научная статья по теме СТАЛЕБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СТАЛЕБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ»

В.О. АЛМАЗОВ,

д.т.н., профессор, Московский государственный строительный университет

З.А. АМИРАСЛАНОВ,

к.т.н., старший научный сотрудник, Московский государственный строительный университет

Платформы для освоения шельфа замерзающих арктических морей конструктивно, технологически и экономически отличаются от аналогичных сооружений, возводимых в незамерзающих морях. Разработаны многочисленные проекты стационарных и нестационарных платформ разнообразных конструкций гравитационного типа [1,2], т. е. таких платформ, устойчивость которых на поверхности морского дна обеспечивается, в основном, их собственной массой.

Сталебетонные конструкции в условиях Арктики

STEEL-CONCRETE CONSTRUCTIONS IN CONDITIONS OF ARTIC REGIONS

V. ALMAZOV, Z. АMIRASLANOV, Moscow state building University

Article is devoted to platforms at the shelf exploration on the freezing Arctic seas, which structurally, technologically and economically distinguished from the similar constructions erected in the nonfreezing seas. Authors are reflecting about the numerous projects of the stationary and non-stationary platforms holded on the surface of the sea-bottom due to own weight.

Институтом «ВНИПИморнефтегаз» и другими проектными и исследовательскими организациями выполнено множество проработок ледостойких платформ различных типов для месторождений: «Ас-трахановская», «Астохская-1», «Лунская», «Лунская-1», «Приразломная» и других [3]. В рассмотренных проектах разработаны различные конструкции фундаментов (гравитационные, свайно-гравитационные, свайные) для стальных, железобетонных и комбинированных опорных блоков применительно к тяжелым климатическим условиям.

При проектировании таких сооружений возникает несколько проблем, вызывающих решения, нередко противоречащие одно другому. Имеется в виду выбор наиболее приемлемой технологии сооружения, выбор конструктивного решения, обеспечивающего надежную и долговечную эксплуатацию в суровых климатических условиях, а также выбор материалов конструкции, обладающих требуемыми качествами при наиболее экономичной реализации.

Уникальность условий эксплуатации сооружения и возможности инфраструктуры региона, где производится и эксплуатируется платформа, требуют индивидуального решения в каждом рассматриваемом случае. Это означает, что при выборе конструктивного решения в каждом отдельном случае следует производить глубокий технико-экономический анализ.

Инженерная деятельность в настоящее время требует серьезного отношения к нормированию положений по проектированию, строительству и эксплуатации сооружений на Арктическом континентальном шельфе. В настоящее время завершаются совместная с зарубежными специалистами разных компаний разработка и согласование международного стандарта ИСО 19906 «Арктические морские сооружения», который дополнит библиотеку стандартов, посвященных вопросам проектирования сооружений на шельфе замерзающих морей.

Проектирование сооружений на шельфе, как и других современных несущих систем,

наука — производству Л

основано на методике предельных состояний. При значительных преимуществах этого метода он обладает существенным недостатком, который заключается в том, что не позволяет в явном виде прогнозировать изменение надежности конструкции в процессе многолетней эксплуатации. Поэтому внедрению новых конструктивных решений нередко препятствует осторожность проектировщика, не желающего подвергать сооружение риску снижения несущей способности в результате контакта с агрессивной окружающей средой.

Изучение поведения несущих конструкций в суровых климатических условиях показывает, что компромиссное решение — железобетон с внешним листовым армированием — обладает существенными экономическими, технологическими, надежностными и другими преимуществами по сравнению с другими техническими решениями. В этом случае в качестве продольной арматуры используются стальной лист и прокатные профили. Применение внешней арматуры позволяет:

• увеличить рабочую высоту сечения конструкций;

• улучшить работу бетона за счет эффекта обоймы;

• совместить с помощью прокатных профилей функции продольной рабо-

чей арматуры, закладных деталей и обоймы;

• упростить конструкции стыков железобетонных элементов;

• уменьшить число типоразмеров конструкций;

• автоматизировать процесс производства арматурных каркасов и собственно железобетонных элементов;

• упростить конструкцию опалубки и даже вообще отказаться от съемной опалубки.

По сравнению с металлическими конструкциями железобетонные элементы с внешним армированием имеют следующие преимущества:

• прямая экономия металла за счет замены части металлического сечения бетоном;

• не требуются мероприятия по обеспечению местной устойчивости сжатых и изгибаемых стальных элементов;

• значительно повышается огнестойкость (огнестойкость элементов с внешним армированием составляет 80% от огнестойкости колонн из обычного железобетона и примерно в четыре раза выше огнестойкости металлических колонн) [4].

Необходимо отметить, что платформы, выполненные из сталеже-лезобетонных элементов, позволяют значительно снизить расходы на строительство.

Благодаря специально созданной конструкции для противодействия от ледовых нагрузок композитные стенки обладают повышенной прочностью на сжатие и, самое главное, на продавливание.

Особо важные преимущества композитных сталебетонных конструкций отмечаются в местах возможного контакта сооружения или его элементов со льдом, где необходимо воспринимать значительные локальные нагрузки.

При проектировании и возведении таких конструкций одним из наиболее важных вопросов является взаимодействие бетона и стального листа под нагрузкой в условиях попеременного (циклического) замораживания и оттаивания (ЦЗО). Здесь ограничимся одним вопросом — изменением прочности бетона, находящегося внутри стальной оболочки под воздействием ЦЗО.

Хорошо известно, что в условиях попеременных замораживаний и оттаиваний происходит накопление повреждений в структуре бетона, что приводит к ее деструктивным изменениям и, в конечном счете, к снижению прочности. Нормы характеризуют это явление маркой бетона по морозостойкости Р

Условия эксплуатации бетона, заключенного в стальную оболочку, отличаются от условий эксплуатации бетона, непосредственно контактиру-

НЕФТЬ. ГАЗ. ХИМ

шиш и ^(И EL - «л 1Ж____л__

¿И1

ж ш Л

»до

tg. l Г: ' ■ ' - '* 1

14 -16 октября

12-я епеци а п изи р ов а нн а я вы ыан с международным участием

■Й^Уо^Д

Официальная поддержка

Министерство промышленности

и а н с pf стили С ap arose кой области

Союз нефгегаюпромышленникое РФ

Союз производителей нефтегазового оборудования

Р о l с н й с ч н й С 0н>3 х ч МП ков

СЭЯРНЯ

Г*2 Выставочный Центр чСОФИТ-ЭКСПО* 1 Сли Ten.; (8452) 205-470 haptf^paaoftlw 1'-' E-null:c.niiiieriiflj(pijiijHi.rn

ШЕСТИ!

f ¡Г! IjlГТ'r^V'-lПЧПrf* :Й---ТГГТ1

НЕФТЬ нц^т

ющего с окружающим бетоном. Главное отличие - отсутствие контакта с водой. Это отличает поведение изолированного бетона от неизолированного, поскольку нет притока воды, которая, замерзая в порах и капиллярах, разрывает бетон и приводит к снижению его прочности.

Поскольку поведение изолированного бетона при ЦЗО не нормировано, основой для прогнозирования поведения конструкции могут быть результаты опытов.

Для конструкции, эксплуатируемой в реальных условиях, особенно важно исследовать физико-механические характеристики бетона, т. к. на прочность и деформативность сталебетонных образцов оказывают влияние сцепление бетона с металлом, изменение прочности и деформативности бетона образцов, миграция влаги к более холодным поверхностям в результате замерзания и др. [5].

Теория и экспериментальное обоснование учета влияния климатических воздействий на поведение бетона железобетонной конструкции изложены в работе В.О. Алмазова [6]. Суть этих предложений заключается в том, что для каждого региона на основе вероятностного моделирования климатических условий определяются расчетный ход температуры, количество циклов и минимальная температура замораживания и оттаивания. По этим данным с дополнением конкретных условий эксплуатации: степени водонасыщения бетона, вида и уровня напряженного состояния, степени агрессивности воды — среды определяется кинетика деструктивного процесса в бетоне и как результат — снижение прочности и ухудшение деформативных свойств бетона.

Несущая способность сталебетонной конструкции определяется следующими факторами: прочностью

Рис. 1. Изготовление бетонной призмы

бетона, стального листа и прочностью контакта между бетоном и сталью, т. е. их сцеплением.

Для определения прочности бетона в нормальных условиях и после циклического замораживания и оттаивания (ЦЗО) в качестве опытных образцов использовались 30 кубов и 15 бетонных призм с размерами, соответственно, для кубов — 100 х 100 х 100 мм, а для призм — 100 х 100 х 400 мм.

Морозостойкость бетона определяли ускоренным методом — путем попеременного замораживания до температуры (- 50 + 20С) и оттаивания при температуре + 150С. Этот режим испытаний приближенно соответствует десятикратному числу циклов при стандартных испытаниях (+ 200С ± 20С).

Параллельно с этими образцами хранились контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, при этом их хранение осуществлялось до нормального твердения при температуре (+ 200С ± 20С), с относительной влажностью не менее 30%.

Одновременно с бетонными образцами использовались сталебетонные образцы в виде сталебетонных призм, и эти образцы подвергались температурному воздействию (рис.1).

Испытания, проведенные на образцах-призмах и образцах-кубах с целью определения прочностных величин и характера влажностных деформаций гидротехнического бетона, дали следующие результаты. После 45 циклов замораживания и оттаивания прочность не насыщаемых водой кубов равнялась Я=300,3 кг/см2. Прочность водонасыщенных кубов составила Я=269,7 кг/см2.

В конце эксперимента все бетонные призмы извлекались из обоймы и испытывались до разрушения. Испытания, произведенные на сталебетонных образцах с целью определения п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»