CC BY
11Список литературы
[1] Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО) [Электронный ресурс] // Водный транспорт России:[интернет-портал]. [2010]. URL: http://www.morinfocenter.ru/inland_wfleet.asp (дата обращения: 17.02.2011).
[2] Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы РФ на 2010-2015 годы». Министерство транспорта РФ. - 2008. - 363 с.
ANALYSIS OF COMPONENTS AND CHARACTERISTICS OF INLAND WATERWAY BUOY-LAYING VESSELS
V. V. Anisimova
The article gives an analysis of components and characteristics of inland waterway buoy-laying vessels. Statistical dependencies are produced for finding them at the initial stage of design.
УДК 621.791.94.03:629.5.011
Ю.А. Архипова, студент ф-та КГиЗОС ФБОУ ВПО «ВГАВТ». Е.Г. Бурмистров, д. т. н., проф. ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, д. 5А.
А.В. Ганичев, технич. директор ОАО «Судоремонтно-судостроительная корпорация». 606505, г. Городец, Нижегородская обл., 1-й Пожарный переулок, 1.
ОБОСНОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СУДОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ
Актуализируется вопрос применения современных технологий при строительстве железобетонных и композитных судов. Обосновывается новый метод монолитного железобетонного судостроения. Приводится вариант конструктивного решения, адаптированного для строительства корпусов судов по новой технологии. Излагаются общие подходы к решению частных вопросов строительства судов из железобетонных. Описываются возможности современной техники для приготовления, транспортировки и подачи бетона к местам бетонирования.
Применение железобетона для постройки морских судов и судов внутреннего плавания получило широкое распространение. Использование железобетона в качестве материала корпуса и надстроек позволяет значительно сократить расход стали и затраты на ремонт, при этом срок эксплуатации таких судов значительно увеличивается. К настоящему времени накоплен большой опыт в области проектирования, строительства и эксплуатации железобетонных судов различных типов.
Преимуществом железобетона в качестве судостроительного материала является большая экономия металла. На одну тонну грузоподъёмности расход стали при постройке железобетонного судна сокращается в (3...4) раза по сравнению с цельнометаллическими судами. Для постройки железобетонных судов, как правило, требуется достаточно простое оборудование, стоимость которого относительно мала, особенно в сравнении со стоимостью оборудования верфей стального судостроения. Наличие большей части инертных материалов (песок, гравий) непосредственно в районах строительства таких судов сокращает транспортные расходы. Сравнительная простота конструкции железобетонных судов и их строительства, доступность и относительно
невысокая стоимость используемых материалов делают в итоге их себестоимость на порядок меньше себестоимости стальных судов. К числу преимуществ железобетонных судов следует отнести также лёгкость ремонта, быстроту постройки, огнестойкость. Основным же недостатком железобетонного судна является относительно большой вес корпуса в сравнении со стальным. При одинаковой грузоподъёмности его корпус в (1,5...2,0) раза тяжелее стального. Это ограничивает применение и развитие железобетонного судостроения областью специальных плавучих сооружений: доков, паромов, переправ, дебаркадеров и т. п.
И на отечественных и на зарубежных верфях при строительстве железобетонных и композитных судов, как правило, применяют технологии секционного и монолитно-секционного судостроения, считающиеся более прогрессивными и, по этой причине, перспективными. Технологии монолитного строительства, с которых собственно начиналось железобетонное судостроение, таким образом, оказалось не востребованы и длительное время не получали развития ни в методологическом, ни в организационно-технологическом смыслах.
В настоящее время, в связи с появлением новых марок судостроительных бетонов, современных технологий бетонирования и высокопроизводительного оборудования интерес к монолитному железобетонному судостроению вновь возрастает. В этой связи актуальными становятся вопросы как разработки новых конструктивных решений по отдельным корпусным конструкциям и корпусу в целом, так и вопросы, касающиеся новых технологических способов и методов постройки судов.
Известно, что при конструировании элементов корпуса очень важно достичь минимальных стоимости, веса и материалоёмкости конструкций, снизить трудоёмкость их изготовления, обеспечить их конструктивную и технологическую унификацию.
При секционном и монолитно-секционном методах строительства и традиционной конструкции корпуса (рис. 1, а, б) весьма значительная трудоёмкость приходится на омоноличивание межсекционных соединений и выполнение сопутствующих вспомогательных операций (распалубка, обрубка облоя, выравнивание и соединение выпусков арматуры и т. д.). При этом в местах межсекционных соединений достаточно сложно обеспечить необходимую прочность и надёжность конструкции. Монолитный метод с этой точки зрения более предпочтителен. Однако, при традиционном подходе, его применение ведёт к некоторому (в пределах (25.35)%) переутяжелению конструкции. В первую очередь это обусловлено необходимостью применения «безнаборного» варианта конструкции на днищевых перекрытиях. Однако и эта проблема может быть решена, например, путём применения разработанных авторами новых конструктивных решений (рис. 1, в).
Суть предложения заключается в формировании днищевых перекрытий набором наружу корпуса. Для стоечных судов такое решение вполне оправдано, так как сопротивление выступающих частей в этом случае не имеет сколько-нибудь существенного значения. В то же время ровная внутренняя поверхность перекрытия значительно упрощает размещение и монтаж на нём судового оборудования, механизмов, систем, трубопроводов и проч. Укладка арматурных сеток и заливка бетона производится в подготовленную форму-опалубку, которая может набираться из модульных элементов на всю длину и ширину формируемого корпуса. Конструкции, выполненные по такой технологии, практически не будут иметь швов, следствием чего является отсутствие проблем со стыками и их герметизацией, а также повышение теплотехнических и изоляционных свойств корпусов судов. Расход стали в этом случае снижается на (7 .20)%, а бетона - до 15% по сравнению со сборными конструкциями.
Рис. 1. Традиционные сборная (а) и монолитная (б) конструкция железобетонных судов и перспективная (в) конструкция, адаптированная для строительства монолитным методом по новой технологии
Важной особенностью данного предложения является то, что технология изготовления корпусов судов при этом существенно не изменяется. Основными этапами строительства остаются: монтаж специальных формы - опалубки, повторяющих контуры будущей конструкции; установка каркаса из арматуры; заливка бетоном; демонтаж опалубочных элементов. Трудоёмкости перечисленных этапов остаются на уровне традиционных: устройство опалубки - (25.35)%, армирование - (15.25)%, бетонирование и уход за бетоном - (20.30)%, распалубка - (20.30)%, либо уменьшаются примерно на 10%. Завод-строитель, таким образом, может работать по освоенной технологии, внеся в неё лишь незначительные коррективы.
Опалубка для строительства судов может быть различной: деревянной, металлической, деревометаллической, железобетонной, армоцементной, из синтетических или прорезиненных тканей... Во всех случаях конструкция опалубки должна обеспечивать достаточную прочность, надёжность и простоту монтажа и демонтажа её элементов, возможность укрупнённой сборки и широкую вариантность компоновки при минимальной номенклатуре опалубочных элементов.
Деревянную опалубку (см. рис. 2) изготовляют из древесины влажностью не более 25%. Для изготовления элементов опалубки применяются доски, древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Лесоматериалы и материалы, полученные на основе древесины, изготовляют из хвойных и лиственных пород дерева. Применяемые для устройства опалубки стойки лесов высотой более 8,0 м, а также прогоны, поддерживающие опалубку, изготавливают только из древесины хвойных пород. Для прочих элементов опалубки и креплений применяют древесину лиственных пород -осину, ольху и др. При изготовлении деревометаллических щитов для обшивки применяется берёзовая древесина. Для облицовки щитов применяют водостойкую баке-лизированную фанеру или листовые стеклопластики. Для снижения адгезии с бетоном и повышения качества лицевых бетонных поверхностей используют также покрытие щитов плёнками на основе полимеров.
Металлическую опалубку изготовляют из стальных листов толщиной (1,5.2,0) мм и прокатных профилей; она должна иметь быстроразъёмные соединения. Металлические части деревометаллической опалубки (см рис. 3) также изготовляются из стальных листов. Размер ячеек металлической сетки, применяемой в качестве сетчатой опалубки, не должен превышать 5,0*5,0 мм.
Рис. 2. Вариант применения деревянной опалубки
Рис. 3. Деревометаллическая опалубка для формирования вертикальных корпусных конструкций (бортов, продольных и поперечных переборок и выгородок)
Железобетонная опалубка представляет собой железобетонные плиты-оболочки. Они устанавливаются как элементы опалубки до начала бетонирования и являются наружной частью возводимой конструкции, монолитно с ней связанной (вариант несъёмной опалубки).
Армоцементная опалубка применяется в виде армоцементных плит толщиной (15... 20) мм. Такие плиты изготовляют из мелкозернистого бетона, армированного проволочной сеткой. Сетку до нанесения слоя бетона можно изогнуть, придав бетонируемой плите необходимый криволинейный профиль (актуально при формировании оконечностей самоходных железобетонных судов). Для этих же целей весьма перспективно использование в качестве опалубки оболочек из синтетических или прорезиненных тканей с нагнетанием воздуха в их внутреннее замкнутое пространство. Оболочке при этом может быть придана практически любая форма.
Пенополистирольная опалубка (рис. 4) представляют собой две пластины из плотного пенополистирола, соединенные между собой прочными перемычками (ещё один вариант несъёмной опалубки). Пластины, соединённые таким образом, образуют полости, которые в процессе бетонирования армируются и заполняются бетоном. Верхняя и нижняя плоскости элементов такой опалубки снабжены специальными замками сложной формы, подобно сборным элементам популярной детской игры «LEGO». Их конструкция позволяет отказаться от применения временных подпорных элементов и идеально выдерживает геометрические размеры стен, обеспечивая герметичность соединений и блокируя вытекание бетона.
щ
Рис. 4. Элементы несъёмной пенополистирольной опалубки
На внутренних поверхностях все блоки имеют пазы в форме «ласточкин хвост», что обеспечивает надёжность сцепления бетона со стенками блока. Пенополисти-рольная несъёмная опалубка является идеально ровной поверхностью, готовой под отделку любыми материалами и, сама по себе, обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Элементы декоративной отделки крепятся непосредственно на полистирол либо с помощью клеевых составов, либо стандартным механическим крепежом в тело бетона.
Кроме описанных разновидностей опалубки, разработаны и применяются её варианты с подогревом для ускорения процессов гидратации и сокращения сроков созревания бетона, со встроенными вибраторами для его уплотнения и т. д.
Важной проблемой строительства железобетонных судов является уменьшение сцепления бетона с опалубкой. Сцепление зависит от адгезии (прилипания) и когезии (прочности на растяжение пограничных слоёв в местах контакта «опалубка-бетон») бетона, его усадки и характера формирующей поверхности опалубки. Адгезия заключается в том, что при укладке и виброуплотнении бетонная смесь приобретает свойства пластичности и поэтому сплошность контакта между ней и опалубкой возрастает. Если опалубка выполнена из слабо смачивающихся (гидрофобных) материалов, например, пластиков, текстолита и проч., и имеет гладкую поверхность, сцепление с ней незначительно. Если же она выполнена из сильно смачивающихся (гидрофильных) материалов, например, стали, дерева и т. п., имеет шероховатую поверхность или пористую структуру, сплошность и прочность контакта возрастают и, следовательно, увеличивается адгезия. Если адгезия мала, а когезия велика, при распалубке отрыв происходит по плоскости контакта и формующая поверхность опалубки остается чистой, а лицевые поверхности забетонированной конструкции получаются хорошего качества. Адгезию можно уменьшить, используя для формующих поверхностей опалубки гидрофобные материалы, а также нанося на поверхность опалубки специальные смазки и противоадгезионные гидрофобиризующие покрытия. Наиболее практичны комбинированные смазки в виде так называемых обратных эмульсий. В них, помимо гидрофобизаторов и замедлителей схватывания, вводят пластифицирующие добавки, которые пластифицируют бетон в зоне контакта с опалубкой и облегчают её отрыв.
Новые технологии можно использовать не только в формообразовании перекрытий корпусных конструкций, но и в процессах изготовления арматурных сеток. Уже сегодня сварка арматуры в сетках успешно заменена её связыванием с использованием специальных вязальных пистолетов. Такой технологический приём позволяет значительно снизить затраты ручного труда на основных операциях данного технологического процесса, обеспечить гарантированную постоянную силу затяжки проволоки и сократить число рабочих, занятых на вязке арматуры в (2.. .3) раза при увеличении производительность их труда в (5.6) раз.
Для заливки бетона в подготовленную опалубку можно использовать стационарные бетононасосы с дизельным или электроприводом, либо автобетононасосы. Ста-
ционарные бетононасосы (рис. 5) с дизельным приводом более автономны, поэтому имеют большее распространение, чем бетононасосы с электроприводом. Однако, вторые более экологичны и менее шумны, поэтому незаменимы при производстве работ в цеховых условиях.
Рис. 5. Стационарный бетононасос с дизельным приводом
К особенностям современных бетононасосов можно отнести:
■ возможность продолжения работы при отказе электрики или концевых датчиков, благодаря чему возможно закончить выработку бетона или выполнить непрерывный цикл работ;
■ бесступенчатая регулировка и автоматическая коррекция производительности;
■ автоматическая централизованная смазка перемешивающих шнеков и задвижки сливного отверстия приёмного бункера.
В автобетононасосах (рис. 6) привод осуществляется от двигателя шасси. Электронная система управления насоса интегрируется в бортовой компьютер автомобиля и координирует все основные операции от забора и раствора до подачи и распределения его в районе производства работ. Сама бетоноподающая установка включает в себя насос, раздаточную стрелу и систему опор. Подача бетона может осуществляться при значительном (до 100 м) удалении бетононасоса от места бетонирования.
Рис. 6. Общий вид автобетононасоса в транспортном положении
Таким образом, достигнутый к настоящему времени уровень развития техники и технологий делает вполне обоснованным интерес судостроителей к возобновлению строительства железобетонных судов монолитным методом. Новые решения в конструкции корпусов таких судов позволяют повысить их технологичность и делают железобетонное судостроение ещё более экономичным с точки зрения материало - и трудоёмкости.
Список литературы
[1] Сиверцев И.Н. Железобетонное судостроение: учебное пособие / И.Н. Сиверцев. - М.: изд-во МРФ. - 1947. - 479 с.
[2] Егоров. Н.Е. Технология постройки железобетонных судов / Н.Е. Егоров. - М.: Речной транспорт. - 1961. - 191 с.
[3] Современная опалубка для монолитного строительства. URL: http://www.pekomo.ru/stati/ sovremen-naya-opalubka-dlya-monolitnogo-stroitelstva.html
[4] Установки для приготовления бетонной смеси и строительного раствора. URL: http://www. betono-ved.ru/data/oborud/ob3.php http://www.kamag.com/en.html.
[5] Машины и оборудование для транспортирования бетонных и растворных смесей. URL: http://stroi-logik.ru/tehnologiya/stroitelnye-mashiny/betonye-raboty/145-transportirovanie-betonnyh-i-rastvornyh- smesei.html.
STUDY OF MODERN METHODS OF CONSTRUCTING SHIPS USING FERROCONCRETE ON THE BASIS OF NEW CONSTRUCTION SOLUTIONS
U.A. Arkhipova, E. G. Burmistrov, A. V. Ganichev
The problem of applying modern technologies when constructing ferroconcrete and composite vessels is analysed. A study of a new method in which monolithic ferroconcrete is used has been made. An example of a construction solution adapted for building ship hulls using the new technology is given. General approaches are presented when solving particular problems of constructing ferroconcrete ships. The opportunities of modern technology are described for preparing, transporting and feeding concrete to concrete laying sites.
УДК 621.791.94.03:629.5.011
Е.Г. Бурмистров, д. т. н., проф. ФБОУВПО «ВГАВТ». С.В. Студнев, аспирант-стажёр ФБОУ ВПО «ВГАВТ». Т.А. Михеева, к. т. н., ст. преподаватель ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, д. 5А.
ПЕРСПЕКТИВНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ РЕЗКИ НА ЛОМ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТХОДОВ СУДОХОДСТВА
Обосновывается актуальность проблемы утилизации судов. Излагаются общие подходы к совершенствованию соответствующих производственных процессов. Актуализируется вопрос механизации процессов разделительной резки. Описывается разработанная авторами перспективная установка для разделительной резки на лом крупногабаритных отходов судостроения и судоходства.
Актуальность проблемы утилизации выработавших свой ресурс судов внутреннего плавания обусловлена тем, что в акваториях судоремонтных заводов и баз технического обслуживания флота скопилось большое количество выведенных из эксплуатации и брошенных судов. По данным Верхне-Волжской инспекции Российского Речного Регистра, только в бассейне р. Волги насчитывается более 1100 таких судов, многие из которых находятся в притопленном или затопленном положениях [1]. Кро-
