Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 0
низколегированной повышенной прочности класса С46/33 марки 10Г2С1 и углеродистой класса С38/23 марки ВСтЗ.
Изучалась возможность и эффективность частичного примене ния в колоннах и наиболее напруженных балках высокопрочной стали класса С70/60. Исследование показало, что в колоннах за траты металла по сравнению со сталью класса С46/33 (10Г2С1) сокращаются «а 33—41%, а по сравнению со сталью класса С38/23 — на 45—52 %■ При этом клонны внутреннего ряда и угловые колонны наружного каркаса должны приниматься ко робчатого сечения, а рядовые колонны наружного контура с раз личными расчетными длинами в двух взаимно перпендикуляр ных плоскостях — Н-образного.
В делом по копру частичное использование стали класса С70/60 позволяет снизить общие затраты металла на 20—23%, или на 200—240 т.
В качестве примера практического применения сталей высокой прочности в каркасных башенных копрах можно назвать проект копра для подземного рудника Соколовско-Сарбайского горнообогатительного комбината, разработанный институтом Укрпроектстальконструкция. Система указанного копра призматическая, каркасная, высота копра 95,35 м, сечение в плане 21,0X21,0 м, количество подъемов два, машзалов для размещения подъемных машин два (рис. VI. 6). Колонны каркаса башни копра, воспри нимающие все основные нагрузки, расположены с шагом 6,0 и 9,0 м. Высоты этажей 4,1—7,0 м. Связи, обеспечивающие гори зонтальную жесткость всей башни, выполнены раскосной и по лураскосной системы и расположены по всему периметру башни.
Сечение колонн традиционное, Н-образное, сварное из листов. В рассматриваемом проекте копра использованы четыре марки сталей: одна высокопрочная класса С70/60 марки 14Х2ГМР (для наиболее нагруженных колонн), две низколегированные повы шенной прочности класса С46/33 марок 14Г2 и 10Г2С1 и одна углеродистая обычной прочности класса С38/23 марки ВСтЗ.
Затрачено металла: высокопрочной стали класса С70/60 — 241,6 т, или 13,3%; низколегированной класса С46/33 — 751,70 т, или 41,4%; углеродистой класса С38/23 — 824,0 т, или 45,3%.
Обобщая изложеное, можно считать, что применение сталей высокой прочности в башенных копрах каркасной системы явля ется целесообразным и позволит снизить затраты металла на этот вид сооружений. В дальнейшем следует направить исследования на изыскания более эффективных систем каркасных копров, а также на замену тяжелых железобетонных ограждающих кон струкций на более легкие. При выборе высокопрочных сталей желательно ориентироваться на более дешевые марки, что в особенности относится к сталям класса С70/60, стоимость кото рых пока еще высока (например на сталь 12Г2СМФ вместо 14Х2ГМР). Достаточно рациональным окажется и применение стали класса С60/45, например марок 16Г2АФ, 15Г2СФ.
144
ігТ J |
! ТТсИ |
|
|
|
«а 3- |
|
c\j |
® ©
от <о'і
7,5 6,0 7,5
210
© ©
ѳ © © ®
Рис. VI. 6. Башенный копер' подземного рудника Соколовско-Сарбаіі- ского горнообогатительного комбината:
а — технологическая схема (/ — помещения |
машзалов; 2— подъемпые машины; |
||
3 |
— ось ствола); б — поэлементное распределение |
сталей; I — сталь C7Ö/G0; II — |
|
|
сталь С46/33;:/ / / ~ |
сталь |
С38/23. |
10— |
1599 |
|
|
Стальные цилиндрические копры. Поиски новых конструктив ных форм башенных копров, наилучшим образом отвечающих работе высокопрочных сталей и позволяющих совместить в одной конструкции несущие и ограждающие функции, привели к со зданию принципиально новой конструкции — стальных цилиндри ческих башенных копров *. Башня — основная несущая конструк ция этих копров — представляет собой стальную цилиндрическую оболочку, подкрепленную для повышения критических папря-
Рис. VI. 7. Стальной цилиндрический1башенный копер для южного вен тиляционного ствола Запорожского железорудного комбината № 1:
/ — п о м ещ ен и е м а ш з а л а ; 2 — ц и л и н д р и ч е с к а я о б о л о ч к а; 3 — п о м ещ ен и е п о д обо*, р у д о в д н н е; 4 — л ест н и ц ы ; 5 — у ст ье ст в о л а ш ах ты .
жений системой кольцевых и меридиональных ребер, которая одновременно выполняет и ограждающие функции [67].
Основная часть копра — оболочка башни — может быть вы полнена из стали ВСтЗ, а также из сталей повышенной и высо кой прочности. В том и другом случаях затраты металла, объем железобетона и стоимость сооружения значительно сокращаются против копров каркасных систем.
* Система предложена автором.
146
На рис. VI. 7 приведена конструкция стальных цилиндриче ских башенных копров для многоканатного подъема высотой 33 м, сооруженных на Южном и на Северном вентиляционных стволах Запорожского железорудного комбината № 1 *. В обо их копрах вследствие новизны конструкции в качестве материа ла оболочки башни была принята сталь ВСтЗпс.
Конструкция копра состоит из двух основных частей: цилиндри ческой башни и прямоугольной в плане надстройки, в которой размещается машинный зал многоканатной машины. Башня копра представляет собой цилиндрическую оболочку диаметром 6,5 м из листовой стали толщиной 6= 8 мм, состоящую из от дельных колец высотой 2,0 м (за малым исключением), укреплен ных по торцам фланцами из листовой стали. С внутренней сто роны каждое кольцо подкрепляется одним дополнительным горизонтальным ребром, а также вертикальными ребрами, обе спечивающими необходимую местную устойчивость стенки коль ца. Башенный копер с несущей конструкцией в виде тонкостен ной цилиндрической оболочки обладает значительно меньшим весом, объемом железобетона и общей стоимостью, а затраты металла в нем даже несколько ниже затрат стали в железобе тонном варианте.
Применение в оболочке высокопрочной стали взамен стали ВСтЗ оказывается рациональным только при условии создания конструкции, обеспечивающей наиболее полное использование несущей способности высокопрочного материала. Исходя из это го, требованиям наименьшего веса будет отвечать такая оболоч ка, в которой критические напряжения потери устойчивости должны быть максимально приближены к пределу текучести ма териала.
Наиболее полно соответствовать указанному условию будет оболочка с частным расположением продольных ребер — стрин геров и редкими кольцевыми — шпангоутами.
Проектные проработки такого вида оболочек для высоких мно гоподъемных башенных копров для мощных шахт Донбасса по зволили разработать конструкцию стального цилиндрического копра высотой 119 м** (рис. VI. 8). Нижняя часть башни копра до отметки 71,60 представляет собой цилиндрическую тонкостен ную оболочку диаметром 10 м и толщиной’ 6= 6ч-8 мм, верхняя, выше отметки 71,60 ж — каркасно-решетчатую восьмигранную конструкцию, в которой на трех этажах размещаются подъемные машины и другое оборудование. Материалом как цилиндрической оболочки — башни, так и всех остальных ответственных элемен
тов служит сталь класса С70/60 (марки 14Х2ГМР или 12Г2СМФ)
[ 68] .
*Проект института УкрнНИИпроект.
**Работы проводились кафедрой металлических, и деревянных конструк ций КИСИ и институтом Южгипрошахт.
10* |
147 |
Сравнивая технико-экономические показатели стального ци линдрического копра с показателями ряда аналогичных осуще ствленных конструкций копров, в том числе со стальным башен ным копром ствола № 3 им. XXII съезда КПСС в Донбассе, являющимся примером экономического решения стальных ба шенныя копров, видим следующее:
затраты металла по сравнению с расходом стали в железобетон ных копрах составляют около 70%, а по сравнению с металличе скими — 35—45%;
Рис. VI. 8. Стальной цилиндрический башенный ко пер высотой 119 м:
I — п о м ещ ен и е м а ш за л о в ; 2 — ц и л и н д р и ч е с к а я о б о л о ч к а ; 3 — л и ф т и л е с т н и ч н а я к л е т к а ; 4 —-зд а н и е п р и ем ки у г л я ; 5 — о п орн ы й п о р т ал ; 6 — п ри ем д л я за в о д к и п о д ъ е м н ы х со су д о в .
затраты железрбетона меньше, чем в железобетонных кон струкциях в 18—22 раза, и в 4,5—7 раз меньше, чем в метал лических;
вес надземной части сооружения меньше в 8—10 раз, чем в же лезобетонных копрах, и меньше в 4 раза, чем в стальных;
148
общая стоимость строительства меньше в 1,2—1,4 раза, чем железобетонных, и в 1,5—1,8 раза меньше, чем металлических башенных копров традиционных систем (надземной части).
Приведенные данные свидетельствуют о большой эффектив ности как цилиндрической системы стальных копров, так и при менения в них сталей высокой прочности. Однако изготовление таких оболочек из высокопрочной стали представляет известные трудности и этот вопрос подлежит еще более детальному изу чению.
Снижение веса копров для одноканатных подъемов при ча стичном применении высокопрочных сталей будет составлять 15— 25%, количество используемой высокопрочной стали 12—18%. Сталь высокой прочности в надшахтных копрах для одноканат ных подъемов можно рекомендовать при наличии двух или трех подъемов, при разрывных усилиях свыше 100 г и высоте копра более 35 м. В остальных случаях использование высокопрочной стали в такого вида сооружениях является малоэффективным. Изготавливать из высокопрочных сталей следует только наиболее нагруженные элементы головок и основные элементы укосин.
§ 29. Общие направления использования сталей высокой прочности в оборудовании для угольных и рудных карьеров
К числу металлических конструкций, применяемых в горной промышленности, следует также отнести несущие конструкции тяжелого горнотранспортного оборудования для открытых гор ных работ: экскаваторов, отвалообразователей и транспортноотвальных мостов. Параметры и вес этого оборудования велики, затраты сталей на их несущие металлические конструкции зна чительны и для крупных, высокопроизводительных машин исчи сляются сотнями и тысячами тонн.
Одним из эффективных способов совершенствования несущих металлических конструкций горнотранспортного оборудования является применение новых сталей высокой прочности. Ниже приводятся некоторые примеры практического их использования, а также результаты проведенных исследований и проектных проработок [69].
Применение высокопрочных сталей в несущих конструкциях экскаваторов. В технологических металлических конструкциях, применяемых в современном машиностроении, помимо их облег чения, одной из главных задач является повышение надежности
идолговечности конструкций при эксплуатации.
Всвязи с этим в течение ряда лет Уралмашзаводом, Институ том электросварки им. Е. О. Патона АН УССР и ЦНИИЧМ им. Бардина проводилась работа по исследованию, освоению и опробованию в тяжело нагруженных элементах конструкций гу-' сеничных и шагающих экскаваторов высокопрочной стали марок
149
14ХМНДФР и 14Х2ГМР. Ооновной целью применения указанных сталей было не облегчение вес?, а увеличение надежности и сро ка службы машин при эксплуатации в тяжелых условиях север ных районов страны [26].
Так, в цехах Уралмашзавода из указанных сталей были изго товлены балки рукоятей и стрелы к серийному экскаватору ЭКГ-4,6, ковши 'емкостью 15 м3 к шатающему экскаватору ЭШ-15/90, а также ковши емкостью 4,6 м3 для экскаватора ЭКГ-4,6. Балки и стрелы изготавливались "по серийным чертежам, без уменьшения веса.
У экскаваторов ЭКГ-4,6 балки, изготовленные из рядовых низколегированных сталей, обычно выходят из строя через 6—10 месяцев. Эксплуатация экскаваторов ЭКГ-4,6 на комбинате Ураласбест с балками из сталей 14ХМНДФР и 14Х2ГМР показа ла, что срок службы таких балок в несколько раз превышает срок эксплуатации балок из обычных сталей. В связи с этим Уралмашзавод изготовил Норильскому горнометаллургическому комбинату комплект стрел из указанных сталей для экскаваторов ЭКГ-4,6. На Енакиевском и Дружковском карьерах Донецкой области и в Североуральске эксплуатируются экскаваторные ковши с литыми задними стенками из стали 14Х2ГМР. При про ектировании сверхмощного экскаватора ЭШ-80/100 также при менялась сталь 14Х2ГМР.
Широкое применение высокопрочных сталей в узлах тяжелых экскаваторов задерживает низкое значение усталостной проч ности, и применение таких сталей в основном осуществляется в элементах конструкций, работающих на постоянные нагрузки.
Транспортно-отвальные мосты. Одним из важнейших вопросов эксплуатации карьеров является транспорт и отвалообразование вскрышных пород. Наиболее удобно укладвать вскрышку во вну тренние отвали при транспортировании породы по кратчайшему пути поперек разрезной траншеи от места выемки до внутренних отвалов, применяя транспортно-отвальные мосты (в последнее время для этой цели применяются также ленточные отвалообразователи).
Транспортно-отвальные мосты представляют собой сложные передвижные мостовые конструкции, состоящие в основном из пролетной части и отвальной консоли (рис. VI. 9). Их несущие металлические конструкции поддерживают системы конвейеров, а также механическое и электрическое оборудования, восприни мают все действующие нагрузки и передают их через подвижные опоры на грунт. Параметры мостов значительны: вылеты отваль ных консолей 80—200 м, пролеты 100—200 м. Вес несущих ме таллических конструкций 1000—2800 т (при общем весе мостов 2000—5600 т), иногда и больше.
Основной вертикальной нагрузкой на несущие металлические конструкции является их собственный вес и вес установленного оборудования. Временные вертикальные -нагрузки от перемещае
мо