CC BY
20
УДК 614.8.084:699.887
Хузиахметов Р.А. - кандидат технических наук, доцент
E-mail: hroustam@mail.ru
Сахапов Р.Л. - доктор технических наук, профессор
Е-mail: rusakhapov@gmail.com
Земдиханов М.М. - кандидат технических наук, доцент
Е-mail: mr.minsur@mail.ru
Андреева С.А. - кандидат технических наук, доцент
E-mail: saandreeva@mail.ru
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зелёная, д. 1
Расчет центра тяжести масс и угла устойчивости в поперечной плоскости сваебойного копра СП-49Д на базе трактора Т-10МБ
Аннотация
Постановка задачи. Целью исследования является установление возможности опрокидывания сваебойного копра вследствие превышения угла наклона строительной площадки на месте производства свайных работ.
Результаты. Основные результаты исследования состоят в определении причин нарушения требований градостроительного законодательства и нормативно-технической документации, в результате чего произошло опрокидывание копровой установки, завершившееся гибелью машиниста. Основные результаты исследования состоят в расчетном определении центра тяжести масс сваебойного копра и его устойчивости в поперечной плоскости в процессе подготовки свай к забивке и в процессе их забивки.
Выводы. Значимость полученных результатов для строительной отрасли заключается в необходимости повышения уровня безопасности при выполнении свайных работ и учета реальных условий на строительной площадки в местах их выполнении (например, уклона площадки на месте производства работ). На исследованном строительном объекте уклон строительной площадки не мог быть причиной несчастного случая, так как он не превышал гарантированно безопасной величины - 3°.
Ключевые слова: сваебойный копер, травматизм, несчастный случай, уклон строительной площадки, устойчивость в поперечной плоскости, координаты центра тяжести масс, вынос мачты.
Введение
В настоящей статье является продолжением рассмотрения причин нарушения градостроительного законодательства и требований нормативно-технической документации, приведших к смертельному несчастному случаю.
Исследователями отмечается сохраняющийся на сегодняшний день высокий уровень производственного травматизма в строительной отрасли [1-5], несмотря осознание необходимости профессионального подхода к проектированию, организации и строительству объектов и обеспечения безопасности всех технологических процессов, проводимых на строительной площадке.
Несмотря на значительные размеры строительной площадки, на которой произошел несчастный случай, условия проведения работ оказались стесненными вследствие совмещения различных производимых строительно-монтажных работ на стадии нулевого цикла:
- недостаточной проработанности в проектно-сметной документации безопасных возможностей выполнения работ в разделах проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР);
- отступления от проектных решений при разработке двухступенчатого котлована;
- нарушений требований безопасности при непосредственном выполнении работ.
В связи с эти отметим острую необходимость проработки вопросов безопасности, начиная со стадии исследования условий места возможного строительства при стесненной городской застройке с разработкой технических решений [6].
В статье [7] была освещена основная причина происшествия - опрокидывание сваебойного копра было вызвано потерей устойчивости откоса грунта и падения установки в расположенный вблизи расположенный котлован. Однако, при проведении экспертного исследования, наряду с другими были организационными и техническими причинами несчастного случая изучены и другие моменты, позволившие сделать основные выводы, приведенные в статье [7].
Основная часть
Для выполнения сваебойных работ на данной строительной площадке использовалась копровая установка СП-49, заводской номер 311942.
Перед экспертами была поставлена задача расчетного обоснования по выявлению возможного самопроизвольного опрокидывания сваебойной установки СП49 при отклонении от паспортных требований к качеству подготовки площадки, на которой должна работать сваебойная установка.
В результате аварии, на копровой установке СП-49 были серьезно повреждены конструкции мачты, раскосы, молот. Кабина машиниста значительных деформаций не претерпела, кроме некоторых разбитых стекол.
На базовом тракторе внешних повреждений ходовых частей, а также повреждений органов управления (педалей, рычагов, панелей приборов) в кабине при внешнем осмотре не было выявлено. Табличка с читаемым заводским номером копровой установки и годом выпуска (обозначена цифрой «5») размещается в задней нижней части машины на конструкциях рамной части. Повреждений двигателя также не было.
Сваебойный копер после аварии с помощью тяжелого грузоподъемного крана был поднят и уложен на свободное место на строительном участке. После аварии деформированные части копрового оборудования были демонтированы с установки, а базовый трактор вместе с оставшимся недемонтированным копровым оборудованием был доставлен на базу субподрядчика (рис. 1).
г) д)
Рис. 1. Фотографии копровой установки: а, б - на месте аварии; в, г, д - после демонтажа
На рис. 2 представлены фотографии аналогичной копровой установки СП-49 (из интернета) в транспортном и в рабочем положениях.
Рис. 2. Фотографии копровой установки СП-49: а, б, в - в транспортном положении; г - в рабочем положении
При проведении экспертного исследования была изучена техническая документации на использованное сваебойное оборудования, а также информационно -технические материалы на это оборудование и базовую машину: ГОСТ Р 516602-20001, ГОСТ Р 5 0 9 06-962, ЕНиР Е123, Руководство по эксплуатации4, Каталог сборочных единиц5, СНиП 12-03-20016.
Основные исходные технические данные для расчета устойчивости представлены в табл. 1. На рис. 3 представлены необходимые для расчета размеры базового трактора Т10МБ.
Рис. 3. Габариты трактора (а) и его центр тяжести (б)
:ГОСТ Р 516602-2000 «Копры для свайных работ. Общие технические условия».
2ГОСТ Р 50906-96 «Оборудование сваебойное. Общие требования безопасности».
3ЕНиР. «Сборник Е12. Свайные работы».
4«Копер КоГ-12.0.1.1-01 (СП49Д). Руководство по эксплуатации СП-49Д.00.00.000 РЭ» (PDF).
5«Копер навесной КоГ-12-0.1.1.01 (СП-49Д). Каталог сборочных единиц». - ООО Завод сваебойного оборудования (CATALOG_SP49D_ZSO pdf).
6СНиП 12-03-2001. «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования».
Таблица 1
Наименование показателей Норма
Базовый трактор Т10МБ
Тип ходовой части Гусеничный,
Тип привода механизма копра Гидравлический
Максимальная длина забиваемой сваи, м 12,0
Максимальное сечение забиваемой сваи, мм 350x350
Максимальная масса забиваемой сваи, т 3,8
Максимальная грузоподъемность, т, в т.ч. 12
- на канате для подъема молота 7,0
- на канате для подъема сваи 5,0
Максимальный допустимый уклон стройплощадки 3°
Колея (ширина гусеничного хода), мм 2282±25
Рабочие наклоны мачты:
- вправо-влево 7°
- вперед 7°
- назад 18°
Изменение вылета мачты, м, не более 0,4
Масса навесной части, без базовой машины и погружателя), т, не более 8,7
Максимальная масса молота с наголовником, т 6,0
Масса копра без молота 27,6
Габаритные размеры, мм
- в рабочем положении
- длина 4830
- ширина 5210
- высота 18510
- в транспортном положении
- длина 10710
- высота 4700
- ширина 3540
Рис. 4. К расчету копра на устойчивость
В результате расчета необходимо было определить для двух вариантов (с учетом выноса мачты влево от трактора на максимально возможное значение 0,4 м, а также без выноса мачты):
- центр тяжести масс снаряженной сваебойной машины;
- угол устойчивости в поперечной плоскости снаряженной машины.
На рис. 4 приведена принятая для расчета система координат:
- ось 0Х направлена по поверхности почве направо;
- ось 0У направлена вверх вдоль оси симметрии трактора;
- ось 02 направлена от плоскости рисунка.
На рис. 4 координаты центра тяжести масс трактора, левой части копра, правой части копра, молота, сваи и снаряженной сваебойной машины соответственно обозначены Оь О2, О3, О4, О5 и ОП,.
Координаты центра тяжести масс составляющих снаряженной сваебойной машины, а также сводные результаты расчета приведены в табл. 3.5.2.
Находим полную массу снаряженной машины
Шд = шт + шк + Шм+ шс, (1)
где шт, шк, шм, шс - соответственно масса трактора, копра, молота и сваи, указанные в табл. 2.
Таблица 2
Данные для расчета с учетом выноса мачты на 0,4 м
Наименование Масса ш,, кг Координаты ЦТ Моменты сил
Х м У,, м ш, gX1, Нм ш, Нм
Трактор Т-10МБ 17300 0 0,81 0 137467
Копер СП-49Д: - правая часть копра - левая часть копра 8600 2000 6600 -1,85 1,62+0,4 2,59 7,2 -36297 130787 50816 466171
Молот СП-7 4700 2,3+0,4 14,1 124489 650109
Свая 0,35x0,35x12000 м 3400 2,3+0,4 6,1 90056 203459
Копер в сборе со сваей 34000 0,93 4,11 309035 1370555
Массу копровой установки определим, исходя из данных табл. 1: шп = 17300+8600+4700+3400=34000 кг.
Разделим массу копра на две части. Правую по ходу движения трактора часть шкл приведем к блоку полиспастов копра, а левую шк.п к его мачте. Тогда запишем
шк + шк.д+ ш к.п (2)
Принимаем шкл = 2000 кг, шк.п = 6600 кг.
Расстояние между наружными поверхностями левой и правой гусеницы трактора Т-10МБ равным В = 3230 мм.
1. Определим все искомые параметры с учетом максимального выноса мачты влево от трактора по ходу его движения на 0,4 м.
Массы и координаты составляющих сваебойной машины с учетом выноса мачты на 0,4 м представлены в табл. 2.
Находим суммы моментов сил составляющих снаряженной машины:
Х(ш! g X!) = шт g Хт + шк.п g Хк.п + шк.д g Хк.л + шм g Хм + шс g Хс, (3)
Х(ш! g У!) = шт g Ут + шк.п g Ук.п + шк.д g Ук.л + шм g Ум + шс g Ус, (4)
где Х и У - абсцисса и ордината соответствующих сил, м; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Подставив значения из табл. 2, получим:
g Х,) = 309035 Нм;
Х(ш, g У,) = = 1370555 Н-м.
Находим координаты ХП и УП центра тяжести снаряженной машины со сваей. Учитывая ХХш, g Х,) = шПgXП, а также ХХш, g У,) = ш^УП можем записать:
= ^^, = ^^, (5)
тп8 тп8
Подставив значения, получим:
Х Е тгёХг 309035 и Xт<8у< 1370555
Хп = —-=-= 0,93 м, и п = —-=-= 4,11м.
тп g 34000 • 9,81 тп g 34000 • 9,81
Определим боковой угол устойчивости (относительно оси 2) снаряженной машины со сваей по формуле:
0,5В - Xп
«6 -п, (6)
1 п
где В - расстояние между наружными поверхностями левой и правой гусеницы, м.
Подставив значения, получим:
0,5 • 3,230 - 0,93 0,715 плгп
ге аб = = —----— = —-= 0,167 или аб = 9,48°.
б 4,11 4,11 б
Таким образом, предельный угол боковой устойчивости, при котором произойдет
опрокидывание машины, с учетом максимального выноса мачты влево от трактора по
ходу его движения на 0,4 м, равен аб = 9,48°.
2. Определим все искомые параметры без учета выноса мачты влево от трактора по
ходу его движения, используя данные табл. 3 - массы и координаты составляющих
сваебойной машины без учета выноса мачты представлены в табл. 3.
Таблица 3
Данные для расчета без учета выноса мачты
Наименование Масса Координаты ЦТ Моменты сил
ш1, кг Х м У1, м ш1 Нм Ш1 яУ, Нм
Трактор Т-10МБ 17300 0 0,81 0 137467
Копер СП-49Д: - правая часть копра - левая часть копра 8600 2000 6600 -1,85 1,62 2,59 7,2 -36297 104889 50816 466171
Молот СП-7 4700 2,3 14,1 106046 650109
Свая 0,35x0,35x12000 м 3400 2,3 6,1 76714 203459
Копер в сборе со сваей 34000 0,93 4,11 251352 1370555
251352
В данном случае Хп =-= 0,75 м, а УП=4,11 - имеет ту же величину,
п 34000 • 9.81
как и в предыдущем случае.
Т . + 0,5 • 3,230 - 0,75 0,865 „ .„
Тогда аб = геаб = —----— = —-= 0,21 или аб = 11,86°.
б 4,11 4,11 б
Заключение
Проведенный расчет центра тяжести масс снаряженной сваебойной машины СП49Д на базе трактора Т-10МБ со сваей с сечением 0,35^0,35 м и длиной 12 м показал:
1. Горизонтальная координата центра тяжести снаряженной машины смещена от вертикальной оси симметрии трактора вправо на 0,93 м при максимальном выносе мачты от трактора на 0,4 м и на 0,75 м без выноса мачты от трактора. Вертикальная координата центра тяжести снаряженной машины равна 4,11 м.
2. Предельный угол боковой устойчивости, при котором может произойти опрокидывание машины, с учетом максимального выноса мачты влево от трактора по ходу ее движения на 0,4 м, равен аб = 9,48°, а без выноса мачты аб = 11,86°.
3. Падение нагруженной копровой установки в поперечном направлении в сторону мачты возможен при превышении уклона строительной площадки:
- более чем на 9,48° при выносе на 400 мм по консоли мачты со сваей;
- более чем на 11,86° без выноса по консоли мачты со сваей.
4. Уклон строительной площадки не более чем на 3°, указываемый в Руководстве по эксплуатации копра, даже в поперечном направлении по ходу копра является гарантированно безопасным.
5. На строительном участке при забивке свай копровой установкой СП49 не было уклона грунтовой поверхности более чем на 3°.
6. Уклон грунтовой поверхности строительного участка не мог быть причиной опрокидывания копровой установки и ее падения.
Для наглядного представления на рис. 5 изображены различные углы наклона к
1. Хузиахметов Р. А., Хузиахметова К. Р., Шарапова Н. Б. Обеспечение повышения уровня безопасности труда при организации и выполнении строительных работ // Известия КГАСУ. 2016. № 4 (38). С. 339-345.
2. Статистика производственного травматизма. URL: vawilon.ru (дата обращения: 04.07.2017).
3. Статистика // URL: www.trudcontrol.ru/press/statistics (дата обращения: 24.07.2017).
4. Анализ производственного травматизма. URL: http//otfi.ru (дата обращения: 24.07.2017).
5. Мирсаяпов И. Т., Хасанов Р. Р., Сафин Д. Р. Проектирование ограждений глубокого котлована жилого комплекса в условиях стесненной городской застройки // Известия КГАСУ. 2015. № 2 (32). С. 183-191.
6. Хузиахметов Р. А., Нуриева Д. М. Оценка состояния откоса котлована при устройстве свайных фундаментов // Известия КГАСУ. 2017. № 3 (41). С. 232-243.
7. Mirsayapov I. T., Shakirov M. I. Behavior models of plate-pile foundations under cyclic loading : Proceedings of the baltic piling days conference : Baltic Piling Days, Estonian Geotechnical Society ISSMGE / Tallin, 2012. C. 31-34.
8. Mirsayapov I. T., Shakirov M. I. Bearing capacity and settlement of raft-pile foundations under cyclic loading // Energy Geotechnics. Proceedings of the 1st international conference on energy geotechnics : Germany / ICEGT. Kiel, 2016. C. 423-428.
9. Sakhapov R. L., Nikolaeva R. V., Gatiatullin M. R., Makhmutov M.M. Risk management model in road transport systems // Journal of Conference Series. 2016. T. 738. № 1. C. 012008.
10. Sakhapov R. L., Nikolaeva R. V., Gatiatullin M. R., Makhmutov M.M. Modeling the dynamics of the chassis of construction machines // Journal of Conference Series. 2016. T. 738. № 1. C. 012119.
Khuziakhmetov R.A. - candidate of technical sciences, associate professor E-mail: hroustam@mail.ru
Sakhapov R.L. - doctor of technical sciences, professor E-mail: rusakhapov@gmail.com
Zemdikhanov M.M. - candidate of technical sciences, associate professor E-mail: mr.minsur@mail.ru
Andreeva S.A. - candidate of technical sciences, associate professor E-mail: saandreeva@mail.ru
Kazan State University of Architecture and Engineering
The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1
Calculation of the center of gravity of the masses and the stability angle in the transverse plane of the pile-driving copra SP-49D on the basis of the tractor T-10MB
Abstract
Problem statement. The purpose of the study is to establish the possibility of tilting pile-driving copra due to exceeding the slope of the construction site at the site of pile production.
Рис. 5.
горизонтали.
Список библиографических ссылок
Results. The main results of the research are to determine the reasons for the violation of the requirements of the town-planning legislation and normative and technical documentation, as a result of which a roll-over was overturned, which resulted in the death of the driver. The main results of the study consist in the calculation of the center of gravity of the piling sowing mass and its stability in the transverse plane during the preparation of the piles for piling and during piling.
Conclusions. The significance of the results obtained for the construction industry is the need to increase the level of safety in the performance of pile works and to take into account the actual conditions on the construction site in the places where they are performed (for example, the slope of the site at the site of work). On the investigated construction site, the slope of the construction site could not be the cause of the accident, since it did not exceed a guaranteed safe value of 3°.
Keywords: pile driving, injuries, accident, slope of the construction site, stability in the transverse plane, coordinates of the center of gravity of the masses, removal of the mast.
References
1. Khuziakhmetov R. A., Khuziakhmetova K. R., Sharapova N. B. Ensuring increase in level of safety of work at the organization and realization of construction works // Izvestiya KGASU. 2016. № 4 (38). P. 339-345.
2. Statistics of operational injuries. URL: vawilon.ru (reference date: 04.07.2017).
3. Statistics. URL: www.trudcontrol.ru//press/statistics (reference date: 24.07.2017).
4. Analysis of operational injuries // URL: http//otfi.ru (reference date: 24.07.2017).
5. Mirsaypov I. T., Khsanov R. R., Safin D. R. Design fence of deep foundation pit of residential complex in a congested urban area // Izvestiya KGASU. 2015. № 2 (32). P. 183-191.
6. Khuziakhmetov R. A., Nurieva D. M. Assessment of a condition of a slope of a ditch at the device of the pile bases // Izvestiya KGASU. 2017. № 3 (41). P. 232-243.
7. Mirsayapov I. T., Shakirov M. I. Behavior models of plate-pile foundations under cyclic loading : Proceedings of the baltic piling days conference : Baltic Piling Days, Estonian Geotechnical Society ISSMGE / Tallin, 2012. P. 31-34.
8. Mirsayapov I. T., Shakirov M. I. Bearing capacity and settlement of raft-pile foundations under cyclic loading // Energy Geotechnics. Proceedings of the 1st international conference on energy geotechnics : Germany / ICEGT. Kiel, 2016. P.423-428.
9. Sakhapov R. L., Nikolaeva R. V., Gatiatullin M. R., Makhmutov M. M. Risk management model in road transport systems // Journal of Conference Series. 2016. T. 738. № 1. P. 012008.
10. Sakhapov R. L., Nikolaeva R. V., Gatiatullin M. R., Makhmutov M. M. Modeling the dynamics of the chassis of construction machines // Journal of Conference Series. 2016. T. 738. № 1. P. 012119.
