Материаловедение

    В семилетнем плане развития народного  хозяйства СССР большое внимание уделено открытой добыче угля, где  на вскрышных работах применяются  специ-альные машины для перемещения грунта - отвальные мосты, вес которых дости-гает нескольких сотен тонн.

    По  данным дипломного проектирования на кафедре стальных и деревянных конструкций  ВИСИ, уменьшение веса за счет применения легких сплавов для отвального моста  составляет 40% и, что важно, снижается вес ходовых и опор-ных частей. При дальнейшем проектировании отвальных мостов из алюмини-евых сплавов решено более тщательно выбирать статическую схему моста, чтобы избежать больших деформаций его консольной части при воздействии временных нагрузок.

    б) За рубежом выпускаются мостовые краны с алюминиевыми фермами гру-зоподъемностью от 3 до 50 тонн, пролетами до 30 м. Наибольший экономичес-кий эффект дает применение легких сплавов для кранов малой грузоподъемности и больших пролетов, где значительную долю от всей нагрузки составляет соб-ственный вес ферм.

    Характерной особенностью алюминиевых мостовых кранов является приме-нение сквозных ферм с повышенной высотой, что обусловливается меньшим мо-дулем упругости данного металла. Благоприятным для каркаса здания, в котором будут работать мостовые краны, является уменьшение сил продольного и попе-речного торможения их.

    в) Эксплуатация кранов и экскаваторов с алюминиевыми стрелами и ков-шами удешевляется за счет уменьшения затрат энергии на эксплуатационные перемещения рабочих элементов.

    По  данным отечественных исследований, за счет экономии в весе стрел (на 30 - 50%) возможно их удлинение на одну пятую  по сравнению со стальными стрелами и увеличение грузоподъемности кранов до 25%. Производительность экскаваторов с алюминиевыми ковшами увеличивается вдвое. Улучшается проходимость их при бездорожье.

    г) Из алюминия могут выполняться основные конструкции железнодорож-ного подвижного состава. Учитывая длительную эксплуатацию вагонов при повышенной грузоподъемности, можно определить экономию средств за счет применения здесь этого прогрессивного материала. В Советском Союзе алюми-ниевые сплавы применяются для постройки поездов метрополитена.

    д) Представляет интерес пример применения легких сплавов для грузового вагона канатной дороги пролетом 500 метров через р. Тигр в Ираке. Вагон рассчитан на перевозку нескольких автомашин. Для основных конструкций применен сплав алюминия с магнием и кремнием, из алюминиево-магниевых листов толщиной 10 мм выполнен настил вагона.

    Возможно  применение алюминиевых сплавов  для каркасов клетей шахтных подъемников  и лифтов, где экономия при эксплуатации очевидна.  

    Мосты

    а) Разводные мосты из алюминиевых  сплавов имеют то достоинство, что  уменьшение веса их позволяет упростить и облегчить механическую часть, уменьшить противовесы, предложить принципиально новые схемы моста.

    Так, например, английский раскрывающийся мост в порту Сандерленд имеет  вес на 95 тонн меньше, чем такой  же стальной. За счет облегчения пролет-ного строения получено уменьшение противовесов на 142 тонны.

    Особенностью  конструктивной схемы алюминиевых  разводных мостов являяется устройство сквозных главных ферм с целью обеспечения необходимой жесткости консолей.

    б) Применение алюминиевых сплавов  для реконструкции старых мостов под возросшую нагрузку дает большой труднооценимый экономический эффект, который выражается в том, что сохраняются опоры, подъезды, непрерывность движения и т. п.

    Особенно  наглядно это видно на проекте  реконструкции моста в Стокголь-ме. Замена стальных конструкций легкими сплавами позволит здесь избежать забивки большого числа 40-метровых свай и усиления опор.

    Перестройка Смитфилдского моста в Питтсбурге (США - 1933 г.) благодаря использованию  алюминия обошлась в 5 раз дешевле, так как было сэкономлено в весе проезжей части 700 тонн и сохранены опоры.

    В Советском Союзе закончен проект реконструкции висячего моста проле-том 100 м через р. Катунь, построенного в 1932 году. В результате замены дере-вянных элементов алюминиевыми расчетная нагрузка может быть увеличена с Н8 до Н13.

    в) В постоянных вновь строящихся мостах алюминиевые сплавы могут быть рекомендованы  для мостов больших пролетов. Предпочтительнее при этом принимать статически неопределимые  жесткие схемы главных ферм (неразрез-ные балки, бесшарнирные арки, рамные системы). Для обеспечения горизон-тальной жесткости моста необходимо иметь ширину его не менее 1/15 пролета.

    Наибольший  алюминиевый мост построен в 1950 году в Канаде через реку Сегени. Схема  моста – бесшарнирная арка с неразрезными береговыми эстака-дами. Проезжая часть выполнена в виде железобетонной плиты. Можно было бы уменьшить вес моста путем замены тяжелой плиты алюминиевым настилом. Известно, например, что в мосту у Сабадсаллаша (Венгрия) экономия в весе за счет подобного мероприятия достигла 300 кг/м².

    г) Обоснованным является применение алюминиевых  сплавов для пешеход-ных мостов небольших пролетов, где вертикальная жесткость может быть увели-чена путем развития высоты фермы и за счет включения перил в расчетную схе-му в качестве верхнего пояса фермы (мост в Женеве). В этом мосту удачно использованы две опоры для получения пятипролетной неразрезной фермы.

    Алюминиевые сплавы как строительный материал имеют  более высокие эстетические качества, чем сталь. Это позволяет успешно использовать легкие сплавы для городских пешеходных мостов через улицы с интенсивным автомо-бильным движением (арочный пешеходный мост в Дюссельдорфе).

    Конструкция большепролетных покрытий

    Конструкции покрытий зданий воспринимают атмосферные нагрузки (снег, ветер) и вес настила, утеплителя, кровли, а также несут собственный вес.

    Напряжения  от последнего слагаемого тем больше, чем больше пролет сооружения. Поэтому  применение алюминиевых сплавов  для несущих конструк-ций большепролетных покрытий является весьма желательным. Иногда примене-ние легких сплавов обосновывается здесь облегчением монтажа, а также более длительной сохранностью здания.

    Как отмечалось, в большепролетных покрытиях  легко преодолеть деформа-тивность алюминиевых сплавов устройством увеличенного строительного подъема.

    а) Из алюминиевых сплавов было выполнено  перекрытие среднего пролета павильона  СССР на Брюссельской выставке. Применением  алюминиевых спла-вов здесь достигалось уменьшение веса конструкций, улучшение зрительного восприятия открытых изнутри конструкций. Этим также учитывалось облегче-ние демонтажа и перевозки павильона в СССР для повторного возведения в Москве.

    б) Много ценных мыслей и предложений по проектированию большепро-летных сооружений высказано инженерами и архитекторами в конкурсных проектах покрытия стадиона "Динамо" в г. Москве (овал 270x170 м).

    Учитывая  большое значение собственного веса конструкций при таких пролетах, многие проектировщики предлагают использовать алюминиевые спла-вы для несущих и ограждающих конструкций в виде настилов, ферм, складок.

    в) С помощью алюминиевых арок, тросов и подвесного тента в 1959 году перекрыт Майский просек в Сокольниках (филиал Выставки достижений народ-ного хозяйства СССР).

    Для увеличения устойчивости арок и воспринятая натяжения тросов сечение их принято коробчатым, развитым из плоскости арок.

    У опор каждая арка разветвляется на два стержня, образуя в плане  вилку, что также увеличивает  жесткость арок относительной вертикальной оси.

    Конструкции павильонов создают впечатление легкости и, несмотря на простоту архитектурной формы, хорошо соответствуют назначению сооружения.

    Мачты

    а) За рубежом алюминий нашел применение для мачт-опор электропередач. Монтажные  элементы таких мачт изготовляются  из отрезков тонкостенных труб большого диаметра с фланцевыми болтовыми соединениями. Например, опоры электропередачи в Британской Колумбии имеют диаметр труб 965 мм, толщину от 4,8 до 9,5 мм. В Швейцарии для этой цели применены специальные кони-ческие трубы, которые при высоте в 20 метров имеют диаметр понизу 741 мм, а поверху до 238. Толщины стенки 2 - 3 мм. Полный вес мачты - 420 кг.

    В литературе приводится один исключительный случай, когда в Канаде при постройке  линии электропередачи в горной труднодоступной местности для транспортировки элементов алюминиевых опор использовались вертолеты.

    б) Радио- и телебашни выгодно возводить  из алюминиевых сплавов по мно-гим соображениям: достигается экономия материала самой башни и фундамен-тов, облегчается монтаж, повышается стойкость против коррозии, улучшается внешний вид. В ФРГ и Швейцарии имеются сборно-разборные радиомачты высотой до 76 м на оттяжках. Монтаж такой мачты, имеющей вес 1,2 тонны, производится в течение 6 - 8 часов.

    Гидротехнические  сооружения

    Использование алюминиевых сплавов для гидротехнических сооружений позволяет не только облегчить обслуживание подвижных частей, но и повышает их надежность и сохранность, что очень важно для гидротехнических объектов, где восстановительные работы сопряжены с большими затратами средств.

    По  мнению проф. С. В. Тарановского, наилучшим  типом затвора при переходе на алюминиевые сплавы являются сегментные системы. Такой тип затворов, выполненный  из легких сплавов, имеется на плотине  через р. Темзу (Англия). Открывание и закрывание их благодаря небольшому весу произво-дится вручную. В США на трех плотинах имеются аварийные затворы пролета-ми 13 - 39 м.

    Алюминиевые конструкции, обладающие высокими эксплуатационными  и эстетическими качествами, имеют  большое будущее. Дальнейшее удешевление и расширение производства алюминиевых сплавов позволит широко использовать их для строительных целей. Необходимо тщательно изучить особенности этого материала, правильно выбрать области его применения и найти наиболее эконо-мичные конструктивные решения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  используемой литературы 

1.Сваривающиеся алюминиевые сплавы. (Свойства и применение), Л., 1959; 2.Добаткин В. И., Слитки алюминиевых сплавов, Свердловск, 1960;

3.Новиков И.И.  Теория термической обработки  металлов, Металлургия, 1986;

4.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, Машиностроение, 1980;

5.Комаров О.  Материаловедение в машиностроении, 2009