Расчет грузоподъемности понтона из трубы
При изготовлении трубных понтонов используется полиэтилен высокой плотности (HDPE) с различными добавками, увеличивающими стойкость к нагрузкам, ультрафиолету, долговечность, делает сбалансированным соотношение упругости и жесткости и т.д. Изделия из данного полимера могут эксплуатироваться в водной среде более 20 лет.
Показатели материала для поплавков:
- Средние физические показатели:
- Кольцевая жесткость – 2-8 кН/м2 (SN2-8)
- Предел текучести при растяжении – 24 МПа
- Температура хрупкости — -70 С
- Модуль упругости при изгибе – 1000-1200 Мпа
- Предел прочности при растяжении (50 мм/мин) – 33 Мпа
- Отн. удлинение при растяжении (50 мм/мин) – 7 %
- Модуль упругости при растяжении – 700 Мпа
- Средние химические показатели:
- Плотность при 20°C — г/cм3 >0,930
- Показатель текучести (190 °C, 5кг) — г/10′ 0,3+1,6
- Жесткость Shore D – 61 ед.
- Точка размягчения Vicat – 127 С
- Содержание сажи – 2+-2,5%
Гофрированная (профилированная) двуслойная структура стенок понтона позволяет использовать его в течение длительного срока не менее 50 лет. Полиэтилен, из которого изготовлен понтон, стоек как к пресной, так и к соленой воде (полный перечень химической стойкости полиэтилена).
Расчет любого плавающего предмета в воде и в том числе трубного понтона опирается на закон Архимеда: грузоподъемность судна (понтона) равна объему вытесненной воды за вычетом собственного веса.
В таблице грузоподъемности трубных понтонов указаны величины уже за вычетом веса самого поплавка и крепежа.
Таким образом для выбора поплавка необходимой грузоподъемности остается только учесть вес рамы и настила.
Грузоподъемность (ГП) одного трубного поплавка — это вес, который способен выдержать понтон, погрузившись при этом на определенную глубину.
Обычно рассчитывается для нескольих уровней ( высота крепежа не входит в расчет):
- уровень погружения под собственным весом поплавка — 7-9%.
- уровень невмерзания в лед — до 40-50% (1/2),
- максимальный рабочий уровень 90%
- промежуточный расчетный уровень 65-75% (2/3).
Грузоподъемность всегда расчетная, так как может изменятся в зависимости от характеристики воды (морская, речная) и веса конкретных материалов. Подробнее
Пример: Металлическая рама 2 м. на 6 м. с настилом из импрегнированной террасной доски весят вместе 650 кг. Максимальное планируемое количество человек 5-6 с различным грузом, т.е. причал летом должен выдерживать около 900 кг. (средняя грузоподъемность при погружении понтонов до 55-60%). Оптимальным будет выбор трех трубных понтонов диаметром 500 мм. и длиной 6000 мм. с крепежом. Тогда полный вес причала составит около 920 кг. с максимальной зимней (уровень невмерзания) грузоподъемностью — 290-310 кг. (запас на снег), средней летней — 900 — 950 кг., максимальной летней (уровень между зеркалом воды и верхом причала — 200-250 мм.) — 1500 — 1550 кг.
Уменьшение количества понтонов до 2-х или уменьшение диаметра до 400 мм не очень целесообразно, так как отсутствует запас на снег
Трубный понтон производится со специальным полимерным крепежом с усиленными откосами. Крепление рамы осуществляется к крепежу. Запрещается вкручивать саморезы или аналогичные изделия в корпус поплавка. Толщина крепления в зависимости от диаметра поплавка составляет от 10 до 20 мм.
Примечание: Возможно изготовление трубных понтонов без специального крепежа для соединения с помощью различных хомутов.
Рама (металл, деревянный брус) соединяются с крепежом с помощью болтов М10 — М20 (в зависимости от общей грузоподъемности конструкции). Рекомендованное количество болтов на один крепеж не менее 2. Минимально в комплект к болту должны входить: 2 кузовные (широкие) шайбы, гровер, гайка. Отверстия в крепеже производятся самостоятельно при установке рамы.
При изготовлении готовой причальной конструкции с транспортными размерами (ширина до 2400 мм., длина до 13500 мм.) сборка производится в заводских условиях.
Полимерный трубный понтон производится из специальной двустенной трубы, которая не требует какого-либо обслуживания: не выцветает, не ржавеет и т.п.
Причальные конструкции из трубных поплавков возможно оставлять на зиму в воде. При погружении в воду до 40-45% своего диаметра понтон не вмерзает в лед. С этой целью рекомендуется после снегопада счищать выпавший снег с настила.
При наличии вероятности ледохода рекомендуется тогда убирать причал на зиму.
ВЫБОР ТРУБНЫХ ПОНТОНОВ
Поплавки производятся из специальных двустенных профилированных труб. Применяемый в этих трубах полиэтилен высокой плотности (ПНД, HDPE) является оптимальным сырьем для изготовления: химически нейтральный, легкий по весу и по обработке, с одной стороны достаточно жесткий, но в то же время и эластичный, обладает положительной плавучестью. Поплавки из него не ржавеют, не обрастают, выдерживают значительные нагрузки.
При выборе понтонов для конструкций рекомендуется обращать внимание на три основных показателя: грузоподъемность, длина и диаметр поплавков.
Грузоподъемность (ГП) одного трубного поплавка — это вес, который способен выдержать понтон, погрузившись при этом на определенную глубину. При этом собственный вес понтона с крепежом уже учтен в расчете ГП и повторно вычитать его не требуется. Грузоподъемность всегда рассчитывается с небольшим запасом.
Для расчета общей грузоподъемности, например, причала из суммы ГП всех поплавков необходимо вычесть только вес каркаса и настила.
Обычно рассчитывается для нескольих уровней ( высота крепежа не входит в расчет):
- уровень невмерзания в лед — до 50% (1/2),
- максимальный рабочий уровень — до 90-95%
- промежуточный (технический) — 67% (2/3).
Грузоподъемность всегда расчетная, так как может изменятся в зависимости от характеристики воды (морская, речная) и веса конкретных материалов.
Справа показана визуализация осадки понтона на примере простого причала с одинарной рамой. Высота над зеркалом воды в значительной мере зависит так же от высоты самой рамы и настила.
При необходимости длину понтона, а так же и количество и вид крепежа можно изменить в соответствии с пожеланиями заказчика.
Понтоны диаметрами от 600, 700, 900, 1000, 1200 и далее до 2400 мм. изготавливаются в соответствии с требуемой длиной до 13,5 м. Стоимость такого рода изделий, а также стоимость модифицированных понтонов рассчитывается отдельно.
Характеристики грузоподъемности типовых понтонов представлены в таблице справа ►
| Диаметр (D) (усл.) мм. | Длина (L) (усл.) м | Длина фактич., м | Вес поплавка, кг. | Грузоподъемность** при погружении, кг | ||
| на 50% (1/2) | на 2/3 | MAX | ||||
| 250 | 6 | 5,8 | 21,2 | 97 | 129 | 193 |
| 315 | 2 | 1,93 | 12,2 | 50 | 67 | 100 |
| 3 | 2,9 | 17,4 | 75 | 101 | 151 | |
| 6 | 5,8 | 33,3 | 152 | 203 | 304 | |
| 400 | 2 | 1,93 | 17,8 | 81 | 108 | 162 |
| 3 | 2,9 | 25,9 | 122 | 163 | 244 | |
| 6 | 5,8 | 50,2 | 245 | 327 | 490 | |
| 500 | 3 | 2,9 | 40,4 | 189 | 252 | 378 |
| 6 | 5,8 | 75,4 | 381 | 508 | 762 | |
| 630 | 2 | 1,93 | 41,1 | 204 | 272 | 408 |
| 3 | 2,9 | 53,3 | 302 | 402 | 603 | |
| 6 | 5,8 | 105,2 | 605 | 807 | 1210 | |
| 800 | 2 | 1,93 | 65,0 | 319 | 426 | 639 |
| 3 | 2,9 | 96,6 | 479 | 638 | 958 | |
| 6 | 5,8 | 191,8 | 960 | 1280 | 1920 | |
| 1000 | 2 | 1,93 | 92,3 | 510 | 680 | 1019 |
| 3 | 2,9 | 137,4 | 764 | 1018 | 1527 | |
| 6 | 5,8 | 273,7 | 1531 | 2041 | 3062 | |
| 1200 | 2 | 1,93 | 127,4 | 749 | 998 | 1497 |
| 3 | 2,9 | 190,0 | 1122 | 1495 | 2243 | |
| 6 | 5,8 | 379,0 | 2248 | 2997 | 4495 | |
Для диаметров свыше 1200 расчет грузоподъемности осуществляется индивидуально в зависимости от конкретных характеристик проекта, наличие крепежа, переборок и пр.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Для подбора поплавков по грузоподъемности, например, для причала необходимо расчитать вес рамы, настила, а так же определится с максимальным весом, на который конструкция будет рассчитана.
Например, небольшой причал 2х6 метров. Вес рамы и настила из импрегнированного бруса и террасной доски составляет 450 кг. Предполагается, что максимальный полезный вес (2-3 человека + оборудование 100кг.) составит 350 кг. Тогда необходимо выбрать поплавки с суммарной грузоподъемностью 800 кг.
Возможно несколько вариантов:
Вариант 1. (экономный): Два поплавка D400xL6000. Грузоподъемность MAX = 1000 кг. Грузоподъемность для зимы = 460 кг.
Вариант 2. (наилучший): Два поплавка D500xL6000. Грузоподъемность MAX = 1560 кг. Грузоподъемность для зимы = 700 кг.
Вариант 3. (для лета): Три поплавка D315xL6000. Грузоподъемность MAX = 930 кг. Грузоподъемность для зимы = 400 кг. — понтон погрузится чуть ниже середины понтона.