CC BY
31
Вісник ПДАБА
3. Дубров Ю. И., Вахнин А. Н. Устройство для адаптивного управления технологическим процессом / А.С. 1242911 СССР МКИ4 05 В 13/02 (СССР) - 20 с.
4. Дубров Ю. И., Фролов В. В., Вахнин А. Н. Учет влияния неуправляемых факторов при анализе и синтезе критерия функционирования сложных систем // Экономика и математические методы. - АН СССР, 1986, № 1.
5. Компьютер обретает разум/ Пер. с англ. А. Ю. Батыря, Р. Л. Герра, под ред.
В. Л. Стефанюка. Москва Мир, 1990, 240 с.
6. Растригин Л. А. Случайный поиск. - Рига : Знание, 1964, 321 с.
7. Шилов Г. Е. Введение в теорию линейных пространств. М. : Гостехиздат, 1956.
УДК 621.868.27
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ УЛАМКІВ ЗРУЙНОВАНИХ СПОРУД ТА ЕЛЕМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ, ЯКІ РЕКОНСТРУЮЮТЬСЯ
С. В. Шатов, к. т. н., доц.
Ключові слова: стихійні лиха, аварії, зруйновані споруди, уламки, реконструкція будівель, будівельні елементи, параметри уламків та елементів будівель.
Проблема. Техногенні аварії та стихійні лиха, які час від часу трапляються в Україні і світі, спричиняють руйнування споруд та будівель. Під завалами цих руйнувань знаходяться потерпілі [1]. Для розбирання завалів використовуються різноманітні засоби механізації, які залучаються до виконання цих робіт без урахування параметрів уламків завалів, тому ці роботи виконуються за недосконалими технологічними схемами. Це збільшує терміни та трудомісткість ведення рятувально-відновних робіт. Крім того, при реконструкціях будівель та споруд [2; 3], коли виконується розбирання будівельних елементів, виникає потреба у відомостях про їх параметри. Тому створення наукових основ проектування машин для розбирання завалів зруйнованих споруд та для реконструкційних робіт з урахуванням параметрів уламків завалів або будівельних елементів є актуальною науково - технічною проблемою.
Аналіз публікацій. Рятувальні роботи у Вірменії, Дніпропетровську, Євпаторії, Луганську [4 - 6] показали, що залежно від джерела аварії або стихійного лиха, їх потужності, часу дії та інших чинників, руйнування споруд та будівель має імовірнісний характер. У той же час є визначені окремі закономірності їх руйнування [6]. Організація робіт із розбирання завалів базується на відомостях про структуру завалу: параметри уламків та їх кількість. Зараз ці відомості отримують шляхом безпосереднього обстеження завалів рятівниками: візуального огляду, інструментального виміру уламків, фото- і відеозйомки [4; 7]. Такі підходи до визначення параметрів уламків є небезпечними для рятівників (можливі обвалення елементів завалів або нестійких конструкцій частково зруйнованих об'єктів) і не мали логічного продовження в питаннях організаційно-технологічних рекомендацій щодо розбирання завалів. Такий аналіз структури завалу не дає повної інформації, що збільшує похибку у визначенні видів засобів механізації та їх кількості.
При реконструкційних роботах на будівлях та спорудах також необхідні відомості про параметри будівельних елементів, що входять у ці об’єкти. Це дозволяє обґрунтовано вибирати машини та механізми для часткового або повного розбирання будівель і споруд на окремі елементи. Параметри елементів таких об’єктів можливо отримати із їх будівельної документації. Недоліком цього є те, що у більшості випадків реконструкції потребують старі будівлі та споруди, технічна документація на яких відсутня або не повна.
Результати досліджень. Для розробки обґрунтованих рішень щодо організації і проведення робіт із розбирання завалів зруйнованих будівель і споруд, а також при реконструкційних роботах пропонується проводити визначення таких параметрів уламків та будівельних елементів:
1. Геометричні показники:
- габаритні розміри уламків або будівельних елементів у трьох площинах: ах в х h (довжина, ширина, товщина), м;
- об'єм уламків або будівельних елементів V (перемножування а х в х h), м3.
2. Маса тул. уламків або будівельних елементів визначається:
8
№ 3 березень 2011
тул. Уул. х Vср ;
де уул. - щільність матеріалу уламка або будівельного елемента (для бетону 2,0 - 2,2 т/м3; для цегли 1,9 - 2,0 т/м3).
Пропонується визначати параметри уламків та будівельних елементів за такими варіантами.
Використання програми “Google Earth”. Програма [8] дозволяє за допомогою супутникової зйомки знайти необхідний об’єкт, який реконструюється або зруйнований від стихійної чи техногенної дії (для дослідження була обрана будівля Будинку торгівлі у Дніпропетровську - А, рис. 1, а). Реконструкція Будинку торгівлі полягала у частковому вилученні старих та встановленні нових і додаткових несучих елементів, а також у розбиранні старих і спорудженні нових простінків та перекриттів (рис. 1, б та рис. 2, в).
а
б
Рис. 1. Будівля (А -Будинок торгівлі, м. Дніпропетровськ), параметри елементів якої визначалися при реконструкції: а - супутниковий знімок за допомогою програми “Google Earth ”; б - фотознімок об ’єкта (Будинок торгівлі) на завершальному етапі реконструкції.
Програма “Google Earth” дозволяє визначити габаритні розміри об’єктів (рис. 2, а) та їх будівельних елементів (рис. 2, б). Ці відомості використовують для визначення маси елементів, які будуть вилучені із будівлі та замінені на нові за допомогою відповідних будівельних машин
9
Вісник ПДАБА
визначеної вантажопідйомності. Обсяг будівельних елементів, які необхідно замінити, та відомості про продуктивність будівельної техніки дозволяють розрахувати раціональну кількість машин для виконання реконструкційних робіт на будівлі.
Позитивними властивостями програми “Google Earth” є швидкість отримання інформації та можливість знаходження будь-якого об’єкта. До суттєвих недоліків програми відносять: отримані зображення об’єктів мають дворічну давнину; складність точного визначення розмірів дрібних будівельних елементів у зв’язку із нечітким їх зображенням при великому збільшенні; програма не забезпечує автоматичного розпізнання всіх елементів будівлі та визначення їх параметрів. Всі вказані недоліки програми “Google Earth” мають місце і при її використанні для визначення параметрів уламків завалів зруйнованих будівель та споруд. Крім того, у цьому випадку потрібні оперативні зйомки із супутника для рятування потерпілих з-під завалів.
а
б
10
№ 3 березень 2011
Рис. 2. Визначення геометричних параметрів будівельних елементів будівлі: а -інтерфейс визначення загального габариту об ’єкта по ширині; б - інтерфейс визначення довжини одного з елементів; в - вказані елементи будівлі на фотознімку
Оперативна фотовідеозйомка об’єктів з найменшої відстані та комп’ютерна обробка результатів. Цей метод визначення параметрів уламків зруйнованих споруд та елементів будівель, які реконструюються, використовують як у безпосередній близькості до об’єктів, так і в будь-якій точці планети, шляхом електронної фотовідеозйомки їх і подальшої обробки цих даних. Алгоритм визначення розмірів уламків та будівельних елементів наведений на рисунку 3.
Рис. 3. Алгоритм порівняльного аналізу графічних об ’єктів для визначення розмірів уламків завалів
Передбачається така послідовність робіт. Завали із зруйнованим об'єктом фотографуються електронною апаратурою (рис. 4). На отриманому зображенні виділяється елемент А будівлі, який не отримав пошкодження і розміри якого відомі з проектної або нормативної документації (еталонний об'єкт).
11
Вісник ПДАБА
Потім послідовно виділяються уламки завалу, розміри яких необхідно визначити (наприклад, уламок Б). Проводиться растрування еталонного елемента А, яке полягає в обчисленні числового значення пікселів Р1 (крапок на фотознімку), якому відповідає розмір h (рис. 5, а). Обчислюється масштабний коефіцієнт К\:
де h - лінійний розмір еталонного елемента;
Р\ - кількість пікселів.
Потім визначається необхідний розмір уламка Б (рис. 5, б):
к = h
к ~ P’
(\)
Li = kl xP2, , (2)
де Lj - лінійний розмір уламка; P2j - кількість пікселів.
А
Рис. 4. Зруйнована будівля і завал, розміри уламків якого визначаються.
По досліджуваному об'єкту можуть бути визначені три основні розміри, що дозволяє розрахувати його об'єм Уб та масу mобш (через щільність його матеріалу), а потім - кількість техніки для розбирання уламків [9].
D
2
І
а б
Рис. 5. Фрагменти зруйнованої будівлі і завалу: а —- еталонний елемент А будівлі; б -уламок Б, лінійні розміри якого визначаються
Li
\2
№ 3 березень 2011
Велике значення для точності отриманих результатів має точка, з якою проводиться фотофіксація завалу і зруйнованої будівлі. Найменшу похибку на знімках матимуть уламки, які розташовуються строго перпендикулярно до осі зйомки фотофіксувального апарата і розташовані на незначній відстані від еталонного елемента будівлі. Тому в більшості випадків фотографування завалу доцільно виконувати зверху. Технічно це виконується з літального апарата (супутника, літака, гелікоптера) або за допомогою їх діючих моделей. Таким чином, проаналізувати структуру завалу, розміри уламків і прийняти рішення про раціональну технологію ведення робіт можливо з будь-якої точки планети і в найкоротші терміни. На рисунку 6 показана схема послідовного фотографування завалу і зруйнованої будівлі моделлю гелікоптера.
Розроблений метод визначення розмірів уламків дозволяє фіксувати уламки, розташовані на поверхнях завалів. Тому обробка даних повинна виконуватися безперервно і паралельно виконанню робіт із розбирання завалу.
Рис. 6. Схема фотографування завалу і зруйнованої будівлі моделлю гелікоптера: а - фронтальна проекція; б - вигляд зверху
В окремих випадках вимірювання уламків і їх фотографування може бути виконане дослідниками безпосередньо на зруйнованому об'єкті: з установкою вішок біля декількох уламків на різній відстані від фотофіксувального апарата; інструментальним вимірюванням одного або декількох еталонних уламків і фотографуванням завалу.
Висновки
1. Проаналізовані існуючі методи визначення параметрів уламків зруйнованих споруд та будівельних елементів будівель, які реконструюються, мають суттєві недоліки і обмеження для визначення кількості техніки для розбирання завалів та заміни будівельних конструкцій.
2. Виконано визначення параметрів будівельних елементів із використанням програми “Google Earth”.
3. Розроблено алгоритм визначення розмірів і мас уламків завалів зруйнованих будівель і споруд, заснований на фотовідеозйомці завалів і подальшій обробці отриманих даних.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Цивільний захист - один з пріоритетів національної безпеки // Надзвичайна ситуація. -2009. - № 2. - C. 34 - 38.
2. Колосков В.Н. Разборка жилых зданий и переработка их конструкций и материалов для повторного использования / В. Н. Колосков, П. П. Олейник, А. Ф. Тихонов. - М. : Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, - 2004. - 200 с.
3. Г ончаренко Д. Р. Техника сноса и разрушения при реконструкции промпредприятий /
Д. Р. Гончаренко, Н. И. Озерный // Механизация строительства. - 1988. - №10. - С. 17 - 18.
4. Бакин В. П. Механизация на разборке завалов / В. П. Бакин // Механизация строительства. - 1989. - № 5. - С. 7 - 8.
13
Вісник ПДАБА
5. Мірошниченко М. Вибух газу - “це урок, який повинна засвоїти держава” // Надзвичайна ситуація, 2007. - № 10. - C. 8-15.
6. Трагічний вибух у Євпаторії // Надзвичайна ситуація. - 2009. - № 1. - C. 8-15.
7. Чумак С. П. Основы разработки технологии и управления процессами аварийноспасательных работ при разрушениях зданий и сооружений // Пробл. безопасности при чрезвычайных ситуациях. - М.: ВИНИТИ, 2008. - Вып. 4 . - С. 55-62.
8. www. Google Earth.
9. Хмара Л. А., Механизация работ и расчет потребности в грузоподъемных средствах при разборке разрушенных сооружений / Л. А. Хмара, С. В. Шатов // Механизация строительства. -№ 2.- С. 22-27.
УДК 621.74:621.78
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА С ГОРЯЧЕГО ПОСАДА ЧУГУННЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
Л Х Иванова, д. т. н, проф, А Ю. Хит ько, к. т. н,
Л. А Шапран, к. т. н, А В. Хазанов, асп, А Г. Самойленко, студ.
Национальная мет аллургическая академия Украины, Днепропет ровск
Ключевые слова: чугунные прокат ные валы, т ермическая обработ ка, горячий посад.
Постановка проблемы. Проведенный анализ стойкости прокатных валков показал, что значительная часть (28...86 %) валков выходит из строя преждевременно по поломкам, что, очевидно, объясняется их низкой прочностью. Поэтому в настоящей работе было предусмотрено проведение исследований, направленных на разработку режима упрочняющей термической обработки валков из высокопрочных чугунов.
Экспериментальная часть. Обзор патентных источников показал, что высокотемпературную термическую обработку с горячего посада, приемлемую для вальцелитейного производства, предлагали авторы [1]. Сущность способа заключалась в извлечении чугунных отливок из литейных форм при температуре выше критической (> Ar1), их воздушной закалке с последующей выдержкой отливок в термической печи с температурой
473.. .873 К для выравнивания ее, отпуском и охлаждением в печи.
Проведенная нами по такому режиму термическая обработка отливок валков различных размеров исполнения ЛШ-57 (температура в печи составляла 823 К) показала, что по сравнению с валками в литом состоянии такая термическая обработка способствовала снижению остаточных напряжений на ~ 68 % и повышению прочностных свойств - однако специальные свойства - износо- и термостойкость чугуна рабочего слоя валков - оставались на прежнем уровне (табл. 1).
Затем был опробован способ термической обработки с горячего посада отливок прокатных валков из комплексно модифицированных чугунов с термоциклированием рабочего слоя [2], который заключался в том, что:
- отливки прокатных валков извлекались из валковых форм при температуре рабочего слоя, соответствовавшей температуре начала эвтектоидного превращения. Этот параметр термической обработки обозначали - теыб. Температуры начала и конца эвтектоидного превращения материала валков приведены в таблице 2;
- затем производили подстуживание отливок прокатных валков на спокойном воздухе до температуры на 10...20 К ниже температуры конца эвтектоидного превращения материала валка (Ar1k) и переносили их в термическую печь с температурой Тп ;
- далее производили выдержку для нагрева рабочего слоя отливки валка до температуры на
10.. .20 К выше температуры начала эвтектоидного превращения материала валка (Ас1н), охлаждение в печи до температуры 813...833 К и выдержку для выравнивания температуры по сечению отливки валка тт;
- окончательное охлаждение производили в печи со скоростью Vo, равной 25 град/ч.
14
