Ponton (flow) bridges from metal polyethylene pipes

Full Text

Введение

Наплавной мост – мост на плавучих опорах, представляющий собой искусственное сооружение, предназначенное для движения транспортных средств и пешеходов в местах пересечения автомобильными дорогами водных преград. Главной проблемой наплавных мостов является перевозка к месту переправы и небольшое количество рыночных предложений. Всё это делает сооружение наплавных мостов дорогим. Транспортировка на дальние расстояния может занимать до 10 % от стоимости самого моста [1].

Нами было решено использовать некондиционные ПНД трубы в качестве основы понтонного моста, так как аналогичные исследования еще никем не проводились [2].

Целью исследования было определить возможность строительства понтонного моста из некондиционных труб, проанализировать его прочностные характеристики, и сравнить стоимость с понтоном, изготовленным из фабричных пластиковых частей.

Использование некондиционных труб и изготовление понтонного моста

В последние годы на внутреннем рынке возрастает спрос на потребление некондиционного материала. Некондиционные изделия – это изделия, которые подверглись некоторым (как правило, незначительным) изменениям или обладающие небольшим дефектом. В то же время они вполне пригодны для многих эксплуатационных нужд [3]. К числу некондиционных товарных позиций в сегменте труб и традиционно относят товары, бывшие в эксплуатации; лежалые трубы и трубы, при изготовлении которых не выдержаны общепринятые нормативы и стандарты качества.

Некондиционные трубы могут иметь следующие дефекты:

• сколы по краям труб;
• различную толщину стенок;
• различные механические повреждения (вмятины, подрезы, трещины) [4].

Основным преимуществом некондиционных материалов является их низкая стоимость по сравнению с качественной продукцией. Так же трубы могут иметь любой отличный от ГОСТ признак, что сделает его некондиционным. Экономия на некондиционных трубах – один из оптимальных методов экономии при строительных работах. Данные материалы в основном не имеют никакого дальнейшего применения, и применение в мостах дает им вторую жизнь, и сокращает затраты на покупку новых материалов.

Первое наше исследование мы провели в феврале 2020 года. Исследование было экспериментальное. Цель заключалась в проверке устойчивости понтона из ПНД труб к отрицательной температуре. Мы закупили на «Ижорском трубном заводе» полиэтиленовые трубы; крепления для их соединения, и необходимые расходные материалы.

Понтон монтировался непосредственно у озера «Орлинское». Испытание, которое понтон прошёл успешно, это: перенес вмерзание в лед в зимний период, тем самым зарекомендовал себя как вполне надежная конструкция. Так же понтон может служить для размещения насосов, как в промышленных целях, так и для служебного пользования [5].

Результаты, которые были получены:

1. Понтон не разрушился при замерзании воды в ПНД трубах. Внутрь труб попала вода, тем самым, при отрицательной температуре она замерзла и превратилась в комок льда. Труба не лопнула и не разорвалась.
2. Простота и легкость проведения сварочных конструкций.
3. Так же при монтировке понтона, было установлено, что трубы из ПНД устойчивы к ударам металлических изделий.
4. Экологическая безопасность.

Недостатки в ходе практического применения некондиционных труб в строительстве

Недостаток, который удалось выявить в процессе монтирования, это наличие сварных швов на поплавках. Торцевание труб производились с помощью ПНД листа методом экструзионной сварки [6]. Сырье, из которого производились труба, лист и сварочный пруток, не всегда было идентичны друг другу по составу. Так же был обнаружен и недостаток в виде сильного ветра, который отрицательно влияет на устойчивость данного понтона. Так же существует проблема пропуска судов при наличии понтонной переправы через водоём, но для понтонного моста эту проблему можно решить достаточно легко, с помощью вывода нескольких звеньев переправы на время пропуска судов.

Было запланировано еще несколько исследований, но в связи с эпидемиологической обстановкой в мире, они были отменены.

Сравнительный анализ некондиционных труб

Для сравнительного анализа применения разработанного решения был произведен примерный расчет стоимости понтона, в котором средняя рыночная цена некондиционной трубы составляет 15–20 тыс. руб./т. Для сооружения одного понтона стоимость труб в среднем будет составлять 400 тыс. руб. Анализ стоимостей на рынке аналогов показал стоимость только несущей конструкции понтона аналогичной грузоподъемности на основе пластиковых частей, взятого в качестве прототипа, составит 1,2 млн. руб. [7].

 

Рис. 1. Диаграмма «Сравнение стоимости понтонов»

Заключение

В ходе проведенного исследования было выявлено, что в качестве основной конструкции понтона, обеспечивающей плавучесть, можно использовать трубы больших диаметров или большее количество труб, но с меньшим наполнителем внутри [8].

Согласно ГОСТ 18599-2001 ПНД трубы имеют следующие характеристики:

 

Таблица 1. Характеристики труб применяемые в строительстве

Материал труб	Наружный диаметр, мм	Толщина стенок, мм	SDR, величина соотношения диаметра к толщине стенок	PN, рабочее (номинальное) давление, бар
ПЭ 32	10–160	2–20,8	21; 13,6; 9 и 6	2,5; 4; 6 и 10
ПЭ 63	40 – 2 000	2–108,9	21; 17,6; 13,6 и 11	5; 6; 8 и 10
ПЭ 80	10 – 2 000	2–108,9	26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9; 7,4	5; 6,3; 7,5; 8; 10; 12,5; 16; 20
ПЭ 100	16 – 1 200	2–108,9	33; 26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9 и 7,4	5; 6,3; 8; 9,5; 10; 12,5; 16; 20 и 25

 

Для проверки, какое может выдержать давление ПНД труба, у нас не было необходимого оборудования [9]. Но нам удалось проверить ударную прочность с помощью кувалды. Мы наносили удары восьмикилограммовой кувалдой в одну точку несколько раз подряд, целостность трубы не была нарушена [10].

При сборке понтона, было решено расположить трубы перпендикулярно оси мостового перехода, как показано на Рис. 2.

 

Рис. 2. Поперечный разрез понтонного звена. 1-Поперечный настил; 2-Продольный настил; 3-ПНД труба; 4-Крепление труб

 

Также, после сравнительного анализа стоимости понтонного моста, выявлено, что некондиционные и лежалые трубы являются самым дешевым трубопрокатом, что делает стоимость сооружения понтона весьма малой, при этом по техническим характеристикам трубы вполне пригодны для сооружения понтонов [11].

Понтон из труб имеет широкое применение в различных областях, главным из которых является сооружение моста-ленты и в качестве паромной переправы [12]. Но также может служить причалом или плавучей опорой для постройки. Понтонное звено, несущей частью которого являются 3 ПНД трубы, легко выдерживает двух человек (160 кг), и груз 100 кг.

В ходе проведенного исследования по понтонным (наплавных) мостам из ПНД некондиционных труб было установлено, что главное достоинство этих мостов заключается в дешевизне [13]. В текущее время сложно найти большое количество средств на какую-либо постройку [14].

Когда нет возможности строительства капитальных или низководных мостов используются наплавные мосты или паромные переправы. Наплавные мосты очень удобно применять при возведении капитальных, при перекрытии основного хода трассы вместо временных стационарных мостов. Для сравнительного анализа применения разработанного решения был произведен примерный расчет стоимости понтона, и можно с точностью сказать, что постройка из некондиционных ПНД труб будет значительно дешевле, чем на основе пластиковых труб [15]. Особенно в связи с нынешней экономической ситуацией в стране и мире. Некондиционные трубы являются легкодоступным сырьем, обладают низкой стоимостью, как было сказано ранее. Вполне подходят в качестве строительного сырья для понтонного мостостроения.

Авторы заявляют, что:

1. У них нет конфликта интересов.
2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.

About the authors

Kirill A. Vasiliev

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: vasiliev2.ka@edu.spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1013-2029
SPIN-code: 8250-4609

student

Russian Federation, St. Petersburg

Vyacheslav A. Borisov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: borisov.va@edu.spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8596-7020
SPIN-code: 8054-4914

student

Russian Federation, St. Petersburg

Gleb A. Averchenko

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: averchenko_ga@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8813-545X
SPIN-code: 1707-9958

assistant

Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files