Главная|Контакты
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ
Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Учебные заведения, находящиеся в признанных культурным наследием зданиях, возможно смогут...

06.09.16  В Королеве в октябре будет открыта пешеходная зона в технологическом стиле

31.08.16  Корпорация Технониколь открыла новый завод по производству минваты в Хабаровске

31.08.16  Отреставрированный корпус РЭУ им. Плеханова открыт

29.08.16  На строительство нового терминала аэропорта на Камчатке претендуют 4 инвестора

29.08.16  ЦАГИ включен в список объектов культурного наследия

28.08.16  На Северном Кавказе к 2017 году будет введен в экусплуатацию индустриальный комплекс

26.08.16  Жилой комплекс со спортивной инфраструктурой будет построен в Казани

26.08.16  В усадьбе "Константиново" откроется детский хоспис

25.08.16  Перинатальный центр на северо-западе Москвы в скоро времени будет построен

24.08.16  В ходе реставрации метро "Сокол" будут восстановлены исторические элементы

ТОП СТАТЕЙ
Опубликовано : 08.02.15 | Категория: Пневматические строительные конструкции
В рассматриваемых до сих пор пневматических конструкциях напряженное состояние вызывалось нагрузкой от давления воздуха. Жидкости также могут напрягать гибкую оболочку. Такие емкости для жидкостей широко распространены в природе. Примером могут служить различные плоды, помидоры, ягоды винограда и многое другое.
Емкости для жидкости

В то время как резервуары, которые нагружаются давлением газа, должны быть герметично закрытыми, для резервуаров, наполненных жидкостью, это не обязательно. На эскизе (рис. 18.1) показана гибкая мембрана, подвешенная на кольце и нагруженная весом жидкости. Из диаграммы видно изменение давления жидкости в зависимости от высоты. Давление растет по мере увеличения глубины и равно произведению объемного веса жидкости на высоту. На рис. 18.2 показана подобная же емкость. Она имеет покрытие в виде мембраны, нагружаемой изнутри давлением воды. В данном случае мы имеем замкнутый резервуар, который нагружен только давлением жидкости без дополнительного напряжения. Дополнительное напряжение может быть введено, если резервуар замкнутый и жидкость в нем находится под давлением, создаваемым или насосом, или присоединением трубы, наполненной жидкостью (рис. 18.3). В самой высокой точке резервуара уже имеется давление жидкости.
Емкости для жидкости

Диаграмма нагрузки представляет собой трапецию, которая может выражаться суммой прямоугольной и треугольной части. Прямоугольная часть отражает, так сказать, предварительную нагрузку, треугольная часть соответствует нагрузке от веса жидкости, заключенной между верхним и нижним уровнями резервуара.
Емкости для жидкости

Случай нагрузки, показанный на рис. 18.4, также распространенный, резервуар заполняется частично жидкостью, частично газом. Если при этом газ находится под давлением, то мы имеем диаграмму нагрузки, показанную на рис. 18.4 справа. Если резервуар заполнен только газом, диаграмма нагрузки становится прямоугольной; если же убрать избыточное давление газа, то этот случай соответствует диаграмме на рис. 18.3.
Емкости для жидкости

На рис. 18.5 представлено поперечное сечение водяного резервуара высокого давления, который изготовлен из гибкой мембраны. В резервуаре имеется воздушная подушка, с помощью которой давление воды поддерживается приблизительно одинаковым даже при различной высоте водяного столба в резервуаре. Приемный водопровод соединяется в самой нижней точке резервуара. Хотя такой резервуар в случае больших размеров сильно напряжен, его конструкция экономична и имеет эксплуатационные преимущества по сравнению с классическим решением в виде водонапорной башни. Такие резервуары можно использовать не только для водоснабжения, но и для аккумулирования энергии.
Емкости для жидкости

Случай нагрузки, обратной вышеупомянутой, показан на рис. 18.6. Купол, наполненный газом, находится под водой. В этом варианте купол испытывает давление воды, направленное внутрь. Поскольку избыточное давление внутри резервуара должно уравновешивать внешнее давление жидкости, наибольшая разность давлений, а следовательно, и нагрузка на мембрану будет не в нижней, а в верхней части. Такой подводный купол можно использовать, например, для проведения подводных работ по устройству оснований вместо кессона. Этот способ особенно экономичен при большой площади подводных работ и малых глубинах. Мембрана подводного купола может крепиться, например, к тяжелому жесткому кольцу с врезающимся в дно острым нижним краем или к заранее закрепленным глубоко расположенным анкерным устройствам.
Особое значение для изучения форм резервуаров имеют опыты измерения оболочек из высокоэластичной резины, заполненных жидкостью. Давление жидкости, растущее книзу, определяет типичную каплеобразную форму поверхности, которая хорошо иллюстрируется на фотографии капли ртути, показанной в шестикратном увеличении (рис. 18.7). Поверхностное натяжение ртути действует подобно резиновой мембране. Оно равно во всех точках поверхности. В очень маленьких каплях разница в давлениях по высоте весьма мала. По мере уменьшения диаметра капля приближается по форме к сфере. Чем больше по размерам капля, тем более плоской она становится. Ее высота не может превзойти некоторой максимальной. В предельном случае получается плоская поверхность с закругленными краями.
Емкости для жидкости

Если из малодеформированного материала изготовить гибкую мембрану по форме ртутной или водяной капли, которая легко определяется математически или на основании опыта, и наполнять ее водой, то под действием водяного давления емкость начнет медленно подниматься вверх, как это показано на рис. 18.8. При этом сначала напрягается зона наибольшего диаметра, затем верхняя часть и, наконец, зона основания. В начальных стадиях подъема, показанных на рис. 18.8, такой резервуар относительно мягок и чувствителен к внешним нагрузкам; при заполнении резервуара он приобретает значительную устойчивость. Если же мы хотим для стабилизации резервуара использовать дополнительно внутреннее давление газа, в том числе и при пустом резервуаре (рис. 18.9), то форма оболочки должна отвечать закону формообразования мембран, нагруженных давлением газа. Резервуар следует крепить к основанию по опорному контуру, поскольку под действием давления газа мембрана основания стремится выпучиться и принять сферическую форму. В резервуаре с закрепленным контуром опирания можно хранить жидкости при различной степени заполнения, сохраняя при этом постоянную форму резервуара.
При нагружении равномерно распределенным давлением газа в оболочке резервуара возникает напряженное состояние, отличное от случая нагружения жидкостью. Обусловленная этим деформация резервуара уменьшается при применении малодеформируемых материалов для изготовления оболочки. Резервуар такой конструкции, постоянно нагружаемый давлением жидкости или газа, на любой стадии нагружения обладает стабильностью формы.
Одним из существенных преимуществ гибких сворачиваемых емкостей является то, что на каждой стадии заполнения можно избежать присутствия газа. В особенности это важно при хранении взрывчатых веществ, когда нельзя допускать проникновения в резервуар кислорода.
В гибких резервуарах для жидкостей, стабилизируемых с помощью давления газа в соответствии с рис. 18.9, жидкость можно отделять от газа с помощью тонкой пленки.
Нефтяные склады располагаются обычно или вблизи места добычи или около портов, причем нефтяные гавани обыкновенно выносятся далеко в море и имеют причалы, к которым могут подходить большие танкеры.
На рис. 18.10 показан проект склада, оборудованного двумя резервуарами. На рис. 18.11 и 18.12 показан проект другого склада с четырьмя резервуарами, расположенного на морском берегу. На складе имеются распределительная централь и два прямых трубопровода, подходящих к кораблям. На рис. 18.13 представлена небольшая емкость для воды производства баллонной фабрики «Аугсбург»
Сферические резервуары с плоскими днищами возводятся из тонколистовой стали в Чикаго (рис. 18.14).
Рис. 18.15 поясняет условия устойчивости заполненной жидкостью мембраны в форме усеченного конуса. Вследствие давления жидкости, действующего всегда нормально к поверхности резервуара, возникают кольцевые усилия, которые при вертикальной оси резервуара ориентируются горизонтально. Благодаря давлению жидкости, действующему наклонно вверх, в оболочке резервуара возникают растягивающие напряжения, возрастающие книзу. Такой резервуар, в особенности если он выполнен из совершенно гибкого материала, поднимается сам под действием давления жидкости. По верхнему краю мембрана только слегка напряжена, в нижней же части в ней имеются значительные усилия. Чем более плоским является конус, тем больше усилие, возникающее в мембране. Чтобы сделать верхнюю область более жесткой, можно подобрать рациональную форму резервуара (рис. 18.16). Решение верхнего края резервуара в виде плавающего кольца (рис. 18.17) является мерой, существенно увеличивающей устойчивость мембраны. Коническая мембрана (рис. 18.18), если ее не крепят к своему основанию, под действием давления воды деформируется, как показано пунктирной линией, причем по краю плоского основания возникают складки. Под действием давления воды коническая часть мембраны расправляется и приподнимается.
На серии рис. 18.20—18.22 показана коническая мембрана в различных фазах подъема. Край конической мембраны в этом случае прикрепляется к плите основания. На закрепляющие элементы действуют значительные растягивающие усилия. Если это закрепление удаляется, возникает форма, приведенная на рис. 18.19.
Резервуары, имеющие большой диаметр и малую высоту (рис. 18.23), не всегда нуждаются в днище; при этом мембранные растягивающие усилия могут восприниматься кольцевым тросом, оконтуривающим нижний край резервуара. Давление воды обеспечивает плотное прилегание нижнего края к основанию. Вместо кольцевого троса могут использоваться и анкеры.
Емкости для жидкости

С помощью тонких гибких высокопрочных мембран, усиливаемых, например, тросами, можно решить целый ряд задач по возведению сооружений, которые, вообще говоря, относятся к области гидротехнического строительства. На рис. 18.24 показано возведение искусственного острова. На мелководье, где дно обычно представляет собой слабый илообразный грунт, разворачивается мембрана и заполняется водой. Зеркало воды внутри емкости располагается выше уровня реки, в силу чего мембрана находится под напряжением. С барж внутренний объем емкости заполняется песком, причем вода из нее постепенно вытесняется. Вновь созданный остров первое время испытывает большие осадки в связи с уплотнением слабого грунта основания. Краевая область острова, прилегающая к мембране, может укрепляться с помощью цементных инъекций непосредственно сквозь мембрану (это необязательно делать, если используется мембрана, приобретающая со временем жесткость). Позднее на таком острове может быть создано поселение. Нижняя мембрана может использоваться в качестве анкерующего устройства для возводимого над островом пневматически напряженного купола.
Емкости для жидкости

Конусообразная оболочка, расширяющаяся кверху, складывается под действием давления жидкости, цилиндрическая же оболочка практически может применяться, если она удерживается в расправленном состоянии с помощью плавучего кольца (рис. 18.25). В последние годы было построено много резервуаров из гибких мембран в форме цилиндра с плавучим кольцом. Исследования в этой области были обобщены Штромайером. Такие мембранные емкости с плавучим кольцом или без него могут существовать не только в виде замкнутой полости, но и в виде элемента резервуара, как это показано на проектах водоподъемных плотин (рис. 18.26 и 18.27), причем мембрана в таких плотинах поддерживается мощной тросовой сеткой, поскольку в этом случае очень велики нагрузки. Когда такая мембрана, напрягаемая давлением жидкости, при падении давления теряет напряжение и меняет форму, ее относят к так называемым нежестким конструкциям.
Экономичность плотин из растянутых конструкций бесспорна; кроме того, таким плотинам присущи меньшая чувствительность в отношении перемещения основания и высокая сейсмостойкость.
Мембранные плотины лучше переносят давление льдов и глетчеров в высокогорных областях, а также воздействие камней и других предметов, увлекаемых водой при наводнениях, — по сравнению с жесткими арочными плотинами, схема статической работы которых обратна мембранным. С тех пор как были разработаны методы анкеровки в основании сильно нагруженных тросов, а также уплотнения с помощью тонких глубоко заводимых в грунт мембран, конструкции такого вида приобрели большое значение. Они обладают высокой надежностью и сохраняют устойчивость даже в случаях намеренных повреждений. Повреждение даже нескольких тросов тросовой сетки не вызывает обрушения всего сооружения, а приводит только к образованию неплотностей, вода через которые может изливаться лишь постепенно.
Относительно просто возводятся несколько плотин, временно перекрывающих друг друга, в особенности, если нужно обеспечить большую разность высот верхнего и нижнего бьефа системы (рис. 18.28). На рис. 18.29 показано поперечное сечение двух взаимно перекрывающих друг друга гибких плотин с верхними плавучими трубами, которые могут применяться для перепадов около 20 м. На рис. 18.30 (разрез) представлен проект разгружения арочной плотины, ставшей ненадежной.
Емкости для жидкости

Ранее в книге «Висячие покрытия» на эскизных разработках было показано, как с помощью седловидной предварительно напряженной тросовой сетки, усиленной по верхнему краю тросом, можно создавать непосредственно в горных долинах или каньонах водоподъемные плотины относительно жесткой формы. Были предприняты попытки опытным путем уменьшить радиус кривизны предварительно напряженной тросовой сетки, в особенности в тех направлениях, где тросы непосредственно воспринимают нагрузку от давления воды и выпучиваются в сторону нижнего бьефа. Восприятие нагрузок от давления воды с помощью горизонтальных несущих тросов целесообразно в случае узких U-образных ущелий, вертикальное расположение несущих тросов выгоднее при широких долинах. При применении верхнего троса-подбора плотина в общем случае имеет в середине пролета наименьшую высоту. В этом месте может быть организован водослив (рис. 18.31).
Плотина, фасад которой показан на рис. 18.32, имеет седловидную форму и выполнена из мелкоячеистой сетки, доходящей только до наивысшего уреза воды, переходя затем просто в пучки тросов. В плотине, показанной на рис. 18.34, мелкоячеистая тросовая конструкция, воспринимающая давление воды, имеет форму части купола. Чтобы незаполненная плотина сохранила свою форму, применяют дополнительную тросовую конструкцию, которая действует аналогично давлению воды, растягивая основную конструкцию во многих точках. На рис. 18.35 и 18.36 показана конструкция, используемая в качестве лавиноотвода в горных областях. Для этого применимы усиленные крупноячеистые сетки с небольшим предварительным напряжением. В некоторых случаях предпочтительнее применять ненапряженные свободно провисающие сетки.
Собственно, конструкция тросовой сетки и мембраны зависит от высоты подъема воды и пролета плотины. Определенную роль играют и вопросы надежности. В конструкции оболочки плотины (рис. 18.37) основные нагрузки воспринимаются крупноячеистой сеткой из толстых параллельных пучков проволоки, заполняемой, в свою очередь, мелкоячеистой сеткой. На последнюю опирается тканая сетка со стороной ячейки 15—20 мм, поддерживающая водонепроницаемую оболочку из листового металла или битуминизированной ткани. При большой высоте плотины и значительных пролетах главные тросы располагаются очень часто. Водонепроницаемая мембрана отделяет тросы от верхнего бьефа, благодаря чему состояние тросов легко может контролироваться. Оцинкованные тросы, защищенные толстой пластмассовой рубашкой, обладают высокой коррозионной стойкостью к атмосферным воздействиям. Могут применяться разнообразные формы плотин, в том числе конструкции, способные воспринимать нагрузку в вывернутом состоянии.
Емкости для жидкости

Гибкие плотины можно монтировать из одинаковых элементов. На плане (рис. 18.38) и разрезе (рис. 18.39) показана такая сборная мембранная плотина. Она имеет двоякую кривизну, верхний край ее обладает плавучестью. В конструкцию плотины входят внутренние переборки-диафрагмы, закрепляемые в основании. Эти диафрагмы можно выполнять из гибких материалов, работающих на растяжение. Конструкция такого вида была применена в проекте надземного водного канала (рис. 18.40), противоположные стенки которого соединяются друг с другом переборками. Для того чтобы уменьшить площадь поверхности внутренних переборок, они окантовываются тросами, благодаря чему площадь мембраны сводится к минимуму (рис. 18.43 и 18.44).
В конструкции на рис. 18.45 тросы в основании крепят не к специальным анкерам, а к нижней мембране, заведенной в грунт, что может быть особенно необходимо при слабых илистых грунтах основания. В поперечных разрезах конструкции на рис. 18.46 и 18.47 внутренние переборки отсутствуют. Тросы крепят в точках непосредственно к мембране. Нагрузку от давления воды благодаря этому удается передать прямо на тросы, при относительно небольших напряжениях в мембране.
Расстояния между точками крепления тросов уменьшаются книзу по мере роста давления воды.
Образующаяся форма мембранной поверхности конструктивно очень похожа на форму пневматически напряженных мембран с внутренним водоотводом. При конструировании плотин с внутренними переборками возникают аналогичные задачи. Плотины такой конструкции могут иметь в общем прямолинейную форму, что дает экономию материалов и меньшую протяженность фундаментов и для коротких, и для длинных плотин.
Мембранная плотина, показанная на рис. 18.41, имеет временный характер. Постоянная широкая земляная плотина возводится путем подводной отсыпки грунта с судов. На рис. 18.42 и 18.48 показан реальный проект искривленных соединяемых друг с другом мембран, используемых для создания водоподъемных плотин большой площади, расположенных террасами.
При соединении друг с другом жестких тросовых конструкций возникает необходимость в мачтах или других сжатых элементах, поддерживающих седловидно искривленные мембраны или тросовые сетки. Такая конструкция показана в проекте защитной подпорной стенки на рис. 18.49 и на фотографиях модели (рис. 18.50), подготовленной для выставки в Кельне 1956 г. При использовании тросовых сеток ячейки, расположенные выше уровня воды, могут оставаться открытыми, чтобы уменьшить нагрузки от ветра. Другая конструкция плотины показана на рис. 18.51, с поперечным разрезом — на рис. 18.52. Линия основания плотины искривлена. Значительная кривизна мембраны уменьшает возникающие в ней напряжения.
Емкости для жидкости

Как и во всех предварительно напряженных конструкциях из тросовых сеток, поддерживаемых мачтами, возникает проблема обеспечения устойчивости сжатых элементов. Опасность потери устойчивости может быть значительно уменьшена, если сжатые элементы входят в тросовую систему таким образом, что их устойчивость улучшается с помощью самой тросовой сетки. Такое решение показано на эскизе конструкции (рис. 18.53) с планом на рис. 18.54 и разрезом на рис. 18.55. Сжатый элемент слегка изогнут и развязан в трех направлениях, причем в двух направлениях эта развязка обеспечивается самой мембраной плотины, а в третьем — промежуточной стенкой в виде переборки. Подобное решение приведено на рис. 18.57, где присоединяемые друг к другу седловидные поверхности из тросовых сеток натягиваются между прямыми стойками и раскрепляются со стороны верхнего бьефа пучком тросов (см. поперечный разрез — рис. 18.58).
Конструкция на рис. 18.56 аналогична описанной.
Емкости для жидкости

В конструкциях жестких плотин со сжатыми элементами нужно стремиться к тому, чтобы давление воды действовало по возможности вверх, т. е. чтобы сжатые элементы испытывали сжимающую нагрузку только при незаполненном верхнем бьефе.
В проекте передвижного плавательного бассейна край ванны поддерживается плавучим кольцом. Это обусловливает постоянный уровень наполнения ванны (рис. 18.59). Ванна может использоваться в качестве основания для надуваемого над бассейном купола (рис. 18.60), вход в который предусматривается через специальный люк.
Практическое значение имеют емкости для воды, боковые стенки которых усиливаются с помощью первоначально прямых стержней, так что они надежно растягивают и напрягают верхний край емкости. Это достигается путем соответствующего раскроя мембраны и обусловленного раскроем сильного изгибания первоначально прямых стержней (рис. 18.61). Использование такого решения в конструкциях водоподъемных сооружений поясняется рис. 18.62. Широко применяются цилиндрические баки с усилением прямыми боковыми стержнями (рис. 18.63) или пневматическим кольцом и надувными боковыми цилиндрами (рис. 18.64).
Емкости для жидкости

Детский плескательный бассейн, разрез которого приведен на рис. 18.65, и такого же типа бассейны фонтанов из цветной ткани были предложены автором в 1956 г. для выставки садоводства в Кельне. Детский плескательный бассейн (рис. 18.66) состоит из мембраны, подвешенной к жесткому кольцу, которое одновременно используется для подведения воды к шести соплам. У декоративного бассейна фонтана, показанного на рис. 18.67, ванна образуется свободно висящей мембраной. Он привлек большое внимание на международной строительной выставке в 1957 г.
Характер материала (жидкость или сыпучее), заполняющего емкость, имеет второстепенное значение. На круглом кольце или на прямоугольной раме может быть натянута мембрана или тросовая сетка, образующая конструкцию, которая используется, например, для хранения зерна. Такая конструкция хорошо воспринимает динамические нагрузки при перемещении сыпучих масс зерна (рис. 18.68). Чтобы ускорить процесс выгрузки, мембране можно придать форму воронки (рис. 18.69).
Емкости для жидкости

На эскизе конструкции (рис. 18.70) показан поперечный разрез складского помещения для сыпучих продуктов, которые могут складироваться только тонким слоем. Сооружение состоит из колонн, раскрепленных по периметру здания растяжками, между которыми натягиваются мембраны для складирования материала. Мембраны имеют воронкообразные углубления, облегчающие выгрузку.
Поперечное сечение висячего здания (рис. 18.71), которое может развиваться во все стороны, дает представление о еще одном варианте конструкции, похожей на вышеприведенную. Междуэтажные перекрытия подвешивают к несущему тросу с помощью вертикальных тросов и выполняют из мелкоячеистой проволочной сетки, поверх которой устраивается покрытие из легких бетонов типа перлита или газобетона, так что образуется плоская поверхность перекрытия.
Ранее рассматривались конструкции свободно подвешенных резервуаров для жидкостей или текучих материалов, которые опирались по краю на жесткое кольцо Или подвешивались в нескольких точках. He меньший интерес представляют резервуары, которые подвешиваются только в одной точке и под действием давления воды приобретают каплеобразную форму.
Емкости для жидкости

Если жидкость может просачиваться через фильтрующий материал, наблюдается типичное образование капель. Сначала образуется легкое утолщение, затем вздутие растет, и после образования перетяжки капля отрывается.
Изучение формы падающей капли жидкости представляет интерес при определении рациональных очертаний резервуаров. На рис. 18.72 показана капля лака на конце стеклянной трубочки, проходящая последовательно все стадии формообразования. По мере формирования капли поверхностное напряжение в капле уменьшается. При образовании перетяжки капля отрывается. Снимок отдельных стадий образования капли сделан с тройной экспозицией.
В каплях жидкости мембранные напряжения равны в каждой точке поверхности и по всем направлениям, пока капля находится в статическом равновесии, которое нарушается в момент отрыва капли. Форма капель поддается точному описанию.
Еще большее практическое значение имеют опыты над тонкостенными резиновыми баллонами. Рис. 18.73 показывает наполненный водой первоначально сферический баллон, а рис. 18.74 баллон, первоначально имевший вытянутую форму. В общем случае эластичные емкости могут иметь разнообразнейшие формы. Как показывают измерения, напряжения в оболочке возрастают по мере приближения к точке подвеса. Поэтому на практике резервуары конструируются с усилением тросами. Примечательно, что резервуар может не только висеть, но и стоять. Это возможно, если раскрой резервуара отвечает определенным условиям, изложенным ранее. На рис. 18.75—18.77 показано наполнение резервуара. На верхнем снимке резервуар пуст и не напрягается дополнительным внутренним давлением, на рис. 18.77 резервуар в наполненном состоянии обладает значительной устойчивостью. При этом, как показано на различных стадиях подъема (рис. 18.78—18.80), он может подвешиваться без существенного изменения своего объема. Изучение этих стадий подвески резервуара представляет интерес при конструировании больших емкостей для транспортировки жидкостей. Такие емкости экономичны для веса до нескольких тонн. Область их применения все более расширяется, поскольку при их перегрузке можно пользоваться простыми подъемными средствами.
Емкости для жидкости

При проектировании транспортабельных емкостей нужно учитывать, что они могут перевозиться на различных видах транспорта, например на грузовиках, на кораблях и даже по канатным дорогам. Резервуары можно устанавливать в стоячем положении на горизонтальном основании или подвешивать (рис. 18.81 и 18.82), что имеет большое значение в тех случаях, когда требуется быстрая выгрузка из склада или экономится дорогостоящая площадь. Когда резервуары подвешиваются к тросовой сетке, из этого положения они могут опускаться непосредственно на железнодорожную платформу или в кузов автомобиля для дальнейшей транспортировки. Небольшие резервуары могут соединяться в гроздья (рис. 18.83). Возможна также их подвеска на мачтах (рис. 18.84).
Емкости для жидкости

Важно различать среди таких резервуаров те, что могут стоять и соответственно имеют достаточно широкое основание, и те, что в заполненном состоянии вследствие большой гибкости могут только висеть или соответственно лежать. В гибких резервуарах объем верхней части вблизи точки подвеса невелик, верхняя часть резервуара может заменяться тросами (рис. 18.85) или же резервуар яйцевидной формы или в форме эллипсоида помещается в тросовую сетку соответствующей формы. При подвешивании гибкого резервуара используется несколько основных решений. Резервуар на рис. 18.86 подвешивается к мачте, раскрепленной оттяжками; на рис. 18.87 — к стене, причем в таких случаях нужно иметь в виду, что резервуар оказывает значительное боковое давление на, стену. Широко применяемая емкость для цемента показана на рис. 18.88. На рис. 18.89 приводится решение подвески трех или четырех емкостей на стойке, состоящей из вертикального стержня с крестовиной наверху. Устойчивость стойки обеспечивается тросами. Если же мы хотим отказаться от тросовых растяжек, то может быть использована рамная конструкция в соответствии с рис. 18.90, приспособленная в данном случае для пропуска железнодорожной колеи и позволяющая производить выгрузку содержимого резервуаров непосредственно в железнодорожные вагоны.
При погрузке удлиненных емкостей в автомашины (рис. 18.91), в железнодорожные вагоны и на пароходы (рис. 18.92 и 18.93) можно использовать несколько вариантов компактной укладки, причем узкие и выпуклые части резервуаров могут или чередоваться, или совпадать друг с другом. Интересно предложение о транспортировке соединенных в длинные цепочки мягких емкостей по узким каналам, чему способствует их обтекаемая форма (рис. 18.94). В наполненном состоянии они обычно легче воды, например в случае транспортировки нефти.
Емкости для жидкости

Каплевидные резервуары могут заполняться не только жидкостями, но и сыпучими материалами в виде зерна, муки, цемента и др. Размеры транспортабельных емкостей ограничиваются в основном грузоподъемностью транспортных средств и подъемных механизмов. Стационарные емкости, как, например, элеваторы для зерна, становятся наиболее экономичными при больших размерах.
Емкости для жидкости

Конструкции стационарных емкостей в жестком варианте легко выполнимы из листового металла или мелкоячеистых тросовых или проволочных сеток с заполнением бетоном или пластмассой, придающим жесткость конструкции.
Как для лежачих, так и для висячих емкостей можно применять последующее отверждение. Емкость выполняется как гибкая мембрана, заполняется и в этом состоянии покрывается слоем пластмассы, армируемой волокном или проволокой; образуется жесткая оболочка, сохраняющая свою форму и в незагруженном состоянии.
Могут быть созданы висячие гибкие емкости, сохраняющие свою форму в незагруженном состоянии благодаря давлению газа, а также такие, которые в незагруженном состоянии свободно повисают, изменяя свою форму, как это показано на рис. 18.95. Конструкция состоит из несущей стальной трубчатой мачты, раскрепляемой тросовой системой и заанкеренной в трех точках, чем обеспечивается ее устойчивость. Форму мембраны при заполнении можно выбирать таким образом, что угол наклона в самой нижней точке обеспечивает беспрепятственное истечение сыпучего. В незагруженном состоянии мембрана с помощью резиновых или пружинных тяжей плотно прижимается к мачте. Загружение резервуара ведется через стальную трубу мачты пневматическим или другим способом. Складируемый материал своим весом расправляет мембрану до тех пор, пока не заполнит ее доверху. Таким образом можно создавать простые, быстро возводимые конструкции силосов или элеваторов, которые обеспечивают более низкую стоимость и более короткие сроки возведения при одинаковой емкости по сравнению с обычными конструкциями из бетона или стали. Они представляют особенный интерес в случае необходимости срочного складирования дорогих материалов с минимальными потерями. Снимок модели к проекту таких силосов, разработанному автором, приведен на рис. 18.96.
Емкости для жидкости

Снимок модели на рис. 18.97 показывает мембрану, подвешенную к внутренней стойке и опирающуюся на основание. Пояснением служит поперечный разрез на рис. 18.103. Такой резервуар может использоваться для сбора промышленных стоков.
Инженер Калле разработал простую конструкцию силоса из пленки, подвешенной на внутренней стойке (рис. 18.98—18.102). Силос вмещает большое количество зеленой массы.
В последнее время все чаще стали применяться силосы из пластмассы вместо каменных или бетонных. Этому способствовал разработанный Штромейером метод уплотнения силосной массы с помощью мягкой емкости, заполняемой водой.
Можно отметить еще некоторые специальные формы подвесных емкостей. Так, емкость, подвешенная в двух точках, особенно удобна для складирования цемента. Она обеспечивает простую выгрузку и может приспособляться с минимальными затратами для хранения различных материалов (рис. 18.104).
Емкости для жидкости

Несколько резервуаров, имеющих в поперечном сечении приблизительно треугольную форму, можно подвешивать вокруг одной стойки (рис. 18.105). Резервуар с распорным внутренним кольцом показан на рис. 18.106. Другой резервуар с распорным кольцом, представленный на рис. 18.107, выше кольца открыт, и складируемый материал образует насыпь над уровнем кольца. Емкости, показанные на рис. 18.106 и 18.107, жесткие, сохраняющие свою форму и без внутренней нагрузки. Они имеют седловидную предварительно напряженную оболочку. То же относится к емкости с тремя кольцами на рис. 18.109 и к конструкции, показанной на рис. 18.108, в которой три резервуара, распираемых в средней части кольцами, крепятся к центральной стойке, одновременно обеспечивая ее устойчивость с помощью внутренних перегородок. Резервуары на рис. 18.110 и 18.111 также имеют внутренний стержень, но вместо колец в них использованы стержни, распирающие изнутри мембрану и обеспечивающие жесткость системы. Особенно простое решение жестких резервуаров показано на рис. 18.112 и 18.113, представляющих собой разрезы конструкций. Тросы, раскрепляющие центральную стойку, одновременно растягивают мембрану в стороны.
Емкости для жидкости

При введении внутренней связи, соединяющей, например, точку подвеса с соответствующей точкой основания, форма резервуара при подвешивании меняется (рис. 18.114 и 18.115). Это относится прежде всего к формам, которые должны обладать большой устойчивостью в не-подвешенном состоянии (рис. 18.116). Мембранные напряжения могут быть значительно понижены с помощью внутренних связей. Очень широкий резервуар, подвешиваемый в четырех точках, показан в боковой проекции на рис. 18.117 и в плане на рис. 18.118. Если две плоские оболочки накладываются друг на друга, сшиваются по прямым линиям и затем подвешиваются в двух точках, то возникает форма, показанная на рис. 18.119 и 18.120. Такие емкости заслуживают внимания из-за особенной простоты изготовления. Однако избежать образования складок при этом удается только в том случае, если емкость изготавливается из очень эластичного материала.
В проекте водонапорной башни, разработанной автором, резервуар подвешивается к раскрепленной оттяжками мачте. Вертикальное сечение резервуара приводится на рис. 18.121, горизонтальное сечение — на рис. 18.122.
Для легких, быстро демонтируемых башен используется конструкция резервуара с горизонтальным сечением согласно рис. 18.123, когда три резервуара размещаются вокруг мачты между тросовыми растяжками. При этом нужно отметить, что резервуары сообщаются друг с другом, так как при разных высотах заполнения отдельных резервуаров внутренняя стойка может испытывать значительный изгибающий момент. На рис. 18.124 показан общий вид водонапорной башни.
Емкости для жидкости

Круглая в плане предварительно напряженная мембрана, натягиваемая на вертикальную рамку, напрягалась весом и давлением жидкости с целью изучения образующейся формы. В результате была получена асимметричная куполообразная форма, подчеркиваемая на рис. 18.125 с помощью проектирования на нее вертикальных теневых полос. Численное определение поверхности можно производить путем проектирования ее на координатную сетку (рис. 18.126). Асимметрия обусловлена возрастающим книзу внутренним давлением. Емкости, содержащие легкий газ и взвешенные в воздухе, или воздушные емкости, находящиеся под водой, также принимают каплеобразную форму. Форма мембраны, натянутой на жесткий контур, определяется такими же законами. Представляется возможным определить совершенно новую область применения мягких резервуаров и плавучих емкостей. Увеличение скоростей авиации приводит к необходимости использования все больших площадей вблизи городов для длинных посадочных площадок. В связи с этим в настоящее время все более серьезно начинают обсуждаться проекты создания плавучих посадочных площадок. Речь идет о создании плавучих поверхностей, жесткость которых достаточна для восприятия нагрузок от современных пассажирских самолетов. Однако она не должна быть слишком велика, так как излишняя жесткость может привести к возникновению в краевых зонах площадки больших изгибающих моментов вследствие волнения окружающей акватории.
Емкости для жидкости

На рис. 18.127 показана относительно жесткая предварительно напряженная железобетонная конструкция в виде плиты, опирающейся на перекрещивающиеся ребра. Снизу ячейки, образуемые ребрами, закрываются мембраной, что обеспечивает конструкции плавучесть. Конструкция другого типа для той же цели показана на рис. 18.128. Она представляет собой решетчатую систему из стальных труб одинаковой длины, поддерживаемых отдельными каплевидными воздушными емкостями. Такая конструкция, как и конструкция на рис. 18.129, мало чувствительна к волнению. В жесткой решетчатой конструкции плиты на рис. 18.130 многие жесткие стержни могут быть заменены более легкими напряженными тросами. К тросам, располагающимся под водой, прикрепляются воздушные баллоны, причем в подводной конструкции тросы хорошо распределяют динамические нагрузки.
Применение воздушных баллонов возможно при производстве строительных работ под водой или при добыче подводных ископаемых: с помощью каплевидных емкостей, наполняемых воздухом, со дна могут подниматься значительные тяжести, как это показано на рис. 18.131 на примере подъема обломков скал или на рис. 18.132, где поднимаемый груз подвешивается к баллону с помощью полотнища. Подводные баллоны могут использоваться в качестве резервуаров высокого давления для хранения газов (рис. 18.133); с их помощью могут развиваться большие выдергивающие усилия, например для извлечения свай или при проверке несущей способности подводных анкерных фундаментов. Особое применение подводных баллонов показано на рис. 18.134, где с их помощью поддерживаются опоры предварительно напряженного висячего моста.
Емкости для жидкости

Детальными исследованиями было установлено, что плавучее тело, располагающееся глубоко под водой, не испытывает влияния даже сильного волнения на поверхности и может быть использовано для опирания жесткой стойки, раскрепляемой тросами или тросовыми сетками, заанкеренными на дне. Вертикальная мачта воспринимает положительные нагрузки от мостового строения, которые уравновешиваются подъемной силой плавучего тела. Поплавки могут конструироваться различным образом, например в виде воздухонаполненных подводных баллонов, которые имеют то преимущество, что в случае необходимости легко могут сменяться. Для смены баллона из него выпускается воздух, и баллон поднимается на поверхность. Новый баллон пустым опускается под воду и там наполняется воздухом. Смена баллонов может выполняться и без водолазов, если баллоны прикрепляются к системе тросов, позволяющей осуществлять погружение сверху. Поскольку воздушное давление внутри баллонов должно противостоять только давлению воды, оболочки баллонов, изготовляемые из тяжелых тканей с пластмассовым покрытием и проволочным усилением, испытывают относительно небольшие напряжения.
Емкости для жидкости

Баллоны стратостатов во время старта на уровне земли имеют каплевидную форму. Только при подъеме на большую высоту их оболочка полностью расправляется. На рис. 18.135 показан русский стратостат на старте.
Емкости для жидкости

Для мягких емкостей особенно целесообразна форма длинного рукава постоянного периметра с замкнутыми концами. В наполненном состоянии такие емкости могут весьма компактно укладываться (рис. 18.143). Распространенным материалом для упаковки текучих мелкозернистых материалов служат бумажные мешки. Они получили распространение благодаря простоте изготовления и отсутствию отходов при раскрое. Сейчас приобретают все большее распространение большие мягкие резервуары, в том числе плавучие емкости (рис. 18.145). Прямые цилиндрические емкости большой длины могут укладываться в штабеля.
Высота штабеля ограничена вследствие возможности перенапряжения нижних резервуаров (рис. 18.144).
Емкости для жидкости

При перевозке на транспорте большую роль играет надежное укрепление гибкой емкости. Мягкие емкости из высокопрочных тканей с плотным покрытием завоевали себе признание для хранения взрывоопасного бензина, так как при выкачивании из емкости легковоспламеняющейся жидкости нет необходимости подавать внутрь воздух. Удалось создать относительно стойкие к проколам и пробоинам емкости из многослойных тканей с внутренними защитными слоями из пластмассы. Такая конструкция оболочки обеспечивает автоматическую закупорку отверстий при случайном проколе. Ca-мозакупоривающиеся емкости получили развитие во время последней войны в связи с необходимостью создания самозакупоривающихся авиационных баков. Рис. 18.136—18.138 показывают подушкообразную емкость в ненаполненном и наполненном состоянии, а также во время испытаний.
Для размещения вина во время рекордного урожая 1960 г. в Мозельской области были разработаны пластмассовые емкости, которые хранятся в погруженном состоянии в ванне с водой (рис. 18.139). Одна из американских фирм разработала емкость больших размеров, приспособленную для перевозки на автомашинах (рис. 18.140).
Недавно на реке Лос-Анжелес была построена плотина, представляющая собой длинную надувную трубу из нейлоновой ткани с неопреновым покрытием, усиленную по бокам и в основании. Плотина служит для отвода определенного количества воды на поля орошения. С помощью внутреннего давления воды оболочка раздувается до диаметра 1,55 м. Как только высота воды, переливающейся через плотину, начнет превышать 20 см, оболочка автоматически складывается. После пропуска паводковых вод плотина снова надувается. Заполнение ее водой производится за 25 мин. Плотина освобождается от воды с помощью сифона всего за 12 мин. Срок службы такой плотины — от 6 до 10 лет (рис. 18.141). Схема подобной плотины приведена на рис. 18.146 и 18.147.
Емкости для жидкости

На рис. 18.148 показан способ укрепления дамб или плотин, разработанный автором для районов, подверженных частым наводнениям. Рукав большого периметра из высокопрочной прорезиненной ткани укладывается по верху дамбы, подверженной опасности размыва, и накачивается водой. Это приводит к нагружению дамбы и повышает ее прочность в отношении размыва. Даже в случае переливания воды через верх, плотина не размывается. Такие защитные емкости имеют длину до 30 м и диаметр от 2 до 5 ли могут транспортироваться на самолетах. Защитная емкость, показанная на рис. 18.147, состоит из трех частей с вертикальными промежуточными стенами. Она обладает особенно высокой надежностью.
Емкости, наполненные песком, также могут использоваться в качестве строительного материала для различных целей. Из мешков с песком могут возводиться превосходные стены (рис. 18.149). Мешки, укладываемые на бетонном растворе, образуют плотные связанные стены. Внешне стена из мешков с песком выглядит неровно (рис. 18.142). Упаковочная промышленность в настоящее время может выпускать большими сериями жестяные и пласт массовые коробки по весьма низким ценам. На рис. 18.151 показана стена из жестяных коробок, открытых сверху. Их укладывают ряд за рядом и засыпают песком. Благодаря весу стена из таких коробок приобретает связность. Стены из жестяных коробок могут иметь весьма узкие швы и тонкие прочные наружные поверхности. В любое время они могут быть легко демонтированы. Две стены из мешков с песком на рис. 18.152 разделяются посередине теплоизоляционным матом. В горах сетчатые проволочные мешки, заполненные камнями, используются для запруд на горных речках (рис. 18.150). Такие запруды могут улавливать плывущие с большой скоростью стволы деревьев. Образованные из мешков с песком своды (рис. 18.153) могут использоваться для строительства домов (рис. 18.154). В качестве материала для мешков в настоящее время применимы сваривающиеся пластмассовые пленки. Песок и гравий в мешках должны укладываться как можно плотнее, например с помощью вибрирования. Путем последующей заливки цементным молоком или другими связующими могут быть получены детали большой прочности.
Сыпучие и связные грунты в некоторых случаях могут нагружать конструкцию так же, как жидкости. При производстве земляных работ возможно использование конструктивных форм, отличающихся от герметичных пневматических оболочек и выполняемых, например, из мелкоячеистой сетки. На рис. 18.155 показана подпорная стенка, укрепленная с помощью анкеров, далеко заведенных внутрь тела грунта. Подпорную стенку можно выполнять из проволочной или из тяжелой сварной сетки (рис. 18.156). Такие подпорные стенки возводятся с минимальными затратами рабочей силы (рис. 18.162). На укладываемые анкеры бульдозером последовательно наносят слои грунта. Могут быть созданы воздухо- и водонепроницаемые стены, в особенности если внутри сетки плотно укладываются крупные камни. Конструкция такого типа применима для возведения высоких земляных стен (рис. 18.157). В подпорной стенке на рис. 18.158 растягивающие усилия в анкерах действуют наискось вверх. Этот способ заделки анкеров имеет большое преимущество в случае вертикальных подпорных стенок. Аналогичные решения применяются для навесов над участками горных дорог, защищающих от камнепадов и лавин, если только удается закрепить анкеры в горном массиве (рис. 18.159).
Емкости для жидкости

Одна из особенно тяжелых строительных работ — отрывка котлованов там, где есть слабые грунты и грунтовые воды. В этом случае в грунт заводят две водонепроницаемые мембраны, и начинается выемка грунта. Мембрана закрепляется в стенках траншеи с помощью анкеров. Выемку грунта в середине котлована можно производить экскаватором (рис. 18.162) или гидравлическим способом, если грунт очень слаб (рис. 18.160). Аналогичным образом может осуществляться проходка под зданиями. Боковые поверхности выемки также одеваются сеткой, закрепленной с помощью анкеров в грунтовом массиве (рис. 18.161). Проходку ведут, выбирая грунт через ячейки сетки. Сетку крепят сваями на поверхности земли. Анкеры, закрепляющие сетку, могут проходить через подвальный этаж. Рис. 18.163 показывает последовательность производства работ по отрывке глубокого котлована в условиях повышенного напора грунтовых вод. К водонепроницаемой плотной мембране на равных расстояниях крепятся петлями анкеры, прижимающие мембрану к основанию. В мембране имеются круглые завинчивающиеся отверстия, через которые может выбираться грунт и откачиваться вода. При соответствующем количестве анкерных устройств можно значительно натянуть мембрану, которая, опираясь на грунт, вызывает в нем сжимающие усилия и существенно уплотняет его. Это обстоятельство полезно в случае необходимости восприятия значительных нагрузок от фундаментов.
Похожие новости