CC BY
26
УДК 630*378
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ГРУНТОМ ЛЕСОСПЛАВНОЙ АНКЕРНОЙ ОПОРЫ С УТЯЖЕЛИТЕЛЕМ
INVESTIGATION OF INTERACTION BETWEEN ADDED-WEIGHT ANCHOR OF WATERSIDE TIMBER RAFTING STRUCTURES AND THE BOTTOM
Вихарев А.Н., Машьянов И.С. (Северный (Арктический) федеральный университет им. Ломоносова, Архангельск, РФ) Viharev A.N., Mashyanov I.S. (Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)
Рассмотрена новая конструкция анкерной опоры предназначенная для крепления гидротехнических сооружений в русле реки. Методика исследований взаимодействия анкера с грунтом.
The paper describes a new anchoring support construction. The purpose of this construction is to fix a waterside structure to the river bed. The article contains information about design and operating principles of the anchoring support construction.
Ключевые слова: лесосплав, анкер, держащая сила
Key words: timber rafting, anchor, holding power
Для крепления лесосплавных гидротехнических сооружений в водном потоке требуются опоры. На кафедре водного транспорта леса разработана новая конструкция лесосплавной анкерной опоры с утяжелителем [1]. Опора позволяет повысить надежность крепления наплавных сооружений в условиях изменения направления действия эксплуатационной нагрузки, что происходит, например, на водохранилищах при изменении направления ветровой нагрузки или на реках в зоне действия приливных течений.
Расчет формы грунтовых призм выпирания, которые образуются над анкером при его вертикальном сдвиге основан на методе квазипотенциального моделирования напряженного состояния грунтового массива. Его суть заключается в применении теории потенциальных полей течений для расчета напряженного сплошного массива. В дальнейшем модель адаптируется к реальным грунтовым условиям и проверяется экспериментально [2].
Для регистрации и расчета форм призм выпирания грунта образующихся перед анкером при условии его пригрузки утяжелителем используется метод компьютерной обработки изображений с помощью приложения MATPIV. Метод использовался в лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики САФУ для исследований взаимодействия твердых тел с грунтовым массивом [3, 4].
Следующим этапом исследовании по определению держащей силы опоры является разработка методики проведения экспериментов. Целью экспериментальных исследований является проверка теоретических зависимостей. На рисунке 1 представлена схема опоры. Держащая сила анкерной опоры с утяжелителем Т зависит от следующих факторов: Н -глубина заложения анкера; d - диаметр анкерной опоры; D - наружный диаметр кольца утяжелителя; q - удельная нагрузка на поверхность грунта от
утяжелителя; у - удельный вес грунта; < - угол внутреннего трения грунта; с - сцепление грунта. Угол внутреннего трения грунта и сцепление грунта не учитываем.
1 - канат, 2 - анкер, 3 - утяжелитель Рисунок 1- Схема анкерной опоры с утяжелителем
Тогда символическое решение задачи можно записать в виде:
Т — /(Я, d, D, q, у) . (1)
Представим решение в критериальной форме по первой теореме подобия. Формулы размерностей величин, входящих в уравнение 1 выразим через символы первичных величин
[Т] = MLT- 2, [Я] = [d] = [D ] = L, [q ] = ML" ХТ" 2, [у] = ML" 2Т" 2, (2) где M - масса, L - длина, Т - время.
Величины с независимыми формулами размерностей представим в виде d, у. Выражения формул размерностей остальных размерных величин с использованием п - теоремы примут вид:
Т — dX 1 1 ■ ух 1 2 ■
tf = dX2 1-у*2 2 ; (3)
D — dX3 1 ■ ух 3 2;
q — dX4 1 ■ уХ4 2.
или в единицах размерности
МТ" 2] — LX1 1 ■ [ML" 2Т" 2 ] Х1 2;
[L] — LX2 1 ■ [ML" 2Т" 2 ] х 2 2; (4)
[Ц] = Iх3 1 ■ [М Ь~ 2Т~ 2 ] хз 2; [М Г гТ~ 2 ] = Ц Х4 1 ■ [М Г 2Т~ 2] Х4 2. где х ¿у- показатели степени.
Составив систему уравнений из показателей степени х^ и решив ее получим безразмерные комплексы
П 2=? п 3=? П*=Ту (5)
Решение задачи принимает вид:
т
d3y
Н . D q
d d dy
± = f тД ^bi ■ (6)
Варьируемыми факторами будут относительные величины: относительный диаметр d+ =~ (принимаем 4, 6, 8), относительная глубина заложения анкера
Н+ = — (принимаем 4, 6, 8) и величина относительного пригруза q (принимаем 5, 10, 1 5).
Эксперименты проводятся в лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики САФУ на специально созданной лабораторной установке.
Список использованных источников
1. Патент на полезную модель №135056 РФ. Устройство для крепления наплавных сооружений в русле реки / А.Н. Вихарев, Г.Я. Суров, И.С.Машьянов. - Опубл. 27.11.2013. Бюл. № 33.
2. Вихарев А.Н., Гагарин П.Н. Моделирование напряженного состояния грунта вблизи работающего анкера. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. -2006, № 4.- С. 41-46.
3. Вихарев А.Н., Попов А.Л., Емельянов А.А., Рымашевский В.Л. Регистрация форм грунтовых призм, образующихся перед анкером при его сдвиге с помощью MATPIV// Наука - Северному региону: сборник материалов научно-технической конференции прфессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. - Архангельск, 2011.- с. 87-91.
4. Вихарев А.Н., Попов А.Л., Емельянов А.А. Экспериментальные исследования форм линий скольжения грунта перед анкерной опорой с помощью MATPIV. / «Новые материалы и технологии в машиностроении». Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 15. - Брянск: БГИТА, 2012. - с. 188 - 191.
