CC BY
129
УДК 626.422.21 В. Г. Богатырев,
аспирант,
ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова АНАЛИЗ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ НАВАЛА СУДНА
ANALYSIS OF METHODOLOGY FOR ESTIMATION OF SHIP IMPACT FORCE
В статье представлен анализ способов оценки силы навала судна на нижние двухстворчатые ворота шлюза. Рассмотрен мировой опыт исследований в области столкновения судов с мостовыми опорами.
The article presents analysis of methods for estimation of ship impact force on the downstream two-leaf floodgate. The world experience of research in the field of ships impact on bridge pies is considered.
Ключевые слова: нижние двухстворчатые ворота, шлюз, навал, сила навала.
Key words: lower double-gate, lock, impact, impact force.
В СОВРЕМЕННОЙ практике проектирования гидротехнических сооружений навал судна не относят к штатным, расчетным воздействиям на конструкции шлюза, в частности на двухстворчатые ворота.
Ключевыми факторами оценки навала судна на ворота гидротехнического сооружения являются сила навала и расположение зоны контакта.
Силу навала исходя из анализа источников [10; 11, р. 85-96; 12, р. 163-187; 13; 14], можно представить как величину с двумя главными переменными: скоростью судна и водоизмещением судна.
I. Скорость судна при входе в шлюз является переменной величиной и зависит от ряда факторов/показателей:
а) от сопротивления движению судна (размеры судна, форма корпуса, обрастание подводной части корпуса, коррозионные повреждения обшивки) [5];
б) типа и мощности силовой установки (двигателя) [5];
в) эффективности конструкции движителей [5];
г) наличия течения в подходном канале, встречного или попутного ветра;
д) коэффициента стеснения на пороге верхней головы;
е) осадки судна;
II. Водоизмещение судна можно считать постоянным на временном участке, предшествующем навалу, и непосредственно в момент навала. Основные определяющие составляющие водоизмещения:
а) постоянная масса конструкций судна и стационарного оборудования;
б) масса перевозимого груза;
в) суммарная масса членов экипажа, съемного оборудования и судовых запасов (топлива, пресной воды, провианта и т. д.) [3, с. 47]
Оценка и определение факторов, влияющих на силу навала, а также их сочетаний является комплексной задачей, при рассмотрении которой необходимо учитывать фактические характеристики судов и судопропускных сооружений, эксплуатируемых на внутренних водных путях. И с учетом выявленных характеристик рассматривать их неблагоприятные сочетания, которые могут быть для отдельных сооружений/судов «уникальными» (например, конструкция корпуса судна или наличие течения в подходном канале).
Зона контакта зависит от габаритов камеры судопропускного сооружения и размерений судна, то есть свободы перемещения носовой части судна относительно продольной оси шлюза, от формы и конструкции носовой части судна.
Выпуск 1
Выпуск 1
Вопросом анализа скоростей входа судна в камеру занимались С. С. Кирьяков, А. С. Шестаков и др. [1, с. 44-45; 9, с. 79-87] по причине отличия фактической пропускной способности от расчетной. Из наблюдений за процессом судопропуска были получены данные о фактических скоростях входа судна в камеру судопропускного сооружения (рис. 1).
Рис. 1. Кривые обеспеченности скорости входа и выхода в шлюзах для теплохода «Волго-Дон» водоизмещением 6750 т
Наблюдения за входом судов типа «Волго-Дон» в шлюзы №9 6 и 7 Волго-Балтийского канала показывают (исследование 1980-х гг.), что скорость входа колеблется от 0,25 до 2,25 м/с, при этом только 75 % судов заходят в камеру со скоростью менее 0,9 м/с. Очевидно, что эти 25 % судоводителей — потенциальные «авторы навалов», поскольку велика вероятность у судоводителя «не справиться с управлением» или «не учесть инерцию судна» [4, с. 9].
Действующие СНиПы [6-8] не предусматривают учет силы навала судна на ворота судопропускного сооружения в разделе расчетных нагрузок. Исходя из того, что риск навала существует всегда, необходимо определить максимальную силу удара судна для учета в моделировании столкновения судно-ворота. Данный подход позволит оценить последствия навала судна в самом неблагоприятном случае (при оценке фактора скорости) и определить силу навала, основываясь на полученных результатах, которая может привести к разрушению нижних двухстворчатых ворот.
Для расчета силы, с которой судно воздействует на неподвижный объект, могут применяться следующие способы оценки.
1. В американском стандарте ЛЛ8НТО (1991) [10] приведены формулы для расчета силового воздействия судна на вертикальные опоры мостов. Данные формулы были выведены на основе результатов исследований, проведенных на крупномасштабных моделях в Германии исследователем в. ”(Н8т [14]. В частности, например, для расчета нагрузки от навала судов на опору в этом стандарте рекомендуется следующая формула:
Р = 0,98 !Ъ • — , (1)
16
где В — дедвейт судна, т;
V — скорость движения судна, узлы.
Для удобства пользования составлены графики для определения нагрузки от навала судов (рис. 2).
2. В китайских нормах проектирования железнодорожных мостов [13] рекомендуют определять нагрузку от навала судов на опору моста по формуле
F = yv
w
(2)
где ^ — вес судна, МН;
и — скорость судна, м/с;
С С2 — упругость судна и опоры моста, м/МН; у — коэффициент приведенной кинетической энергии.
Скорость судна при ударе о препятствие, узлы
Рис. 2. График для определения нагрузки от навала судов;
1 — дедвейт судна 2 тыс. т; 2 — то же, 10 тыс. т; 3 — то же, 20 тыс.т; 4 — то же, 40 тыс. т; 5 — то же, 60 тыс. т; 6 — то же, 100 тыс. т; 7 — то же, 160 тыс. т
III. В рекомендациях IABSE [11, р. 85-96], основанных на исследованиях P. Pedersen [12,
р. 163-187], проведенных в 1993 г., предлагают определять нагрузку от навала судов по эмпири-
ческим формулам:
— для Е> L2’6 Ръ = PoL4e + {5-L)L1'6 ; (3)
— для E < L2’6 Рь = Р0 ЩЬ при L = LJ275 и Е = Е1тр/1425, (4)
где Рь — максимальная нагрузка от навала судов, МН; Ро — базисная нагрузка от навала судов, равная 210 МН; Eimp — кинетическая энергия судна, Мйм; L — длина судна, м.
Графическое отображение упомянутых выше зависимостей представлено на рис. 3.
10,000-^
100,000 S 00.00 о
Ship size DWT
) 1000 10,000 Рис. 3. График зависимости силы навала от дедвейта
Выпуск 1
Выводы
Построение формул в рекомендациях 1ЛБ8Е основано на определяющих нагрузку параметрах кинетической энергии и длины судна. Такой подход следует считать более правильным, чем учет в формулах дедвейта судна. Также необходимо обратить внимание на то, что численные значения нагрузок, определенные по приведенным выше формулам, значительно превышают рассчитанные по рекомендациям ЛЛ8ИТО [2, с. 9-12].
Тем не менее практически все существующие формулы, которые рекомендуются в нормах или руководствах [10; 11; 13] для расчета силы столкновения судна и моста, основаны на некотором упрощении квазистатического упругого анализа и не зависят от распространения волн колебаний в конструкциях и интенсивности пластической деформации в судне и мосте. В частности, ряд нелинейных явлений, наблюдаемых при столкновении судна и моста, зависящих от скорости сильно локализованных пластических деформаций вокруг области столкновения, динамических пластичных выпучиваний, динамических трещин и т. д. Понятно, что улучшение анализа основано на воздействии динамики с учетом распространения волн колебаний в конструкциях и интенсивности поведения материалов [15, р. 897].
Способы оценки силы навала через кинетическую энергию имеют запас надежности по нагрузке, так как данные расчетные зависимости основаны на результатах экспериментов.
Учет вышеупомянутых факторов позволяет более реалистично оценить поведение сталкивающихся объектов, что, в свою очередь, влияет на более «качественную» и точную силы навала.
Список литературы
1. Кирьяков С. С. Допустимые скорости движения судов в шлюзах / С. С. Кирьяков // Речной транспорт. — 1975. — № 8.
2. Перевозчиков Б. Ф. Защита опор мостов от навала судов / Б. Ф. Перевозчиков, В. А. Селиверстов // Обзорная информация. — М., 2000. — № 4.
3. Ситченко Н. К. Общее устройство судов / Н. К. Ситченко, Л. С. Ситченко. — Л.: Судостроение, 1987.
4. Разработка предохранительных устройств металлоконструкций ворот судоходных шлюзов: науч.-техн. отчет по теме № 49 / ФГОУ ВПО СПГУВК; рук. М. А. Колосов. — СПб., 2004.
5. Слижевский Н. Б. Энциклопедия судов / Н. Б. Слижевский, Ю. М. Король, В. Ф. Тимошенко; под общ. ред. Н. Б. Слижевского. — Николаев: НУК, 2005.
6. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) / Госстрой СССР. — М.: Стройиздат, 1995.
7. СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения / Минстрой России. — М.: ГП ЦПП, 1996.
8. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения: Основные положения. — М.: ФГУП ЦПП, 2004.
9. Шестаков А. С. Анализ скоростей движения судов при входе в шлюз по данным натурных наблюдений и выбор расчетных значений для проецирования предохранительных устройств: сб. науч. тр. молодых специалистов ЛИВТа / А. С. Шестаков, А. М. Гапеев. — Л., 1973. — Ч. 1.
10. AASHTO. Guide spécifications and commentary for vessel collision design of highway brid-ges. — Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation Official, 1994.
11. Gluver H. Current practice in risk analysis of ship collision to bridges / H. Gluver, D. Olsen // Proceedings of the International Symposium on Advances in Ship Collision Analysis, Copenhagen (Denmark), 10-13 May 1998. — Rotterdam (Brookfield): A. A. Balkema, 1998.
12. Pedersen P. T. Ship Impacts: Bow Collisions / P. T Pedersen [et al.] // International Journal of Impact Engineering. — 1993. — Vol. 13, № 2.
13. Ministry of Railways of the People’s Republic of China. Fundamental Code for Design on Railway Bridge and Culvert (TB10002.1-99). — Chinese, 2000.
14. Woisin G. Design Against Collision / G. Woisin // International Symposium on Advances in Marine Technology, June 1979. — Trondheim, Norway, 1979.
15. Wang L. An impact dynamics analysis on a new crashworthy device against ship-bridge collision / L. Wang [et al.] // International Journal of Impact Engineering. — 2008. — № 35. — P. 895904.
УДК 656.61.052:621.396.6:530.1 И. А. Сикарев,
д-р техн. наук, профессор, ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова;
Т. А. Волкова,
аспирант,
ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова
ПОЛЯ ПОРАЖЕНИЯ ДЛЯ СЛОЖНЫХ ДИСКРЕТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ DEPRIVATION FIELDS FOR COMPLEX DISCRETE-MANIPULATED SIGNALS WITH LINEAR FREQUENCY MODULATION
В данной работе рассматривается задача расчета полей поражения сложных дискретно-мани-пулированных (ДЧМн) сигналов с линейной-частотной модуляцией (ЛЧМ) как меры определения степени электромагнитной защищенности инфокоммуникационных цифровых каналов при воздействии сосредоточенных помех.
The problem of calculating of deprivation fields for complex discrete-manipulated signals (DMS) with linear modulation as the standard for determining the degree of electromagnetic protection of infocommunication digital canals under the influence of narrow-band interferences is considered.
Ключевые слова: дискретно-манипулированные сигналы (ДЧМн), сигналы с линейной модуляцией, сосредоточенная помеха, поле поражения.
Key words: discrete-manipulated signals (DMS), signals with linear modulation, narrow-band interference, deprivation field.
В НАСТОЯЩЕЕ время значительный интерес у специалистов водного транспорта, занимающихся передачей цифровых сообщений и построением инфокоммуникационных систем для таких каналов, вызывает оценка степени защищенности каналов при одновременном воздействии не только шумов, но и сосредоточенных по спектру помех.
Выпуск 1
