CC BY
364
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»
№6/2015
ISSN 2410-700Х
2. Елисеев, А.В. Определение контактных реакций в составных твердых телах при динамических нагрузках с учетом неудерживающих связей [Текст] / С.В. Елисеев, А.В. Елисеев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2014. - № 1. - С. 45-54.
3. Елисеев, С.В. Условия контактных колебаний составных твердых тел при динамических нагрузках с учетом неудерживающих связей [Текст] /Елисеев С.В., Елисеев А.В./ Ирк. гос. ун - т путей сообщ. - Иркутск, 2014. - 42 с.: ил. - Библиогр.: 36 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 27.01.2014 № 31 В 2014.
© А.В. Елисеев, С.В. Елисеев, 2015
УДК 624.31
Иванов Артём Николаевич
м.н.с. НИЛ «Мосты» СГУПС, г. Новосибирск, РФ E-mail: a.n.ivanov1@mail.ru Мартынов Александр Васильевич ген. директор ООО «Опора», г. Новосибирск, РФ
E-mail: info@opora-nsk.ru
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В МОСТОСТРОЕНИИ
Аннотация
Статья посвящена применению композиционных материалов в мостостроении. Освещены основные этапы разработки опытного гибридного по материалу пролетного строения и его экспериментальным исследованиям. Представлена информация по проектированию и строительству первого в России моста с пролетным строением из композиционного материала.
Ключевые слова
Мост, гибридное пролетное строение, композиционный материал, испытания.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) представляют собой тонкие синтетические армирующие волокна на основе стекла, углерода, базальта и т.п., связанные между собой полимерной матрицей. Область применения этих материалов за счет высокой коррозионной стойкости, экологичности и удельной прочности постоянно растет. Если в середине прошлого столетия они применялись только для нужд аэрокосмической и военной промышленности, то в конце XX века композиты начали применять в робототехнике, машиностроении, гражданском и транспортном строительстве и других отраслях. В период широкого изучения свойств полимерных композитов и рациональных областей их применения было разработано большое количество экспериментальных проектов, среди которых и первый мост (Miyun Bridge) с цельнокомпозитным пролетным строением. Этот однопролетный мост с расчетным пролетом 20,7 м, построенный в 1982 г. в Китае, был запроектирован из шести стеклопластиковых балок коробчатого сечения под две полосы автомобильного движения с максимальной массой транспортного средства 30 т [1, с. 2]. Miyun Bridge показал, как полимерный композиционный материал может эффективно применяться в транспортном строительстве. К настоящему времени насчитывается уже более 400 мостов с использованием полимерных композиционных материалов. Эти мосты представлены разнообразными конструктивными решениями - фермы, арки, вантовые и висячие конструкции, при чем композиты применяются в различных по характеру работы несущих элементах - балки, гибкие и жесткие ванты, плиты проезжей части и т.д. Разнообразие конструктивных форм обусловлено широким диапазоном свойств композиционных материалов, которые зависят от многочисленных факторов - свойства составляющих композиции, характер их взаимодействия друг с другом, процентное соотношение в общем объеме, метод изготовления и т.д. Поэтому вопрос разработки рациональной конструктивной формы соответствующей особенностям того или иного композиционного материала весьма актуален.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
В 2010 г. на кафедре «Мосты» СГУПС при поддержке ООО «Опора» были проведены теоретические исследования цельнокомпозитного решетчатого пролетного строения из пультрузионных стеклопластиковых профилей запроектированного по аналогии со стальными фермами. Такие конструкции получили наибольшее распространение в отечественных пешеходных мостах из ПКМ. Однако проведенные исследования показали, что они имеют ряд недостатков и требуют модернизации для повышения эффективности использования композитов. На основании выполненной работы были сформулированы следующие рекомендации по совершенствованию конструктивного решения:
1) в качестве основы для модернизации следует рассматривать деревянные конструкции традиционных конструктивных схем;
2) для возможности применения пролетных строений в автодорожных мостах целесообразно организовывать движение нагрузки поверху;
3) конструкции прохожей (проезжей) части необходимо включать в работу с фермами для увеличения общей жесткости пролетного строения;
4) несущие элементы ферм должны быть небольшого размера (длиной до 2 м), что позволит проектировать компактные соединения благодаря небольшим по величине усилиям;
5) соединения должны быть надежными, технологичными и исключать подвижки элементов.
По инициативе генерального директора ООО «Опора» А.В. Мартынова была создана инициативная группа для организации и проведения опытно-конструкторской разработки в составе представителей ООО «Опора» главного технолога К.М. Гаврилова и главного специалиста Б.В. Пыринова, директора ООО «Сибирские проекты» В.И. Пушина и м.н.с. НИЛ «Мосты» СГУПС А.Н. Иванова. В результате было разработано опытное гибридное по материалу пролетное строение [2, с. 11], схема которого представлена на рисунке 1. За основу были приняты многораскосные решетчатые фермы системы Тауна [3, с. 176], поверху которых было решено устроить железобетонную плиту и включить ее в совместную работу с фермами. Такое решение позволило обеспечить требуемую жесткость пролетного строения при высоте сопоставимой с типовыми железобетонными балками, а в монтажных соединениях стеклопластиковых элементов отказаться от металлических фасонок.
9015
Рисунок 1 - Схема опытного пролетного строения
Для установления соответствия фактической работы конструкции принятым расчетным предпосылкам и уточнения особенностей ее работы опытное пролетное строение было смонтировано в цехе НИЛ «Мосты» СГУПС и подвергнуто статическим и динамическим испытаниям. Подробное описание конструкции и испытаний представлено в работе [4]. Выполненные статические испытания показали хорошее соответствие фактической работы расчетной модели. Средние значения конструктивных коэффициентов составили по стеклопластиковым элементам ферм - 0,94, по сечениям железобетонной плиты - 0,91; по прогибам конструкции - 0,72. Под воздействием кратковременной нагрузки конструкция работает упруго, зафиксированные остаточные деформации не превышают предельно допустимых значений. По результатам анализа динамических параметров конструкции выявлено снижение декремента затухания собственных колебаний после испытаний на 34 % в вертикальной плоскости и 23 % в горизонтальной. Причиной снижения жесткости являются неплотности в соединениях на обычных болтах, которые приводят к подвижке стеклопластиковых элементов, и конструкция жестких упоров не в достаточной мере обеспечивающая упругое включение плиты в совместную работу с фермами и не позволяющая воспринимать усилия, «отрывающие» плиту от ферм.
44
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
Для изучения работы гибридного по материалу пролетного строения в различных условиях нагружения и совершенствования его конструкции в НИЛ «Мосты» СГУПС под руководством А.Н. Иванова и финансовой поддержке ООО «Опора» были выполнены следующие исследования:
1) натурные испытания опытного пролетного строения на длительное статическое нагружение;
2) теоретические исследования клеевых и болто-фрикционных соединений стеклопластиковых элементов;
3) экспериментальные исследования коэффициентов трения по контактам «стеклопластик-стеклопластик» и «стеклопластик-сталь»;
4) статические и динамические испытания опытного пролетного строения с соединениями на высокопрочных ботах;
5) испытание стеклопластика на ползучесть вдоль армирующих волокон.
Проведенные исследования обосновали возможность и целесообразность применения гибридной конструкции в качестве пролетных строений пешеходных и автодорожных мостов, а полученные результаты позволили уточнить существующую методику расчета конструкций с несущими элементами из полимерных композиционных материалов и усовершенствовать конструкцию опытного пролетного строения.
По согласованию с администрацией Новосибирской области первый в России автодорожный мост с экспериментальным пролетным строением из полимерного композиционного материала было решено построить через р. Пашенка на автомобильной дороге IV категории с. Красный Яр - с. Сосновка. Проектные работы выполнялись ООО «Сибирские проекты» под руководством директора В.И. Пушина при участии главного специалиста ООО «Опора» Б.В. Пыринова и м.н.с. НИЛ «Мосты» А.Н. Иванова. По результатам проектных расчетов было разработано балочное пролетное строение полной длиной 18 м с габаритом проезда Г-4,5 + 2 (Т-0,75) под современные автодорожные нагрузки А14 и Н14. Разработанный проект пролетного строения получил положительное заключение государственной экспертизы и был принят к реализации. Строительно-монтажные работы выполнялись сотрудниками ООО «Опора» под руководством заместителя генерального директора А.Р. Ходжаяна. В июле 2014 г. сотрудниками НИЛ «Мосты» были проведены предсдаточные испытания моста. Статические и динамические испытания показали хорошее соответствие фактической работы пролетного строения расчетной схеме, заложенной при его проектировании, и подтвердили, что мостовой переход может эксплуатироваться проектными нагрузками (А14 и Н14) без ограничений массы и скорости движения. После успешных испытаний мост был сдан в эксплуатацию.
Так как экспериментальное пролетное строение автодорожного моста представляет собой новое конструктивное решение, ранее нигде в инженерной практике не реализованное, сотрудниками НИЛ «Мосты» по заказу ООО «Опора» была разработана и организована система мониторинга за его техническим состоянием. Комплекс измерений, проведенных в рамках мониторинга на стадии строительно-монтажных работ, позволил оценить фактическое напряженно-деформированное состояние конструкции к моменту предсдаточных испытаний и корректно спланировать их с целью недопущения аварийных ситуаций. Измерения, проводимые в настоящее время в рамках мониторинга на стадии эксплуатации моста, позволяют накапливать сведения о поведении конструкции в реальных условиях эксплуатации и отслеживать фактическое состояние для правильного планирования работ по содержанию.
Освоение северных и отдаленных территорий России, требует разработки новых конструктивных решений на основе легких, прочных и коррозионностойких материалов. Поэтому полимерные композиты очень перспективны для отрасли транспортного строительства. В настоящее время сотрудниками ООО «Опора» и ООО «Сибирские проекты» ведутся разработки новых конструкций и оптимизация эксплуатирующегося пролетного строения с учетом проведенных сотрудниками НИЛ «Мосты» СГУПС экспериментально-теоретических исследований и результатов мониторинга. Список использованной литературы:
1) Potyrala, P. B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and all-composite structures. [Электронный ресурс] / P. B. Potyrala. - Режим доступа: http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353.
2) Пат. 109149 Российская Федерация, МПК E 01 D 11/00. Пролетное строение моста с многораскосными главными фермами / Б.В. Пыринов; заявитель и патентообладатель ООО «Опора». - № 2011117420/03; заявл. 29.04.2011; опубл. 10.10.2011. - 11 с.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
3) Передерий, Г.П. Курс мостов: конструкция, проектирование и расчет. Ч.1: Мосты малых пролетов. Каменные, деревянные и железные / Г. П. Передерий. - 4 изд. - М.: Госиздат, 1929 - 750 с.
4) Пыринов, Б.В. Испытания опытного пролетного строения пешеходного моста из композитных материалов / Б.В. Пыринов, А.Н. Иванов, М.К. Гаврилов // Проектирование и строительство в Сибири. - 2013. - №6 (77). - С. 29-33.
© А.Н. Иванов, А.В. Мартынов, 2015
УДК 004.8
Лавренков Юрий Николаевич
ассистент КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, РФ,
e-mail: georglawr@yandex.ru Комарцова Людмила Георгиевна доктор техн. наук, профессор КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, РФ,
e-mail: lkomartsova@yandex.ru
ОЦЕНКА ВНУТРЕННЕГО СОСТОЯНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ ДИНАМИКИ КОЛЕБАНИЙ НЕЙРОСЕТЕВОГО ОСЦИЛЛЯТОРА
Аннотация
В статье рассмотрена возможность проведения оценки изменения внутренней динамики системы на основе осциллирующей нейронной сети. Приводится описание основного конструктивного элемента сети -динамического нейронного модуля. Рассмотрен алгоритм функционирования спроектированной системы.
Ключевые слова
Динамические нейронные модули, обратная связь, анализ систем, управление сложными системами.
Базовая идея управления комплексными системами, состоящими из некоторого множества подсистем со специфическими свойствами, базируется на применении динамических сетей. В классической системе контроля с одной петлёй обратной связи состояние объекта управления оценивается с помощью сенсоров. Полученная информация отправляется в контроллер, который определяет управляющее воздействие [1, с.10]. Проектирование управляющих систем необходимо выполнять так, чтобы расхождение состояния системы между реальным и желаемым стремилось к нулю. Как правило, управляемая система содержит множество параметров, контролируя изменение которых становится возможным задать желаемое управляющее воздействие. Для комплексной оценки изменения состояния контролируемой системы предлагается использовать нейронную сеть.
Разработанная нейросетевая структура базируется на применении динамических нейронных модулей (ДНМ), которые представляют собой модели искусственных нейронов с развитой системой обратных связей (ОС) [1, с. 177]. ДНМ со сложной архитектурой включают в себя вычислительные операции для обработки сигнала ОС: функциональные преобразования, умножение на весовые коэффициенты, суммирование с сигналами от различных структур ДНМ. Возможно применение большого количества вариантов нелинейных функциональных преобразований внутри модуля, что делает возможным создание динамических нейросетевых моделей для решения сложных вычислительных задач. В работе предлагается использовать динамические нейронные модули, структура которых соответствует динамическому модулю 5-го класса. Выбор нейросетевых модулей данного класса обусловлен наличием развитой сети комплексных обратных связей, позволяющих строить компактные системы для управления и контроля.
Нейронная сеть для анализа системы строится из модифицированного ДНМ 5-го класса, который показан на рис. 1: f\, f, f - функция гиперболического тангенса, f - функция гиперболического синуса, f - функция синуса, f - функция симметричной гауссовской кривой [2, с.352], которая задаётся формулой:
