IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Для временного размещения населения и материально-технических ценностей в зонах чрезвычайных ситуаций, на промышленных предпрятиях, стройках, труднодоступных районах могут использоваться быстровозводимые сооружения. В настоящее время в основном применяются следующие виды быстровозводимых сооружений: контейнерные, сборно-разборные, тентовые, пневматические и возводимые с помощью пневматических опалубок.

Контейнерные сооружения имеют панельное решение, каркас панелей выполнен из стальных профилей или деревянных брусков, обшитых с внешней стороны стальным листом, а с внутренней древесно-волокнистой плитой, либо пластиком. Внутри каркаса имеется утеплитель.

Достоинство таких сооружений высокая степень заводской готовности, высокое качество конструкций. Недостатки таких сооружений: ограничение пролета помещений, значительные экономические затраты при транспортировке так как везем практически воздух.

Сборно-разборные сооружения состоят из ограниченного количества унифицированных элементов (стойки, панели перекрытий и стен).

В качестве ограждающих панелей используются трехслойные конструкции с деревометаллическим или древесным каркасом, обшитые листовым материалом из металла, древесины, цементно-стружечных плит и т.д. Для заполнения стенового пространства используются различные утеплители.

Достоинствами таких сооружений являются: универсальность конструкции, простота монтажа, взаимозаменяемость элементов в процессе эксплуатации. Недостатки таких сооружений: невозможность ручного монтажа, относительно большие сроки и трудоемкость монтажа.

Тентовые сооружения состоят из каркаса и натянутого тента. Достоинствами таких сооружений являются: легкость конструкций, простота монтажа, сейсмостойкость, низкие затраты при транспортировке.

Недостатки таких сооружений: малая прочность конструкций от ветровой и снеговой нагрузки.

Пневматические сооружения представляют собой оболочку внутри которой создается избыточное давление (пневмоопорные) или отдельные баллоны наполненные воздухом соединенные между собой (пневмокаркасные). Достоинства: низкие сроки возведения сооружений, относительно низкая стоимость. Недостатки таких сооружений: малая прочность конструкций от ветровой и снеговой нагрузки, необходимость поддержания определенного давления под оболочкой для пневмоопорных сооружений, высокие теплопотери в холодное время года.

В целом общими недостатками надувных сооружений при использовании в зонах чрезвычайных ситуаций можно считать относительно низкую защиту укрываемых людей и материальных средств от воздействия снеговых нагрузок, ветровых нагрузок, механических нагрузок, огневого воздействия, воздействия колющих и режущих предметов или стрелкового оружия.

Эти недостатки отсутствуют у бетонных и железобетонных сооружений возведенных с помощью пневматических опалубок. Такие конструкции обычно имеют арочную форму, изготовляются из бетона, что позволяет ликвидировать многие недостатки присущие рассмотренным ранее сооружениям. Строительство таких сооружений [1] начинается с устройства фундамента, на котором расправляется и закрепляется пневматическая опалубка. В дальнейшее укладывается арматура и бетонная смесь. Опалубка поднимается в проектное положение и выдерживается до набора прочности.

Основным недостатком возведения таких сооружений является неконтролируемая деформация бетонной смеси при подъеме сооружения и сползание бетонной смеси. Для снижения сползания свежеуложенной смеси, после ее укладки она укрывается «покрывалом» из пленочного материала.

Все приведенное выше позволяет сделать вывод, что при очевидных преимуществах такой технологии возведения сводчатых сооружений она все же сложна и трудоемка. В условиях, когда срок и простота возведения сооружений являются определяющими необходимо другое решение.

Целью исследования явилось создание быстровозводимого сооружения лишенного данного недостатка. Предложена конструкция сооружения (рис. 1) состоящая из наружной и внутренней оболочки из эластичного материала, которые соединены между собой гибкими связями. При этом внутренняя оболочка выполнена из более эластичного материала. Между оболочками расположены перфорированные трубки и сухая фибробетонная смесь на основе быстротвердеющего вяжущего[2].

Рис. 1. Схема предлагаемого сооружения в разрезе

где: 1- основание; 2 – прижимная планка; 3 – внешняя оболочка; 4 – внутренняя оболочка; 5 – сухая смесь; 6 – перфорированные трубки; 7 – патрубок отсоса; 8 – патрубок подачи затворяющей жидкости; ∆P – избыточное давление.

Гибкие связи обеспечивают фиксированное расстояние между оболочками и между перфорированными трубками (рис. 2). Гибкие связи вместе с фибровым армированием препятствуют сползанию сухой смеси при подъеме опалубки.

Рис. 2. Разрез 1-1

где: 1- внешняя оболочка; 2 – гибкие связи; 3 – сухая смесь; 4 – перфорированные трубки; 5 – внутренняя оболочка.

Расстояние между оболочками определяется расчетом на прочность сооружения. Шаг перфорации трубок и расстояние между перфорированными трубками должны обеспечивать полное затворение сухой фибробетонной смеси.

Перфорированные трубки соединены с патрубками для подачи жидкости в трубки расположенными на наружной оболочке опалубки. В верхней части наружной оболочки расположен патрубок отсоса воздуха, вытесненного в результате затворения сухой фибробетонной смеси. У возведенного сооружения наружная оболочка выполняет функцию кровли, а внутренняя оболочка функцию отделки. Гибкие связи и перфорированные трубки выполняют функцию дополнительной арматуры. Такая опалубка изготавливается заранее в заводских условиях и может храниться определенное время на складе.

Технология возведения такого сооружения следующая [3]. Опалубка доставляется к месту возведения сооружения в свернутом состоянии. Разворачивается и герметично крепится по контуру к основанию. В пространство между основанием и опалубкой нагнетается газ (воздух). После принятия опалубкой проектной формы в перфорированные трубки по патрубкам под давлением подается жидкость для затворения сухой фибробетонной смеси. Количество жидкости рассчитывается в зависимости от состава и количества сухой фибробетонной смеси.

После полного затворения, до начала сватывания, сухой фибробетонной смеси производят дополнительный поддув внутренней, более гибкой оболочки. Одновременно производят отсос воздуха, вытесненного в результате затворения сухой фибробетонной смеси через патрубок расположенный в верхней части наружной оболочки. Это позволяет получить окончательную (заданную) толщину конструкции и уплотнить фибробетонную смесь.

В таком положении конструкция выдерживается до набора заданной прочности. Затем подача воздуха прекращается. В сооружении устаиваются окна и двери (ворота) и после этого сооружение готово к эксплуатации.

В ходе дальнейших исследований выяснилось, что при продолжительных сроках хранения сооружений в складах цемент, входящий в состав сухой фиброармированной смеси утрачивает часть своих свойств. В частности снижается активность цемента.

Для устранения этого недостатка предложено усовершенствованное сооружение возведенное на несъемной опалубке [4]. В нем в качестве сухой смеси размещенной между оболочками опалубки, использована фиброармированная песчаная смесь без цемента. В качестве жидкости для затворения сухой фиброармированной песчаной смеси применяется цементное молоко с ускорителями срока схватывания. Кроме этого наружная оболочка опалубки с внутренней стороны имеет гидрофобное покрытие.

Однако все вышеприведенные сооружения на основе пневмоопалубки требовали устройства специфического фундамента, воспринимающего распорную нагрузку от сводчатой части. Было предложено усовершенствованное быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки [5]. Отличительной чертой предлагаемого сооружения является то, что его нижняя часть выполнена в виде гибкого основания, воспринимающего распорные усилия от свода (рис. 3). Дополнительно гибкое основание выполняет функцию пола в готовом сооружении.

В дальнейшем гибкое основание было усовершенствовано и стало в рабочем положении выполнять функцию жесткого пола[6]. Для прохода рабочих под оболочку опалубки устраивают входной шлюз. При необходимости такие сооружения могут подключаться к системам теплоснабжения и утепляться. Применение таких сооружений практически исключает экологические проблемы. Так как исключает грязные процессы при возведении сооружения.

Рис. 3. Схема возведенного сооружения в разрезе

где: 1- основание; 2 – анкер; 3 – сооружение; R – распор; ∆P – избыточное давление.

Для отработки технологии затворения смеси межоболочного пространства были проведены исследования. В качестве материалов межоболочного пространства рассматривались песок, керамзит и гранулированного полистирола. При проведении исследований на фрагментах сооружения варьировались величина давления подаваемой смеси, расстояние между отверстиями в трубках. Как показали исследования процесса затворения, оптимальным заполнителем межоболочного пространства является керамзит. Процесс пропитки керамзита проходит равномернее и при меньшем давлении.

После определения оптимальных параметров и выдерживания фрагментов в течении 30 суток, из них были вырезаны образцы в виде кубиков 5х5х5 сантиметров. Эти образцы были испытаны на сжатие (рис. 4). Испытания проводились в Центре коллективного пользования Воронежского ГТУ, аттестованном в Госстандарте РФ, на сертифицированном оборудовании. Для проведения испытаний использовалась универсальная напольная электромеханическая испытательная система Инстрон (модель 5982), введенная в эксплуатацию в 2013 году. Система прошла поверку №1771/02 от 18.06.2015г. и позволяет производить испытания на сжатие и растяжение с усилиями до 100 кН. Данная система имеет точность измерения перемещения и точность скорости привода ±0,05% от измеряемой величины.

В результате испытаний керамзитобетонные образцы показали прочность на сжатие близкую к прочности мелкозернистого бетона. Таким образом для снижения веса сооружения при транспортировке и подъеме в проектное положения в качестве заполнения межоболочного пространства целесообразно использовать керамзит.

Рис.4. Вид процесса испытания образцов материала заполнителя межоболочного пространства сооружения

Предлагаемое сооружение может иметь следующий вид (рис. 5).

Рис. 5. Вариант вида предлагаемого сооружения

Расчетный размер конструкции высота 3метра, ширина 6 метров, длина 10 метров, толщина конструкции для района г. Воронеж – 5 сантиметров. Предполагаемые срок возведения такого сооружения (бригада 4 человека) одни сутки; трудоемкость возведения – 96 чел-ч; стоимость возведенного сооружения (на 1.08.2010) – 550 тыс. рублей. Температурный режим эксплуатации от – 40^оС до + 40^оС.

Вес сооружения в транспортном положении:

– 7,5 тонны при заполнении межоболочного пространства песком;

- 2,5 тонны при заполнении межоболочного пространства керамзитом фракции 5-10.

Заключение

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Разработаны конструкции быстровозводимых сооружений на несъемной пневматической опалубке. Применение таких сооружений значительно сокращает трудоемкость и сроки возведения.

2. Предлагаемые сооружения могут использоваться для временного размещения людей, материалов, техники на промышленных предприятиях, стройках, в труднодоступных зонах и зонах чрезвычайных ситуаций.

3. На предложенную конструкцию были получены патенты. В настоящее время ведутся исследования по усовершенствованию конструкции и технологии возведения быстровозводимого сооружения.

Список использованных источников

1. Серия «Строитель». Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудование. – М.:Стройинформ, Ростов н /Д: Феникс, 2006. - 424 с.

2. А.с. № 1738974 А1 СССР, кл. Е 04 G 11/04. Пневматическая опалубка для быстрого возведения сооружения / С.Д.Николенко, В.В.Мамулин, М.В.Леонтьев. Бюл. № 21, 1992. – 2с.

3. А.с. № 1749425 А1 СССР, кл. Е 04 G 11/04. Способ возведения сводчатых сооружений./ С.Д.Николенко, М.В.Леонтьев, В.В.Мамулин. Бюл. № 27, 1992. – 3с.

4. Патент № 2371555. Сооружение, возведенное на несъемной опалубке./ Николенко С.Д., Казаков Д.А. Бюл. №30, 2009. – 4с.

5. Патент № 2415237. Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки./ Николенко С.Д., Казаков Д.А., Михневич И.В. Бюл. №9, 2011. – 4с.

6. Патент № 2568461. Сооружение на базе пневматической опалубки./Николнко С.Д., Михневич И.В. Бюл. №32, 2015. - 4с.

Код для цитирования: Скопировать