CC BY
15
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 5 (50), 2018 кое строительство направлено на существенное сокращение эксплуатационных расходов - установлено, что стоимость строительства в совокупной величине затрат в течение всего периода эксплуатации здания составляет лишь 20%, остальные 80% -расходы, связанные с ее обслуживанием и содержанием.
В контексте «зеленого» строительства европейскими странами широко используется идеология «пассивного дома», что отчасти объясняется реализацией соответствующей директивы по энергетическим показателей в строительстве (Energy Performance of Buildings Directive), принятой странами ЕС, предусматривает приближение всех новых зданий к энергетической нейтральности - по оценкам экспертов именно здания имеют первенство по потреблению энергии.
Так, 85% энергопотребления приходится на обогрев и охлаждение, а 15% - на электроэнергию (в основном на освещение). Существенное влияние на потребление энергии имеют, главным образом, стеновые материалы, перекрытия, двери и окна, а также вентиляция.
«Пассивный» дом - это современная и эффективная форма энергоэффективного строительства в мире не требует отопления, поскольку тепло получается за счет солнечной и внутренней тепловой энергии.
В домах, относящихся к категории «зеленых» зданий, в том числе «пассивных», теплосбережение и минимальное использование энергии для отопления достигается прежде всего благодаря архитектурно-планировочным решением (например, глухая северная стена и застекленная южная сторона для максимальной инсоляции), установке систем вентиляции с рекуперацией (обратное получение тепла), использованию источников возобновляемой энергии - солнечных батарей, тепловых насосов и тому подобное.
По опыту Люксембурга: для обогрева офисных помещений, построенных за «зелеными» технологиями, используют холодную воду. Однако «пассивный» дом должен соответствовать единым критериям, определенным Passivhaus, Darmstadt. В
противном он будет называться энергосберегающим или энергоэффективным.
Главное препятствие для «зеленого» строительства составляют высокие начальные затраты -строительство «зеленых» зданий с применением энергоэффективных технологий на этапе строительства будет дороже в среднем от 7 до 20%, при этом в «зеленом» доме потребления электроэнергии уменьшается на 25%, воды - на 30%, что, соответственно, приводит пропорциональное уменьшение коммунальных платежей.
Несмотря на то, что в России «зеленое» строительство не популяризируется ни участниками рынка, ни государственными органами «зеленые» проекты постепенно, но уверенно реализуются отечественными застройщиками и вызывают все больший интерес у инвесторов.
Список литературы
1. Алексеева Н.В., Киселев С.А. ПЕСРПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ «ЗЕЛЕНОГО» СТРОИТЕЛЬСТВА В РОССИИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(16). URL: http://sibac.info/archive/technic/1(16).pdf (дата обращения: 13.04.2018)
2. Андреева Е.О., Борисова Н.И. К вопросу об энергосбережении в современном архитектурно-строительном комплексе // NovaInfo.Ru. 2015. Т. 1. № 39. С. 117-122.
3. Ашнина Ю.А., Борисов А.В., Борисова Н.И. Развитие инфраструктуры современного города: социальные и экономические аспекты // NovaInfo.Ru. 2015. Т. 2. № 39. С. 177-183.
4. Бенуж, А.А. Анализ концепции зеленого строительства как механизма по обеспечению экологической безопасности строительной деятельности / А.А. Бенуж, М.А. Колчигин // Вестн. МГСУ. -2012. - № 12. -С. 161-165.
5. Гусева, Т.В. Зеленые стандарты: современные методы экологического менеджмента в строительстве / Т.В. Гусева, Г.В. Панкина, Е.Р. Петросян // Компетентность. - 2012. - № 8. - С. 22-28.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ В ГЕРМАНИИ - ОБЗОР ТЕКУЩИХ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ПОВТОРНОГО _АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ_
Демаков Дмитрий Олегович
Аспирант кафедры строительных конструкций и вычислительной механики Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета, г. Пермь
АННОТАЦИЯ
Настоящий документ будет в первую очередь содержать краткий обзор некоторых новых предварительно напряженных железобетонных мостов и связанных с ними проблем и технических деталей в проектировании и конструировании, включая использование инновационных материалов и / или структурных понятий. Впоследствии, в немецкой стратегии оценки существующих мостов будут объяснены, представлены и обсуждены соответствующие общие результаты и выводы, полученные из анализа повторно. Ввиду ограниченности финансовых ресурсов и негативных последствий, вызванных строительными работами в движении транспорта, крайне важно усилить (или даже заменить) те мосты, где такие меры неизбежны и необходимы.
20
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #5 (50), 2018
ABSTRACT
This document will primarily contain an overview of some of the new prestressed reinforced concrete bridges and associated with them problems and technical details in design and construction, including the use of innovative materials and/or structural concepts. Subsequently, the relevant overall results and conclusions derived from the re-analysis will be explained, presented and discussed in the German strategy for assessing existing bridges. In view of the limited financial resources and the negative consequences caused by construction work in traffic, it is extremely important to strengthen (or even replace) those bridges where such measures are inevitable and necessary.
Ключевые слова: повторный анализ, оценка, преднапряженные мосты.
Keywords: re-analysis, assessment, prestressed bridges.
1. Введение
В настоящее время в Германии в стадии строительства находятся несколько крупных мостов не только из-за строительства новых дорог и железнодорожных соединений, но также из-за необходимости снести и заменить старые мосты, которые уже не отвечают современным требованиям. Как правило, национальная сетевая инфраструктура характеризуется относительно высоким средним возрастом существующих мостов, прогрессивным увеличением объема трафика (в частности, по отношению к интенсивному трафику), а также повышением веса отдельных транспортных средств и осевой нагрузки. Кроме того, предыдущие подходы к проектированию бетонных мостов были изменены в современных нормах с целью увеличения запаса несущей способности и получения более надежных конструкций. Таким образом, широкая схема оценки была начата около пяти лет назад на основе так называемого «Nachrechnungsrichtlinie» (руководство для мостов, повторного анализа и оценки, последний выпуск 04.15), выданного Федеральным министерством транспорта и цифровых инфраструктур, которое обеспечивает систематическую повторную постановку анализа (четыре уровня анализа), адаптированного к специальным требованиям существующих конструкций.
Обеспечение эффективной, способной и полностью функциональной инфраструктуры трафика имеет огромное значение с точки зрения мобильности транспорта, экономического потенциала и сохранения качества жизни. Это относится к странам с обширными торговыми сетями и высокоразвитыми промышленными и экономическими связями. Таким образом, критическими точками в инфраструктуре обычно являются инженерные сооружения, такие как мосты и тоннели с неблагоприятными последствиями, связанными с ограничением в обслуживании. Соответственно, постоянное поддержание неограниченной функциональности и конструктивной безопасности должны быть в приоритете.
Ниже, в разделе 2, приводится краткий обзор отдельных новых предварительно напряженных
железобетонных мостов, а также связанных с ними проблем. Далее, в разделе 3, будут объяснены, представлены и обсуждены стратегия повторного анализа и оценка существующих мостов, а также общие результаты и выводы. Наконец, в разделе 4, будет рассмотрена существующая научно-исследовательская деятельность с упором на оценку транспортных нагрузок и несущую способность.
2. Новые крупные мосты в Германии
На сегодняшний день существует несколько основных мостов в стадии строительства в Германии, связанные как с автомобильными дорогами, так и с железными дорогами. С одной стороны, новые конструкции необходимы из-за прокладки новых дорог и железнодорожных линий. Например, прокладка новой железнодорожной линии Нюрнберг - Галле/Лейпциг, с инновационными тонкими мостами и самым длинным железнодорожным мостом в Германии (Saale-Elster путепровод, длина главного моста 6465 м) или HSR линии, соединяющей город Штутгарт и Ульм с новым путепроводом Fistal, являющимся одним из самых сложных и эффектных немецких железнодорожных мостов. Кроме того, существует несколько требований на федеральных трассах, требующие наличия мостов и инженерных сооружений, такие как, например, расширение BAB А94 в Баварии. С другой стороны, существует также много мест вдоль существующей дорожной сети, требующих сноса и замены старых мостов, которые больше не удовлетворяют настоящим требованиям. К тому же, помимо старых железнодорожных мостов (частично более 100 лет), это относится к ряду мостов по ходу автомобильных дорог, например, ВАВ А44, А61 и A3 (среди прочих: мост Heidingsfeld в районе Вюрцбурга; путепровод Lahntal вблизи Лимбурга [1], см. рисунок 1), а также к нескольким крупных речным мостам, например, Leverkusen (вантовый мост с серьезными проблемами усталости) и Schierstein (стальные и сталь-составные балочные мосты, соединяющие Висбаден и Майнц, главный пролет 205 м.) через реку Рейн.
Рисунок 1. Мост ЬаИМа1, сбалансированный консольный монтаж со вспомогательным пирсом
Помимо новых крупных мостов и путепроводов есть также более мелкие, с интересными деталями, которые в основном фокусируются на улучшении обслуживания и долговечности. Один из примеров - новая эстакада рядом с Грайбельбахом, характеризующаяся разделением несущих систем со сборной стале-композитной рамой («VFT») в качестве основной несущей системы и предварительно напряженными участками с последующим продольным внутренним преднапряжением, образующих настил моста и отделенных от рамы скользящей плоскостью. Из-за этого конструктивная
концепция и множество инновационных деталей, а также лабораторные испытания, отчеты эксперта и разрешения были необходимы еще до возведения эстакады [5]. Кроме того, в связи с получением ценной информации для дальнейшего применения этого типа моста, строительные работы сопровождались всесторонним научным наблюдением, обеспеченным TUM кафедрой железобетонных и каменных конструкций, в том числе испытанием на нагрузку на построенном сооружении, см. рисунок 2.
Рисунок 2. Виадук Filstal (компьютерная анимация).
3. Повторный анализ и стратегия оценки в Германии
Как и во многих других странах, немецкая сетевая инфраструктура характеризуется огромным количеством существующих мостов с относительно высоким средним возрастом и постепенным увеличением объема трафика, в частности, по отно-
шению к интенсивной части трафика. Только с учетом федеральных дорог и автомагистралей общее количество составляет более чем 39000 мостов и путепроводов, представляющих общую площадь около 30 млн м2. По площади большинство конструкций (87,2%) являются предварительно напряженными или без предварительного напряжения железобетонными мостами, большая часть которых
возведена в период с 1960 по 1980. В настоящее время средний возраст составляет примерно 45 лет, а возраст большинства существующих конструкций (65%) превышает 30 лет. В 2011 году так называемый «Nachrechnungsricht- Linie» (NaRil) [2] был рекомендован к применению Федеральным министерством транспорта для повторного анализа и оценки. С тех пор все государства с различной интенсивностью предприняли и до сих пор проводят оценку мостов в соответствии с новым ориентиром.
Текущий опыт, полученный при применении пошагового руководства для более чем 350 мостов, показывает, что только 20% полностью подходят под все требования, тогда как более чем 60% мостов показывают серьезную нехватку несущей способности по расчетам. Кроме того, возраст, общее структурное состояние мостов и непрерывно возрастающий трафик могут быть отнесены к модифицированным нормам и правилам; несколько ранее подходы к проектированию бетонных мостов были изменены в современных нормах (нацеленных на проектирование новых мостов) с целью увеличения запаса несущей способности и получения более надежных конструкций. Кроме того существует целый ряд мостов, возводимых в первые дни пред-напряжения, показывая систематические слабости (например, трещины и усталость при конструктивном соединении; сталь, чувствительная к коррозионному растрескиванию под напряжением).
На основании результатов повторного анализа, указанного выше, в большинстве случаев будут необходимы углубленные исследования, и для большей части мостов необходимо будет провести мероприятия по усилению или заменить их новыми мостами. Основные недостатки связаны с продольным сдвигом (56,5%) и совместным воздействием сдвига и изгиба при соединении мостовых полотен и плит (43%) и усталостные проблемы деформационных швов (41%). Недостаточное сопротивление сдвигу напрямую зависит от возраста моста и соответствующих стандартов. Таким образом, почти 90% из предварительно напряженных железобетонных мостов, построенных до 1966, показывают плохие результаты при работе на сдвиг, в основном из-за систематического критерия минимального армирования на сдвиг, который отсутствует в бывшем DIN 4227:1953.
Несмотря на существование многочисленных серьезных недостатков расчета, мало трещин может быть обнаружено на этих мостах. Поэтому, либо в конструкциях использовались механизмы и методы, которые не отражены в современных инженерных моделях, либо транспортные нагрузки не достигают значений, принятых при численном анализе. Для более достоверной оценки и уменьшения огромного количества мостов с расчетными недостатками, расчетное координирующее подразделение Федерального подразделения транспорта провело несколько исследовательских проектов, сосредоточенных на дополнительных (упрощенных) стадиях проектирования, которые были включены в последней редакции (т.е. первого дополнения NaRil) основного положения [3]. Комментарии к
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #5 (50), 2018 пересмотренным NaRil указаниям, включая подробную информацию о расширенных форматах проектирования и механических и технических нюансах, можно найти, например, в [4].
4. Текущие научные мероприятия (реальная оценка существующих мостов)
Текущая версия NaRil [3] обеспечивает несколько концепций расширенного проектирования (например, оценку несущей способности на сдвиг предварительно напряженных железобетонных мостов на основе главного критерия растягивающего напряжения). Таким образом, дополнительные теоретические и экспериментальные исследования были начаты с целью дальнейшего совершенствования методологии повторного анализа (т.е. реалистичной оценки) и обеспечения практико-ориенти-рованных инженерных моделей на основе научно проверенных основ. Проект включает исследование различных сценариев нагружения и геометрии поперечного сечения (например, изменение коэффициента упругости полотна и фланца). Таким образом, включены статические и динамические нагрузки, а также различные концепции упрочнения на сдвиг (с точки зрения количества и формы хомутов), которые больше не учитываются в современных нормах. Экспериментально оценивая эффективность незакрытых типов хомутов или арматуры с недостаточной длиной, важно получить точную информацию о внутренних процессах восприятия нагрузки и о сцеплении между арматурой и бетоном. В исследовательском проекте использовались специальные оптоволоконные измерительные системы, предлагая как более высокое разрешение, так и точность сравнения, например, с обычными системами на базе камеры, и возможность непрерывно регистрировать деформации внутри конструкций и на внешней бетонной поверхности [6]. Кроме того, были разработаны тесты с нагружением неразрезных балок (длина 12 м, высота 0,8 м), включая реальные тесты бетонных балок с укороченной длиной и произвольным напряженным состоянием, установленных под домкратами. Таким образом, уменьшенные балки были протестированы с различной высотой вплоть до 1,5 м.
Кроме углубленных исследований несущей способности и реакции конструкций, было проведено несколько научно-исследовательских проектов, направленных на дополнительные резервы, связанные с завышением динамических нагрузок (т.е. получение специфических нагрузок мостов с учетом реального трафика). NaRil обычно позволяет адаптировать уровень нагрузки к ситуации местного трафика. В настоящее время возможная адаптация ограничена относительно консервативного уровня и все федеральные дороги мостов должны быть повторно проанализированы с использованием модели LM1 в качестве целевого значения независимо от фактического трафика. Большие различия между теоретическим и фактическим интенсивным движением (общий вес, осевые нагрузки) могут быть обнаружены в сети дорожной
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 5 (50), 2018
23
инфраструктуры в Германии. Кроме того, предназначенный/требуемый (оставшийся) срок службы отдельных мостов непосредственно влияет на расчет динамических нагрузок, полученных от вероятностных моделей, эффект которых не рассматривается в современных проектах. Таким образом, разработка усовершенствованной концепции к дорожным и мостовым моделям нагружения может привести к заметному снижению максимальной подвижной нагрузки, которая включена в повторных анализах мостов и предоставит важную информацию в целях развития оптимизации технического обслуживания и модернизации стратегии для отдельных мостов и инфраструктуры сети. Первый численный анализ мостов с участием относительно низкого интенсивного движения ясно подтверждает, что существует значительный потенциал в принятии этой концепции.
Помимо мониторинга изменений подвижных нагрузок и/или реакций конструкций существует также несколько научно-исследовательских проектов, направленных на инновационные стратегии и прямую связь данных измерений с численными моделями, для прогнозирования фактического уровня
безопасности мостовых конструкций, оценка которых уже завершена.
Список литературы
1. С. Зонабенд С. Франц, Ц. Стейнбрик, М. Кершенштейнер. Расчет деформаций Ланталбрук Лимбург: Бетонные и железобетонные конструкции. Выпуск 2, Эрнст и Сын, Берлин.
2. Руководство по повторному анализу существующих автомобильных мостов. Федеральное министерство транспорта, Берлин, 2011.
3. Руководство по повторному анализу и оценке существующих дорожных мостов. 1 -е приложение, Федеральное министерство транспорта и цифровая инфраструктура, Берлин, 2015.
4. Г. Марзан. Перерасчет железобетонных мостов - обновленные директивы перерасчета. Эрнст и Сын, Берлин.
5. Г. Сайдл, М. Хирл, М. Мензингер. Сегментный мост Грейбельбах как составной мост без асфальта. Берлин, 2016.
6. Г. Шмидт-Тро, В. Шуфлер, О. Фишер. Измерение непрерывных волоконно-оптических деформаций для бетонных компонентов. Бетонные и железобетонные конструкции. Эрнст и Сын, Берлин, 2016.
УДК 661.638
UDC 661.638_
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ _ОТХОДОВ ФОСФОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ_
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY TECHNOLOGY PROCESSING TECHNOGENIC WASTE _OF PHOSPHORIC INDUSTRY_
Джанмулдаева Ж.К., Джанмулдаева А.К.
Dzhanmuldaeva Zh.K., Janmuldayeva A.K.
Южно-Казахстанский государственный университет им. МАуэзова, Шымкент, Казахстан
M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan
РЕЗЮМЕ: Утилизация фосфорсодержащих отходов является актуальной проблемой химической промышленности. При утилизации шламов и ликвидации шламонакопителей прекратится вредное влияние отходов на почву, высвободятся большие площади под хозяйственное землепользование и расширится сырьевая база производства минеральных удобрений. В связи с этим проведены исследования по разложению фосфорсодержащих шламов серной кислотой с дальнейшим гранулированием полупродукта аммонизированным раствором фосфорной кислоты. Доказана возможность и разработана технология переработки фосфорсодержащих шламов на NPK-удобрения.
SUMMARY:
Phosphorus-containing waste utilization is a topical problem of chemical industry. The sludge is stored in sludge reservoirs located on huge ground areas. When sludge utilization and sludge reservoir liquidation the harmful waste influence on soil will be stopped and big areas will come free for economic land-utilization as well as raw material base for mineral fertilizer production will be expanded. Therefore the research of phosphorus-containing sludge decomposition by sulphuric acid with following semi-product granulation by phosphoric acid am-moniating solution has been performed. The possibility has been proved and the technology of phosphorus-containing sludge processing into NPK-fertilizers has been developed.
Ключевые слова: фосфорсодержащие отходы, серная кислота, фосфорная кислота, разложение, грануляция, гигроскпопичность, слеживаемость, NPK-удобрения.
Keywords: phosphorus-containing waste, sulphuric acid, phosphoric acid, decomposition, granulation, hygroscopic property, caking property, NPK-fertilizers.
Переработка фосфорсодержащих шламов является актуальной проблемой химической технологии. Фосфорсодержащие шламы образуются при производстве фосфора электротермическим спосо-
бом и представляют собой гетерогенную смесь, состоящую из фосфора, минеральных примесей и воды. Анализ литературных данных показал, что существуют различные способы переработки фосфорсодержащих шламов, но эффективность этих
