CC BY
41УДК 629.5
М.С. Горохов, аспирант ФБОУВПО «ВГАВТ» 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
В статье отражено состояние развития и сложившиеся тенденции проектирования корпусных конструкций железобетонных судов. Определено перспективное направление развития железобетонных корпусных конструкций. Отмечены преимущества и недостатки существующих методов постройки железобетонных судов. Намечена тенденция для снижения строительной стоимости железобетонного корпуса.
Ключевые слова: железобетонный корпус, система набора, фибробетон, технология постройки, понтон.
Практикой эксплуатации установлено, что железобетон для некоторых плавсредств является оптимальным материалом для корпусных конструкций, и что железобетонные суда не имеют аналогов по низкому уровню затрат на их содержание в эксплуатации. Однако в стоимости постройки они иногда могут проигрывать в сравнении с металлическими. Стоимость постройки в основном зависит от стоимости материалов и трудовых затрат. Стоимость материалов в железобетонном судостроении значительно ниже, чем в металлическом, а трудовые затраты выше. Это связано с тем, что в последние годы железобетонному судостроению уделялось слишком мало внимания. Это привело к тому, что технический прогресс в железобетонном судостроении практически остановился, в результате чего решения по конструкции корпуса и технологии постройки железобетонного судна за последние 50 лет почти не изменились.
Традиционно сложилось, что при конструировании железобетонного корпуса проектировщики шли по пути, применяемом при проектировании корпусов стальных судов, а именно:
- вместо стальной обшивки применили железобетонные плиты;
- вместо стального рамного набора применили железобетонные ребра прямоугольного сечения;
- вместо книц применили армированные вуты;
- расстояние между железобетонными ребрами увеличили в 1,5...2 раза по сравнению со шпацией, применяемой в стальном судостроении.
Данные корпуса получились относительно легкими, однако трудоемкость постройки таких ребристых железобетонных корпусов оказалась чрезвычайно высокой.
Подавляющее большинство железобетонных судов являются стоечными, и масса корпуса для таких судов не является важным эксплуатационным показателем. Поэтому при конструировании железобетонного корпуса его весовые характеристики вторичны и на первое место должна выходить его технологичность, так же существенно влияющая на строительную стоимость судна. Большой потенциал в повышении технологичности железобетонного корпуса кроется в более разумном и обоснованном использовании той или иной системы набора корпуса, в отказе от ребер, в условиях, когда на судне имеются часто расставленные поперечные переборки. Отказ от продольных переборок позволит избавиться от большого количества трудоемких арматурных работ в местах стыковки их с поперечными переборками корпуса. Отсутствие подзоров в оконечностях так же в некоторой степени упростит конструкцию технологической оснастки и унифицирует ее. Применение в качестве набора корпуса стальных балок, а в качестве наружной обшивки плоских безребристых плит позволяет
отказаться от сложных ребристых матриц для изготовления секций и трудоемких работ по изготовлению арматурных каркасов ребер и тем самым в какой-то мере снизить строительную стоимость и сократить цикл постройки корпуса.
Для большинства существующих корпусов железобетонных судов характерна малая толщина корпусных элементов и относительно высокое насыщение сечений этих элементов стальной арматурой, что в условиях постоянного удорожания стали становится неприемлемым, поэтому сейчас намечается тенденция увеличения толщины корпусных элементов, в свою очередь позволяющая увеличить пролёты плит и отказаться, таким образом, от ребер, на изготовление которых приходится значительная доля общей трудоемкости постройки корпуса. Однако сложившаяся тенденция требует проведения дальнейших исследований по технико-экономическому обоснованию ее использования.
Нового комплексного обоснования в современных экономических условиях требуют области применения различных систем набора корпуса. Нет четкого ответа на вопрос, при какой длине железобетонного корпуса рационально, с экономической точки зрения, использование той или иной системы набора корпуса. А существующие на данный момент подобные рекомендации потеряли свою актуальность в связи с изменением модели развития экономической системы страны.
Значительный потенциал кроется в использовании принципиально новых для железобетонного судостроения конструкционных материалов. Особый интерес представляют бетоны с улучшенными прочностными и эксплуатационными характеристиками, в частности дисперсно армированные бетоны или фибробетоны, в которых роль армирующего компонента выполняют отрезки металлических или синтетических волокон, дисперсно распределенных по объему бетонной матрицы. Подобные материалы имеют как преимущества, так и недостатки, поэтому использование их в качестве материала корпуса требует обоснования. За рубежом и у нас в стране уже накоплен некоторый опыт по использованию фибробетона в конструкциях, эксплуатирующихся в тяжелых климатических и природных условиях [4]. Использование фибробетона в корпусных конструкциях железобетонных судов так же имеет определенную целесообразность.
Стоит обратить внимание и на технологию постройки железобетонных судов, долгое время находившуюся без внимания и требующую дополнительное обоснование с учетом сложившихся экономических условий. Переход в середине 50-х годов к сборному способу постройки был крупным прорывом в технологии строительства судов из железобетона. Технология постройки судов из отдельных секций, соединяемых на арматурных выпусках (рис. 1), прежде всего, ликвидировала сезонность работ на верфях железобетонного судостроения, не имевших в то время цехов, и уменьшила стапельный период постройки путем переноса значительной части работ со стапеля в цех, тем самым ускорив оборачиваемость стапеля. Поэтому данная технология стала усиленно внедряться по аналогии с передовым способом сборки металлических судов. Это стало значительным прогрессом по сравнению с ранее применявшимся только монолитным способом постройки.
Однако, прямое копирование конструкции и технологии постройки металлических судов без учета специфики железобетона, имеющего отличные от металла свойства, привело к возрастанию трудоемкости, энергоемкости, и соответственно стоимости железобетонных корпусов.
Одним из направлений снижения трудоемкости при сборном способе постройки является сокращение протяженности межсекционных стыков и количества арматуры в этих стыках. Данная цель может быть достигнута за счет некоторого увеличения габаритных размеров секций. Однако, такой путь кардинально не решит проблему, так как укрупнение секций повлечет за собой увеличение капитальных затрат, связанных с перестройкой цехов, модернизацией существующего кранового оборудования, увеличения материалоемкости оснастки, увеличения складских площадей. Еще одним
направлением решения данной проблемы может стать разумное сочетание сборного и монолитного способов.
Если учесть особенности постройки железобетонных судов, их конструкцию, а также свойства судостроительного бетона, его пластическое состояние в процессе формования судовых конструкций, то монолитный способ более оправдан, нежели сборный. Проведенные расчеты трудоемкости постройки в сборном и монолитном варианте при условии применения современных конструкций опалубок опять же указывают на превосходство последнего.
Идеальным вариантом могла бы быть отливка всего корпуса сразу. Однако в таком случае должна использоваться легкомонтируемая опалубка многоразового использования, и решены вопросы с укладкой и уплотнением бетонной смеси при бетонировании конструкции. На данный момент попытки решить эти проблемы на существующих отечественных верфях железобетонного судостроения не предпринимаются.
Железобетонное судостроение по своей технологической сущности находится между металлическим судостроением и строительной отраслью, поэтому для решения обозначенных выше технологических проблем нужно обратиться к последним достижениям отечественных и зарубежных строителей. В последние годы в гражданском строительстве наметилась некоторая тенденция к увеличению количества сооружений, возведенных монолитным способом. Данный факт объясняется тем, что резко возрос технический уровень монолитного способа строительства, разработаны новые типы опалубки (скользящая и самоподъемная опалубка), улучшены прочностные и технологические характеристики самой бетонной смеси (самоуплотняющийся бетон, фибробетон, серобетон), механизированы арматурные работы (резьбовые и муфтовые соединения арматуры), усовершенствовано грузоподъемное и бетоносмесительное оборудование. Переход к монолиту в строительной отрасли позволил отказаться от жесткой привязки к существующим предприятиям сборного железобетона. Данный нюанс может с успехом использоваться в железобетонном судостроении и позволит строить суда в полигонных условиях. Так, например, заслуживает внимания опыт строительства железобетонных понтонов плавучего мостового перехода (рис. 2) близ города Абердин, США [5].
Данный пример является весьма показательным в плане технологичности конструкции корпуса и рациональности метода постройки, при котором днище, борта и палуба изготавливались монолитным способом, а внутренние переборки собирались из плоских секций, изготовленных так же на временном полигоне.
Рис. 1. Межсекционное соединение плит наружной обшивки при сборном методе постройки
Рис. 2. Строительство железобетонного понтона прогрессивным сборно-монолитным способом
Поскольку постройка железобетонных судов на современном этапе осуществляется, в основном, в специализированных цехах предприятия, то есть не в отрыве от технической базы, как это свойственно строительству гражданских объектов, то эффект от внедрения элементов монолитного способа может быть получен при меньших капитальных затратах. Разумеется, речь идет не о категорическом отказе от сборных конструкций, а о рациональном экономически эффективном сочетании обоих этих способов.
Список литературы:
[1] Егоров Н.М., Мильто А.А., Миронов В.И., Протопопов В.Б., Рыбалов И.И., Справочник по железобетонному судостроению (суда внутреннего плавания). Л.: Судостроение, 1969. С. 356;
[2] Абросимов К.А., Мильто А.А., Пасинский А.М., Технология железобетонного судостроения. Л.: Судостроение, 1965. С. 348;
[3] Сиверцев И.Н., Железобетонное судостроение. М.: Речной транспорт, 1959.;
[4] ACI544.1R Committee Report on Fiber-Reinforced Concrete, 1996;
[5] SR 520 Bridge Replacement and HOV Program: сайт URL: http://www.wsdot.wa.gov/Projects /SR520Bridge/.
STATUS AND TRENDS OF HULL STRUCTURES OF REINFORCED CONCRETE SHIPS
M.S. Gorohov
The paper presents the status of the current trends and design of hull structures of reinforced concrete ships. Identified perspective areas of reinforced concrete hull structures. The advantages and disadvantages of the existing methods of construction of concrete ships. Scheduled tendency to reduce the construction cost of reinforced concrete hull.
Keywords: reinforced concrete hull, system of the ship, fibrous concrete, technology of construction, pontoon.
