ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ОПАЛУБОЧНЫХ СИСТЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА

Казаков Дмитрий Александрович

канд. техн. наук., доцент Воронежского ГАСУ, г. Воронеж

E-mail: k_di@list.ru

Ефремов Евгений Геннадьевич

аспирант Воронежского ГАСУ, г. Воронеж

E-mail: efremov-eg@mail.ru

INVESTIGATION OF THE DEFORMATION PROPERTIES OF PNEUMATIC FORMWORK SYSTEMS COMBINED TYPE

Dmitry Kazakov

Candidate of Technical Sciences, associate professor of Voronezh SUACE, Voronezh

Evgeny Efremov

Postgraduate of Voronezh SUACE, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье изложена конструкция и принцип работы пневматической опалубочной системы комбинированного типа, методика и результаты экспериментальных исследований деформационных свойств палубы лабораторной модели.

ABSTRACT

The article describes the design and principle of operation of pneumatic formwork systems combined type, the method and the results of experimental investigations of the deformation properties of the deck laboratory model.

Ключевые слова: пневматические опалубочные системы комбинированного типа; современные технологии в строительстве; монолитные железобетонные конструкции.

Keywords: pneumatic formwork systems combined type; modern technologies in construction; monolithic reinforced concrete constructions.

В современном строительстве стремительно увеличивается доля возводимых монолитных железобетонных зданий и сооружений. В связи с этим, совершенствование существующих технологий монолитного строительства, с целью снижения материалоемкости, трудоемкости, стоимости работ, а также повышения производительности труда, является актуальной задачей.

Известно, что существенная доля (до 70 %) затрат при устройстве монолитных бетонных и железобетонных конструкций приходится на опалубочные работы. Существующие опалубочные системы громоздки, тяжелы и зачастую недолговечны. Кроме того, многие из них требуют применения большого количества крепежных и вспомогательных элементов, что негативно сказывается на трудоемкости их сборки и установки.

Одним из перспективных направлений интенсификации опалубочных работ является использование пневматических конструкций в качестве опалубки для возведения монолитных сооружений.

К пневматическим относятся такие конструкции, проектная форма которых и стабилизация под нагрузками реализуется благодаря разнице давлений. Эта разница обеспечивается с помощью газа, жидкости, вспененных материалов или сыпучих тел [2, с. 7].

Идея использования пневматических оболочек в качестве опалубки принадлежит американскому инженеру У. Неффу, который в период второй мировой войны предложил технологию возведения временных зданий для военнослужащих путем набрызга бетонной смеси на пневматическую опалубку в виде полусфер или полуцилиндрических сводов. Данная технология позволяла значительно сократить сроки строительства. Так, две полусферы четырехкомнатного жилого дома диаметром по 7,5 м бетонировали всего за 7 часов [1, с. 12].

Позднее, итальянским архитектором Д. Бини был запатентован способ бетонирования купольных конструкций на пневмодинамической опалубке. По опубликованным материалам фирмы «Бинишеллз», бригада из 6—8 рабочих возводит сферический купол за 3—4 дня.

Богатый опыт применения цилиндрических пневмоопалубок для возведения линейно-протяженных сооружений имеется в Чехии, Словакии и Италии, где были проложены трубопроводы диаметром 1,2—3 м длиной до 10 км.

В нашей стране развитием технологий устройства монолитных конструкций с использованием пневматических опалубочных систем занимались А.Э. Лопатто, З.Л. Майлер, Е.А. Васильев, А.Н. Чернов, Б.И. Петраков, В.В. Ермолов, В.В. Бесалов, А.С. Арзуманов и др. С помощью опытных образцов пневмоопалубочных систем было возведено несколько монолитных железобетонных сводов, диаметром до 32 м.

Обобщение отечественного и зарубежного опытов позволило выявить, что большинство зданий и сооружений, построенных с использованием пневматических опалубочных систем, имеют вид поверхностей вращения.

Однако, на сегодняшний день наиболее распространенными являются монолитные железобетонные здания каркасного типа с плоскими перекрытиями. В связи с этим, возникает необходимость в совершенствовании существующих технологий возведения монолитных конструкций с использованием пневматических опалубочных систем.

Спектр вопросов, связанных с конструированием и эксплуатацией пневмоопалубочных систем весьма широк и многие из них, по-нашему мнению, не достаточно исследованы. Одним из таких вопросов является разработка технологии устройства монолитных пролетных конструкций с использованием пневматических опалубочных систем комбинированного типа.

Комбинированный тип пневматических опалубочных систем характеризуется сочетанием жестких и мягких элементов пневмонапрягаемой конструкции.

Конструктивно, комбинированная пневматическая опалубка представляет собой щит прямоугольной формы, состоящий из пневматического баллона, закрепленного по периметру на несущий каркас и жесткого листа прямоугольной формы, являющегося рабочей палубой щита [3, с. 1]. Принципиальная схема комбинированной пневмообалубки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема пневматической опалубочной системы комбинированного типа. 1 — каркас щита; 2 — пневматический баллон; 3 — жесткий лист, являющийся рабочей палубой щита; 4 — опорный модуль; 5 — избыточное давление, создаваемое внутри пневматического баллона.

Применение пневматической опалубочной системы комбинированного типа предполагает снижение материалоемкости, трудоемкости и стоимости работ, а также повышение производительности труда при возведении монолитных пролетных конструкций за счет снижения массы элемента и уменьшения нормокомплекта опорных конструкций, а также дополнительных элементов и деталей.

Определение технологических и конструкционных параметров работы комбинированной пневматической опалубки не возможно без глубокого исследования деформационных свойств, как отдельных материалов, так и системы в целом. Для проведения указанных исследований разработан испытательный стенд, состоящий из опорного модуля 2, щита пневматической опалубки комбинированного типа 1, рамы 3 с измерительными приборами 4 и компрессора 5. Принципиальная схема испытательного стенда для исследования деформационных свойств пневматической опалубочной системы комбинированного типа представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема испытательного стенда для исследования деформационных свойств пневматической опалубочной системы комбинированного типа.

Методика экспериментальных исследований предполагает оценку деформационных свойств лабораторной модели комбинированной пневматической опалубочной системы при поступательном ступенчатом нагнетании внутреннего избыточного давления p в пневмоопалубке, с последующим ступенчатым загружением соответствующей внешней нагрузкой q рабочей палубы щита (см. рисунок 2).

Общий вид испытательного стенда для исследования деформационных свойств модели пневматической опалубочной системы комбинированного типа представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Общий вид испытательного стенда для исследования деформационных свойств пневматической опалубочной системы комбинированного типа.

Первоначальный этап экспериментальных исследований предполагает оценку деформационных свойств лабораторной модели комбинированной пневматической опалубочной системы при поступательном ступенчатом нагнетании внутреннего избыточного давления в пневмоопалубке, без приложения внешней нагрузки.

Измерение избыточного давления воздуха в исследуемой модели комбинированной пневматической опалубки производится с помощью механического манометра.

Оценку деформационных свойств мягких опалубочных систем, в силу их значительной деформативности, как правило, выполняют бесконтактными способами. Использование жестких листов в качестве рабочей палубы комбинированной пневматической опалубочной системы позволяет производить оценку ее деформаций контактными методами с применением штангенциркуля с глубиномером и цифровым отсчетным устройством.

С использованием разработанного стенда были проведены исследования деформационных свойств модели пневматической опалубки с рабочей палубой из фанерного листа размером 1525 мм х 1525 мм, толщиной 12 мм, жестко закрепленного по контуру на деревянный каркас.

Создание напряженно-деформированного состояния модели производилось нагнетанием воздуха в пневматический баллон электрическим компрессором. Диапазон избыточного давления, создаваемого в пневматической опалубке комбинированного типа, составил от 0 до 8 кПа, с шагом 1 кПа.

В ходе эксперимента отслеживались перемещения точек поверхности рабочей палубы модели, расположенных на главной оси симметрии фанерного листа. Общее количество исследуемых точек — 12. Точки № 0 и № 12 расположены на контуре закрепления листа и являются точками отсчета. Точка № 6 расположена в геометрическом центре рабочей палубы щита. Точки № 1—№ 11 делят поверхность палубы на 10 равных отрезков, шириной 140 мм.

По результатам лабораторного эксперимента были получены зависимости деформаций палубы модели от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона.

На рисунке 4 представлен график зависимости деформаций в центральной точке палубы модели (точка максимальной деформации) от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона.

На рисунке 5 представлен график зависимости деформаций главной оси симметрии палубы модели от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона.

Рисунок 4. График зависимости деформаций в центральной точке палубы модели (точка максимальной деформации) от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона

Рисунок 5. График зависимости деформаций главной оси симметрии палубы модели от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона

Как видно из представленных графиков, зависимость деформаций палубы модели пневматической опалубочной системы от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона, имеет нелинейный характер.

На основании вышеизложенного, можно сделать следующие выводы:

1.  Предварительные лабораторные испытания разработанного стенда показали возможность его применения для решения поставленных задач.

2.  Зависимость деформаций палубы модели пневматической опалубочной системы от избыточного давления, создаваемого внутри пневматического баллона, имеет нелинейный характер.

3.  Для создания математической модели, описывающей зависимости деформации палубы щита пневматической опалубочной системы комбинированного типа от внешней нагрузки и внутреннего избыточного давления, необходимо проведение дальнейших исследований деформационных свойств, как отдельных элементов, так и системы в целом.

Список литературы:

1.Арзуманов А.С. Возведение конструкций с применением пневмоопалубки: теория и технология. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1990. 152 с.

2.Отто Ф., Тростель Р. Пневматические строительные конструкции. Конструирование и расчет сооружений из тросов, сеток и мембран. М.: Стройиздат, 1967. 320 с.

3.Положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности (РОСПАТЕНТ) о выдаче патента от 11.10.12 г. по заявке на изобретение № 2011128167/03(041768).