УДК 69.057.7:624.15

Упрощенный метод расчета прочности инженерных коммуникаций, расположенных под путями башенного крана

Лукин Алексей Юрьевич – доцент кафедры Автомобильных дорог и строительного производства Северного (Арктического) федерального университета.

Аннотация: В статье рассмотрен упрощенный метод расчета напряжений, возникающих в основании башенного крана, действующих на расположенные в грунте трубопроводы и сети теплотрассы, водоснабжения или канализации. Показаны способы определения нагрузок с помощью этого метода на коммуникации, находящиеся в основании башенного крана. Предложены инженерные методы расчета прочности конструкций инженерных сетей, лотков теплотрассы, позволяющие выполнить проверку возможности установки башенного крана на площадке и обеспечить безопасность производства работ.

Ключевые слова: метод расчета, инженерные коммуникации, проверка прочности, основание башенного крана.

При использовании на строительстве объектов башенных кранов достаточно часто возникают случаи, когда в месте устройства подкранового пути проходят существующие инженерные коммуникации: трубопроводы водоснабжения или канализации, или же располагаются сети теплотрассы, размещенные в железобетонном лотке. В соответствии с п. 4.2.1. ГОСТ Р 51248-99 [1] подземные коммуникации, расположенные в зоне крановых нагрузок, следует проверить расчетом на прочность и, при необходимости, защитить от деформаций и разрушения. Поэтому в составе проекта производства работ необходимо выполнить расчет трубопроводов на действие внешней нагрузки или проверку прочности лотков теплотрассы. Методика подобных расчетов достаточно трудоемка, требует проведения предварительных расчетов подкранового пути и учета распределения напряжений в грунте от башенного крана по правилам механики грунтов [2, 3, 4].

В некоторых случаях нет необходимости в большой точности расчета напряжений в основании башенного крана, иногда он достаточно сложен и требует предварительного определения многих физико-механических свойств грунтов. Для этого можно рекомендовать упрощенный инженерный метод расчета, сущность которого заключается в следующем.

Вся нагрузка, действующая на одну опору башенного крана, независимо от числа колес в ходовой тележке крана приводится к одной сосредоточенной силе.

Р_общ. = Р∙n,           (1)

где: Р – давление на ходовое колесо крана в соответствии с паспортными данными, кН;

n – число колес в одной ходовой тележке крана.

Полученная таким образом нагрузка распределяется на грузовую площадь шириной L_шп. (длина полушпалы подкранового пути, равная 1,375 м) и длиной 1 м, то есть нагрузка на основание определяется на 1 п.м. В этом случае грузовая площадь, на которую действует нагрузка от крана, будет равна: S_груз. = 1,375∙1 = 1,375 м².

В результате можно получить равномерно распределенную нагрузку q, действующую по подошве шпал на 1 п.м. подкранового пути, и передающуюся на основную площадку земляного полотна:

,           (2)

Сущность упрощенного метода расчета заключается в том, что дальнейшее распределение нагрузки q в основании башенного крана принимаем по схеме, изображенной на рис. 1, из которой следует, что передача действующей нагрузки по глубине основания в подстилающих грунтах осуществляется под углом внутреннего трения слоя грунта φ.

Таким методом можно достаточно просто получить нагрузку, действующую на трубопровод или железобетонный лоток, и сравнить ее с паспортной прочностью конструкции.

Наиболее наглядно предлагаемый приближенный метод расчета можно рассмотреть на примере.

Пример. Требуется определить прочность канала теплосети, проходящего под путями крана КБ 405.2 на отметке -1,80 м (рис. 1).

В соответствии с паспортом железобетонная плита канала теплосети выдерживает нагрузку 0,107 МПа. Под путями башенного крана уложена балластная призма из щебня толщиной 300 мм с углом внутреннего трения φ = 50^о. Ниже расположен пылеватый песок с углом внутреннего трения φ = 30^о.

Кран КБ 405.2 имеет по 2 ходовых колеса на каждой опоре, нагрузка на одно ходовое колесо согласно паспорта составляет 260 кН, отсюда общая нагрузка на одну опору, приведенная к одной сосредоточенной силе, составит: Р_общ. = 260∙2 = 520 кН.

Рисунок 1. Распределение напряжений в основании при упрощенном методе расчета.

Равномерно распределенная нагрузка, действующая на уровне подошвы шпал, составит:

За счет наличия балластной призмы из щебня толщиной 0,3 м с углом внутреннего трения φ = 50^о нагрузка от крана под шпалой перераспределяется на большую площадь S₁ на границе щебень-песок. Определим стороны и грузовую площадь S₁ на этой границе:

а₁ = 1,0 + 2∙0,3∙tg 50° = 1,72 м

b₁ = 1,375 + 2∙0,3∙tg 50° = 2,06 м

S₁ = 1,72∙2,06 = 3,54 м²

Тогда на этой границе будет действовать равномерно распределенная нагрузка q₁.

Следовательно, наличие щебеночного балласта толщиной 0,3 м позволяет уменьшить напряжения от крана на этой границе в 0,378/0,147 = 2,57 раза.

Трубопроводы и лоток расположены в слое пылеватого песка (φ = 30^о), который имеет меньшую степень распределения нагрузки, чем щебень. Определим размеры и грузовую площадь S₂ на границе плиты лотка:

а₂ = 1,72 + 2∙1,5∙tg 30° = 3,45 м

b₂ = 2,06 + 2∙1,5∙tg 30° = 3,79 м

S₂ = 3,45∙3,79 = 13,08 м²

Нагрузка, действующая на плиту лотка, составит:

Наличие слоя песка над лотком толщиной 1,5 м позволяет уменьшить напряжения от крана на этой границе в 0,378/0,04 = 9,45 раза.

Полученная величина напряжений от крана 0,04 МПа меньше, чем допускаемая нагрузка на плиту лотка 0,107 МПа. Следовательно, никаких дополнительных мероприятий по усилению теплотрассы под путями башенного крана не требуется.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51248-99 Пути наземные рельсовые крановые. Общие технические требования / Госстрой России, 1999. – 19 с.
2. Клейн Г.К. Расчет подземных трубопроводов / М.: Стройиздат, 1969. – 239 с.
3. Устройство и эксплуатация подкрановых путей на строительстве // А.И. Альперович, М.Д. Полосин, В.И. Поляков / М.: Стройиздат, 1975. – 262 с.
4. Раковский В.И. Проверка прочности инженерных коммуникаций в зоне действия башенного крана / В.И. Раковский, А.Ю. Лукин. – Текст: электронный // Обществознание и социальная психология. – 2023. – №5 (49). – С. 997-1000.