РАЗДЕЛ 2
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТРУБЧАТЫЕ КОНСТРУКЦИИ
С ДВУХСЛОЙНЫМ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫМ АРМИРОВАНИЕМ
2.1. Конструктивные решения трубчатых элементов для
различных видов эксплуатационных воздействий
При выборе конструкционных материалов для изготовления напорных бетонных труб большого диаметра, с использованием стеклопластиковой арматуры, учитывали следующие свойства: прочность, химическую устойчивость, физические и технологические характеристики, экономическую целесообразность. Кроме того, обращали внимание на рабочие условия эксплуатации трубопровода - внутреннее гидравлическое давление, внешние нагрузки, агрессивность среды, температуру транспортируемой жидкости, сопротивление электрохимической коррозии и др.
Важным при создании предлагаемой конструкции трубы было использование предварительного напряжения стеклопластиковой арматуры, поскольку на прочность и деформативность последней влияют натяжение и искривление стеклянных волокон, геометрия намотки, адгезия и зависимость прочностных свойств от времени. Ответственными технологическими задачами были, во-первых, установление уровня напряжений, при которых ориентированные пластики ведут себя как монолит, поскольку наличие трещин в материале в случае его эксплуатации в химически агрессивных средах приводит к укорочению процесса разрушения и, во-вторых, оптимизация угла намотки стеклопластиковой оболочки в зависимости от диаметра трубы, усилия натяжения и количества армирующего наполнителя.
С учетом имеющегося в промышленности опыта изготовления стеклопластиковых изделий трубчатой формы была предложена методика нанесения монолитной предварительно напряженной стеклопластиковой оболочки на бетонный цилиндрический сердечник большого диаметра. Наиболее совершенный технологический процесс изготовления такой конструкции представляет собой намотку заранее пропитанного стеклонаполнителя с заданным усилием натяжения для каждого слоя (программированная намотка) и раскладкой стекловолокна под определенным углом. Изменение угла намотки позволяет легко управлять анизотропией прочностных свойств конструкции стеклопластбетонной трубы. Именно поэтому выбрали намотку как основной способ укладки ориентированного стеклопластика.
Принципиальной особенностью предлагаемой конструкции стеклопластбетонной трубы большого диаметра является то, что армирование стеклопластиковой лентой бетонных сердечников производится в два приема: 1) внешней намоткой непрерывной стеклопластиковой ленточной арматуры и 2) путем введения внутрь трубы стеклопластиковых скорлуп-оболочек. Оболочка прикрепляемая к внутренней поверхности бетонной трубы с помощью полимерного связующего играет роль обычно применяемого в последнее время "чулка", "рукава", защищающего бетон от коррозии и одновременно выполняет силовые функции листового стеклопластикового армирования.
Таким образом, предлагаемая конструкция стеклопластбетонной трубы представляет собой бетонный трубчатый элемент большого диаметра со стеклопластиковым внешним армированием, расположенным на его наружной и внутренней поверхностях. Речь идет прежде всего о работе трубы под действием внутреннего давления, а также действия внешней нагрузки, вызывающей изгиб трубы в кольцевой плоскости. В данном случае, помимо растяжения, в некоторых частях кольца возникают положительные, в других - отрицательные изгибающие моменты, вследствие чего в наружном и внутреннем листовом стеклопластиковом армировании возникают на соответствующих участках растягивающие напряжения. Стеклопластик оказывает "помощь" растянутому бетону. При приклейке стеклопластиковой оболочки к внутренней поверхности трубы производится его укладка под давлением, благодаря чему склеивающее полимерное связующее проникает в бетон, образуя достаточно прочный промежуточный бетонополимерный слой.
Кроме того, после появления трещин в бетоне растянутой зоны стеклопла-
стиковая листовая арматура начинает воспринимать все растягивающие усилия, возникающие при изгибе и растяжении.
Применение в рассматриваемых конструкциях стеклопластиковых слоев обусловлено их высокой механической прочностью, легкостью, стойкостью к воздействиям агрессивных сред, безосколочным характером разрушения. Кроме того, при формовании труб представляется возможность получать заданную анизотропию свойств стеклопластиков.
Стеклопластик в таких конструкциях применен нами для усиления цилиндрических слоев из других конструкционных материалов. Такие конструкции в литературе получили название "комбинированных".
В первую очередь нами осуществлено применение стеклопластиковой арматуры для внешнего кольцевого армирования бетонных труб, и наиболее просто эта задача решена для широко распространенной трехступенчатой технологии изготовления железобетонных напорных труб.
Как известно, весь цикл производства труб этим способом делится на три самостоятельных технологических процесса:
1) изготовление железобетонных сердечников;
2) навивка высокопрочной стальной проволоки на железобетонный сердечник;
3) нанесение защитного слоя.
Железобетонный сердечник представляет собой обычную железобетонную безнапорную трубу длиной 6 м, но с меньшим расходом стальной арматуры и с более тонкими стенками.
Изготовление предварительно напряженных напорных труб является следующей стадией производства. На специальном станке на железобетонный сердечник навивают высокопрочную стальную проволоку для обжатия стенок (2-я ступень).
Последняя ступень в указанной технологии - нанесение защитного слоя цементно-песчаного раствора толщиной до 20 мм - является наиболее трудоемкой, не получившей до сих пор удовлетворительного решения. Практика показала, что требуется дальнейшее улучшение качества защитного слоя, которое состоит в повышении его плотности, растяжимости и прочности, особенно прочности при растяжении и прочности сцепления со стальной спиральной арматурой и бетоном сердечника. Для этого изыскиваются различные методы.