CC BY
15
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА
УДК 624.042.8: 624.872
К. I. СОЛДАТОВ1*, Ю. М. ГОРБАТЮК2, С. В. КЛЮЧНИК3, М. К. ЖУРБЕНКО4
1 Каф. «Мости», Дншропетровський нацюнальний уншерситет зал1зничного транспорту 1меш академжа
В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (096) 527 26 01, ел. пошта [email protected]
2 Каф. «Мости», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту 1мен1 академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (093) 339 41 28,
ел. пошта [email protected]
3 Каф. «Мости», Дншропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (067) 367 34 34,
ел. пошта SSSeR [email protected]
4 ГНДЛ штучних споруд, Дншропетровський нацюнальний уншерситет зал1зничного транспорту 1мен1 академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (067) 122 71 63
ДО ПИТАННЯ НОРМУВАННЯ СТАТИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА НАПЛАВН1 МОСТИ
Мета. Метою дано! роботи е дослщження статично! роботи наплавних мост1в тд реальним навантажен-ням шляхом розробки методики розрахуншв, яка б була пщкршлена експериментальними даними. Методика. Для дослщження роботи наплавного мосту тд статичним навантаженням з метою його норму-вання вибрана методика експериментально-теоретичного дослщження. Теоретичт розрахунки виконат по схем1 нерозр1зно! конструкци на пружних опорах (понтонах) або на пружнш основа Результати. На основ1 анал1зу даних розрахуншв та випробувань на реальному об'екп, встановлено, що теоретичт прогини незна-чно вщр1зняються вщ отриманих при випробуваннях. Наукова новизна. У даному випадку дуже важливим е те, що теоретичш дослщження пщкршлет масштабним експериментом на реальному об'екп з реальним навантаженням. Практична значимкть. Проведене експериментально-теоретичне дослщження дае змогу користуватись даною методикою розрахунк1в наплавних мост1в 1 при проектувант под1бних конструкцш отримувати надшт результати.
Ключовi слова: понтон; наплавт мости; жорстк1сть; прогин; перемщення; завантаження
Наплавт мости призначеш для оргашзаци тимчасових переправ через водш перешкоди при аваршних ситуащях (зливи, повеш), коли зруйновано каштальш споруди (мости, труби), або тд час ремонту постшних моспв для за-безпечення перебазування техшки, буд1вельних конструкцш та матер1ал1в на протилежний берег. У зв'язку з змшою ктматичних умов на планет стихшт лиха завдають значно! шкоди, руйнуючи в першу чергу мостов1 споруди за рахунок того, що основний потш води ще саме по руслу р1чок. Якщо рашше таке спещальне майно для наведення тимчасового наплавного мосту використовувалось в основному у вшсь-ках, то на сучасному еташ його необхщно широко застосовувати у ситуащях при стихшних лихах.
Найчастше для зведення наплавного мосту використовувалось майно НЖМ-56, яке призна-чалось для наведення зашзничних моспв та па-
ромних переправ через широк та глибою водт перешкоди. Таке майно знаходиться на баланс вшськових частин. На сучасному еташ воно повинно бути також зосереджене 1 у служб1 Мшю-терства з надзвичайних ситуацш. Його базуван-ня повинно бути розмщене на територ1ях, як найчастше шдвернет стихшним лихам, а по шшш територп р1вном1рно ¡з розрахунку швид-ко! доставки до мюця стихшного лиха.
1снуюче майно НЖМ-56 складаеться з двох основних частин: опор 1 прогонових будов. Опори в свою чергу подшяють на пром1жт плавуч1 (понтони) та берегов1 лежт { жорстю шдйомш. Прогонов1 будови пристосоват для використання як тд автошляхове навантажен-ня так { тд затзничне. Довжина прогонових будов (секци) складае 6,25 м з умов можливосп швидкого !х перебазування до мюця автомоб> льним або затзничним транспортом. Схема наплавного мосту наведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема наплавного мосту загальною довжиною 531,82 м
Як видно для зведення такого моста потр> бна значна кшьюсть прогонових будов та пон-тонiв. Зменшити кiлькiсть прогонових будов можливо,якщо е реальна можливiсть змен-шення кiлькостi промiжних опор (понтошв). Для розрахунку приймаемо розрахункову схему у виглядi нерозрiзноl багато-прогшно! балки на пружних опорах, де пружними опорами е понтони (рис. 2).
Зробимо аналiз можливосп застосування прогонових будов, що складаються з 1-6 типо-вих секцш при спираннi на понтони. Звюно, що при спираннi на промiжну опору (понтон) про-гоново! будови бшьшо! довжини його осадка вщ власно! ваги понтона та прогоново! будови буде збiльшуватись, а при додатковому тимча-совому навантаженш ця осадка буде значно збшьшуватись у залежностi вiд кiлькостi оди-ниць технiки, яка розташована на прогош.
З умов пропуску вантажв по мосту приймаемо тимчасове навантаження як рiвномiрно-розподiлене штенсившстю q = 62 кН/м. Маса понтона та водного баласту в них для розрахунку приймаеться як зосереджена сила, що розташована над промiжною опорою. У зв'язку з тим, що довжина прогошв збшьшуегься - бере-гову частину приймаемо меншо! довжини. Крiм того, для того щоб не було значного перемь щення шаршра, який з'еднуе перехiдну частину з рiчковою, пiд перехщною частиною встанов-люеться по два, з'еднаних мiж собою, понтона.
Таким чином принципова розрахункова схема такого наплавного мосту - це балка на пружних опорах (понтони). Пружнють опор руслово! частини приймаеться с , а перехщно! частини 2с. Розрахункова схема наведена на рисунку (див. рис. 2).
Рис. 2. Розрахункова схема наплавного мосту
Е - зосереджена сила вщ маси понтона та водного баласту в ньому; с - жорстюсть наплавно! опори (понтона) с = 77,76 т/м.
Розрахунки проведеш для жорсткосп про-мiжноl опори (понтона) c = 702,0 кН/м. Розм> ри понтонiв 27х2,6х 1,35 м, вщповщно площа -70,2 м2. Для опускания (осадки) понтона на 1 м потрiбно прикласти силу 702 кН. Зосереджене навантаження F приймаеться для трьох випа-дюв:
- понтони не заповненi водним баластом i на них спираються прогоновi будови вiдповi-дно! довжини та ваги (тимчасове навантаження вщсутне);
- понтони заповнеш водним баластом (сухий борт 0,5 м) на них спираються прого-новi будови вщповщно! довжини та ваги (тимчасове навантаження вщсутне);
- понтони не заповнеш водним баластом, прогоновi будови вщповщно! довжини та ваги завантажеш тимчасовим навантаженням q .
Другий випадок прийнято як такий, що за-безпечуе бшьшу остiйнiсть, але висота сухого борту в окремих випадках може бути недоста-тньою i треба бути зменшити масу водного баласту у понтош. Прогоновi будови прийнятi типово! конструкцil тiеl ж довжини, що i при дослiдженнi динамiчноl роботи: 6,25 м; 11,32 м; 12,35 м; 14,41 м; 16,47 м; 18,53 м; 21,63 м; 23,68 м.
При застосуванш наплавних моспв у над-звичайних ситуащях !х треба умовно подiлити
на дек1лька тип1в у залежносп в1д тимчасового навантаження:
- для затзничного транспорту;
- для автомобшьного транспорту;
- для легкого автомобшьного транспорту та шшоход1в;
- тшьки для шшоход1в.
1нтенсивносп навантаження у даних випад-
ках будуть р1зними { звюно будуть р1зними схеми наплавних моспв, довжини прогонових будов та сам1 тимчасов1 опори (не заповнеш водним баластом або заповнеш { на яку висоту).
Використовуючи дану схему обчислюемо прогини не прогонових будов (оскшьки вони незначш), а осадку понтошв при р1зних дов-жинах прогонових будов, що на них спира-ються. Маса понтошв та води в них буде тувати зосереджеш сили, як розташован над пружними опорами (понтонами). Так як довжини прогонових будов мають д1апазон 6,25...23,68 м, то берегову частину робимо меншою. А для того щоб не було великого вертикального перемщення шаршра, який
з еднуе перех1дну частину з ршковою, п1д пе-рехшною частиною ставимо по два з'еднаних м1ж собою понтони.
Розглянута схема навантажувалась трьома р1зними зосередженими силами: спочатку в рол1 зосереджено! сили враховувалась тшьки власна вага понтона, яка становить 118 кН { прогоново! будови. По другш схем1 понтон завантажувався водним баластом таким чином, щоб залишалось 0,5 м сухого борту { в третьому випадку до першо! схеми додавалось навантаження вщ рухомого складу.
Маса води в понтош (водний баласт) становить
m = F = h ■ b ■ a,
(1)
де Ь, а - вщповщно ширина \ довжина понтона, к - висота заповнення водою понтона, м.
Для випадку коли залишаеться 0,5 м сухого борту, зосереджена сила вш ваги самого понтона та води в ньому дор1внюе
F = (1,35 - 0,5) ■ 27 ■ 2,6 = 596,7
(2)
Розрахунки проводились з застосуванням програмного комплексу СКАД. Розглянут1 на-ступн1 три схеми навантаження.
Власна вага понтону (118 кН) { прогонових будов, що на нього спираються.
Власна вага понтону { баласту в ньому та прогонових будов, що на нього спираються (сухий борт становить 0,5 м).
Рис. 3. Схема моста запропоновано! конструкцп
Власна вага понтону, прогонових будов та тимчасове навантаження 62 кН/м.
Вш отримаш результати розрахунку верти-кальних перемщень для трьох схем заванта-ження зведено у табл. 1, 2 та 3.
Таблиця 1
Результати розрахунку осадки при рпних схемах завантажень
Довжина Повна Прогин, мм при Довжина Повна Прогин, мм при
прольоту довжина схемах завантаження: 1, 2, 3 прольоту довжина схемах завантаження: 1, 2, 3
1п , м мосту, м 1 2 3 1п , м мосту, м 1 2 3
6,25 531,8 22,3 84,0 72,2 11,32 520,7 24,2 85,7 114,4
12,35 518,7 25,1 86,6 123,5 14,41 518,7 30,0 91,5 145,0
16,47 510,6 31,8 93,3 163,1 18,53 518,8 43,2 104,8 191,0
21,63 519,1 58,3 120,0 230,7 23,68 520,9 62,5 123,8 251,1
Tа6flнцa 2
nepeMi^eHHH gra nopoMy Ha hkmh BcraHOB.roHO 3 Kaioini
^oBÄHHa npornoTy ln , M ^oBÄHHa napoMy, m Ta Ki^bKicTb noHToHiB nporHH, MM npu cxeMax 3aBaHTaxeHHa: 1, 2, 3 ^oBÄHHa npornoTy ln > M ^oBÄHHa napoMy, m Ta KmbKicTb noHToHiB nporHH, MM npu cxeMax 3aBaHTaxeHHa: 1, 2, 3
1 2 3 1 2 3
6,25 37,5/6 21,6 83,1 66,0 11,32 45,28/4 22,5 84,1 96,3
12,35 37,05/3 21,6 83,2 85,7 14,41 43,23/3 25,1 86,7 102,4
16,47 49,41/3 26,7 88,3 118,1 18,53 37,06/2 29,1 90,7 103,1
21,63 43,26/2 36,7 98,3 123,0 23,68 47,36/2 38,7 100,3 133,1
Tа6flнцa 3
nepeMi^eHHH g^H nopoMy Ha hkmh BcraHOB.roHO 6 Baioniit
^oBÄHHa npo^boTy ln > M ^oBÄHHa napoMy, m Ta KmbKicTb noHToHiB nporHH, MM npu CxeMax 3aBaHTaxeHHa: 1, 2, 3 ^oBÄHHa npo^boTy ln > M ^oBÄHHa napoMy, m Ta KmbKicTb noHToHiB nporHH, MM npu cxeMax 3aBaHTaxeHHa: 1, 2, 3
1 2 3 1 2 3
6,25 75,0/12 22,6 84,2 74,6 11,32 79,2/7 24,6 86,2 118,8
12,35 74,1/6 25,4 87,0 127,4 14,41 72,0/5 30,0 91,4 144,1
16,47 82,0/5 32,0 93,6 165,0 18,53 74,1/4 41,8 103,4 182,4
21,63 86,5/4 57,8 119,4 228,5 23,68 71,0/3 51,4 113,0 196,6
^k^o Big pe3ynbTary no TperiM cxeMi BigHa-th pe3ynbTaT no nepmiö, to MaeMo ocagKy Big THMnacoBoro HaBama^eHHa.
y BunagKy BnamTyBaHHa napoMHux nepenpaB Ha puc. 4 HaBegeHO cxeMy mecraceK^HHoro na-poMy Ta npucTaHi.
V
III III III //)"—- ____ IXIXI IXI_X_X_IXI IXIXI
III III III III JT ~rrr-—__ '" lrr Iir~-i,T 1, i^l/r^lTl TU TTTUI TTT 777—777—__
Phc. 4. CxeMa mecTHceKqiHHoro nopoMy Ta npucTarn
TaK 3k i b HannaBHoMy MocTi Ha noHTOHH mh CTaBHMo 6inbmi 3a goB^HHoro nporoHoBi 6ygoBH
i HaxoguMo ixHe nepeMi^eHHa Big TaKux caMux HaBaHTa^eHb.
Phc. 5. Po3paxyHKoBa cxeMa napoMHoi nepenpaBH
Рис. 6. Графши перемiщень у залежностi в1д довжини прогоново! будови:
а) - пором тд 3 вагона; б) - пором тд 6 ваготв (1 - вщ сил 118 кН; 2 - вщ сил 596,7 кН; 4 - вщ тимчасового навантаження 62 кН/м разом i3 власною вагою); в) - графжи перемщень в залежност вщ довжини прогоново! будови та схеми
завантаження
Проведен теоретичн дослщження показали, що наплавш зал1зничн1 мости залишаються в Украш ушкальним транспортним засобом, який забезпечуе переправу через водш переш-коди зал1зничного рухомого складу та автомо-бшьно! техшки, як в мостовому так { в пором-ному вар!ашт Кр1м того !х використання дощ-льне не лише в штересах оборони, а 1 в мирний час в штересах економши держави, особливо в умовах лшвщацн наслщюв техногенних та природних катастроф 1 при буд1вництв1 позак-ласних { великих моспв.
З метою шдкршлення результапв теорети-чних дослщжень статично! та динам1чно! ро-боти наплавних моспв у вересш 2012 року були проведен! випробування наведено! конс-трукци НЗМ-56 через водну перешкоду дов-жиною 325 м з пропуском рухомого складу та
автомобшьно! техшки. Випробування проводились галузевою науково-дослщною лабора-тор!ею «Штучних споруд» Дшпропетровсько-го нац!онального ун!верситету зал!зничного транспорту. Програмою випробувань перев> рялись:
- осадка вщ рухомого навантаження при проход! потягу з тепловозом ТУ-2 загальною вагою 208 т (потяг, п'ять платформ з техш-кою);
- осадка вш проходу колони автомобшьно! техшки;
- осадка вш одиночних автомобшв;
- динам!чна робота наплавного моста при проход! вказано! техшки.
Загальний вигляд наплавного мосту наведено на рис. 7.
Рис. 7. Загальний вигляд руслово! частини наплавного мосту
Рис. 8. Окремi моменти випробувань наплавного мосту:
а) - про!зд помосту рухомого складу з техшкою; б) - про!зд одииочиих автомобшв; в) — рейки для фксаци вертикальних перемщень; г) - в1брограф ВР-1 для реестраци коливань
Запис результат випробувань проводився методом фшсацл положення рухомого складу фотометричним методом з послщуючою обро-бкою результатiв за допомогою обчислюваль-но! техшки (комп'ютерна програма). Перед початком випробувань на двох понтонах та мiж ними були закршлеш геодезичнi рейки, яю давали можливiсть зафiксувати вертикаль-не перемщення в даних точках в любий момент часу.
За результатами випробувань побудовано графши перемiщень при про]дщ рухомого складу з технiкою у двох напрямках. Графши наведено на рис. 9. (по вертикалi вщкладено реальнi перемiщення двох сумiжиих понтошв та вузла !х з'еднання, а по горизошат - номера моменпв фшсацн положення рухомого складу через рiвнi промiжки часу).
Рис. 9. Граф1ки перемщень при про!зд1 рухомого складу з техшкою:
а - про!зд туди; б - про!зд в зворотному напрямку
Таблиця 4
При завантаженнi туди (локомотив спереду)
При завантаженш у зворотному напрямку (локомотив з заду)
Максимальний прогин (осадка), мм
Максимальний прогин (осадка), мм
Мiж понтонами Лiвий понтон Правий понтон Мiж понтонами Л1вий понтон Правий понтон
33,21 31,58 34,69 32,55 31,02 33,90
Осадка за результатами розрахунюв
32,68
Додатково оброблеш результати пропуску одиночных машин. Графiк перемщень при проходi окремих машин наведено на рис. 10, а у табл. 5 наведет максимальш вертикальш перемщення вiд проходу одиночних машин рiзноl ваги. У колонках наведено два результати (два сумiжнi понтони по яких проводились вимiрювання).
Як видно осадка понтонiв за експеримен-том та за результатами розрахунюв вiдрiзня-еться незначно.
32,58
Рис. 10. Графжи перемщень при про!зд1 машин р1зного типу
Таблиця 5
Максимальш вертикальш перемщення ввд рпмих тишв автомобiлiв
Тип машини На!зд на понтони З'1зд з понтошв Осадка, мм (випробування) Осадка, мм (розрахунок)
ГАЗ-63 45,2...49,7 20,2.28,1 25,0.21,6 22,6
КамАЗ 83,7...75,9 118,8.109,0 35,1.34,9 33,8
КрАЗ 124,4.122,3 87,1.83,8 37,3.38,5 37,6
ЗИЛ-130 з понтоном 154,8.149,0 95,4.86,1 59,4.62,9 60,3
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Солдатов, К. И. Частные случаи задачи о собственных колебаниях регулярных упруго опертых балок [Текст] / К. И. Солдатов // Вопросы статической и динамической работы мостов. - Д., 1972. - Вып. 127. - С. 72-79.
2. Солдатов, К. И. Свободные колебания регулярных балок и некоторых мостовых конструкций на упругих опорах [Текст] : авто-реф. дис. канд. техн. наук ... / Ким Иванович Солдатов. - Д., 1971 - 19 с.
3. Наплавной железнодорожный мост НЖМ-56 [Текст]. - М. : Военное изд-во, 1977 - 343 с.
4. ВСН 136-78 Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов [Текст]. -
Введ. 1978-01-06. - М. : Минтрасстрой, 2001.
- 300 с.
5. Кисляк, В. П. К вопросу о горизонтальной жесткости опор временных мостов [Текст] / В. П. Кисляк, К. И. Солдатов // Вопросы динамики мостов и теории колебаний. - Д., 1979. - Вып. 202/23 - С. 110-117.
6. Кисляк, В. П. Исследование динамической работы временных железнодорожных мостов [Текст] / В. П. Кисляк, К. И. Солдатов // Вопросы динамики мостов и теории колебаний.
- Д., 1979. - Вып. 202/23. - С. 117-122.
7. Телов, В. И. Наплавные мосты, паромные и ледяные переправы [Текст] / В. И. Телов, И. М. Кануков. - М. : Транспорт, 1978. - 384 с.
8. Daniels, S. H. State to revisit pontoon fix [Текст] // Engineering News Engineering Record. - 1997. - Dec. 8. - P. 15.
К. И. СОЛДАТОВ1*, Ю. Н. ГОРБАТЮК2, С. В. КЛЮЧНИК3, М. К. ЖУРБЕНКО4
1 Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (096) 527 26 01, эл. почта [email protected]
2 Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (093) 339 41 28,
эл. почта [email protected]
3 ОНИЛ искусственных сооружений, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (067) 367 34 34, эл. почта SSSeR [email protected]
4 ОНИЛ искусственных сооружений, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (067) 122 71 63
К ВОПРОСУ НОРМИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА НАПЛАВНЫЕ МОСТЫ
Цель. Целью данной работы является исследование статической работы наплавных мостов под реальным нагрузкам путем разработки методики расчетов, которая бы была подтверждена экспериментальными данными. Методика. Для исследования работы наплавного моста под статической нагрузкой с целью его нормирования выбрана методика экспериментально-теоретического исследования. Теоретические расчеты выполнены по схеме разрезной конструкции на упругих опорах (понтонах) или на упругом основании. Результаты. На основе анализа данных расчетов и испытаний на реальном объекте, установлено, что теоретические погибы незначительно отличаются от полученных при испытаниях. Научная новизна. В данном случае очень важным является то, что теоретические исследования подкреплены масштабным экспериментом на реальном объекте с реальной нагрузкой. Практическая значимость. Проведено экспериментально -теоретическое исследование дает возможность пользоваться данной методикой расчетов наплавных мостов и при проектировании.
Ключевые слова: понтон; наплавные мосты; жесткость; прогиб; перемещение; загружение
K. I. SOLDATOV1*, Y. N. GORBATYUK2, S. V. KLYUCHNIK3, M. K. ZHURBENKO4
1 DEPT. of Bridges, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan,
2 Lazaryana Str., Dnipropetrovs'k, Ukraine, 49010, tel. +38 (096) 527 26 01, e-mail [email protected]
2 DEPT. of Bridges, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan,
2 Lazaryana Str., Dnipropetrovs'k, Ukraine, 49010, tel. +38 (093) 339 41 28, e-mail [email protected]
3 BSRL Structure, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan, 2 Lazaryana Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (067) 367 34 34, e-mail SSSeR [email protected]
4 BSRL Structure, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan, 2 Lazaryana Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (067) 122 71 63
TO QUESTION OF SETTING OF NORMS OF STATIC LOADING ON NAPLAVNYE BRIDGES
Purpose. he aim of this work is to study the static floating bridge work under real stress by developing a method of calculation that there was confirmed by experimental data. Methodology. For the study of the floating bridge under static load with a view to the valuation methodology selected experimental and theoretical study. Theoretical calculations were carried out under the scheme split design on elastic supports ( pontoons ) or on an elastic foundation. Findings. Based on the analysis of these calculations and tests on the real object , found that theoretical died slightly differ from those obtained in the tests. Originality. In this case, it is very important that the theoretical studies supported by large-scale experiment on the real object with the actual load. Practical value. An experimental and theoretical study provides an opportunity to use this technique and calculation of floating bridges in the design.
Keywords: pontoon; swimming bridges; inflexibility; bending; moving; load
Статтярекомендована до публ1кацИ'к.т.н., приват-проф. М. О. Л1сняк (Украта).
Надшшла до редколеги 29.10.2013. Прийнята до друку 30.11.2013.
