автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Принципы формообразования, технологии изготовления и монтажа новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности и их экспериментальное обоснование

од

' " л

На правах рукописи

Денисова Алла Павловна

ПРИНЦИПЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА НОВЫХ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОВЫШЕННОЙ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТИ И ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Специальность 05.23.01 Строительные конструкции

здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ПЕНЗА 1998

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете.

Оффициальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор К. К. Нежданов (ПенГАСА),

доктор технических наук, профессор О.Г. Тарасов (ВолгГАСА),

доктор технических наук, профессор Ю.В. Ким (РГОТУПС).

Ведущее предприятие - ОАО "ВНИИМонтажспецстрой"

Защита состоится " 1998г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 064.73.01 по специальности 05.23.01 - "Строительные конструкции здания и сооружения" в ауд.

£71

Э Пензенской государственной архитектурно-строительной акде-мии по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28, ПенГАСА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " " МЗЯ 1998г.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенных печатью, направлять по адресу: 440028, г.Пенза, ул. Г.Титова, 28, Пензенская государственная архитектурно-строительная академия, докторский совет Д064.73.01.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д064. 73. 01, к. т. В., доцент^^__В. А. Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Металл был и остается одним из главных материалов строительного производства. Объемы изготовления и монтажа стальных строительных конструкций в России по-прежнему остаются весьма значительными и сопоставимыми с аналогичными объемами ведущих зарубежных стран.

Удорожание всех видов природных ресурсов, производимой энергии, стоимости труда наряду с большим объёмом применения стали поставило в ряд первостепенных и актуальных задачи экономии металла, снижения массы конструкции, трудоемкости изготовления и монтажа, а также уменьшения транспортных расходов. Решение таких задач должно строиться на основе использования высоких технологий на всех стадиях производства, перевозки, монтажа и эксплуатации металлических конструкций.

Наиболее ярким примером высоких технологий является метод рулонирования. Новая технология дала возможность перенести основной объем сборочно-сварочных работ в стационарные заводские условия, что привело к повышению качества изготовления конструкций, снижению трудоемкости монтажа и сокращению сроков строительства. Возможность представления конструкции в виде полуфабриката - плоской заготовки, свернутой в габаритную конструкцию, привело к значительной экономии транспортных расходов.

Учитывая огромные технико-экономические возможности отечественного метода рулонирования, его мощную индустриальную базу, проводились исследования по расширению высоких технологий этого метода в области металлоконструкций. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли прикладные исследования Г. В. Раевского, Б.В. Поповского, В.М.Дидковского, В.М. Балиц-кого, Г.С. Чолояна, А.П. Москалева, A.C. Саратовского, и др.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. В 70-е годы в отечественном резер-вуаростроении возникла насущная необходимость в строительстве вертикальных стальных резервуаров большой единичной емкости. Разработка резервуаров велась по пути развития "классической конструкции" за счет увеличения геометрических размеров и применения высокопрочной стали марки 16Г2АФ для изготовления стенки.

Применение высокопрочной стали значительно осложнило изготовление, так как потребовало применения особой технологии и специального оборудования для производства сварочных работ, сделало менее безопасным монтаж стенки и формообразование вертикальных и горизонтальных монтажных стыков.

Анализ опыта проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации резервуаров емкостью 100-50000м3 показал, что наиболее экономичными и надежными на любой стадии производства оказались резервуары, для которых были заложены следующие требования: применение метода рулонирования; использование малоуглеродистой ВСтЗсп5 и низколегированной 09Г2С сталей; снижение толщины нижних поясов до 16-17 мм.

В настоящее время эти требования выполнимы для резервуаров емкостью до 30000м3. Поэтому проблема создания и монтажа экономичных и надежных крупных вертикальных цилиндрических резервуаров из рулонных заготовок пока осталась нерешенной.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. В 1962г. Г.В. Раевским был предложен способ изготовления корпусов и труб, который был заложен в основу конструктивных поисков новых рулони-- рованных плоских и пространственных металлических конструкций.

В 60-70-е годы Г.В. Раевский проводил конструктивные по-

иски по созданию первой рулонированной металлической конструкции - плоскосворачиваемой фермы. Однако использование принципов формообразования пневматических надувных конструкций не привело к положительному результату. При раздутии1 происходила потеря общей устойчивости плоской заготовки фермы (она скручивалась). О других исследованиях по созданию плоских рулонированных металлических конструкций автору не известно.

В начале 70-х годов В.М. Дидковским было разработано ру-лонированное покрытие малых вертикальных стальных резервуаров (У=100-400м3) в виде гладкой конусной оболочки. Формирование проектной формы покрытия из плоской заготовки, имеющей специальную выкройку, проводилось на монтажной площадке с помощью несложного инвентарного оборудования. Экономичность нового решения во всех сферах производства была настолько очевидна, что немедленно для резервуаров малых объемов провели замену типовых сборных покрытий на рулонированные.

Дальнейшие исследования в этом направлении показали, что с увеличением диаметра оболочки (Б > 8м) появляется необходимость ее подкрепления. Использование ребер жесткости из традиционных профилей привели к комбинированной конструкций: сборной стропильной системе (внешней) и рулонированному настилу (проекты института КОКСОХИММОНТАЖ). Единичное использование таких решений (при строительстве двух резервуаров объёмом 2000 м3 на Саратовском НПЗ) оказалось малоэффективным и не отвечало поставленной цели.

Для создания ребристых рулонированных оболочек необходимы были не только принципиально новая технология, но и новый тонкостенный профиль. Первые поиски в этом направлении были

проведены в 60-70-е годы Г.В. Раевским и его учениками.

При строительстве в г. Кременчуге резервуара объемом 10000 м3 с плавающей крышей были впервые использованы кольцевые ребра жесткости корпуса в виде плоскосворачиваемых труб. Однако объемные трубчатые сечения образовались не по всей длине ребер, а дискретно, с явно выраженными переломами и плоскими участками. Дальнейшие поиски конструктивного решения ребер не привели к решению поставленной задачи.

На Саратовском заводе резервуарных металлоконструкций проводились конструктивные эксперименты по созданию рулониро-ванных ребристых блоков конического покрытия резервуаров. Причинами отрицательного решения явились как механический перенос принципов формообразования пневматических надувных конструкций, так и неиспользование физических, и механических свойств стали как конструкционного материала.

Следовательно, проблема создания экономичных и надежных рулонированных плоских и ребристых пространственных конструкций пока осталась нерешенной.

ВЫВОД. Учитывая, что на современном этапе в области металлических конструкций метод рулонирования является наиболее прогрессивным, имеющим мощную индустриальную базу и огромный опыт применения его в отечественном резервуаро-строении, задача расширения границ использования этого метода в области металлоконструкций не утратила своей актуальности и в настоящее время.Решение ее позволит значительно увеличить номенклатуру конкурентоспособных рулонированных - конструкций повышенной транспортабельности и тем самым будет способствовать подъёму металлоиндустрии в России.

Целью настоящей работы является расширение границ использования высоких технологий метода рулонирования в области листовых и несущих металлических конструкций за счет создания крупных резервуаров из рулонных заготовок и новых легких ме-

таллических конструкций повышенной транспортабельности для зданий и сооружений различного назначения с комплексом оснастки для их изготовления, транспортирования и монтажа.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Основная задача - найти конструктивные решения корпусов новых крупных вертикальных резервуаров из рулонных заготовок с применением стали 09Г2С.

Для этого необходимо: определить пути снижения давления хранимого продукта на корпус резервуара и разработать принципиальное конструктивное решение оснастки для технологии их монтажа.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. Основная задача -- разработать новые легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности.

Для этого необходимо:

- сформулировать принципы формообразования: нового тонкостенного сварногнутого профиля для рулонированных конструкций; плоских рулонированных конструкций типа балок, стоек, ферм, арок и рам; пространственных рулонированных конструкций типа ребристых пластин и оболочек, гладких пологих оболочек и структурных плит из линейных элементов сварногнутого профиля;

- разработать принципиальные конструктивные решения оснастки и приспособлений для формообразования и технологии изготовления рулонированных конструкций;

- провести апробацию новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности на основе: конструктивного и технологического моделирования; теоретических и экспериментальных исследований формообразования элементов сварногнутого профиля и работы их под нагрузкой;

- разработать основы проектирования и провести технико-

- экономическую оценку новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности.

На защиту автор выносит новые конструкции крупных резервуаров из рулонных заготовок, новые легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности и комплекс оснастки для технологии их изготовления, транспортирования и монтажа.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. На защиту выносятся:

1) три принципа снижения давления хранимого продукта на корпус резервуара;

2) рекомендации по конструктивному решению корпусов трех новых крупных вертикальных цилиндрических резервуаров объёмом 50000-200000 м3 из рулонных заготовок с применением стали 09Г2С и толщиной нижних поясов 17мм;

3) принципиальное конструктивное решение сборно-разборного стенда в двух модификациях и технология разворачивания рулонов корпуса крупных резервуаров на нем.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. На защиту выносятся:

1) принципы формообразования: тонкостенного сварногну-того профиля четырех модификаций для рулонированных конструкций; плоских рулонированных конструкций типа балок, стоек, ферм, арок и рам; пространственных рулонированных конструкций типа ребристых пластин и оболочек, гладких пологих оболочек и структурных плит;

2) рекомендации и принципиальные решения оснастки, приспособлений для технологии формообразования и изготовления плоских и пространственных рулонированных конструкций;

3) конструктивное и технологическое моделирование новых легких конструкций повышенной транспортабельности;

4) теоретические и экспериментальные исследования фор-

мообразования тонкостенного сварногнутого профиля и работы рулонированных строительных элементов сварногнутого профиля на центральное растяжение и сжатие, изгиб;

5) основы проектирования новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности.

Научная новизна работы. На основе проведенных исследований впервые разработаны новые конструкции крупных резервуаров из рулонных заготовок, новые легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности и комплекс оснастки для их изготовления, транспортирования и монтажа, что способствует расширению границ использования высоких технологий метода ру-лонирования в области металлоконструкций для зданий и сооружений различного назначения.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Сформулированы три принципа снижения давления хранимого продукта на корпус резервуара, на основе которых разработаны рекомендации по конструктивному решению корпусов из рулонных заготовок с применением стали 09Г2С и толщиной нижних поясов 17мм: 1) одностенчатых вертикальных стальных резервуаров пониженной высоты (РПВ) объёмом 50000 м3; 2) двухсекционных вертикальных стальных резервуаров (MCP) объемом 100-150тыс.м3; 3) вертикальных стальных резервуаров с преднапряженным корпусом (РПК) объемом 100-200тыс. м3.

Предложены принципиальное конструктивное решение сборно-разборного стенда в двух модификациях и технология разворачивания на нём рулонов корпуса в горизонтальном положении.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. Впервые сформулированы принципы и разработаны рекомендации по формообразованию, конструированию и технологии изготовления: 1) тонкостенного сварногнутого профиля четырех модификаций для металлических

рулонированных конструкций; 2) рулонированных строительных элементов сварногнутого профиля; 3) плоских рулонированных конструкций типа балок, стоек, ферм, арок и рам сварногнутого профиля; 4) пространственных рулонированных конструкций типа пластин и оболочек, подкрепленных ребрами сварногнутого профиля, гладких пологих оболочек и структурных плит из линейных элементов сварногнутого профиля.

Предложены принципиальные решения оснастки, приспособлений для технологии формообразования и изготовления плоских и пространственных рулонированных конструкций;

Впервые проведены: 1) конструктивное и технологическое моделирование изготовления и формообразования плоских и пространственных рулонированных конструкций; 2) экспериментально-теоретические исследования формообразования нового тонкостенного сварногнутого профиля и работы новых рулонированных строительных элементов сварногнутого профиля на центральное растяжение и сжатие, изгиб.

Разработаны основы проектирования новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности.

Достоверность результатов проведенных исследований по разработке новых конструкций крупных резервуаров из рулонных заготовок, легких металлических конструкций повышенной транспортабельности и комплекса оснастки для их изготовления транспортирования и монтажа, определена: 1) шестью авторскими свидетельствами на изобретения и одним патентом; 2) использованием метода конструктивного и технологического моделирования, апробированных теорий расчета цилиндрических и пологих оболочек, гибких пластинок, тонкостенных стержней при обосновании нового тонкостенного профиля и рулонированных конструк-

ций; 3) соответствием результатов расчета на основе предложенных математических моделей, расчетных схем и методик экспериментальным данным, • полученным в работе; 4) соответствием практическому опыту проектирования и эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений на основе использования в практике проектирования и строительства новых легких конструкций повышенной транспортабельности.

Практическое значение результатов проведенных исследований состоит в расширении границ использования высоких технологий метода рулонирования в области металлоконструкций за счет создания новых конструкций корпусов крупных резервуаров из рулонных заготовок и легких конструкций повышенной транспортабельности, разработки основ их проектирования в полном соответствии с современными нормативными требованиями и экспериментально-теоретического апробирования.

Следовательно, результаты исследований дают возможность значительно увеличить номенклатуру конкурентоспособных на отечественном и мировом рынках рулонированных конструкций для зданий и сооружений различного назначения и тем самым будут способствовать подъему металлоиндустрии в России.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований использованы при строительстве, реальном проектировании и разразработке проектных предложений малоэтажных зданий и вертикальных цилиндрических резервуаров, написании монографий, учебного пособия, ведении учебного процесса.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Реализация результатов исследований проводилась в рамках комплексной научно-технической программы "Нефть и газ Западной Сибири", суперпрограммы "Сибирь" СО АН СССР (номер госуд. регистрации С182.9008548) с 1981 г.

по 1987 г. и заключалась в: 1) разработке проектного предложения конструкций крупных резервуаров типов РПВ-50000 м3 и МСР-ЮООООм3 для представления его в институты ВНИИМонтажс-пецстрой и ЦНИИПСК; 2) изготовлении действующей модели сборно - разборного стенда для разворачивания рулонов в горизонтальном положении для представления ее в институт ВНЙИМонтажс-пецстрой и трест Севкавтехмонтаж; 3) ведении учебного процесса на архитектурно-строительном факультете СГТУ: элективные и специальные курсы "Листовые конструкции", темы научно-практической работы со студентами, курсовое и дипломное проектирование.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. Реализация новых легких конструкций повышенной транспортабельности проводилась в рамках хоздоговоров с трестом "Тюменнефтегазмонтаж" и межвузовской научно-технической программы "Технопарк".

Реализация плоских рулонированных конструкций заключалась в разработке типовых проектов каркасных строительных модулей типа КОГО с использованием рулонированных балок, стоек, арок и рам; выполнении альбома проектных предложений и макетов легковозводимых зданий из строительных модулей типа КОПЭ; получении сертификата на изготовление рулонированных балок и стоек; разработке рекламного проспекта на выполнение заказов по проектированию, изготовлению и монтажу легковозводимых зданий различного назначения; разработке трех проектов на стадии КМ рекламно-информационного, производственно-коммерческого и полифункционального центров по заказу технопарков Саратовского государственного технического университета. Самарского государственного аэрокосмического университета и научно-технологического парка "Инновационный центр МГТУ".

- 13 -

Реализация пространственных рулонированных конструкций заключалась в разработке проектов на стадии КМ конструкций рулонированного покрытая в виде ребристой купольной оболочки для типовых вертикальных резервуаров объемом 700-20000М3, строящихся на нефтепромыслах Западной Сибири: монтаже рулони-руемых покрытий при строительстве резурвуаров.объемом 1000 и 5000 м3 на нефтепромыслах Западной Сибири.

Основные результаты исследований изложены в монографии "Легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности".

Основы проектирования, изготовления и монтажа легких металлических конструкций повышенной транспортабельности внедрены в учебный процесс СГТУ: лекции по элективному курсу "Ру-лонированные конструкции", дипломное проектирование, лабораторная работа по дисциплине "Испытание сооружений", учебное пособие "Основы проектирования рулонированных балок и стоек".

Апробация работы. Основные результаты исследований и материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях. Всего зарегистрировано 43 доклада, опубликовано 12 тезисов в 9 сборниках трудов.

Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции и основания сооружений" Саратовского государственного технического университета. Внедрение новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности в практику строительства проводилось на нефтепромыслах Западной Сибири.

Материалы, представленные в диссертации, разрабатывались в основном самостоятельно с привлечением по госбюджетной тематике аспирантов Низимовой О.В. (1985~1989г.), ШеинаА.А., Смолькова А.П. (1996,1997г.), Муртазина М.М. (1997г.) и соис-

кателей Корабельникова H.H., Колосниченко М.П. (1996-1997Г.).

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору Игнатьеву В. А. (ВолгГАСА), д.т.н.. профессору Овчинникову И.Г.(СГТУ) за консультации, к.т.н., доценту Огороднову Б.Е. (ин-т "Сиб-НИПИгазстрой, г.Тюмень), ст. преподавателю Бернику В. 0.(Тюм-ИСИ) за участие в отдельных исследованиях, сотрудникам кафедры СКО СГТУ за помощь в проведении отдельных экспериментов.

Публикации. Материалы работы опубликованы в 40 статьях, монографии, тезисах по докладам, отчетах научно-исследовательских тем, учебных пособиях. Получено 6 авторских свидетельств и 1 патент.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, приложения.

Работа изложена на 500 страницах, содержит 68 рисунков, 36 таблиц, 156 фотоснимков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе над диссертацией анализируются и учитываются конструкторские, экспериментальные и научные труды Г. В. Раевского, Б.В. Поповского, М.К. Сафаряна, B.C. Корниенко, G.M. Би-лецкого, В.М. Балицкого, Т. Т. Стулова, В. Д. Тарана, К. В. Лялина, А.Ф. Суворова, В.М. Голшько, В.М. Дидковского, E.H. Лес-сига. А.Ф. Лилеева, С. И. Веревкина, Г. С. Чолояна, В. И. Трофимова, A.n. Москалева, A.C. Саратовского, E.H. Беленя, В.3. Власова, В.И. Гидалова, В.Ф. Куприянова.

Центральное место в диссертации занимают разработка новых металлических конструкций повышенной транспортабельности, изготавливаемых на основе высоких технологий метода рулони-

- 15 -

рования, и их экспериментальное обоснование.

В первой главе приведены новые конструктивные решения корпусов вертикальных стальных резервуаров (РВС) из рулонных заготовок с применением стали 09Г2С: пониженной высоты, двухсекционных и преднапряженных. Рассмотрены вопросы технологии монтажа корпусов таких резервуаров с применением инвентарного сборно-разборного стенда для разворачивания рулонов. Приведены конструктивные решения инвентарного стенда, технология разворачивания рулонов на нем. технико-экономические показатели.

Анализ опыта проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации РВС емкостью 100 - 50000 м3 показал, что наиболее экономичными и надежными на любой стадии производства оказались резервуары, для которых были заложены следующие требования: 1) применение метода рулонирования; 2) использование малоуглеродистой ВСтЗспб и низколегированной 09Г2С сталей; 3) снижение толщины нижних поясов до 16-17мм.

В настоящее время эти требования выполнимы для резервуаров емкостью до 30000 м3. Поэтому в основу конструктивных решений корпусов крупных резервуаров из рулонных заготовок заложены три принципа снижения давления на низшие пояса стенок до величины, имеющей место в типовых резервуарах РВС-20000 и РВС-30000.

Принцип уменьшения высоты корпуса типового резервуара позволяет увеличить его объем в 2-2,5 раза. Если снизить высоту корпуса типового резервуара объёмом 20000м3 (30000м3) до 7,5м (10,8м), не изменяя при этом толщину его поясов, то можно получить резервуар пониженной высоты (РПВ) объёмом 50000м3 (рис 1). Уменьшение высоты корпуса типового резервуара приводит к увеличению не только его объема,но и занимаемой им пло-

а)

S)

40100

щади, что приводит к увеличению металлоемкости. Однако в ре—- зервуарах типа РПВ снижается

давление на грунт, поэтому применение таких резервуаров может быть оправдано для районов с неудовлетворительными грунтовы-Рис.1. а),б) РПВ-50000м3 ми условиями, где стоимость ну- левого цикла существенно влияет

на общую стоимость сооружения.

Принцип создания компенсирующего давления столба хранимого продукта приводит к созданию многосекционных резервуаров (MCP) объёмом 100-150тыс.м3 из рулонных заготовок (рис.2). - Высота секций уменьша-

1

Л

<Г)

<г-г-> - - -

- — _ -

W800 <3700 51200 . 12200

§

РИС.2. а)МСР-100000м3. б)МСР-150000м3

ется от центра к периферии. Перепад высот рекомендуется Зм<1К4, 5м. Стенка внутренней секции постоянной толщины - (8-16мм) из малоуглеродистой стали ВСтЗспб. Внешняя стенка из стали 09Г2С с толщиной нижних поясов 17мм. Для обеспечения прочности и устойчивости внутренней стенки резервуара поддерживается расчетная величина перепада уровня хранимого продукта в секциях с помощью специального регулятора.

Принцип передачи гидростатического давления дополнительному элементу приводит к необходимости усиления нижних поясов стенки резервуара жестким преднапряженным поясом. Внешнее давление от преднапряжения воспринимается жестким поясом и не передается на стальную стенку. Применение стали марки 09Г2С

для изготовления стенки, высокопрочной проволоки класса Вр-П

и бетона В-60 для изготовления сборного преднапряженно-го пояса позволит строить крупные резервуары объёмом 50000-150000м3, сохранив при этом метод монтажа стенки из Рис.з. РПК а)50000м3,б)100000м3 рулонированных полотнищ - (рис.3).

Монтаж крупных резервуаров типа РПВ, МСР и РПК из рулонных заготовок производится известным эффективным способом с помощью шаблона. Разворачивание рулонов по шаблону рекомендуется выполнять на сборно-разборном стенде, который состоит из нижней опорной плоской части и перемещающихся по ней фиксаторов раздвижной рамы. Фиксаторы, обжимая рулон, контролируют его постепенное "саморазворачивание" по поверхности шаблона, исключая его травмирование (рис.4). После достижения фиксаторами крайнего положения выполняют формирование концевых учас-

Рис.4. Технология разворачивания рулонов на сборно-разборном стенде; а)обжим рулона; б) перемещение фиксаторов и "саморазворачивание" рулона.

а)

8 аэ

}035а

42650

тков развернутого полотнища, наваривают кольцевую площадку и промежуточные ребра жесткости. Затем краном устанавливают полотнище с шаблоном в вертикальное проектное положение.

Разворачивание рулонов корпуса крупных резервуаров по поверхности шаблона на сборно-разборном стенде позволяет: снизить начальные напряжения в стенке резервуара за счет возможности использования эффекта обратного перегиба полотнища при разворачивании; исключить "угловатость" монтажных стыков за счет возможности более тщательно вести подготовку и сварку кромок полотнищ.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют решить актуальную задачу отечественного резервуаро-строения - использование высоких технологий метода рулони-рования при проектировании, изготовлении и монтаже вертикальных стальных резервуаров большой единичной емкости, что способствует существенному расширению границ метода рулони-рования в области листовых конструкций.

Во второй главе сформулированы принципы формообразования нового тонкостенного сварногнутого профиля (СГП) четырех модификаций для рулонированных конструкций, его апробирование на основе конструктивного и технологического моделирования.

В основе формообразования замкнутого СГП лежит деформация избыточным давлением (р=0,2-0,6МПа) предварительно сваренных между собой определенным образом двух,четырех или шести металлических полос. Из двух полос образуется СГП криволинейного чечевицеобразного сечения; из четырех полос - СГП сечением в виде криволинейного треугольника; из шести полос -СГП сечением в виде криволинейного прямоугольника;, (рис.5).

В основе формообразования незамкнутого СГП': "С"- образной формы лежит деформация избыточным давлением двух металлических полос, предварительно скрепленнных между собой дискретны-

А.

г>)

в

Рис.5. Тонкостенный сварногнутый профиль; а), б), в)-замкнутого сечения; г)-незамкнутого сечения; а)-из двух полос; б)-из четырех полос; в)-из шести полос; г)-из двух полос.

ми разъемными связями (рис.5).

Проведенное конструктивное и технологическое моделирование изготовления и формообразования элементов незамкнутого и замкнутого сварногнутого профиля различной конфигурации подтвердило: аналогию СГП с тонкостенными гнутыми профилями, обладающими известным рядом достоинств, и двухэтапность изготовления СГП, которая присуща рулонированным конструкциям.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют определить пути создания новых рулонированных металлических конструкций на основе использования нового тонкостенного сварногнутого профиля.

В третьей главе сформулированы принципы формообразования новых плоских несущих рулонированных конструкций, проведено их апробирование на основе конструктивного и технологического моделирования, разработаны рекомендации по конструированию.

В основе изготовления и формообразования плоских рулонированных конструкций типа балок, стоек, ферм, арок и рам заложен принцип изготовления и формообразования элементов замкнутого сварногнутого профиля, имеющих различные выкройки

Рис. 6. Рулонированные несущие конструкции сварногнутого профиля; а)-балка; б)-стойка; в)-ферма; г)-арка; д)-рама.

плоских заготовок (полос).

РУЛОНИРОВАННЫЕ БАЛКИ конструктивно аналогичны линейным элементам сварногнутого профиля и могут быть постоянной и переменной высоты, однопролетными, многопролетными и шпренгель-ными. Рекомендуемые пролеты балок 3-12м с шагом 3-бм (рис.4).

РУЛОНИРОВАННЫЕ СТОЙКИ конструктивно аналогичны линейным элементам СГП и могут быть изготовлены высотой на один или два этажа. Рекомендуемые высоты таких стоек 3-7,5м (рис.6).

РУЛОНИРОВАННЫЕ ФЕРМЫ в полной мере получить не удалось, так как элементы решетки должны прикрепляться к одному из поясов после формообразования сварногнутого профиля. Рекомендуемые пролеты ферм 12-15м (рис.6).

РУЛОНИРОВАННЫЕ АРКИ конструктивно аналогичны криволинейному элементу СГП, имеющему выкройку по дуге окружности. Рекомендуемые пролеты рулонируемых арок 6-24м (рис.6).

РУЛОНИРОВАННЫЕ РАМЫ конструктивно аналогичны элементу

СГП, имеющему специальную выкройку, повторяющую очертание рам заданного пролета и стрелы подъема. Рекомендуемые пролеты ру-лонируемых рам 6-24м (рис.6).

Таким образом, результаты проведенных исследований позволили расширить высокие технологии метода рулонирования в области металлических конструкций за счет создания новых рулонированных балок, стоек, ферм, арок и рам сварногнутого профиля.

В четвертой главе сформулированы принципы формообразования пространственных рулонированных конструкций; проведено их апробирование на основе конструктивного и технологического моделирования; разработаны рекомендации по конструированию.

Пространственные ребристые рулонированные конструкции типа пластин и оболочек представляют собой металлические полотнища, подкрепленные ребрами сварногнутого профиля, чечеви-цеобразные сечения которых расположены симметрично относительно полотнища (рис.7).В основе формообразования таких конструкций лежит принцип деформации предварительно скрепленных между собой металлических полос и пластины избыточным давлением (р=0,4-0,8МПа), создаваемым в пространстве между ними.

РУЛОНИРОВАННЫЕ РЕБРИСТЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТИПА ПЛАСТИН. На металлическую пластину накладывают ортогональную сетку металлических полос постоянной ширины. Скрепление полос с пластиной осуществляется герметичным сварным швом по всем продольным кромкам полос. При этом концы полос должны быть продолжены за пределы пластины на подкладки. В одном из пересечений полос устраивают штуцер, через который в пространство между полосами и пластиной нагнетают сжатый воздух компрессором.Под действием избыточного давления полосы и пластина деформируются, занимая новое устойчивое положение, с образованием прост-

Рис.7. Ребристые рулонированные пространственные конструкции; 1-пластины; П-цилиндрические оболочки; Ш-пологие оболочки; П-купольные оболочки.

ранственной ребристой конструкции типа пластин (рис.7).

В основе формообразования РУЛОНИРОВАННЫХ РЕБРИСТЫХ ОБОЛОЧЕК лежит принцип подкрепления пластин ребрами сварногнуто-го профиля. В зависимости от выкройки пластин и полос, а также расположения полос на пластине можно получить цилиндрические, конические, купольные оболочки и пологие оболочки двоякой кривизны (рис.7).

РУЛОНИРОВАННЫЕ РЕБРИСТЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ. Если на прямоугольную пластину параллельно одной из ее сторон наварить полосы постоянной ширины, то при формообразовании че-чевицеобразного поперечного сечения ребер (деформации полос и пластины под действием избыточного давления) пластина теряет свою первоначальную плоскую форму - изгибается в направлении, перпендикулярном направлению ребер. Пластина приобретает новое устойчивое криволинейное положение, образуя цилиндрическую оболочку, подкрепленную ребрами сварногнутого профиля

(рис.7). При определенном количестве полос можно получить замкнутую цилиндрическую оболочку, подкрепленную продольными ребрами СГП. Следует отметить, что-рулонированные ребристые цилиндрические оболочки практически можно изготовить только с ребрами, расположенными вдоль образующей.

РУЛОНИРОВАННЫЕ РЕБРИСТЫЕ ПОЛОГИЕ ОБОЛОЧКИ ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ. Если на прямоугольную пластину наварить диагональные полосы линейно переменной ширины, то при формообразовании че-чевицеобразного поперечного сечения ребер (деформации полос и пластины под действием избыточного давления) пластина теряет свою первоначальную плоскую форму - изгибается одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Пластина приобретает новое устойчивое криволинейное положение, образуя пологую оболочку двоякой кривизны, подкрепленную - диагональными ребрами сварногнутого профиля (рис.7).

РУЛОНИРОВАННЫЕ РЕБРИСТЫЕ КУПОЛЬНЫЕ ОБОЛОЧКИ. Если на круглую пластину наварить радиальные полосы линейно переменной ширины, то при деформации полос и пластины под действием избыточного давления пластина теряет свою первоначальную форму - изгибается одновременно в радиальном и кольцевом направлениях. Пластина приобретает новое устойчивое положение, образуя купольную оболочку, подкрепленную радиальными ребрами сварногнутого профиля (рис.7).

РУЛОНИРОВАННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТЕРЖНЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. В основе формообразования рулонированных пространственных стержневых конструкций типа сетчатых оболочек и структурных плит лежит принцип использования рулонированных линейных элементов сварногнутого профиля, плоские (нераздутые) концы которых зажимаются между фасонками узловых элементов (рис.8).

Рис.8. Рулонированные пространственные сквозные конструкции; а)-узловой элемент для односетчатых оболочек; б)-узловой элемент для двухсетчатыхоболочек; в),г),д)-узловые элементы для структурных плит; е)-модуль структурной плиты из элементов сварногнутого профиля.

Для формообразования стержневой пространственной конструкции из рулонированных линейных элементов сварногнутого профиля используется специальный кондуктор, конструктивное решение которого зависит от кристаллографической основы стержневой конструкции и'может быть в виде, например, пентаэдра или тетраэдра (рис. 9).Каркасы кондуктора выполнены из элементов корытообразного профиля (незамкнутого сварногнутого профиля), повернутого открытой стороной внутрь с фальцами по продольным кромкам.

Рис.9. Кондуктор для сборки структурных

плит; а)- раскрывание каркаса 2; б)-пе-

ремещение каркаса 2; в)-по-

ворот каркаса 3 на 180°.

Принцип формообразования пространственных рулонированных стержневых конструкций с использованием специального кондуктора позволяет получать конструкции любого очертания, с проемами и без них практически в любых условиях и районах сборки: акватории океана, космосе, труднодоступных районах России.

РУЛОКИРОВАННАЯ ГЛАДКАЯ ПОЛОГАЯ ОБОЛОЧКА ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ. Конструктивно рулонированные гладкие пологие оболочки на прямоугольном плане представляют собой дутый элемент незамкнуто-

Рис.10. Рулонированные гладкие пологие оболочки

го сварногнутого профиля, образованного из двух металлических полос (рис.5). Поперечное сечение оболочки корытообразное. В зависимости от выкройки полос, можно получить оболочки прямоугольного, треугольного или секториального очертания (рис.10).

Таким образом, результаты проведенных исследований позволили расширить высокие технологии метода рулонирования в области металлических конструкций за счет создания новых рулонированных пространственных конструкций типа: ребристых прямоугольных и круглых пластин; ребристых цилиндрических и купольных оболочек; гладких пологих оболочек; сетчатых оболочек и плит

В пятой главе рассматривается технология изготовления плоских и пространственных рулонированных конструкций, их апробирование на основе технологического моделирования; приводятся принципиальные конструктивные решения специализированного стана и различных приспособлений.

Изготовление плоских и пространственных рулонированных конструкций проводится в два этапа. На первом этапе изготавливают плоские заготовки, на втором этапе с помощью избыточного давления производят формообразование проектной конструкции. При этом, как показало конструктивное моделирование, оба этапа или один из них могут быть выполнены как в заводских условиях, так и на строительной площадке.

В основе технологии изготовления РУЛОНИРОВАННЫХ ПЛОСКИХ КОНСТРУКЦИЙ типа балок, стоек, арок и рам, а также отдельных элементов сварногнутого профиля лежит технология изготовления плоскосворачиваемых труб,для производства которых в 60-е годы применялся специализированный стан. Для возможности автоматизации технологических процессов, повышения качества продукции предлагается модификация этого стана за счет введения дополнительных технологических узлов (рис.11). Плоские заготовки

конструкций после изготовления имеют компактный вид: свернуты в бухты диаметром 1,8-2,5м или сложены в пакеты весом до 5т, что позволяет доставлять их к месту монтажа всеми видами транспорта. То есть рулонированные плоские конструкции - это конструкции повышенной транспортабельности.

. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РУЛОНИРОВАННЫЕ РЕБРИСТЫЕ КОНСТРУКЦИИ типа пластин и оболочек представляют собой плоские или криволинейные мембраны, подкрепленные ребрами (элементами) свар-ногнутого профиля. Изготовление таких конструкций разделено на два этапа. На первом этапе изготавливают плоскую заготовку в виде полотнища с наваренными на нем полосами. На втором этапе производят формобразование пространственной конструкции.

Поэтому в основе технологии изготовления рулонированных пространственных металлических конструкций лежит апробированная многолетним опытом технология изготовления листовых конструкций на двухэтажных стендах для рулонных заготовок. Плос-

Рис.И. Принципиальная схема специализированного стана. 1-узел подачи алюминиевых или стальных лент; 2-узел разметки длины заготовок; 3-узел автоматической сварки; 4-узел контроля качества сварки; 5- узел полуавтоматической сварки; 6-узел устранения сварочных деформаций; 7-узел сворачивания готовых заготовок; 7'- узел полуавтоматической сварки; 7"- узел разрезки; 8- узел пакетирования готовых заготовок

кие заготовки пространственных рулонированных конструкций после изготовления имеют компактный вид: свёрнуты в габаритные рулоны массой до 60т, что позволяет отнести эти конструкции к конструкциям повышенной транспортабельности.

Для удобства формообразования рулонированных конструкций предложены конструкции стационарного штуцера и универсальной струбцины, устанавливаемой на поперечные кромки полос (для плоских конструкций) или выпусков полос (для пространственных конструкций). Использование стационарного штуцера позволяет исключить приварку штуцера, срезку его после раздутия и заг-лушивание (заварку) отверстия. Использование универсальной струбцины позволяет устранить применение штуцера.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют расширить границы использования высоких технологий метода рулонирования за счет применения их при изготовлении новых легких плоских и пространственных металлических конструкций повышенной транспортабельности для зданий и сооружений различного назначения.

В шестой главе приведены экспериментально-теоретические исследования по обоснованию новых металлических конструкций повышенной транспортабельности: предложена математическая модель формообразования сварногнутого профиля, определен закон изменения его по длине элемента; приведены экспериментально-теоретические исследования работы элементов СГП на центральное растяжение и сжатие, изгиб; даны рекомендации по проектированию; приведены экспериментальные обоснования рекомендаций на основе испытаний реальных рулонированных конструкций балок, колонн и фрагмента структурной плиты.

Анализ технологии формообразования сварногнутого профиля позволил ввести следующие допущения: полосы работают как гибкие пластинки при упруго-пластическом цилиндрическом изгибе.

длинные стороны которых сближаются; практически не происходит утонение и увеличение ширины полос; поперечные сечения свар-ногнутого профиля независимо от количества полос, из которых формируются профили,вписываются в фигуру чечевицеобразной формы, образованную пересечением двух окружностей (рис.12).

Для характеристики параметров поперечного сечения свар-ногнутого профиля на любой стадии формообразования (раздутия) введены коэффициенты раздутия (кр) и сжатия (кс).

Коэффициент раздутия характеризует величину взаимного расхождения полос при их деформации и равен отношению высот промежуточного (чечевицеобразного) и предельного (круглого) сечений (рис.10):

кр= Ь/Ьпред. или кр= Ы/в. (1)

Коэффициент сжатия характеризует величину сближения кромок полос при их деформации и равен отношению ширины промежуточного (чечевицеобразного) поперечного сечения к ширине ис-

Рис.12. Математическая модель сварногнутого профиля; а)-из двух полос; б)-из четырех полос в)-из шести полос.

- 30 -

ходного (нераздутого, плоского) поперечного сечения

kc=2a/s. (2)

Коэффициенты раздутия и сжатия изменяются в пределах: 0 < кр< <1; 1 < кс < 2/я. Зависимость между коэффициентами представляет следующий вид:

Sin а = а кс, где а = 4тскр /(я2 кс2 + 4 кр2). (3)

Многочисленные эксперименты показали, что для дальнейших исследований можно использовать принятую математическую модель сварногнутого профиля (рис.12). Однако необходимо учитывать, что величина геометрических характеристик СГП будет завышена (рис.13) по сравнению с истинной (приближение сверху). Поэтому были введены поправочные коэффциенты для геометрических характеристик сварногнутого профиля, которые были получены на основе статобработки результатов экспериментов в зависимости от величины коэффициента раздутия:

Ix=n1p1tnh„3. Iy=n2Mnhn3, I«=n3Mnhn5. Id=n4p4tnhn3. (4) где nj=l,05-0,8; пг=0,78-0,8; n3=l-0.6; n4=l, 1-0,75 - поправочные коэффициенты; = [2a(2+Cos2a)-3Sln2tí]/8а3; рг = (2а--Sin2a)/8a3; = [6a(3+2Cos2a)-Sin2a(l4+Cos2a)]/384a5; р4 = = (2a-Sln2a)s/8a3.

- 31 -

Поперечное сечение СГП по длине дутого элемента переменное: от максимального (чечевицеобразного,круглого) в середине до минимального (исходного плоского) у поперечных кромок. Так как параметры СГП зависят от коэффициента раздутия и сжатия, kp(z/ln) = 0 при z/ln = 0, kp(2/ln) = криах при z/ln = 0,5, кс (z/ln) = 1 при z/ln = О, kc(z/ln) = kcmln при z/ln = 0,5. то, учитывая зависимость между этими коэффициентами, достаточно знать величину коэффициента раздутия и закон изменения его по длине элемента. Этот закон был принят в виде кубического полинома и апробирован экспериментально:

kp(z/1п)=КР m ах[(0,02469+6,3365(z/1п)-

-13, 7474(Z/1„)г+9,9486(Z/ln)3]. (5)

Учитывая, что lt(1=х,у,d,w)=f(кр), закон изменения геометрических характеристик по длине дутого элемента СГП можно записать в виде

Pi » Pi,о[1+Шц(Z/ln)+ffl2i(z/ln)г] (6)

где fit(1=1.2, 3,4)=f(a) - коэффициенты в формуле (4). р1>0 -коэффициенты при amax (kpma}{) в среднем сечении элемента СГП (при z/ln=0,5).

Для формообразования элемента СГП с заданными параметрами была получена зависимость величины избыточного давления от максимального коэффициента раздутия в середине длины элемента p=f(kpmax). Решение задачи выполнено из двух предположений. В первом случае было рассмотрено напряженно-деформированное состояние полос единичной ширины при упруго-пластическом цилиндрическом изгибе и линейной диаграмме работы материала. Величина избыточного давления определялась "обратным ходом" поэтапно, задаваясь функцией прогиба wn « Вп[1-(х/ап)г], с началом координат и амплитудой прогиба Вп в середине полос (п -

этап нагружения): (рп/Е) = [0,75Кп4/(1-1>г) ] 12, 6671ПСП- !/Кп+Гпеп (2, 667/Кп-- 4,267шпСп.1)+4,267п„Сп.1+Ппеп(3,2 -12,342Шпг)+ +еп3(3,2-2,44тпг+1,68шп4), (7)

где Сп_г="|^В1/йп; еп=ВпАп; Кп=1п/ап; тп=КпСп-1; п„=епСп.1.

Во втором случае была рассмотрена балка-полоска единичной ширины в предельном состоянии и диаграммой б-е Прандтля:

р=39,5бтЪп2/1ап2 (Л2 Ко2-4 Крг). (8)

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал, что величина избыточного давления колеблется в достаточно большом диапазоне (от 11% до 270%) и существенно зависит как от толщины полос так и величины коэффициента раздутия. Поэтому сначала были введены экспериментальные поправочные коэффициенты Ш1 и ш к формулам (7) и (8) соответственно, учитывающие толщину полос:

ш=2,4-2,50 и 1^=1,30-1,20 при гп<1мм; т=1,3-1,20 и ¡«1=1,15--1,12 при 1ммап<2мм; т=1,1-1,05 и т1=1,10-1,02 при 2мм<1„< <3мм; т=1,0 и т^О.96-0,92 при 1^>3мм.

Рис.14. Области использования формул для определения величины избыточного давления

После этого были выделены области применения полученных зависимостей (рис.14): в диапазоне 0,1<кртах<0, 8 величина избыточного давления определяется по формуле (7),а в диапазоне 0,8<кргаах< (1 - по формуле (8).

- 33 -

Новый элемент сварногнутого профиля, являясь основой для рулонированных конструкций,относится к элементам тонкостенного профиля холодной гибки. Использование новой технологии для формообразования таких элементов предопределило необходимость проведения экспериментально-теоретических исследований их напряженно-деформированного состояния на двух стадиях: на стадии формообразования (раздутия) и на стадии работы как самостоятельной конструкции (балки, стойки, арки, рамы), так и в составе конструкции (элементы ферм, сетчатых оболочек, структурных плит, ребер жесткости пластин и оболочек).

Отсутствие специальной аппаратуры, регистрирующей большие напряжения и деформации полос на стадии формообразования СГП, не позволило корректно поставить эксперименты и получить достоверные результаты. Это явилось причиной отсутствия и результатов теоретических разработок на этой стадии. В работе приведены исследования напряженно-деформированного состояния элементов СГП при центральном растяжении, сжатии и изгибе как самостоятельной конструкции (балки, стойки), так и в составе пространственной стержневой конструкции - структурной плиты. Теоретические разработки выполнении на основе теории тонкостенных стержней В.З.Власова без учета начального напряженно-деформированного состояния, приобретенного элементом при формообразовании. Это явилось одной из причин расхождения результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Конструктивно элемент сварногнутого профиля представляет собой стержень объемного замкнутого переменного по длине сечения, с плоскими участками по концам, наличие которых и предопределяет особенность работы элемента СГП при действии различных нагрузок (рис.15).

- 34 -

При центральном растяжении плоские концы элементов сварногнутого профиля рекомендуется располагать между узловыми фасонками (рис.16). В этом случае несущая способность элемента определяется с учетом де-лланации поперечного сечения:

б = И/кА, (9)

где к=1,1-1,12 - экспериментальный коэффициент. Если усиление плоских концов не выполнено, то к=1,0.

При конструировании центрально сжатого элемента СГП необходимо учитывать не только наличие плоских концов, расчетную длину, но и качественное предназначение элемента. Для стоек и колонн необходимо, чтобы плоские участки в стержнях отсутствовали, а оголовки и базы были усилены ребрами жесткости на длине (1-1,5)ЬП, (где ширина полос, рис.16). Для элементов стержневых конструкций (ферм, структур, сетчатых оболочек) плоские концы должны быть усилены накладками или зажаты между узловыми фасонками. Для опорных, наиболее нагруженных злемен-

Рис.16. Рекомендации конструктивного решения элементов СГП

тов, плоские концы рекомендуется усиливать накладками и зажимать между узловыми фасонками (рис.16).

Если для изготовления элементов СГП использованы полосы с соотношением параметров: 1ПЛ1„<13,5 для стержневых конструкций и 1ПЛ1П<20 для стоек и колонн, то несущая способность таких элементов определяется из условия обеспечения местной устойчивости:

ИКр = 0,068п1ЕАахгк41пЧп3Л1п7. (Ю)

где Е-модуль упругости в МПа; А-площадь сечения в см2; ах- центральный угол полусечения СГП (в радианах), определяемый при кр х= 0,802кртах; к= 1-1,25 - коэффициент, зависящий от кргаах;'ln.hn.tn - параметры полос в см; т-коэффициент, принимаемый в зависимости от толщины полос: при 1,5мм<Сп<2, Омм т= =1,8-1,2 и при 1п>2мм т=1,0.

Если для изготовления элементов СГП использованы полосы с соотношением параметров: 1п/йп>13,5 для стержневых конструкций и 1П/ЬП>20 для стоек и колонн, то несущая способность таких элементов определяется из условия обеспечения общей устойчивости:

Икр = к!1а£гЕ1х/1пг. (12)

где 0,564<к!<0.562 при 0,75<кргаах<0,95; к=0,99-0, 95 - коэффициент, зависящий от длины плоских концов элемента.

Проверка приведенных выше рекомендаций по конструированию и расчету центрально сжатых и растянутых элементов свар-ногнутого профиля была проведена при проектировании и испытании фрагмента структуры из четырех пирамид размерами 0,7*0,7* О, 5м из стержней с параметрами полос 1п*Ьп*1п=700*53*0,25мм и колонн высотой 3,5м из полос с параметрами 1П*ЬП*1П =3500* *300*2,5мм. Проведенные эксперименты подтвердили правильность разработанных рекомендаций (максимальное расхождение теоретических и экспериментальных величин составило 19%) и доказали возможность использования элементов сварногнутого профиля для

- 36 -

колонн и пространственных стержневых конструкций.

При конструировании изгибаемых элементов сварногнутого профиля необходимо, чтобы плоские концы отсутствовали,а опорные сечения балок были усилены ребрами жесткости (рис.16). Несущую способность балок рекомендуется определять при условии, что сечение постоянное по всей ее длине и равное сечению в середине пролета, проверку общей устойчивости балок сварногнутого профиля можно не выполнять:

б(г) = Мх (2;) /1у _ о, (13)

где I, 0=п2Мп11п3; Рг = (2а-51п2а)/8а3; а- центральный угол полусечения СГП (в радианах), определяемый -при 'кр=кршах.

Для подтверждения предложенных рекомендаций были проведены испытания трех рулонированных балок пролетом 1=4,23м, изготовленных из стальных полос шириной = 300мм. толщиной гп=2,5мм и длиной 1п=4500мм (рис.4). Разрушение балок происходило за счет разрыва сварного шва между полосами. Фактическая несущая способность рулонируемых балок оказалась на 35% выше теоретической. Полученные результаты доказывают возможность использования рулонированных балок в практике строительства. Причем, по расходу стали балки СГП, как и балки из холодногнутых профилей, аналогичны балкам из традиционного горячекатанного фасона.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют сформулировать рекомендации по проектированию новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности для зданий и сооружений различного назначения.

В седьмой главе приведена оценка технико-экономических показателей использования предложенных принципов формообразования конструкций повышенной транспортабельности.

В 1994-1995 гг. на базе технопарка "Волга-техника" при

СГТУ были проведены работы по внедрению плоских рулонирован-ных конструкций для каркасов легковозводимых малоэтажных зданий. В рамках инновационного проекта были разработаны строительные модули типа кооперированных объемно-пространственных элементов арочной, рамной, балочно-стоечной и комбинированной структур. Использование рулонированных плоских конструкций позволило снизить стоимость здания в целом на 13,1-23,6% за счет использования высоких технологий метода рулонирования при их изготовлении, транспортировании и монтаже.

В 1984-1986Г.г. были проведены работы в рамках хоздоговора со Специализированным сварочно-монтажным трестом "Тюмен-нефтегазмонтаж" по внедрению рулонированных ребристых купольных пологих оболочек в качестве стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров объемом 700-5000м3 на нефтепромыслах Западной Сибири. По разработанным проектам были изготовлены и смонтированы рулонированные ребристые купольные покрытия пролетом 10,45м (РВС-ЮООм3) и пролетом 22,36м (РВС--5000м3). Эффект от внедрения был получен за счет снижения расхода стали на 7%,сроков монтажа на 20% и сокращение транспортных расходов на 23,6%. Оценка полной замены типовых сборных покрытий на рулонированные для всех резервуаров расчетного 1989 года для этого треста показала, что суммарный годовой экономический эффект составил 281047руб. (в ценах 1984 года).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенных конструктивных, технологических, теоретических и экспериментальных исследований разработаны: новые конструкции крупных резервуаров из рулонных заготовок, новые легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности; комплекс оснастки и приспособлений для технологии

их изготовления, транспортирования и монтажа; рекомендации по основам проектирования новых конструкций.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Сформулированы три принципа снижения давления хранимого продукта на корпус резервуара, на основе которых разработаны рекомендации по конструктивному решению корпусов трех новых крупных вертикальных цилиндрических резервуаров объёмом 50000-200000 м3 из рулонных заготовок с применением стали 09Г2С и толщиной нижних поясов 17мм.

Разработаны принципиальные конструктивные решения сборно-разборного стенда в двух модификациях и технология разворачивания на нем рулонов корпуса крупных резервуаров по шаблону в горизонтальном положении.

НЕСУЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ. Сформулированы принципы формообразования: тонкостенного сварногнутого профиля четырех модификаций для рулонированных конструкций; плоских рулонированных конструкций типа балок, стоек, ферм, арок и рам; пространственных рулонированных конструкций типа ребристых пластин и оболочек, гладких пологих оболочек и структурных плит.

Разработаны рекомендации и принципиальные конструктивные решения оснастки (специализированного стана, кондуктора), приспособлений (постоянного штуцера, универсальной струбцины) для технологии формообразования и изготовления плоских и пространственных рулонированных конструкций.

Проведена апробация новых плоских и пространственных рулонированных конструкций на основе конструктивного и технологического моделирования формообразования и изготовления малых, большеразмерных и натурных экспериментальных моделей.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования

формообразования тонкостенного сварногнутого профиля и работы рулонированных строительных элементов сварногнутого профиля на центральное растяжение и сжатие, изгиб, на основе которых разработаны рекомендации по основам проектирования новых легких металлических конструкций повышенной транспортабельности.

ВЫВОД: проведенные автором экспериментально-теоретические и конструктивные исследования дали возможность сформулировать принципы формообразования, конструирования, изготовления и монтажа новых легких металлических конструкции повышенной транспортабельности для зданий и сооружении различного назначения, которые привели к достижению поставленной цели - расширению границ использования высоких технологий метода рулонирования в области металлических конструкций

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕМЕ Всего опубликовано 79 работ, из них наиболее полно отражающие результаты исследований, включенных в диссертацию, следующие.

1. Денисова A.n. Исследование напряженно-деформированного состояния горизонтальных цилиндрических резервуаров,- Авторе®. канд. дисс,- Л., 1975. 20с.

2. Использование горизонтальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти в условиях Западной Сибири. //Дальн. индустр. и повыш. кач-ва газопромысл, строит-ва в усл. севера Тюм. обл.: Сб. Трудов ВНИЙСТ. М., 1978. С. 105-113.

3. A.c. 635209 (СССР). Многосекционный резервуар /Васильев К.И., Огороднов Б.Е., Денисова А.П.-Опубл. в Бй.,1978, N 44.

4. Огороднов Б.Е., Денисова к.П. К проблеме строительства крупных резервуаров в Западной Сибири. //Дальн. индустриал, и повышение качества газопромысл. строит-ва в условиях Севера Тюм. обл.: Сб. Тр. ВНИИСТ.М.,1978. С.29-34.

5. Денисова А.П. Легкие металлические конструкции. //Строи-

тельство объектов всесоюзной комсом.-молод, стройки Тобольского НХК: Труды научн.-практ. конф. Тюмень, 1980. С.75-78.

6. Денисова А.П. Резервуары большой единичной емкости. //Исследования в области строительных конструкций, материалов и Эффективность капитальных вложений. НТО "Стройиндустрия". Саратов, 1982. С. 8-12.

7. Огороднов Б.Е. .Денисова А.П. Новые конструкции крупных резервуаров для хранения нефти. //Проблемы освоения Западно -Сибирского энергетич. комплекса: Тезисы докл. 1-ой республ. научно-техн., конф. Уфа, 1982. С.27-31.

8. A.c. 1073415 (СССР). Способ сооружения резервуаров из ру-- лонируемых полотнищ и устройство для разворачивания полотнищ

/Денисова A.n.- опубл. в БИ, 1984, N6.

9. А.с. 1108178 СССР, МКИ3 Е04 В 7/08. Купольное покрытие / Денисова А.П., Берник В.0.// БИ, 1984. N30.

10. Денисова А.П., Аппак А.Г. Некоторые вопросы технологии монтажа и капитального ремонта резервуаров типа РПК. ■ // Реф. Ж. "Нефтепромысл. дело и транс, нефти: М.: ВНИИОЭНГ,1984, N10.

11. Денисова А. П., КизимаваО.В. Применение новых элементов сварногнутого профиля в пространственных стержневых конструкциях. //Вопросы соверш. пространств.констр.:Тезисы докл. на-учно-техн. конф.-Волгоград, 1985. С.51-53.

12. A.c. 1219770 (СССР). Устройство для разворачивания полотнищ /Денисова А.П.- Опубл. в БИ, 1986, N11.

13. Денисова А. П. Повышение безопасности работ при монтаже крупных резервуаров. - Экспресс-инф.: Серия. Транспорт и хран. нефти и нефтепродуктов, вып. З.-М.: ВНИИОЭНГ, 1986. С. 6-12.

14. Денисова А. П. Рулонируемое покрытие вертикальных металлических резервуаров,- Экспресс-информация.: Серия: Транспорт и

хран. нефти и нефтепрод,вып.З.-М.: ВНИИОЗНГ. 1986. С. 6-12.

15. Денисова А.П., Берник В.О.Рулонируемое купольное покрытие резервуаров.-//Пробл. освоения нефтегаз. ресурсов Зап. Сиб.: Межвуз. сб. научн. трудов.-Тюмень, ТГУ, 198S. С.60-64.

16. Денисова А.П.,Кизимова 0.В. Резервуар РПК-50000 с предварительно напряженным корпусом.-Информ. листок.-Саратов, N36-87.

17. Денисова А.П., Кизимова О.В. Структурная плита из элементов сварногнутого профиля.-Информ. листок.-Саратов, N35-87.

18. Денисова А.П., Кизимова О.В. Соединение стержней в пространственных конструкциях.-Информ.лист.-Саратов, N95-87.

19. Денисова А.П., Воронин В.Е., Кизимова О.В. К вопросу применения нового элемента сварногнутого профиля в сетчатых оболочках. -Деп. в ВНИИСД 8268, 1988.-21с.

20. A.C.1389907, МКИ В21 D26/02. Способ изготовл. корытообр. изделий /Москалев Н.С..Денисова А.П..Берник В.0.//БИ, 1988.N15.

21. Архипов В.Н.. Денисова А.П.. Кизимова О.В. Устойчивость тонкостенного стержня сварногнутого профиля.- Деп.в ВНИИС N9198, 1989. - 30с.

22. Денисова А.П. Легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности,- Саратов: Изд-во СГУ, 1989.-74с.

23. Денисова А.П. Плавающие крыши вертикальных стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.-Обзорн. информ. Серия Транспорт и хран. нефти, вып.1(16).-М.: ВНИИОЗНГ. 1989.

24. A.c. 1601302 СССР, МКИ3 Е04 G 21/26. Устройство для сборки пространственных конструкций/ А.П.Денисова// БИ, 1990.

25. Денисова А.П., Ефименко И.Б., Кизимова О.В. Технико-эко-номич. зффективн. применения рулонируемого покрытия для вертикальных резервуаров.- Экспресс информ. Серия Транспорт и хранение нефти и нефтепрод, вып.2.-М.:ВНИИОЗНГ. 1992. С.21-25.

26. Атоян В.Р., Кудрявцев В.В., Денисова А.П. Легковозводимые здания модульного типа для технопарковых структур,- // Разраб. и созд. научно-технол. парков, инновац. бизнесцентров и инкубаторов бизнеса в сист. Высшей школы России: Тез. докл. научно-практич. конф.- Тверь, ТГУ, 1993. С.21-23.

27. Денисова А. П. Легкие металлические конструкции //Экология и прогрессивные технологии в строительстве для условий Сибири и Севера. Тез. докл. респ. научн.-техн. конф. с междунар. участием. Барнаул.: АГТУ, 1993. С.23-25.

28. Овчинников И.Г., Денисова А.П., Шеин A.A. Прочностной мониторинг метал, резервуарных конструкций и его информационное сопровождение. Сб. докл. 1-ой межд. конф. "Научно-технич. проблемы прогнозир. надежности и долговечн. метал, констр. и методы их решения",- С-Петербург, С-ПбГТУ, 1995. С.173-177.

29. Денисова А. П., Еремин А.П., М.Ф. Федоров. Рулонированные металлические балки// Совершенств, строит, констр., архитект. реш., технологии и организ. строит-ва. Тезисы научно-технич. конф. Саратов.: СГТУ, 1996. С. 114-119.

30. Денисова А.П., Кизимова О.В. Рулонированные металлические конструкции// Совершенств, строит, констр., арх. реш., технологии и организ. строит-ва. Тез. научно-техн. конф.Саратов.: СГТУ. 1996. С.105-109.

31. Денисова А.П., Корабельников Н.Н. Сооружение резервуаров больших объемов //Соврем.технол. в промышл., строит-ве и высш.образ.: инновации, опыт, проблемы, перспективы: Меавуз. науч-мет. конф. Тез. докл. 1996 г. Камышин. 1996. С.227-228.

32. Денисова А.П., Колосниченко М.П. Корпус крупных вертикальных стальных резервуаров из рулонных заготовок // Совре-мен. технологии в промышл., строит-ве и высшем образовании:

инновации, опыт, проблемы, перспективы: Межвуз. науч-мет. конф. Тезисы докладов 1996 г. Камышин. 1996. С.228-230.

33. Денисова А. П.. Смольков А.П. Рулонированные стационарные покрытия вертикальных стальных резервуаров// Соврем, технологии в промышл., строит, и высшем образ.:инновации, опыт, проблемы, перспективы: Межвуз. науч.-мет. конф. Тез. докл. 1996. Камышин. 1996. С. 371-373.

34. Овчинников И.Г.,Денисова А.П., Шеин A.A. Первые конструктивные формы резервуаров больших объёмов, возводимых методом рулонирования. // Соверш. строит, констр., арх.реш.,техн. и организ. строит-ва, часть1.-Саратов, СГТУ, 1996. С. 81-87.

35. Овчинников И.Г., Денисова А.П., Шеин A.A. Анализ проблем повышения надежности вертикальных стальных цилиндрических резервуаров и пути их решения. Дел. в ВИНИТИ N 2881-В96. 32 с.

36. Овчинников И.Г., Денисова А.П., Смольков А.П.К вопросу о строительной экологии внедрения рулонированных стационарных покрытий вертикальных резервуаров. Тез. докл. на мекд. конф. ЭМ0-96. Солигорск. - Минск, БГПА, 1996. С.104.

37. Денисова А.П.,Смольков А.П. К вопросу повышения техники безопасности при монтаже стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров. //Соверш. технол. и организ. строительства. Межвуз. научн. сб.-Саратов, СГТУ, 1997. С.17-22.

н-'зз~ ¿у

Денисова Алла Павловна

ПРИНЦИПЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА НОВЫХ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОВЫШЕННОЙ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТИ И ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Специальность 05.23.01 Строительные конструкции

здания и сооружения

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

САРАТОВ 1998 г.

— 2 -ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................................9..

Глава 1. Принципы конструирования и монтажа корпусов крупных резервуаров на основе метода руло-нирования .......................................42.

1.1. Современное состояние строительства вертикальных стальных резервуаров больших об"емов ............42.

1.2. Принципы конструирования корпуса крупных резервуаров из рулонных заготовок ......................46.

1.2.1. Основные требования конструирования.........46.

1.2.2. Уменьшение высоты корпуса типового резервуарабО.

1.2.3. Создание компенсирующего^давления столба хранимого продукта..............................52.

1.2.4. Передача гидростатического давления дополнительному элементу ...........................53.

1.3. Крупные вертикальные стальные резервуары пониженной высоты......................................54.

1.3.1. Конструкция корпусов резервуаров пониженной высоты из рулонных заготовок................54.

1.3.2. Экономические аспекты применения резервуаров пониженной высоты ........................... 58.

1.4. Крупные вертикальные стальные многосекционные резервуары ........................................59.

1.4.1. Конструкция корпусов многосекционных резервуаров из рулонных заготовок..................59.

1.4.2. Экономические аспекты применения многосекционных резервуаров из рулонных заготовок____67.

1.5. Крупные вертикальные стальные резервуары с пред-напряженным корпусом............................68.

1.5.1. Конструкция преднапряженного корпуса резервуара из рулонных заготовок ...................68.

1.5.2. Экономические аспекты применения резервуаров

с преднапряженным корпусом..................72.

1.6. Принципы монтажа вертикальных стальных резервуаров большого объёма из рулонных заготовок...........74.

1.6.1. Современное состояние технологии монтажных работ при формировании корпуса резервуаров... 74.

1.6.2. Принципы конструирования сборно-разборного стенда для разворачивания рулонов в горизонтальном положении..........................77.

1.6.3. Принципы технологии разворачивания рулонов на сборно - разборном стенде ...................80.

1.6.4. Принцип формирования корпусов крупных резервуаров из рулонных заготовок................88.

1.6.5. Экономические аспекты предлагаемого способа формирования корпуса крупных резервуаров ____91.

ВЫВОДЫ ПО 1-ой ГЛАВЕ .................................93.

Глава 2. Принципы формообразования элемента нового

сварногнутого профиля ........................... 96.

2.1. Современное состояние развития новых эффективных профилей........................................96.

2.2. Принцип формообразования нового замкнутого сварногнутого профиля ............................... 99.

2.2.1. Формообразование сварногнутого профиля из двух полос .................................. 99.

2.2.2. Формообразование сварногнутого профиля из четырех полос .................................100

2.2.3. Формообразование сварногнутого профиля из ше-

- 4 -

сти полос ...................................103

2.3. Принципы формообразования дутого элемента незамкнутого сварногнутого профиля ....................104

2.4. Конструктивное моделирование формообразования элементов сварногнутого профиля.................106

2.5. Рекомендации по формообразованию элементов сварногнутого профиля...............................115

ВЫВОДЫ ПО 2-ой ГЛАВЕ.................................116

Глава 3. Принцип формообразования плоских рулонированных

конструкций .....................................117

3.1. Современное состояние развития плоских рулонированных конструкций..............................117

3.2. Принцип формообразования рулонированных балок ...118

3.2.1. Принцип конструирования рулонированных балок 118

3.2.2. Конструктивное моделирование формообразования рулонированных балок........................120

3.2.3. Рекомендации по формообразованию рулонированных балок...................................127

3.3. Принцип формообразования рулонированных стоек ...128

3.3.1. Принцип конструирования рулонированных стоек.128

3.3.2. Конструктивное моделирование формообразования рулонированных стоек........................129

3.3.3. Рекомендации по формообразованию рулонированных стоек...................................133

3.4. Принцип формообразования рулонированных ферм____134

3.5. Принцип формообразования рулонированных арок____139

3.5.1. Принцип конструирования рулонированных арок .139

3.5.2. Конструктивное моделирование формообразования рулонированных арок.....................141

3.5.3. Рекомендации по формообразованию рулониро-

ванных арок.................................145

3.6. Принцип формообразования рулонированных рам.....146

3.6.1. Принцип конструирования рулонированных рам .146

3.6.2. Конструктивное моделирование формообразования рулонированных рам......................147

3.6.3. Рекомендации по формообразованию рулонированных рам ..................................152

ВЫВОДЫ ПО 3-ей ГЛАВЕ ................................. 153

Глава 4. Принцип формообразования пространственных рулонированных конструкций .......................... 155

4.1. Современное состояние развития пространственных рулонированных конструкций ...................... 155

4.2. Принципы формообразования пространственных ребристых конструкций типа пластин ................. 157

4.2.1. Принцип подкрепления конструкций типа пластин ребрами свароногнутого профиля .......... 157

4.2.2. Конструктивное моделирование формообразования рулонированных пространственных ребристых конструкций типа пластин ................ 159

4.2.3. Рекомендации по формообразованию пространственных рулонированных ребристых конструкций типа пластин ............................ 172

4.3. Принципы формообразования рулонированных ребристых цилиндрических обоолочек ................. 174

4.3.1. Принципы подкрепления цилиндрических оболочек ребрами сварногнутого профиля ........... 174

4.3.2. Конструктивное моделирование формообразования ребристых цилиндрических оболочек.......180

4.4. Принципы формообразования рулонированных ребристых пологих и купольных оболочек ............. 190

4.4.1. Принцип формообразования ребристых пологих оболочек .................................... 190

4.4.2. Принципы формообразования рулонированной ребристой купольной оболочки .................. 195

4. 5. Принципы формообразования рулонированных стержневых пространственных структурных плит ......... 208

4.6. Принцип, формообразования рулонированной гладкой пологой оболочки ............................ 215

4.6.1. Принцип конструирования гладкой пологой оболочки .......................................215

4.6.2. Конструктивное моделирование формообразования гладких пологих оболочек сварногнутого профиля .....................................217

4.6.3. Рекомендации по формообразованию рулонированных гладких пологих оболочек .............219

ВЫВОДЫ ПО 4-ой ГЛАВЕ.................................223

Глава 5. Основы технологии изготовления рулонированных

плоских и пространственных конструкций..........226

5.1. Технология формообразования рулонированных плоских конструкций.................................226

5.1.1. Изготовление элементов сварногнутого профиля 226

5.1.2. Технология изготовления рулонированных балок и стоек.................................238

5.1.3. Технология изготовления рулонированных арок

и рам.......................................238

5.2. Технология формообразования рулонированных пространственных конструкций.......................242

5.2.1. Изготовление плоских заготовок конструкций типа пластин и оболочек .....................243

5.2.2. Технология формообразования конструкций типа ребристых пластин ...........................244

5.2.3. Технология формообразования конструкций типа ребристых оболочек..........................245

5.2.4. Технологическое моделирование изготовления рулонированных пространственных конструкций .246

ВЫВОДЫ ПО 5-ОЙ ГЛАВЕ..................................253

Глава 6. Экспериментальное обоснование легких металлических конструкций повышенной транспортабельности ..255

6.1. Экспериментальное обоснование элемента сварно-гнутого профиля................................. 255

6.1.1. Физическая картина образования сварногнутого профиля ..................................... 255

6.1.2. Математическая модель сварногнутого профиля .260

6.1.3. Коэффициенты раздутия и сжатия..............265

6.1.4. Экспериментальная проверка модели сварногнутого профиля .............................267

6.1.5. Экспериментальное определение поправочных коэффициентов для геометрических характеристик сварногнутого профиля ...................274

6.1.6. Экспериментальное определение закона изменения поперечного сечения сварногнутого профиля по длине элемента...................277

6.1.7. Величина избыточного давления при формообразовании сварногнутого профиля .............281

6.2. Работа элементов сварногнутого профиля под нагрузкой и рекомендации по расчету ...............290

6.2.1. Работа элементов сварногнутого профиля на центральное растяжение ...................... 290

6.2.2. Работа элементов сварногнутого профиля на центральное сжатие..........................300

6.2.3. Проверка достоверности рекомендаций по конструированию и расчету центрально нагруженных элементов сварногнутого профиля ......... 318

6.2.4. Работа элемента сварногнутого профиля на изгиб.......................................334

ВЫВОДЫ ПО 6-ой ГЛАВЕ.................................348

Глава 7. Промышленное внедрение. Технико - экономический эффект предложенных принципов формообразования конструкций повышенной транспортабельности......350

7.1. Технико-экономический аспект строительства крупных вертикальных стальных резервуаров из рулонных заготовок ...................................351

7.2. Технико-экономический аспект использования рулонных несущих металлических конструкций........353

7.2.1. Технико-экономические аспекты использования нового сварногнутого профиля................353

7.2.2. Технико-экономические аспекты использования плоских рулонированных конструкций..........359

7.2.3. Технико-экономические аспекты использования пространственных рулонированных конструкций .367

ВЫВОДЫ ПО 7-ой ГЛАВЕ .................................374

Заключение...............................................376

Список использованной литературы ......................... 390

Приложения...............................................402

- 9 -ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

В настоящее время одним из условий подъема строительной индустрии России является создание конкурентнослособных конструкций на основе использования высоких технологий при их изготовлении и монтаже.

Металл был и остается одним из главных материалов строительного производства. Объёмы изготовления и монтажа стальных строительных конструкций в России по-прежнему остаются весьма значительными и сопоставимыми с аналогичными объемами ведущих зарубежных стран.

Удорожание всех видов природных ресурсов, производимой энергии, стоимости труда, наряду с большим объёмом применения стали поставило в ряд первостепенных и актуальных задачи экономии металла, снижения массы конструкции, трудоемкости изготовления и монтажа, а также уменьшение транспортных расходов. Решение таких задач должно строиться на основе использования высоких технологий на всех стадиях производства, перевозки, монтажа и эксплуатации металлических конструкций.

Наиболее ярким примером высоких технологий является метод рулонирования. Этот метод был предложен в 40-е годы Г.В.Раевским для изготовления и монтажа вертикальных стальных резервуаров /95-98/. Суть метода состоит в представлении элементов конструкций оболочечного типа в виде плоских разверток, которые изготавливаются из отдельных листов на специальных двухэтажных стендах в заводских условиях /24,25/.

Использование принципа временного деформирования позволил весь процесс от изготовления до создания проектной формы

- 10 -

конструкции разделить на несколько этапов /1,19,20,30,88/:

1-ый этап - ийовление негабаритной конструкции в виде плоской заготовки;

2-ой этап - превращение плоской заготовки в габаритную конструкцию путем сворачивания ее в рулоны;

3-ий этап - превращение габаритной конструкции в конструкцию с требуемыми параметрами путем разворачивания рулонов до проектных размеров.

Новая технология дала возможность перенести основной объем сборочно-сварочных работ в стационарные заводские условия, что привело к повышению качества изготовления конструкций, снижению трудоемкости монтажа и сокращению сроков строительства. Возможность представления конструкции в виде плоской заготовки, свернутой в габаритную конструкцию, привела к значительной экономии транспортных расходов.

Метод рулонирования, начиная с 1954 года, является основным при проектировании, производстве и возведении листовых конструкций. Значительный вклад в совершенствование этого метода (разработка стендов для рулонных заготовок, методов монтажа, теоретических основ сварки, сворачивания полотнищ в габаритные рулоны и т. п.) внесли ведущие институты страны: институт электросварки им. 0. Е.Патона, ЦНЙИПСК, ВНИИМОНТАЖСЛЕЦС-ТРОЙ, ВНИИСТ, ГИПРОНЕФТЕМАШ, НИИХИММАШ, КОКСОХИММОНТАЖ. Здесь уместно отметить основополагающие разработки в этом напрале-нии Г.В. Раевского, Б.В. Поповского, М.К. Сафаряна, B.C. Корниенко, С. М. Билецкого, В. М. Балицкого, Т. Т. Стулова, В. Д. Тарана, К. В. Лялина, А.Ф. Суворова, В.М. Голинько, В.М. Дидков-ского, E.H. Лессига, А.Ф. Лилеева, С.И. Веревкина и др /1,2, 4, 5,7,19, 20, 24, 25, 30, 31, 64,67, 68, 70, 87, 89,90-98, 104,105,107/.

Учитывая огромные технико-экономические возможности отечественного метода рулонирования, его высокие технологии, было построено пять специализированных высокооснащенных заводов ре-зервуарных металлоконструкций в г. г. Саратове, Самаре, Новокузнецке, Уфе, Ростове /104,94/. Листовые конструкции (резервуары, газгольдеры, бункера, силосы, трубопроводы большого диаметра, специальные конструкции металлургической, химической и других отраслей промышленности, дымовые и вентиляционные трубы, сплошностенчатые башни и градирни, защитные оболочки и т.п.) из рулонных заготовок получили заслуженное одобрение на мировом рынке и поставлялись во многие зарубежные страны /1,2, 19, 20, 22,24, 25/67, 69, 70, 91-94,100/.

В процессе совершенствования самого метода и его технического оснащения проводились исследования по расширению высоких технологий метода рулонирования, увеличению номенклатуры рулонированных изделий. В 60-70-е годы особенно бурно проводились поиски новых рулонированных конструкций различных форм и назначения. Это и резервуары большого объёма, плавающие крыши и понтоны, нефтяные и газосборные трубы, большепролетные покрытия. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли прикладные исследования Г. В. Раевского, Б. В. Поповского, В.М.Дидковского, В.М. Балицкого, Г.С. Чолояна, В.И. Трофимова, А.П. Москалева, A.C. Саратовского, и др/4,5,10,12-15, 24, 25, 31, 34, 64, 66,100,107/.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. В 70-е годы в отечественном резер-вуаростроении возникла насущная необходимость в создании конструктивных решений вертикальных стальных резервуаров (РВС) большой единичной емкости /2,66,70,/. Разработка резервуаров велась по пути развития "классической одностенчатой

конструкции" за счет увеличения геометрических размеров (диаметра, высоты) и применения высокопрочной стали марки 16Г2АФ для изготовления стенки /4,5,34,66,70,87,89,104/.

Строительство экспериментальных крупных резервуаров показало, что эффективная технология сооружения методом рулони-рования в целом приемлема и для резервуаров емкостью 50000м3, хотя применение высокопрочной стали в нижних поясах корпуса значительно осложнило технологию изготовления, монтажа и эксплуатации /2,19,20,31,66,69,70,87-89,91-94,104/. Для резервуаров больших объемов метод рулонирования в чистом виде не применим: необходимо использовать или полистовую сборку корпуса, или "слишком сложный" комбинированный способ монтажа (2-3 пояса корпуса толщиной более 17мм- полистовым методом, а остальные - из рулонных заготовок) /4,5,66,89,92,93/. Это и явилось причиной отказа от строительства резервуаров емкостью 100000-150000М3.

Анализ опыта проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации РВС емкостью 100 - 50000 м3 показал, что наиболее экономичными и надежными на любой стадии производства оказались резервуары, для которых были заложены следующие требования: 1) применение метода рулонирования; 2) использование малоуглеродистой ВСтЗсп5 и низколегированной 09Г2С сталей; 3) снижение толщины нижних поясов до 16-17 мм /66/.

В настоящее время эти требования выполнимы для резервуаров емкостью до 30000 м3. Для крупных резервуаров одно, два или даже все три требования нарушаются.

Следовательно проблема создания экономичных и надежных крупных вертикальных цилиндрических резервуаров из рулонных заготовок пока осталась нерешенной.

Формирование цилиндрического корпуса вертикальных стальных резервуаров ведут полистовым способом - из отдельных листов или "картин" и методом рулонирования - из большеразмерных рулонированных полотнищ.

Метод полистовой сборки, в основном, используется зарубежными фирмами. В отечественной практике резервуаростроения таким способом были возведены экспериментальные резервуары объёмом 15000, 30000 и 50000 м3. При современном оборудовании и небольшом опыте использования полистовой сборки при монтаже корпусов крупных резервуаров отечественное резервуаростроение в настоящее время не может достигнуть того качества и ско�