Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf

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

Мост через реку'Уиски находится в штате Калифорния. В нем приняты три марки сталей'; высокопрочная Т-1, А-373 и А-242. Высокопрочная сталь была принята в поясах главных балок, имеющих высоту стенки 3660 мм, в местах наибольших напряже­ ний, т. е. в средней зоне главного пролета. На этом участке тол­ щина поясов из стали Т-1 составляет 50 мм. Если бы на этом

Рис. V. 14. Схема пролетного строения Ныо-Олбанского моста:

1 — в ы со ко п р о ч н ая с т а л ь Т -І; I I — с т а л и о бы чн ой и п о вы ш ен н ой п роч н ости .

участке пояса балки были изготовлены из стали А-242, то их толщина составила бы 115 мм, а при применении стали А-373 — 145 мм.. Таким образом, использование высокопрочной стали Т-І взамен углеродистой позволило снизить толщину поясов главных балок почти втрое [50].

Ныо-Олбанский мост — это двухъярусное сооружение, состоя­ щее из двух арочных пролетов длиной, по 244 м каждый. Постро­ ен с применением высокопрочной стали Т-1 и N-A-XTPA-100, низколегированной стали А-242 и малоуглеродистых сталей А-7 и А-373 (рис. V. 14).

Мост в Калифорнии — ферменный, балочный, построен с при­ менением трех марок стали—высокопрочной Т-1, низколегиро­ ванной А-242 и углеродистой А-373. Мост трехпролетный, с раз-

Рнс. V. 15. Схема пролетного строения ферменного моста в Калифорнии:

I — в ы с о к о п р о ч н ая с т а л ь Т -1; Ц — с т а л и о б ы чн ой и п о вы ш ен н о й п р оч н ости .

бивкой на пролеты длиной 125,5+336,0+125,5 м. Схема моста консольная (крайние пролеты имеют консоли, на которые опира­ ются подвесное пролетное строение главного пролета). Высоко-

133

■прочная сталь применялась в наиболее нагруженных элементах (рис.V. 15) [49].

Мост через пролив Карквинец — сквозной, балочный, общая длина 980 м, разбит на четыре, пролета. При строительстве при­ менены три марки стали: высокопрочная Т-1, низколегированная А-242 и малоуглеродистая А-373. Общие затраты металла со-

Рнс. V. 16. Схема главной фермы моста через пролив Карквинец:

/ — в ы с о к о п р о ч н ая с т а л ь Т-1; //„ — ст ал и о бы чн ой н п о вы ш ен н о й п роч н ости .

ставляют 13340 т. Распределение затрат металла по маркам ста­

стали Т-1 позволило сэкономить на этом мосте около 3000 т низколегированной стали А-242 (рнс. V. 16) [51, 52].

Около тг'Манрое (Вашингтон) осуществлен балочный мост через реку Снохомиш с применением высокопрочной стали SSS-100, что позволило получить значительную экономию метал­ ла по сравнению с вариантом моста при использовании обычных малоуглеродистых сталей. Сталь SSS-100 имеет повышенную коррозионную стойкость, поэтому эксплуатационные расходы по мосту значительно снизились.

Резервуары для хранения нефтепродуктов и воды. Для строи- - тельства резервуаров применяются стали с сгт = 45—90 кг/мм2.

Во многих резервуарах применяется сталь Т-1 с o’=63 кг/мм2. Сталь Т-1А использована для строительства цилиндрического резервуара емкостью 42,8 тыс. м3 диаметром 45,5 м и высотой 26 м в Фолл-Ривер (штат Массачесет, США); резервуара ем­ костью 56,8 тыс. м3 диаметром 83 м и высотой 11 м в Сан-Джоуз (штат Калифорния); цилиндрического резервуара в Ныо-Бран- суике диаметром 23,5 м и высотой 38 м (рис. V. 17) [55]. В по­ следнем случае использование стали Т-1А дало возможность уменьшить толщину листов в нижней части резервуара с 52 до 22 мм, а в верхней — вместо листов толщиной 16 мм из мало­ углеродистой стали применить листы 6,3 мм из стали Т-1А. При этом экономия стоимости составила около 20%-. Сталь Т-1А применялась в США также при изготовлении емкостей для воды.

Из стали Т-1 в Японии были сооружены сферические резерву­ ары диаметром 33,7 м и объемом 19500 м3 каждый. В этих ре­ зервуарах толщина оболочки была принята 19,5 мм вместо 50 лш

134

I' л а в а VI

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЕЙ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

За последние годы в ряде научно-исследовательских, проект­ ных и производственных организаций были проведены работы по опытному использованию высокопрочных сталей в металлических конструкциях сооружений и технологического оборудования гор­ ной промышленности*. В этих конструкциях впервые были при­ менены новые отечественные высокопрочные стали класса С70/60 марок 14Х2ГМР и 14ХМ.НДФР. Сталь 14ХМНДРФ вследствие наличия в ней никеля и меди при одинаковых механических ха­ рактеристиках оказалась дороже стали 14Х2ГМР. Поэтому в качестве основной марки была принята сталь 14Х2ГМР.

Высокопрочные стали применяются еще редко, а поэтому лю­ бой опыт их использования представляет большой интерес. В связи с этим ниже, помимо строительных металлоконструкций, приводятся конструкции горного технологического оборудования, в которых использование высокопрочных сталей оказалось весьма эффективным и дало возможность изучить работу этих сталей под нагрузкой [62].

§26. Применение высокопрочных сталей

вметаллических крепях угольных шахт

Механизированные крепи для очистных работ. При создании горношахтного оборудования, предназначенного для работы в подземных условиях, помимо экономии металла, очень важно со­ кратить вес конструкций. В первую очередь это относится к ме­ ханизированным крепям для угольных лав, требующих значи­ тельных затрат стали.

Механизированные шахтные крепи для лав состоят из гидрав­ лических стоек с опорными плитами и сварных перекрытий (рис. VI. 1). Облегчение гидравлических стоек за счет изменения типов сталей малоперспективно. Перекрытия крепей представ­ ляют собой массовые сильно нагруженные сварные балочные конструкции. Затраты стали на этот вид конструкций исчисля-

* Работы в основном выполнялись в институте электросварки им. Е. О. Па­ тона АН УРСР, на-кафедре металлических и деревянных конструкций Киев­ ского инженерно-строительного института, в институтах Южгипрошахт. Гипроуглемаш и Укрпроектстальконструкция, на Уралмаше, Дружковском ма­ шиностроительном заводе и др.

136

ются десятками тысяч тони в год. Поэтому применение в них сталей наибольшей прочности оправдано.

Для применения сталей высокой прочности был принят как опытный комплекс механизированной крепи М-87Д, в перекры­ тиях которого была использована сталь марок 14Х2ГМР и 14ХМНДФР. Экспериментальные работы проводились в Инсти- -

Рис. VI. 1. Шахтная механизированная крепь:

туте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР с участием ин­ ститута Гипроуглемаш под руководством автора.

Перекрытия М-87Д представляют собой широкие сварные четырехстенчатые коробчатые балки малой высоты, воспринимаю­ щие значительные нагрузки от горного давления.

Вес перекрытия из стали 10Г2С1 при серийном изготовлении составляет 470 кг. Исследования показали, что при применении сталей классов прочности от С70/60 до С100/90 вес перекрытий можно уменьшить до 2,5 раз.

Общие размеры облегченного перекрытия М-87 из стали 14Х2ГМР, эквивалентного по прочности серийному перекрытию М-87Д, представлены на рис. VI. 2, где в скобках для сравнения даны также размеры и толщины элементов серийного перекры­ тия М-87Д из стали І0Г2С1. Применение стали 14Х2ГМР сокра­ тило вес листового металла с 368 до 210 кг, т. е. на 43%, а вес перекрытия целиком с учетом закладных частей, которые были оставлены без изменений, с 470 до 312 кг, т. е. на 33% [63].

В связи с резким уменьшением толщины ребер, и особенно го­ ризонтальных листов, в Институте электросварки им. Е. О. Па­ тона в лабораторных условиях были проведены эксперимен­ тальные исследования перекрытий из стали 14ХМНДФР и 14Х2ГМР в натуральную величину на стенде. Необходимо было определить напряженное состояние, качество сварных соедине­ ний, несущую способность, деформативность, испытать перекры­ тия на кручение, местное продавливание горизонтальных листов, продавливаиие переднего и заднего опорных башмаков, а так­ же определить общую разрушающую нагрузку.

137

Экспериментальные исследования показали хорошее совпаде­ ние теоретических и практических результатов (прогибов и полей напряжений), позволили получить для некоторых видов загружений предельные нагрузки, определение которых теоретически представляет некоторые затруднения (кручение, продавливание

установили надежность работы конструкции.

В результате снижения металлоемкости перекрытий, примене­ ния тонкого листового проката и сварных швов малой толщины общие трудозатраты на изготовление снизились в среднем на 17%. Кроме того, расход сварочных материалов и электроэнер­ гии значительно уменьшился *.

Более 600 штук облегченных перекрытий, установленных на шахтах Донбасса (на шахте № 1 «Центральная» и «Краснолиманская», № 3 и 17—18 РККА, на шахте им. 50-летия Октября, впервые дали возможность практически оценить высокие каче­ ства стали 14Х2ГМР и надежность перекрытий во время эксплуа­ тации.

Обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, опыта изготовления и эксплуатации позволяют считать, что вопрос о возможности и целесообразности примене­ ния новых высокопрочных сталей в перекрытиях механизирован­ ных крепей в принципе решен и эти стали должны найти широкое применение в подобных конструкциях.

Металлические арочные крепи для подготовительных и капи­ тальных выработок. На современных угольных и рудных шахтах все чаще применяются металлические крепи для капитальных

* Данные Дружковского машиностроительного завода.

138