Введение

По масштабам применения в народном хозяйстве алюминий занимает среди металлов второе место после железа.

Последнее десятилетие ознаменовано широким внедрением сплавов алюминия в строительстве как за рубежам, так и в нашей стране. Так, например, несущие конструкции главного павильона СССР на Всемирной выставке в Брюсселе (фермы, прогоны, фахверк), а также ограждающие и отделочные элементы выполнены из алюминиевых сплавов.

В 1958 году на строительстве Волго-Донского комбината жирозаменителей было закончено сооружение семи резервуаров из алюминиево-магниевого сплава с применением оригинальных приемов сварки. Элементы конструкций из алюминия применены на строительстве высотных зданий в Москве, алюминий широко используется в СССР для сборно-разборных сооружений.

Разведанные запасы алюминиевого сырья на Земле значительно превосходят запасы железа и практически неисчислимы. Как элемент алюминий составляет по весу 8% отвеса всех элементов, входящих в состав земной коры. Производство алюминия во всем мире увеличивается из года в год и особенно возросло за последнее время.

В семилетнем плане намечено провести ряд мероприятий по обеспечению резкого (в 2,8-3 раза) увеличения выпуска алюминия нашей промышленностью. Наряду с обеспечением энергетической базы весьма важным для народного хозяйства является комплексное использование алюминиевого сырья.

На XXI съезде КПСС говорится о том, что «предусмотрено создание мощной алюминиевой промышленности в Красноярском крае на базе крупнейших запасов нефелинов с попутным получением дешевого цемента и содопродуктов. Наличие в крае дешевого угля и возможности использования электроэнергии Красноярской гидроэлектростанции обеспечат получение дешевого алюминия».

Таким образом, рост производства алюминия в ближайшие годы и удешевление его будут способствовать более широкому использованию этого материала для целей строительства¹.

Изучением алюминиевых сплавов, опытным проектированием строительных конструкций и внедрением их заняты сейчас многие научные и проектные организации Советского Союза. Исследования показывают, что, несмотря на высокую стоимость алюминия, при учете всех экономических факторов применение этого материала в строительстве для целого ряда сооружений является эффективным уже в настоящее время.

Алюминиевые сплавы различают двух видов: литейные, которые применяются в виде отливок, в основном, в машиностроении, и так называемые деформируемые, из которых путем пластических деформаций изготовляются различные профили и листы, применяемые в строительстве и в других отраслях народного хозяйства.

Литейные сплавы нами рассматриваться не будут.

1  Деформируемые алюминиевые сплавы, рекомендованные для строительства

1.1  Условные обозначения сплавав

Алюминиевые сплавы представляют собой двойные, тройные и более сложные системы с различной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Для упрощения маркировки в обозначении некоторых сплавов, кроме алюминия, с помощью букв отражается еще один элемент (основной компонент), а цифрами - его процентное содержание;

АМц - алюминиево-марганцевый сплав.

АМг - алюминиево-магниевый.

АВ - алюминиево-кремниевый (авиаль).

Д - дуралюмин.

В - высокопрочный сплав.

В маркировке сплавов после цифр могут быть еще буквы, которые обозначают состояние поставки проката или листа, то есть вид механической или термической обработки металла.

1.2  Механическая и термическая обработка алюминиевых сплавов

Возможно упрочнение сплавов путем деформации заготовок в холодном состоянии. Благодаря наклепу прочность металла увеличивается, a относительное удлинение падает.

Возможны две степени механической обработки - полуна-гартовка и нагартовка. Полунагартованные листы могут применяться для конструкций, при изтотовлаиии которых требуется гибка или сварка. Нагартованные листы подвергать этим видам обработки не рекомендуется, так как есть опасность появления трещин или разрывов.

Термической обработке подвергаются тройные сплавы типа "алюминий - медь - магний". При обычной температуре эти сплавы состоят из a - твердого раствора, включений соединения меди с алюминием и тройной фазы - "алюминий - медь - магний".

Все эти составляющие на микрошлифе дают светлое поле, на котором выделяются темно-фиолетовые зерна соединений железа. В прессованном и отожженном металле не наблюдается какого-либо зернистого строения. Термическая обработка этих сплавов с целью их упрочнения производится в две стадии:

1) Закалка заключается в нагревании металла в узких пределах температур - от 495 до 510^° и в быстром охлаждении. При этом структурные образующие - соединения алюминия с медью и магнием - переходят в твердый однофазный раствор, который после быстрого охлаждения при нормальной температуре становится пересыщенным. При этом проявляется мозаичная структура.

2) Если сразу же после закалки испытать такой образец на разрыв, то повышения прочности отмечено не будет. Упрочнение наблюдается спустя некоторое время после закалки, когда пройдет процесс старения. Этот процесс может происходить либо самопроизвольно при обычной температуре в течение 4-5 суток (особенно в первые сутки) - это естественное старение, либо ускоренно, за несколько часов, при температуре около 150^° - искусственное старение.

Процесс старения заключается в том, что из твердого пересыщенного раствора выпадает новая кристаллическая, более прочная, чем основной металл, фаза в виде соединений алюминия с медью, которая как бы армирует поверхность кристаллов, в результате чего повышается прочность металла.

Благодаря термической обработке предел прочности сплава увеличивается в 1,3-1,5, а для некоторых сплавов в два раза. Относительное удлинение при этом несколько уменьшается (на 10-20%,).

Буквенные обозначения механической и термической обработки алюминиевых сплавов (состояние поставки):

П - полунагартованные.

Н - нагартованные.

М - отожженные.

Т - закаленные и естественно состаренные.

TI - закаленные и искусственно состаренные.

Деформируемые сплавы разделяют на две группы: термически необрабатываемые и термически обрабатываемые.

1.3  Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы

а) А л ю м и н и е в о - м а р г а н ц е в ы й с п л а в АМц

Содержит 1-1,6%. марганца. Сплав имеет низкий предел прочности - 11-17 кг/мм². Сваривается. Как правило, используется для ограждающих конструкций.

б) А л ю м и н и е в о - м а г н и е в ы й сплав АМг-6Т.

По стойкости против коррозии алюминиево-магниевые сплавы занимают первое место после технически чистого алюминия. Хорошо свариваются. Применяются для листовых и для сварных стержневых конструкций.

Наибольшее распространение из алюминиево-магниевых сплавов получил в строительстве сплав АМг-6Т, который содержит около 6% магния и до 0,2% титана (что в марке сплава обозначено буквой Т). Предел прочности АМг-6Т -32 кг/мм² и относительное удлинение- 15%.-

Может быть рекомендован для изготовления ответственных сварных конструкций, так как при сварке теряет прочность незначительно.

Общими свойствами группы термически необрабатываемых сплавов являются: невысокая прочность и хорошая свариваемость. Для повышения прочности листов, изготовляемых из сплавов этой группы, применяется полунагартовка.

1.4  Термически обрабатываемые алюминиевые сплавы

а) Д у р а л ю м и н ы

Из всех алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили дуралюмины благодаря их высокой прочности. Это термически упрочненные сплавы: Д1-Т, Д6-Т, Д-16-Т. Они характеризуются большим содержанием меди (4-5%). В меньших количествах в них входят магний и марганец. Техническими условиями проектирования конструкций из алюминиевых сплавов рекомендован к применению в строительстве высокопрочный сплав Д16-Т, как наиболее экономичный. Его предел прочности - до 49 кг/мм², относительное удлинение - 10%. Расчетные сопротивления Д16-Т превосходят характеристики стали 3 и близки к сталям повышенного качества (см. приложение I, табл. 1).

Одним из недостатков дуралюминов является меньшая по сравнению с другими сплавами стойкость против коррозии. Поэтому конструкции, выполненные из дуралюмина, следует окрашивать.

б) А л ю м и н и е в о-к р е м н и е в ы й  с п л а в АВ-Т1 (а в и а л ь)

В состав сплава входят кремний, магний, марганец и медь - всего от 2 до 3%. В отличие от других компонентов кремний не образует соединения с алюминием. Здесь возникает соединение кремния с магнием, которое имеет высокую прочность и малую пластичность. Это соединение рассматривается на диаграмме состояний сплава как основной компонент. Растворимость соединения в алюминии ограничена, поэтому возможно получение пересыщенного твердого раствора и, следовательно, возможна термическая обработка сплава.

Предел прочности АВ-Т1 - 33 кг/мм². В этом отношении этот сплав приближается к стали. Рекомендуется применять его для ответственных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных условиях.

в) В ы с о к о п р о ч н ы е с п л а в ы В65, В95, В96

В состав этих сплавов входят медь, цинк и другие легирующие элементы. По прочности данные сплавы выше низколегированных сталей. Но пока высокопрочные сплавы дороги и в строительстве могут быть использованы лишь для специальных целей. В качестве недостатка этих сплавов отмечается понижение прочности металла при нагревании их до 150^°. Сплав В65-Т применяется для изготовления заклепок.

Общими чертами всей группы термически обрабатываемых сплавов являются: высокая прочность, достигаемая в результате термического упрочнения, но в то же время нерациональность использования для них сварки в качестве соединения элементов, так как при сварке происходит отжиг околовшной зоны и, как правило, образование трещин, а следовательно, понижение прочности сварной конструкции.

2  Свойства алюминиевых сплавов как материала строительных конструкций

2.1  Диаграмма растяжения - сжатия алюминиевых сплавов

В стадии упругой работы на растяжение - сжатие алюминиевые сплавы имеют большие относительные удлинения, чем стали (фиг. 1).

Модуль упругости сплавов (тангенс угла наклона прямой на диаграмме) почти в три раза меньше, чем модуль упругости стали. Сплавы АМц, АМг, АВ имеют Е=710000 кг/см², модуль упругости дуралюмина в зависимости от марки находится в пределах 730000 -750000 кг/см².

Таким образом, деформации элементов, выполненных из алюминиевых сплавов, при равных напряжениях будут почти в три раза больше, чем деформации стальных элементов. Поэтому, применяя алюминиевые сплавы в несущих конструкциях, необходимо предусматривать мероприятия по увеличению жесткости сооружения. Модуль сдвига алюминиевых сплавов находится в пределах 266000-280000 кг/см². Коэффициент Пуассона - 0,32 - 0,36.

Особенностью диаграммы растяжения-сжатия этих сплавов является то, что на ней нет площадки текучести, которая имеется на диаграмме малоуглеродистых сталей. Однако пластические свойства алюминиевых сплавов на диаграмме проявляются: после исчерпания упругой стадии (предел пропорциональности) деформации нарастают быстрее, чем напряжения. После достижения предела прочности на образце появляется шейка, затем наступает разрыв.

В качестве предела текучести алюминиевых сплавов условно принимают напряжения, после снятия которых элемент будет иметь остаточные деформации 0,2%. Разгрузка образца из любой стадии напряженного состояния происходит по прямой, параллельной первоначальному участку диаграммы.

Нужно отметить, что показатели прочности алюминиевых сплавов в значительной степени зависят от характера термической я механической обработки детали. Так, например, дуралюмин Д16 в отожженном состоянии (Д16-М) имеет предел прочности 25 кг/мм². После термического упрочнения (закалка и старение) Д16-Т имеет предел прочности - 49 кг/мм².

2.2  Устойчивость элементов, изготовленных из алюминиевых сплавов

Вследствие пониженного модуля упругости по сравнению со сталью критические напряжения для сжатых алюминиевых элементов ниже критических напряжений потери устойчивости стальных элементов при одинаковых геометрических размерах элемента. В расчете это отражается на понижении величины коэффициента устойчивости j (фиг.2; приложение I, табл. 6). Следовательно, проектируя конструкции из алюминиевых сплавов, необходимо принимать специальные меры по уменьшению расчетных длин сжатых элементов и по увеличению радиусов инерции их сечений.

Вычисление коэффициента j для центрально сжатых элементов большой гибкости, в которых потеря устойчивости может произойти без развития пластических деформации, выполнено по теории устойчивости Эйлера. Предельная гибкость, при которой справедлива кривая Эйлера, - 60 (для алюмина Д1-Т).

С. А. Попов (МИИТ) изучил устойчивость сжатых и сжато-изогнутых элементов из сплава Д1-Т с учетом развития пластических деформаций. Он показал, что диаграмма идеального упруго-пластического материала (диаграмма Прандтля) не может быть применена к алюминиевым сплавам ².

Следуя методу проф. П. Н. Поликарпова, С. А. Попов принял за основу обобщенную реальную диаграмму сжатия с развитием пластических деформаций, в которой вторая стадия работы выражена прямой, наклоненной к оси деформаций под некоторым углом (эффект линейного упрочнения).

Найдено, что критические напряжения для алюминиевых элементов зависят от формы сечения больше, чем для стальных, особенно для несимметричных сечений.

Пониженные значения модуля упругости алюминиевых сплавов по сравнению со сталью отражаются и на ухудшении местной устойчивости элементов (стенок и полок), выполняемых из алюминия (см. раздел VI).

2.3  Другие механические  характеристики  алюминиевых сплавов

Ударная вязкость сплавов ниже, чем ударная вязкость сталей. Например, дуралюмины имеют а=3 кгм/см², а сталь 3 а=8-10 кгм/см². Ползучесть при нормальной температуре наблюдается в весьма малой степени, поэтому практически не учитывается.

Расчет на выносливость может быть проделан введением поправочного коэффициента к расчетному сопротивлению металла при статических нагрузках. Этот коэффициент определяется по формуле (I) ТУ на проектирование конструкций из алюминиевых сплавов в функции отношения минимальных и максимальных усилий.

Величина коэффициента, полученного по формуле (I) для алюминиевых сплавов, ниже, чем значение соответствующего коэффициента для стали 3. Это понижение поправочного коэффициента объясняется тем, что алюминиевые сплавы хуже сопротивляются вибрационным нагрузкам, чем сталь, так как во время изготовления их образуются микротрещины в металле, особенно после термической или механической обработки.

В большей степени, чем для сталей, на понижение вибрационной прочности сплавов влияет коррозия. В качестве соединений алюминиевых конструкций, воспринимающих вибрационные нагрузки, рекомендуется применять заклепочные соединения.

Напряжения, возникающие при собственных колебаниях алюминиевых конструкций, меньше напряжений при колебании стальных .сооружений из-за меньшего веса алюминиевых элементов. По исследованиям проф. С. А. Ильясевича, динамические коэффициенты для алюминиевых мостов могут быть приняты такими же, как и для стальных.

2.4  Собственный вес алюминиевых конструкций

Одно из наиболее ценных качеств алюминиевых сплавов - это их относительно малый собственный вес при высокой прочности. Объемный вес сплавов АМг, АМц, АВ-2700 кг/м³, дуралюмина - 2800 кг/м³, то есть вес сплавов почти в три раза (в 2,7-2,9 раза) меньше веса сталей.

Как известно, в качестве характеристики прочности материала строительных конструкций с учетом собственного веса принято считать отношение расчетного сопротивления к объемному весу. Это отношение измеряется высотой столба постоянного сечения, в основании которого напряжения от собственного веса равны расчетному сопротивлению.

Для бетона марки 200

Для древесины (сосна)

Для стали 3

Для дуралюмина Д16-Т

Таким образом, по сравнению со сталью этот показатель для дуралюмина в 3,6 раза больше. Но отношение веса стальных сооружений к весу алюминиевых конструкций, эквивалентных по эксплуатационным качествам, не соответствует простому отношению характеристик "C".

Нужно еще учесть увеличенный расход алюминия для обеспечения местной и общей устойчивости сжатых элементов. Кроме этого, в ряде случаев сечения изгибаемых алюминиевых конструкций приходится подбирать не по прочности, как это обычно делается в конструкциях из стали 3, а по предельным прогибам, так как сплавы имеют модуль упругости почти в три раза меньший, чем сталь 3.

Вследствие этого прочность алюминиевых сплавов здесь используется неполностью, и для таких случаев сопоставление веса конструкций по отношению коэффициентов "С" не является правильным. Поэтому отношение собственного веса стальных и алюминиевых сооружений, как правило, колеблется в пределах 2-2,5.

По данным С. А. Попова, для пролетных строений железнодорожных мостов это отношение равно 2,5-2,7 (сопоставляются мосты из стали 3 и сплава Д1-Т). Оно растет с увеличением пролета за счет повышения роли постоянной нагрузки (собственного веса) в общей нагрузке.

Уменьшение веса в два раза по сравнению со стальными конструкциями является в ряде случаев решающим фактором для применения дорогих алюминиевых сплавов, так как снижаются другие затраты, например, эксплуатационные расходы в подвижных сооружениях, стоимость опор, путей и т. п.

2.5  Влияние температуры на свойства алюминиевых сплавов

Коэффициент линейного расширения алюминиевых сплавов почти в два раза больше коэффициента линейного расширения стали (23,8·10^-6 против 11,2·10^-6). Температурные напряжения, возникающие в алюминиевых конструкциях при жестком закреплении концов элемента, в полтора раза меньше напряжений в стальных конструкциях вследствие низкого значения модуля упругости сплавов.

При температуре около 100^° начинается увеличение ползучести алюминиевых сплавов. Поэтому техническими условиями на проектирование алюминиевых конструкций предлагается вводить понижающие коэффициенты к расчетным сопротивлениям, если конструкции эксплуатируются при температурах 80-120^°.

Отжиг закаленных сплавов происходит при 350-400^°, раньше, чем для стали наступает температурная пластичность Несмотря на низкую температуру плавления сплавов (650-750^°), требуется затратить большое количество тепловой энергии, чтобы расплавить алюминий, так как этот металл имеет высокую скрытую теплоту плавления. Благодаря этим свойствам алюминиевые конструкции мало подвержены разрушению пламенем, что подтверждается обследованием сооружений после пожара.

Достоинством рассматриваемых сплавов является то, что при пониженных температурах они не только не ухудшают своих механических показателей, а даже становятся более прочными вследствие усиления процесса старения. Поэтому для строительства в северных широтах и для полярных экспедиций предпочтительнее изготовлять конструкции из алюминиевых сплавов, чем из стали.

2.6  Устойчивость против коррозии

Следующее высокое качество алюминиевых сплавов - это высокая стойкость их против коррозии, которая приблизительно в 20 раз больше стойкости стали. Так, в металлургическом цехе, где в воздухе имеется много сернистых газов, глубина разрушения элементов кровли в течение 20 лет не превысила 0,11 мм. За это время стальные листы пришлось бы сменить несколько раз.

Такая высокая стойкость против коррозии объясняется образованием на поверхности детали высокопрочной пленки окисла алюминия толщиной в сотые доли микрона. Эта пленка надежно охраняет металл от дальнейшего окисления.

Наибольшей антикоррозийной стойкостью обладает чистый алюминий; затем следуют сплавы его с магнием; марганцем и другие сплавы, не содержащие медь. Последнее место в этом списке занимают дуралюмины, в которых содержится до 6% меди.

Усиленная коррозия дуралюминов объясняется, тем, что при термической обработке из твердого раствора выделяются кристаллиты соединений алюминия с медью, которые с основным металлом образуют электрические микропары, являющиеся причиной точечной коррозии.

Особенно опасно возникновение электрохимических процессов в местах контакта алюминия с другими металлами, например со сталью, из которой иногда изготовляются болты и заклепки для соединения алюминиевых элементов или другие детали в смешанных конструкциях.

Смешанные конструкции, а также конструкции, изготовленные из дуралюмина, необходимо окрашивать химически нейтральными по отношению к алюминию красками: битумными и органическими красителями, содержащими алюминиевый порошок или хромат цинка. Нельзя применять краски, имеющие соли меди, ртути (медный купорос, бронзу, амальгамы и др.).

Для того чтобы повысить стойкость против коррозии дуралюминиевых листов, производят так называемое плакирование, которое заключается в том, что на поверхность заготовки накладывают тонкий лист чистого алюминия или алюминиево-магниевого сплава, нагревают до 150-200^° и прокатывают до получения гладкой поверхности. В соответствии с нашими стандартами все дуралюминиевые листы, выпускаемые отечественной промышленностью, проходят плакирование.

С целью повышения устойчивости против коррозии производят анодирование.

Анодирование состоит из ряда электрохимических процессов по подготовке поверхности и по созданию на ней более твердой и устойчивой против коррозии пленки окислов алюминия, чем пленка, полученная при естественном окислении. Сразу же после анодирования искусственная бесцветная пленка, обладающая большой адсорбционной способностью, может быть окрашена неорганическими пигментами в любые цвета путем погружения деталей в подогретую ванну с красителем.

Детали, прошедшие такую обработку, длительное время сохраняют свежесть окраски и приданный им блеск. Заметим, что для анодирования "под золото" не требуется тратить этот драгоценный металл, так как цвет создает специальный пигмент, а блеск - окисная пленка.

Рекомендуется подвергать анодированию элементы, изготовленные из дуралюмина. Качественное анодирование сплавов АВ не может быть достигнуто, так как электролиты химически взаимодействуют с кремниевыми соединениями этих сплавов.

При использовании алюминиевых сплавов для возведения объектов химической промышленности необходимо учитывать, что алюминий малоустойчив против веществ, содержащих альдегидную группу (например, растворы формалина, уксусного альдегида и др.).

4  Соединения алюминиевых элементов

4.1  Способы сварки и сварные соединения

При сварке алюминия основная трудность заключается в том, чтобы надежно предохранить расплавленный металл от окисления, которое препятствует сплавлению алюминия гораздо в большей степени, чем окислы железа понижают качество сварки стали. Окислы алюминия, которые образуются при сварке, должны быть удалены шлакообразующими компонентами обмазок или флюсов.

Электродуговая сварка электродами с обмазкой производится на постоянном токе с обратной полярностью. Перед самым наложением шва детали прогреваются газовой горелкой до 250-300^° для того, чтобы компенсировать повышенную теплопроводность алюминия. Сила тока для сварки толщин 8-18 мм принимается 300-450 ампер, напряжение 40-45 вольт.

Электродная обмазка, которая служит для растворения окисла алюминия, приготовляется из галоидных солей щелочных металлов, замешивается на воде (а не на жидком стекле) и наносится на стержни металла той же марки, что и свариваемые детали, а затем электроды высушиваются.

При дуговой сварке алюминия происходит интенсивное разбрызгивание металла, вследствие чего расход электродов на погонный метр шва очень велик. Например, при толщине 18мм он составляет 0,916 кг, а вес наплавленного металла - 0,611 кг/м. Кроме этого, брызги портят поверхность элементов вблизи шва. Поэтому область, прилегающую к шву, покрывают глиняным тестом или закрывают другим способом, оставляя для сварки полосу шириной 20 мм.

Сварку больших толщин до 18 мм производят без разделки кромок с заваркой шва с двух сторон, тонкие листы (до трех миллиметров) перед сваркой отбортовывают (край листа отгибают).

Для обеспечения удовлетворительного качества сварки необходимо не допускать попадания случайных веществ в сварочную ванну, то есть детали перед сваркой должны быть зачищены до блеска, а электродные прутки перед изготовлением протравлены; приготовление обмазки следует производить в химически стойкой посуде. После сварки во избежание коррозии швы следует тщательно зачистить, промыть водой и протравить 5%-ным раствором азотной кислоты.

Ручная или электродуговая сварка благодаря несложности оборудования и разработке эффективных типов обмазок электродов применяется при изготовлении алюминиевых конструкций, особенно на укрупнительной сборке в условиях монтажной площадки.

В настоящее время институтом электросварки им. Е. О. Патона осваивается и внедряется в производство автоматическая сварка алюминиевых сплавов под слоем флюса с применением одного или двух электродов ("расщепленным" электродом). Последний способ обеспечивает более устойчивую дугу и лучшее качество шва. В установках используется постоянный ток с обратной полярностью электродов. Автоматическая сварка позволяет улучшить условия труда, увеличить его производительность в 2-3 раза, повысить качество шва.

Aргоно-дуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в последнее время получила широкое распространение для сварки алюминиевых конструкций благодаря высокому качеству шва и наименьшему термическому воздействию на детали. Прочность шва при таком способе выше, чем при других способах сварки. Помимо этого, шов, сваренный аргоно-дуговой сваркой, имеет более гладкую поверхность по сравнению со швом, полученным с помощью предыдущего вида сварки, и не требуется производить специальную очистку шва. Стоимость работ при аргоно-дуговой сварке ниже, а производительность труда выше, чем при других способах сварки. Как изображено на фиг. 5, сварка производится в атмосфере аргона, который подается из баллона через редуктор и сопло специальной сварочной горелки. Аргон требуется чистый - I и II составов (процент примесей - 0,3%). Расход его 9 литров в минуту. Вольфрамовый электрод принимается обычно диаметром 3-4 мм. Присадочный пруток изготовляется, как правило, из того же сплава, что и основной металл деталей. Сила сварочного тока - до 180 ампер, напряжение - 12-15 вольт.

Сварка может производиться во всех трех положениях в пространстве - нижнем, вертикальном, потолочном. Аргоно-дуговая сварка практически пригодна при любых толщинах.

Газовая кислородно-ацетиленовая или пропано-бутановая кислородная сварка до последнего времени была наиболее распространена. Однако она малопроизводительна, дорога, и процессы сварки оказывают большое тепловое воздействие на основной металл. Применяется лишь в тех случаях, когда невозможно использовать электродуговую сварку (например, для сварки швов на монтаже). Присадочные прутки должны иметь специальную обмазку. Для усиления плавления при наложении шва сварка проводится двумя сварщиками одновременно.

Общим недостатком указанных способов сварки является понижение прочности околошовной зоны детали вследствие отжига и, как правило, образование трещин, особенно при сварке дуралюмина. Этим объясняется то, что данные способы соединения применяются для термически необрабатываемых сплавов АМг, АМц, а также для сплава АВ. Даже для этих сплавов прочность швов на срез понижается по сравнению с прочностью основного металла на 25-50% (см. табл. 1 и 4).

Дуралюмин и другие высокопрочные термически обрабатываемые сплавы в ответственных конструкциях сваривать не рекомендуется. Для того чтобы применить сварку в элементах из сплава AB-TI или из дуралюмина, нужно так сконструировать составное сечение, чтобы швы были вынесены в малонапряженные области. Для сварки тонких листов дуралюмина до 4 мм применяется электроконтактная точечная сварка.

Перспективным является способ холодной сварки алюминиевых сплавов под давлением. Этот способ основан на том, что при высоком давлении хрупкая пленка окисла разрушается и в разрывы устремляются атомы соединяемых элементов. Причем, атомы сближаются настолько, что между ними возникают силы междуатомного взаимодействия. Такой способ сварки уже нашел применение в электротехнике для соединения проводов, а также для точечной сварки листов давлением.

4.2  Заклепочные соединения

Постановка алюминиевых заклепок производится в холодном состоянии, что исключает термическое воздействие клепки на основной металл, как это наблюдается при наложении сварных швов. Поэтому заклепочные соединения являются основным видом соединения для высокопрочных термически упрочненных алюминиевых сплавов.

Ограничением применения обычных заклепок может служить то, что при больших диаметрах для образования полукруглых головок требуется значительное давление скобы. Например, при диаметре заклепки 20 мм требуется давление 85 тонн. (Обычно скобы, имеющиеся на наших заводах, могут развивать давление до 60 тонн).

Для уменьшения требуемого давления прибегают к изменению формы головки заклепки (фиг. 6).

Другим недостатком холодной клепки является необходимость применять клепальные скобы, что не всегда удается осуществить, например, на монтаже.

В отличие от стальных заклепок, которые ставятся в горячем состоянии, здесь при изготовлении требуется соблюдать меньшие зазоры между стержнем непоставленной заклепки и стенкой отверстия - от 0,1 до 0,4 мм для обеспечения хорошего заполнения отверстия.

Алюминиевые заклепки имеют малую прочность на отрыв головок, поэтому следует конструировать соединения так, чтобы заклепки не воспринимали растяжение. Если этого нельзя избежать, то рациональнее применить стальные болты. При конструировании необходимо учитывать, что связующие заклепки, расстанавливаемые исходя из требований местной устойчивости, размещаются несколько чаще, чем заклепки в стальных конструкциях, а именно: на расстоянии 7 диаметров заклепок или 12 толщин листа. Минимальные расстояния между заклепками и расстояния от края листа принимаются такими же, как в стальных конструкциях.

4.3  Болтовые соединения

Алюминиевые черные (не точеные) болты из-за низкой прочности не нашли применения.

Из алюминия выполняются лишь чистые (точеные) болты, которые имеют почти такие же расчетные характеристики, как заклепки.

Для передачи растягивающих усилий в соединении, а также для монтажных целей применяются стальные оцинкованные болты (черные).

Рифленые алюминиевые болтозаклепки особого типа были использованы на монтаже купола национальной выставки США в Сокольниках³. При постановке такого болта стержень захватывался специальным пневматическим инструментом и натягивался.

Заклепочная шайба с усилием насаживалась на рифленый стержень, обжимала листы и, сминаясь, образовывала замыкающую головку. Хвостовая часть болта отрывалась по ослабленному сечению - - по кольцевой выточке.

4.4  Клеевые соединения

В последнее время уделяется большое внимание применению клея для соединения алюминиевых элементов. Этот вид соединений вполне зарекомендовал себя с положительной стороны в практике авиастроения. Особенно рационально применять клей для дуралюминовых сплавов, которые невыгодно сваривать. Склеивание в зависимости от вида клеевых смол производится двумя способами: горячим и холодным.

По первому способу смолу, подогретую до 100- 150^°, смешивают с веществом, ускоряющим химический процесс отвердения, подогревают до определенной температуры очищенные склеиваемые поверхности и наносят на них клеящую массу. Слегка сдавленный узел выдерживают 3 минуты при t=280^°, затем двое суток при t=110^°. Замечено, что чем выше температура выдержки, тем прочнее соединение.

Для второго способа используют другие виды смол и отвердителей. Весь процесс склеивания производится при нормальной температуре в том же порядке. Прочность соединения, изготовленного холодным способом, ниже прочности горячего оклеивания, однако сопротивление срезу не должно быть меньше 600 кг/см².

Склеивание имеет следующие преимущества:

1. При изготовлении соединения не происходит отжига деталей.

2. Не создается внутренних и местных напряжений, а так-же деформаций коробления.

Недостатки:

1. Трудность контроля качества при изготовлении соединения и впоследствии, при изменении свойств шва.

2. Низкая теплостойкость и уязвимость в пожарном отношении.

3. Старение клея с течением времени (значительное уменьшение прочности - в 2-3 раза).

4. Недостаточная устойчивость соединения против химических реагентов.

Клеевые соединения находят опытное применение при изготовлении алюминиевых, стальных и смешанных конструкций (металл, бетон, дерево, стекло), а также в ремонтном деле, например, для постановки заплат на трубопроводы, резервуары и т. п.

9  Области применения алюминиевых сплавов в строительстве. примеры спроектированных и осуществленных конструкций

9.1  Использование антикоррозийных свойств алюминиевых сплавов

Наибольшее распространение получили алюминиевые сплавы благодаря своей высокой стойкости против коррозии не только в специальных,- сооружениях, эксплуатирующихся в условиях особо агрессивной среды, но и в обычных гражданских и промышленных зданиях для элементов, которые испытывают атмосферные воздействия.

1. Кровельные настилы

Кровля из алюминиевых листов, благодаря совмещению несущих и ограждающих функций в ряде случаев дешевле других кровель. Если даже первоначальные затраты на нее будут выше, чем на другие типы покрытий, то алюминиевая кровля окупит себя в короткое время, так как она почти не требует профилактического ремонта и срок службы ее во много раз длиннее, чем обычных кровель.

а) В Швейцарии и Западной Германии штампованная алюминиевая кровля применяется в виде ленты шириной 580 мм и толщиной 0,7 мм. Материалом для листа служит алюминиевом арганцевый сплав.

Гофрировка ленты соответствует размерам крепежных шипов, выполненных в форме "ласточкиного хвоста" (фиг. 8,а), на которые лента одевается при разворачивании рулона поперек ската. Вдоль оката делается нахлестка на нижележащие ленты 80 мм.

б) В американской строительной практике для кровли также используется алюминиево-марганцевый сплав, но в виде штампованных картин размером 6000X570 мм при толщине 0.7 мм (фиг.8,б). Расстояние между элементами обрешетки по окату принимается, исходя из несущей способности настила 1,5 - 1,8 м. Крепление картин к обрешетке производится с помощью клямер.

в) Алюминиевая кровля может применяться в виде волнистых листов небольшой толщины (до 1 мм). В Австралии такие листы используются для покрытий зерновых складов и для изготовления емкостей под зерно.

г) Исходя из декоративных целей, кровельный настил, выполненный из алюминиевых сплавов, может быть окрашен в любые цвета с помощью цветного анодирования. Так, например, купол главного павильона американской выставки в парке Сокольники был собран из панелей золотистого цвета. Попутно отметим, что каждая панель представляла собой шестиугольный пространственный элемент с трубчатыми распорками. Толщина листов - 2,5 мм. Для водонепроницаемости швы между панелями заливались жидкой резиной. Диаметр купола - 61 м, вес - 47 тонн, расход металла на 1 м2 составил около 17 кг.

д) К. К. Муханов и др.⁴ изучили эффективность применения алюминиевых сплавов в ограждающих конструкциях промышленных зданий с точки зрения единовременных затрат при строительстве. Исследователи пришли к выводу, что в холодных покрытиях алюминиевая волнистая кровля на 47% дешевле стальной и почти в 3 раза экономичнее рубероидной по железобетонным плитам.

Уменьшение веса кровли снижает стоимость строительных конструкций здания до 12%. Доказана высокая эффективность специальных алюминиевых панелей для теплых покрытий.

2. Оконные и фонарные переплеты

Как известно, деревянные переплеты имеют ряд недостатков, основными из которых являются их недолговечность и ненадежность в эксплуатации. Стальные рамы быстро подвергаются коррозии, имеют большой вес и неудобны в открывании. Алюминиевые переплеты не имеют этих недостатков, поэтому они нашли применение за рубежом и в нашем строительстве (в высотных зданиях МГУ, на Смоленской площади и др.).

3. Стеновые панели

Листы из алюминиевых сплавов используются для внешней отделки и облицовки зданий. Для этой цели могут применяться как штампованные листы, так и специально изготовленные ограждающие панели, которые состоят из наружных алюминиевых листов, эффективного утеплителя (или герметически замкнутой воздушной прослойки) и внутренней облицовки.

а) Полированные листы из алюминиевых сплавов применены в качестве стенового ограждения павильонов СССР и Венгрии на Всемирной выставке в Брюсселе, а также других павильонов (Атомиума и др.).

б) Фасад павильона "Радиоэлектроника" на Выставке достижений народного хозяйства СССР выполнен из анодированных штампованных листов, по форме напоминающих телевизионные экраны. Размеры каждого листа 1,1 x 1,1 м - толщина - 1 мм. С помощью оцинкованных болтов панели собирались в монтажные блоки 3,3 x 5,5 м, окантованные алюминиевыми уголками 40 x 40 мм.

Стыки между панелями заделывались водонепроницаемой мастикой. Павильон смонтирован в рекордно короткий срок -за 27 дней.

в) Ленинградским институтом "Ленпроект" предложены и экспериментально проверены стеновые железобетонные панели, в которых воздушные промежутки экранированы алюминиевой фольгой⁵.

Такие панели в 15 - 20 раз меньше излучают наружу тепла, чем обычные стены.

При толщине фольги 5 - 6 микрон расход алюминия на пятиэтажный четырехсекционный дом составит 60 кг. По сравнению с кирпичным зданием наружные стены облегчаются в 8 раз, а стоимость их уменьшится более чем в 3 раза.

4. Применение алюминиевых сплавов для строительства объектов химической и нефтяной промышленности

Химическая стойкость алюминия по отношению ко многим кислотам и щелочам делает этот металл и его сплавы незаменимыми для возведения емкостей и трубопроводов в химической и топливной промышленности для хранения и транспортирования продуктов, богатых сернистыми соединениями.

а) Резервуары

В 1957 - 1958 годах на строительстве комбината синтетических жирозаменителей в Волгодонске было сооружено семь крупных резервуаров из листов алюминиево-магниевого сплава.

Соединения - сварные, осуществленные на укрупнительной сборке с помощью ручной электродуговой сварки, и монтажные, сваренные газовой сваркой.

На Киевском заводе химического аппаратостроения "Большевик"  изготовляются алюминиевые сосуды диаметром до 3000 мм и толщиной стенок до 16 мм. При этом успешно применяется автоматическая сварка "расщепленным" электродом.

Для хранения нефтепродуктов можно строить комбинированные резервуары: из алюминиевых сплавов изготовлять элементы, наиболее подверженные коррозии, верхние листы стенок, конструкции покрытий, кровлю; остальные части резервуаров могут быть изготовлены из стали.

б) Трубопроводы

Алюминиевые трубы целесообразно применять для трубопроводов в химической и нефтяной промышленности. Антикоррозийные свойства этих сплавов позволяют не делать наружную изоляцию, а также увеличивают длительность эксплуатации сооружений (благодаря устойчивости против агрессивного воздействия транспортируемой среды.

Достоинством таких трубопроводов является также и то, что сопротивление движению жидкостей или газов в более гладких алюминиевых трубах на 10 - 15% меньше, чем в стальных, а поэтому можно соответственно уменьшить мощность компрессорных станций.

Институтом электросварки им. Е. О. Патона смонтированы два опытных трубопровода диаметром 160 мм из технического алюминия.

В США также ведется опытное строительство алюминиевых трубопроводов. С 1947 по 1957 гг. протяженность таких линий увеличилась почти на 40 км (при общей длине стальных трубопроводов в несколько десятков тысяч километров).

9.2  Использование алюминиевых сплавов в сооружениях, в которых существенное значение имеет собственный вес конструкций

1. Подъемно-транспортные и землеройные машины

В подвижных конструкциях экономия в весе за счет применения алюминиевых сплавов доходит до 50%, что позволяет снизить мощность моторов на 30% и уменьшить статическое (вертикальное) и инерционное воздействие на крановые пути. Кроме этого, такие машины часто работают в агрессивных средах, где применение алюминиевых сплавов особенно рационально.

а) В Московском институте "Проектстальконструкция" спроектирован рудно-грейферный кран-перегружатель, в котором пролетное строение запроектировано из алюминиевых сплавов (фиг. 9).

Проектировщики добились снижения веса фермы почти в три раза (140 тонн вместо 400 тонн в стальном кране). Такое уменьшение веса в данном случае объясняется не только переходом на легкие сплавы, но и тем, что принято более удачное, чем в обычном кране, конструктивное решение.

Несмотря на то, что удорожание конструкций составляет 300 тыс. рублей, весь комплекс сооружений рудного двора удешевляется, так как на 30% облегчаются подкрановые пути. Кроме того, здесь не учтено существенное снижение эксплуатационных расходов.

Особенности проекта крана из алюминиевых сплавов следующие:

Для повышения жесткости крана принята рамная схема, применение которой в стальных кранах не вызывается необходимостью. Высота ферм увеличена на 30 - 50% по сравнению со стальными фермами. Сжатые элементы дополнительно раскреплены распорками. Все элементы спроектированы из труб сплава АВ-Т1, а для узловых соединений приняты стальные оцинкованные болты (фиг. 10).

б) В семилетнем плане развития народного хозяйства СССР большое внимание уделено открытой добыче угля, где на вскрышных работах применяются специальные машины для перемещения грунта - отвальные мосты, вес которых достигает 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 опорных частей. При дальнейшем проектировании отвальных мостов из алюминиевых сплавов решено более тщательно выбирать статическую схему моста, чтобы избежать больших деформаций его консольной части при воздействии временных нагрузок.

в) За рубежом выпускаются мостовые краны с алюминиевыми фермами грузоподъемностью от 3 до 50 тонн, пролетами до 30 м. Наибольший экономический эффект дает применение легких сплавов для кранов малой грузоподъемности и больших пролетов, где значительную долю от всей нагрузки составляет собственный вес ферм.

Характерной особенностью алюминиевых мостовых кранов является применение сквозных ферм с повышенной высотой, что обусловливается меньшим модулем упругости данного металла. Благоприятным для каркаса здания, в котором будут работать мостовые краны, является уменьшение сил продольного и поперечного торможения их.

г) Эксплуатация кранов и экскаваторов с алюминиевыми стрелами и ковшами 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.

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

е) 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.

2. 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 пролетного строения получено уменьшение противовесов на 142 тонны.

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

В Саутгемптонской гавани построен выдвижной телескопический мост (фиг. 11). Появление такой оригинальной системы моста можно объяснить использованием легких сплавов как основного конструктивного материала моста.

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 Стокгольме. 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 пролетом 100 м через р. Катунь, построенного в 1932 году. В результате замены деревянных 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 (неразрезные балки, бесшарнирные арки, рамные системы). Для обеспечения горизонтальной 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 эстакадами (фиг. 12). 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 пешеходных мостов небольших пролетов, где вертикальная жесткость может быть увеличена путем развития высоты фермы и за счет включения перил в расчетную схему в качестве верхнего пояса фермы (мост в Женеве - фиг. 13). 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 автомобильным движением (арочный пешеходный мост в Дюссельдорфе).

3. 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 конструкций большепролетных покрытий является весьма желательным. Иногда применение легких сплавов обосновывается здесь облегчением монтажа, а также более длительной сохранностью здания.

Как отмечалось, в большепролетных покрытиях легко преодолеть деформативность алюминиевых сплавов устройством увеличенного строительного подъема.

а) Из алюминиевых сплавов было выполнено перекрытие среднего пролета павильона СССР на Брюссельской выставке (фиг. 14). Применением алюминиевых сплавов здесь достигалось уменьшение веса конструкций, улучшение зрительного восприятия открытых изнутри конструкций. Этим также учитывалось облегчение демонтажа и перевозки павильона в СССР для повторного возведения в Москве.

б) Цельноалюминиевый ангар в Хетфилде (Англия) выполнен в виде рамного каркаса (фиг. 15). Применение рамной схемы при таком пролете вызвано необходимостью увеличить жесткость алюминиевой конструкции, вес одной рамы составил 6,5 тонны. Монтаж всех конструкций осуществлен одной бригадой в течение 13 недель. Конструкции не окрашены.

в) Много ценных мыслей и предложений по проектированию большепролетных сооружений высказано инженерами и архитекторами в конкурсных проектах покрытия стадиона "Динамо" в г. Москве (овал 270x170 м)⁶.

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

Интересный вариант представлен мастерской 16 Моспроекта. Арки пролетом 200 м и стрелой подъема 20 м запроектированы корытообразного сечения высотой 6 м и шириной 12 м. Каждая стенка арки должна быть выполнена из особой "сотовой" конструкции: между двумя дуралюминиевыми листами (Д16-Т), расположенными на расстоянии 100 мм, впаиваются или вклеиваются шестигранные соты из алюминиевой фольги. Замкнутые воздушные пространства сотовых камер и высокая отражательная способность фольги должны обеспечить необходимые теплоизоляционные качества конструкции. Несмотря на то что сооружение имеет гигантские размеры, монтаж его благодаря малому весу арок может быть выполнен двумя 75-тонными башенными кранами.

г) С помощью алюминиевых арок, тросов и подвесного тента в 1959 году перекрыт Майский просек в Сокольниках (филиал Выставки достижений народного 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.

4. 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 конические 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 многим соображениям: достигается экономия материала самой башни и фундаментов, 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.

9.3  Комплексное использование свойств алюминиевых сплавов

1. С б о р н о - р а з б о р н ы е сооружения и оборудование

Применение алюминия в сборно-разборных сооружениях основано на комплексном использовании таких его качеств, как малый вес (облегчается перевозка, монтаж конструкций) и стойкость против коррозии, что очень важно для сборно-разборных узлов и разъемных соединений.

а) Применение алюминиевых сплавов для сборно-разборных военных мостов имеет почти шестидесятилетнюю историю, начиная с экспонирования французского балочного моста пролетом 15 метров на Всемирной промышленной выставке 1900 года.

В армиях многих стран мира существуют наплавные, балочные сборно-разборные, складывающиеся военные алюминиевые мосты. Складывающийся мост армии США перевозится и наводится с помощью трайлера, на котором имеются лебедки и механизмы, управляющие быстрой установкой моста. Пролет моста - 23 метра, он может пропускать танки весом до 35 тонн.

Повышенная деформативность алюминиевых конструкций не является препятствием для использования здесь легких сплавов, так как скорость движения машин на таких мостах ограничена.

б) Временные общественные и производственные сооружения рационально выполнять по. следующему принципу: растянутые элементы могут быть приняты из оцинкованного стального троса, а сжатые - из алюминиевых сплавов с применением трубчатых или гнутых профилей, например, цирки типа "шапито", временные сельскохозяйственные сооружения, палатки и т. п.

Примером специфического применения алюминия для строительства помещений служит опытная постройка в 1947 г. спортивной базы южнее г. Нальчика в районе вечных снегов на высоте 3800 м⁷

Каркас сооружения состоит из дуралюминиевых профилей, щиты снаружи облицованы листами дуралюмина, а изнутри - бакелитовой фанерой. В качестве утеплителя использован оргалит (фиг. 16). Благодаря применению эффективных материалов общий вес постройки, рассчитанной на 12 - 14 человек, составляет 700 кг. Все элементы были доставлены по труднопроходимым тропам. Монтаж произведен четырьмя альпинистами в течение недели.

в) Подмости и опалубки, выполняемые из алюминия, имеют оборачиваемость во много раз большую и легче монтируются, чем подобное оборудование, изготовленное из других материалов.

Так, для строительства тоннелей в ФРГ и Швейцарии используется алюминиевая инвентарная опалубка, которая может быть использована до 300 раз, что окупает ее стоимость. Достоинством такой опалубки является значительное убыстрение монтажа.

За рубежом часто практикуется устройство вспомогательных лесов для монтажа стальных или железобетонных мостов. Двенадцать лет назад в Москве были изготовлены передвижные леса для ремонта зданий высотой до шести этажей⁸. В качестве основных несущих конструкций приняты дур-алюминиевые трубы диаметром 60 мм. Вес комплекта шириной 10,2 м и высотой 18 м составляет 1,1 тонны (фиг. 17).

Применение лесов дало экономию значительного количества лесоматериалов и повысило производительность труда на ремонте фасадов на 50 - 60%.

2. 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 производится вручную. В США на трех плотинах имеются аварийные затворы пролетами 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 экономичные конструктивные решения. Внедрение алюминия в строительстве, намеченное семилетним планом развития народного хозяйства СССР на 1959-1965 годы, будет способствовать общему прогрессу строительства, дальнейшему снижению стоимости и улучшению качества сооружений.

Footnotes:

¹В дальнейшем под "алюминием" будем подразумевать алюминиевые сплавы, за исключением тех случаев, когда специально оговорено понятие "технически чистый алюминий" или когда речь идет об алюминии, как химическом элементе.

²С. А. Попов. Применение алюминиевых сплавов в строительстве. Труды МИИТ, вып. 101, 1958.

³"Новая техника монтажных и специальных работ в строительстве", 1959, 8.

⁴"Промышленное строительство", 1959, 7,

⁵"Бюллетень технической информации", Ленпроект, 1959, 5 - 6.

⁶"Архитектура и строительство Москвы", 1959, 2.

⁷"Архитектура и строительство", 1948, 8.

⁸"Механизация строительства, 1948, 5.

Приложение.