты следует, как правило, комплектовать из инвентарных металлических понтонов закрытого типа (см. раздел 7). Разрешается использование металлических палубных барж при достаточной прочности и жесткости их корпуса на действие сил, возникающих при перевозке и работе. В необходимых случаях, определяемых расчетом, корпус понтонов и барж необходимо усиливать дополнительными металлоконструкциями.

При устройстве плавучей опоры из нескольких барж их следует жестко соединять между собой в поперечном направлении.

Плашкоуты из понтонов следует применять преимущественно прямоугольного очертания в плане, располагая понтоны симметрично относительно ости опорного давления. Понтоны типа КС при соединении их в плашкоуты следует располагать продольной стороной в направлении действия наибольшего изгибающего момента. Плашкоут должен иметь в плане минимум два понтона, установленных вдоль плашкоута, и минимум два поперек его. В целях безопасности не допускается применять одиночные понтоны. Понтоны рекомендуется устанавливать в плашкоут плашмя, т.е. с высотой борта 1,8 м.

При использовании барж следует руководствоваться их паспортными данными и исполнительными чертежами, с учетом результатов натурного обследования состояния барж. При выборе барж кроме того нужно учитывать следующие требования:

- максимальную длину барж рекомендуется принимать не более 50 м;

- грузоподъемность барж принимать не менее чем на 25% больше расчетной нагрузки на них;

- при образовании плавсистемы из нескольких барж последние должны быть однотипные и одинакового водоизмещения.

Установка копров и кранов на плашкоуты рекомендуется при запасе глубины воды под днищем более 0,6 м с учетом возможного колебания уровня воды в водоеме (методика определение максимальной осадки плашкоута приведена ниже).

Размеры и конструкция плашкоутов в плане при установке на них копра назначаются в зависимости от принятой технологии сооружения фундамента опоры, последовательности погружения свай и размеров опоры. На плашкоутах допускается как бортовая (на одном плашкоуте), так и центральная установка копров на мостике или портале, опирающихся на два плашкоута, располагаемых с зазором (см. рис. 11). В последнем случае плашкоуты должны иметь в носу и корме съемное жесткое раскрепление по палубе.

Бортовая установка копра рекомендуется для всех свайных молотов, которые в рабочем положении закрепляются на голове сваи. Бортовая установка позволяет свободное передвижение плашкоута вдоль забиваемого ряда свай (при отсутствии шпунтового ограждения). При этом необходимо уравновешивание плавсистемы балластировкой плашкоутов или установкой контргрузов (противовесов) для приведения стрелы копра в вертикальное либо наклонное положение, определяемое углом забивки свай.

Центральная установка копра на мостиках или порталах при расположении молота над центром расчетной площади ватерлинии обоих плашкоутов является предпочтительной, так как в этом случае устойчивость копра наибольшая.

Размеры и расположение плашкоутов и их балластировка (расположение контргрузов) подбираются так, чтобы обеспечить плавучесть и остойчивость плавсистемы. При этом стрела копра во время забивки была вертикальной или имела заданный наклон.

Высота обстройки верха плавсистемы должна быть увязана с отметкой верха свай после их забивки.

Козловые краны следует устанавливать на два плашкоута, устанавливаемых с промежутком между ними (в котором обычно и располагается котлован опоры с ограждением). В этом случае установка козлового крана на плашкоуты и раскрепление их между собой выполняются аналогично случаю установки копра на мостике или портале. Возможна также установка крана на едином плашкоуте, имеющем центральное отверстие для сооружения опоры. В этом случае должно быть предусмотрено место для захода под кран транспортных плашкоутов, а также съемная секция плавсистемы для вывода ее с опоры.

При установке на плашкоуте крана с поворотной стрелой ширину плашкоута следует назначать исходя из того, чтобы при подъеме наиболее тяжелого груза при необходимом вылете стрелы, направленной перпендикулярно к продольной оси плашкоута, угол крена плашкоута не превышал предельного угла наклона крана, взятого по паспортным данным.

Длина плашкоута и вес постоянного контргруза (твердого балласта), располагаемого в кормовой части плашкоута, должен назначаться исходя из того, чтобы при подъеме наиболее тяжелого груза при необходимом вылете стрелы, направленной вдоль продольной оси плашкоута, дифферент на нос был равен дифференту на корму при нерабочем положении крана. При этом угол дифферента не должен превышать предельного угла наклона крана.

Плашкоут с копром (краном) во время работы должен быть расчален не менее чем в четырех направлениях к якорям, заложенным на берегу, к якорям, уложенным на дно, или к ранее забитым сваям (пример см. на рис. 52).

При установке копров и козловых кранов на двух раздельных плашкоутах связи между ними должны быть рассчитаны на усилие от расчалок при транспортировке и разворотах плавсистемы с помощью якорных лебедок. При этом в расчете следует учитывать наличие поперечных связей между плашкоутами только с одной стороны (носовой, кормовой) стороны.

Все плашкоуты должны оборудоваться не менее чем четырьмя ручными якорными лебедками с запорными устройствами (киповыми планками), установленными по углам плашкоута. Кроме того, должны иметься причальные приспособления (кнехты, кранцы, отбойные брусья), леерное ограждение по всем бортам и спасательные средства. На плашкоуты устанавливают также насосы для водоотлива из трюма. На углах плашкоута должны быть нанесены несмываемой краской водомерные рейки (ноль рейки соответствует уровню днища). Транспортные плашкоуты должны иметь нанесенную несмываемой краской ватерлинию, располагаемую на 0,5 м ниже уровня палубы.

При проектировании плавучих средств для размещения на них стреловых и козловых кранов, копров, а также перевозки грузов необходимо выполнить следующие расчеты [25], [26]:

1) по первой группе предельных состояний (на расчетные нагрузки):

- плавучести системы;

- остойчивости системы;

- прочности и устойчивости корпуса судна, распределительных ростверков и других элементов усиления судового набора;

- мощности тяговых средств и якорных закреплений;

2) по второй группе предельных состояний (на нормативные нагрузки):

- по деформациям (осадка, крен, дифферент);

- объема и размещения противовесов из условия допустимого для данного крана или копра крена (дифферента) плашкоута.

Креном судна называется поперечное отклонение палубы от горизонтального положения в сторону одного из его бортов (левого пли правого), дифферентом - отклонение палубы в сторону носа или кормы.

Нагрузки и их сочетания для расчета плавучих средств под крапы и копры принимаются по указанию табл. 23.

Плавучие средства проверяют на плавучесть по условию где - объемная масса воды, равная для пресной воды 1 т/м 3 ; Vп - предельное водоизмещение плавучей системы, равное ее суммарному водоизмещению при осадке, равной высоте борта по миделю; Q - расчетный вес плавучей системы, равный сумме расчетных весов: плашкоута с обстройкой, крановой (копровой) установки, регулировочного и остаточного балласта; k н коэффициент надежности, принимаемый равным: при установке на плашкоутах копров и стреловых кранов k н = 2, при установке на плашкоутах козловых кранов и при перевозке грузов - k н = 1,25.

Нагрузки и воздействия обстройкой оборудования Вес подвешенного к крану груза (молота, свай к копру):

Давление ветра:

расчетной для данного района; в сочетаниях 1 и 3 - при скорости ветра V=10 м/с.

2. В сочетаниях 1 и 3 центр тяжести груза должен приниматься в точке подвеса его к крану (копру) в сочетании с наиболее невыгодным положением крана (копра) на плашкоуте.

3. В сочетаниях 1 и 3 рассматривается также случай обрыва груза с крана (копра). В этом случае вес груза условно прикладывается к стреле снизу вверх.

4. При расчете плашкоутов для кранов необходимо в сочетаниях 1 и 3 рассмотреть случаи: а) наибольшей высоты подъема груза; б) наибольшего вылета поднимаемого груза.

Объем остаточного балласта определяется для барж в зависимости от конструкции набора днища, а для понтонов типа КС принимается, исходя из средней толщины слоя воды в каждом понтоне 0,1 м.

Рис. 80. Схема к проверке остойчивости плавучей системы Остойчивость плавучей системы определяется следующими условиями (рис. 80):

а) метацентрическая высота - должна быть положительной ни всех расчетных случаях, т.е.

где - метацентрический радиус, равный расстоянию между центром тяжести вытесненного объема воды (центром водоизмещения Zv) и метацентром Zm, расположенным в точке пересечения вертикали, проходящей через смещенный центр водоизмещения, с осью О-О плавучей системы; а расстояние от центра тяжести плавучей системы Za до центра водоизмещения Zv, принимаемое равным тому же расстоянию при начальном положении плавсистемы.

б) при крене и дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а днище (середина скулы) не должно выходить из воды.

При проверке остойчивости все нагрузки должны приниматься расчетные. Значение коэффициента надежности по нагрузке для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием следует принимать в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).

Значение метацентрического радиуса определяется по формуле где I - момент инерции площади плашкоута (баржи) в уровне ва терлипии относительно оси наклонения плавучей системы, принимаемый при кренах - относительно оси с меньшим моментом инерции, а при дифферентах - относительно оси с бульшим моментом инерции площади; in сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; Vp - объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы.

Осадку плавучей системы от вертикальных нагрузок определяют по формуле где Q - расчетная (или нормативная - см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; k в коэффициент полноты водоизмещения, принимаемый для понтонов типа КС равным 0,97; площадь плашкоута по ватерлинии.

Осадка барж определяется по паспортным данным в зависимости от расчетной нагрузки на баржу.

Для контроля за фактической осадкой плавучих систем в рабочих чертежах должны указываться осадки от нормативных нагрузок.

Максимальная осадка от расчетных нагрузок, вызывающих крен или дифферент плавучей системы, определяется по формуле где b - половина размера плашкоута; - угол крена или дифферента.

Для плавучих систем рассматриваемого типа угол крепа или дифферента можно рассчитать по формуле где Мп - расчетный момент от постоянных нагрузок; Mвр - расчетный момент от временных нагрузок; m - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2.

Расчетный момент Мп от постоянных нагрузок принимается относительно осей симметрии площади плашкоута (при полном уравновешивании веса кранов или копров Мп = 0).

Расчетный момент Мвр принимается от горизонтальных ветровых нагрузок относительно центра водоизмещения. Сюда же входят неуравновешенные части вертикальных нагрузок (веса груза на крюке крана, сваи на стреле копра и т.п).

Угол должен удовлетворять условиям:

где 1 и 2 - угол крена (дифферента), соответствующий началу входа кромки палубы в воду и выходу из воды днища (середины скулы).

Расчет на прочность корпуса судна производят с использованием линий влияния изгибающих моментов М и поперечных сил Q. Ординаты линий влияния определяются из общих выражений (см.

[26] и рис.81):

где v=(-a)/=1-a/.

В этих формулах первые члены учитывают изменение усилий за счет дифферента плавсистемы.

Второе слагаемое формул образуется за счет эпюры qp - сил поддержания воды при центральном загружении плавсистемы силой Р = 1. Третий член учитывает непосредственное воздействие силы Р = 1 или момента, ею создаваемого М = 1·х р, и действителен только при положении единичной силы левее сечения, для которого строится линия влияния.

Анализ формулы (48) показывает, что наибольшие изгибающие моменты в сечении корпуса под сосредоточенным грузом действуют при хп = 0, т.е в миделе судна (см. рис. 81, г). Для любого числа сосредоточенных грузов Р, на палубе изгибающий момент от них в среднем сечении корпуса будет выражен формулой а - расчетная схема; б - эпюра сил поддержания воды; линии влияния: в - МL/3 ; г - М0 ; д - QL/ где х i - абсолютная величина расстояния от миделя до точки приложения нагрузки Рi.

Из анализа формулы (49) следует, что ординаты линии влияния Q0 в миделе равны ±0,5, а по концам плашкоута (при х n = L/2) равны нулю.

Изложенная методика расчета судна на прочность относится к его положению на спокойной в оде.

Кроме этого, необходимо учитывать дополнительные изгибающие моменты М и поперечные силы Q от волновой нагрузки:

где k 6 - коэффициент полноты водоизмещения; В - ширина плашкоута в уровне ватерлинии по миделю; L - длина плашкоута в уровне ватерлинии; h - расчетная высота волны во время работы, м.

Расчетную высоту волны принимают на основании данных местного пароходства и в расчете берут не менее 0,6 м.

Коэффициент k0 вычисляется по формуле Коэффициент k1 в зависимости от длины судна L принимается равным при длине судна 20 м - 0,0123;

при длине судна 40 м - 0,0101;

при длине судна 60 м - 0,0085;

при длине судна 100 м - 0,0061.

Коэффициент k2 вычисляется по формуле где Тн - осадка судна носом, м.

Эпюры дополнительных усилий в корпусе плашкоута от волновых воздействий изображены на рис.

82.

Рис. 82. Эпюры дополнительных усилий в корпусе судна от волновых воздействий Мощности тяговых средств (буксиров, транспортирующих плав-систему) определяется по формулам (31) - (35).

Лебедки и якоря для перемещения и раскрепления плавучих систем следует рассчитывать на сочетания нагрузок, приведенных в табл. 24.

Нагрузки и их сочетания при расчете лебедок и якорных закреплений Расчетные нагрузки верховой низовой поперечный верховой низовой поперечный расчетной интенсивности WP = 10 м/с давление на подводную часть плавучей системы максимальное Nmax давление на подводную часть плавучей системы минимальное Nmin Примечание: поперечный ветер действует поперек течения.

Якоря и якорные канаты следует рассчитывать на горизонтальные усилия, определяемые по формулам:

для верховых закреплений для низовых закреплений где Wp, Nmax, Nmin соответствуют формулам (31) - (35).

Минимальная длина якорного каната (расчалки) lmin (в м) определяется из условия, чтобы канат походил к якорю горизонтально (рис. 83). Для этого длина якорных канатов принимается не менее 10-15 наибольших глубин воды на закрепляемом участке.

1 - железобетонный якорь-присос; 2 - строп; 3 - якорный буй; 4 - плашкоут; 5 - якорный плот с плавучим рымом; 6 - папильонажный канат; 7 - якорный канат (расчалка); 8 - весовой якорь (положение до сростки якорного и папильонажного каната) Коэффициент надежности по назначению для стальных канатов принимают n = 3,5 по отношению к разрывному усилию каната в целом. Ориентировочный диаметр каната (в см) можно определить по простой зависимости, где S' берется в тс, и определяется по формуле где - угол в плане между направлением течения реки и расчалкой (см. рис. 52).

Горизонтальное усилие на якорь адмиралтейского типа допускается принимать в пределах 5-6 весов якоря при песчаных и 8 - 12 весов якоря - при глинистых грунтах.

Горизонтальное усилие на железобетонный якорь-присос допускается принимать в пределах 1,3-1, весов якоря, но не более 70% предельного усилия, установленного при испытании якоря.

Пример 5. Выше в примере 2 для забивки железобетонных призматических свай сечением 3535 см длиной 12 м (q2 = 3,6 тс) подобран гидромолот Junttan марки ННК-4 с массой ударной части 4,0 т (q1 = 6,3 тс). Произведем расчет плавучей системы для установки гусеничного копра РМ-20 фирмы Junttan (вес копра Рк = 40 тс = 392 кН), предназначенного для работы данного молота. Работы ведутся в IV ветровом районе (по карте районирования территории России СНиП 2.01.07-85*).

Ширина зеркала воды в межень 440 м, скорость течения воды - 0,5 м/с. Расчетная высота волн - 1, Рис. 84. Общий вид и расчетная схема плавучей системы с копром РМ-20 на 12 понтонах КСк примеру 5) Для установки копра примем плашкоут из 12 понтонов КС-63 (34 шт.) размерами в плане 21,614,4 м, высотой борта 18 м (рис. 84).

Определим необходимый вес противовеса (регулировочного сухого балласта) исходя из условия, чтобы при копре с подвешенным молотом в рабочем состоянии (свая установлена в направляющие, ее вес не действует на копер) стрела копра была вертикальной, т.е. дифферент плавсистемы равен нулю:

где Рр = 40 кН - вес металлической рамы под копер.

Отсюда Рп = (Рк·ак+Рм·ам+Рр ·ар )/ап = (3928,0+61,812,4+407,2)/9,0 = 466 кП.

Принимаем противовес из железобетонных плит объемом Vп = 466/(9,812,4) = 20 м3.

Определим полный вес плавсистемы:

вес понтонов - Qп = (6,28+0,52)9,8112 = 800 кН;

вес остаточного балласта - Qo.б. = 21,614,40,19,811,0 = 305 кН;

веса копра с рамой, молота и сваи указаны выше.

Проверим плавсистему на плавучесть по формуле (41):

где f = 0,9 - коэффициент надежности по нагрузке;

где f = 1,1 - также коэффициент надежности по нагрузке.

Условие (41) выполняется, т.е. Vп > k н.

При расчете плавсистемы на остойчивость вначале по формуле (44) определим среднюю осадку плашкоута:

Положение центра тяжести плавсистемы найдем из уравнения суммы статических моментов всех сил относительно уровня днища плашкоута:

а = (8000,9+3050,05+4662,3+3927,0+61,816+402,1+358,0)/2100-0,78/2 = 2,42 м.

Моменты инерции плашкоута относительно осей х и у равны:

По формуле (43) определяем метацентрические радиусы (так как балластируемых понтонов в данном случае нет, in = 0):

где Vp = 21,614,40,780,97 = 235,3 м3.

Проверяем остойчивость плавсистемы по условию (42):

т.е. остойчивость обеспечивается.

Далее рассчитаем углы крена и дифферента плавсистемы по формуле (46). При этом имеем в виду, что поперечный крен постоянной нагрузкой не вызывается.

Согласно СТП 136-99 [25] нормативная ветровая нагрузка для IV ветрового района составляет w0 = 0,48 кН/м2.

Значения коэффициента k, учитывающего изменение ветрового давления по высоте от уровня воды, составляют:

для плашкоута - 0,75;

для копра - 1,0;

для стрелы, молота, сваи - 1,25.

Аэродинамические коэффициенты для всех элементов, имеющих в данном случае сплошное прямоугольное сечение, с = 1,4.

Значения средней ветровой нагрузки, действующей поперек плавсистемы (без пульсационной составляющей, которая в данном случае не известна):

на плашкоут W1 = w0kc = 0,480,751,421,6(1,8 - 0,78) = 11,2 к11;

на копер - W2 = 0,481,01,474 = 18,8 кН;

на стрелу - W3 = 0,481,251,41,022 = 18,5 кН;

на молот - W4 = 0,481,251,4145 = 4,2 кН;

на сваю - W5 = 0,481,251,40,3512 = 3,5 кН.

Сумма моментов от поперечных ветровых нагрузок (рис. 85):

Мвр = 11,2(1,8-0,78)/2+18,83+18,512+4,215++ 3,56,5 = 370 кН·м.

По формуле (46):

Дополнительная осадка, вызванная креном (формула (45)):

Как видим, дополнительная осадка в 75 мм не столь значительна. Отклонение оси сваи от вертикали на угол 0,01 также находится в допустимых пределах.

Рис. 85. Расчетная схема действия ветровой нагрузки при расчете плавсистемы на Значения средней ветровой нагрузки, действующей вдоль плавсистемы:

на плашкоут - W1 = 14,411,2/21,6 = 7,5 кН;

на копер - W2 = 518,8/7 = 13,4 кН;

на стрелу - W3 = 18,5 кН;

на молот - W4 = 0;

на сваю - W5 = 0.

Сумма моментов от постоянных нагрузок:

Мп = -4660,99+(3928+61,812,4+407,2)1,1 = 837,5 кН·м.

Сумма моментов от временных нагрузок (включающих ветровые нагрузки и вес сваи):

Мвр = 7,5(1,8-0,78)/2+13,43+18,512+3,512,41,1 = 313,8 кН·м.

По формуле (46):

Дополнительная осадка, вызванная дифферентом:

Условия (47) соблюдены, так как по дифференту 1 = 2 = 2(1,8-0,78)/21,6 = 0,094.

Далее рассчитаем корпус судна на прочность.

Наибольший изгибающий момент и поперечную силу в миделе определим по формуле (50):

+1,11,2392(21,6-48,0)+1,11,2(61,8+35)(21,6- Для определения дополнительного изгибающего момента от волновых воздействий вначале определим коэффициенты в формуле (51):

По формулам (51) и (52) определяем дополнительный изгибающий момент и поперечную силу в миделе судна при высоте волн 1,0 м:

М = -0,0930,0121,2870,9714,421,621,09,81 = -91,8 кН·м;

Суммарный изгибающий момент, действующий в одном понтоне:

Суммарная поперечная сила, приходящаяся на один понтон:

По графику на рис. 59, точка с координатами (М', Q') находится внутри предельной кривой, т.е.

прочность корпуса судна обеспечена.

Наконец, рассчитаем мощность якорного закрепления плашкоута, имея в виду, что наибольшие усилия приходятся на верховые якоря.

Ветровая нагрузка расчетной интенсивности уже определена ранее при расчете на остойчивость (поперек плавсистемы, так как при работе плашкоут развернут большей стороной поперек течения реки):

Лобовое давление воды по формуле (33) при скорости течения воды 0,5 м/с Подсчитаем силу трения воды по поверхности подводной части плашкоута по формулам (34), (35):

Кроме того, учитываем нагрузку от волновых воздействий 300 Н/м для реки шириной до 500 м.

Суммарная гидродинамическая нагрузка на подводную часть плашкоута Максимальная нагрузка на верховое якорное закрепление по формуле (55):

Усилие в одном канате расчалки при угле = 30° по формуле (57) Ориентировочный диаметр каната Железобетонный якорь-присос берем весом Qл = 3,7/1,5 = 2,5 тс.