CC BY
54
ВЕСТНИК инженерной школы ДВФУ. 2012. № 1 (10)
технические науки
УДК 656.615 П.С. Корнюшин
КОРНЮШИН ПЕТР СТАНИСЛАВОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: piterkor@mail.primorye.ru
ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ НАКЛОННЫХ ПУТЕЙ СУДОПОДЪЕМНЫХ СЛИПОВ
Для решения задач технической эксплуатации сооружений необходимы измерения их пространственного положения и размеров элементов, которые необходимо выполнять под водой. В представленной статье описывается метод нивелирования путей слипов с помощью натянутой струны. Этот метод позволил обосновать продление сроков эксплуатации и повышение допустимой нагрузки, что в свою очередь позволило увеличить портфель заказов по судоремонту.
Ключевые слова: судоподъемные слипы, техническая эксплуатация, деформации путей, подводное нивелирование, метод струны, допустимая нагрузка.
The technical condition of the inclined paths Slipway. Peter S Kornyushin (Engineering School of the Far Eastern Federal University, Vladivostok).
To solve the problems of technical operation of facilities necessary to measure their spatial position and size of items that must be performed under water. In this article we describe a method of leveling paths slips through a stretched string. This method made it possible to justify the extension of the operation and increase the carrying capacity, which in turn has increased the portfolio of orders for ship repair. Key words: slipway, technical operation, deformation paths, scuba leveling, the method of the string load, load capacity.
В настоящее время большое внимание уделяется вопросам технической эксплуатации гидротехнических сооружений в связи с необходимостью продления срока их службы и получения максимальной выгоды от использования. Кроме того, довольно часто встает вопрос о перепрофилировании сооружений, что вызывает необходимость определения их технического состояния. Для решения задач технической эксплуатации сооружений необходимы измерения их пространственного положения и размеров элементов, которые выполняются под водой. В условиях Дальнего Востока самым распространенным судоподъемным сооружением является слип с наклонными рельсовыми путями на железобетонных балках.
В соответствии с нормами и правилами ремонта судоподъемных сооружений (РД 5.ЕДиВ. 093-89), допускаемые отклонения судовозных и судоспусковых путей составляют: завышение головки рельса по отношению к проектной отметке - 10 мм, превышение головки рельса одной нитки пути над головкой рельса второй нитки - 3 мм. Эти требования приемлемы при строительстве насухо и при контроле обычными приборами, но не при обследовании эксплуатируемых сооружений, когда такую точность измерений необходимо
© Корнюшин П.С., 2012
выдержать при подводных измерениях. По рекомендациям «Руководства по техническому контролю гидротехнических сооружений морского транспорта» (РД 31.3.3-97) для нивелирования поверхностей элементов сооружений в подводной зоне рекомендуется шланговый нивелир Перекрестова, который дает точность измерений с учетом результатов калибровки - 15 мм (данные РД 31.3.3-97).
Существует также способ подводного нивелирования при помощи футштока. Это устройство представляет собой рейку (обычно составную) с закрепленным в нижней части стальным грузом с наконечником, а в верхней части - соответствующего размера поплавком, так что рейка, находясь в воде, держится вертикально, и для перемещения ее вверх-вниз в пределах 0,5 м требуется незначительное усилие. На рейке нанесены деления, и нивелирование производится надводным нивелиром.
Специфика производства подводного нивелирования рельсовых путей судовозных дорожек состоит в том, что измерения необходимо производить с глубины около 0,5 м (там, где можно поставить нивелирную рейку) и до глубины 7-8 м. Причем изменение этой глубины происходит на длине 70-90 м. Благодаря таким параметрам измеряемой поверхности применение футштока затруднено из-за необходимости частого изменения высоты рейки с перестановкой поплавка. В случае применения шлангового нивелира при измерении отметок вблизи уреза воды и при протягивании шланга нивелира на длине 70 м возрастает влияние разности давления воды на гибкий шланг, что приводит к систематическим ошибкам. Кроме того, при нивелировании наклонных путей требуется очень точная привязка по длине, так как при ошибке по длине в 10 см возникает ошибка по высоте в 1 см (обычно уклон слиповых дорожек составляет 10-12%). Для получения достоверных результатов при нивелировании судоспусковых дорожек необходимо с большой точностью (около ±2 см) определять положение точки на наклонном профиле пути, что недостижимо с помощью обычной рулетки, укладываемой под водой.
На Находкинском судоремонтном заводе при участии автора производилось обследование наклонной части слипа с целью определить возможность его дальнейшей эксплуатации с проектной нагрузкой1. С учетом перечилсенных проблем, а также опыта производства подобных работ на других слипах, была предложена следующая технология нивелирования профиля пути.
Предварительно (см. схему) над головкой рельса натягивалась проволока диаметром около 1,5 мм. В нижней части дорожки проволока закреплялась неподвижно с помощью зажимов, а в верхней части через два блока соединялась с подвесной площадкой, на которую устанавливался груз (около 130 кг). Таким образом, проволока оказывалась натянутой с постоянным усилием. На проволоке были наварены с постоянным шагом (2 м) оловянные метки (размером 1х1 см). После натяжения проволоки водолаз обходил все точки, обозначенные метками, и замерял расстояние от проволоки до поверхности рельса с помощью металлической линейки, прикрепленной к металлическому бруску с наклоном, соответствующим уклону рельсового пути. Расстояние от проволоки до поверхности рельса составляло 6-10 см. Две нижние точки, находящиеся у неподвижного зажима, нивелировались при помощи футштока и наземного нивелира, две верхние точки - при помощи обычной рейки и наземного нивелира. Футшток при этом можно было оставлять одной и той же длины и выполнить привязку всех точек к абсолютным отметкам. Для повышения точности определения отметок
1 Обследование слипа Находкинского СРЗ. Дальморниипроект. Арх. № 1761, 2328, 4409. Владивосток, 1972-1985.
Схема нивелировки наклонных путей слипа методом натянутой струны
учитывался прогиб натянутой проволоки по схеме гибкой нити. Расчеты показали, что прогиб проволоки в середине пролета при таком натяжении составляет до 6 см.
Для определения отметок точек поверхности рельса была использована модифицированная формула свободно висящей нити, связывающая высотные отметки проволоки, вес погонного метра проволоки, усилие натяжения, расстояния от проволоки до рельса. С использованием этой формулы получены данные по отметкам рельсовых путей слипа Находкинского СРЗ. Для удобства представления результатов нивелировки (содержат около 400 точек) была принята единая для всех ниток путей проектная линия, и положение каждого фактического профиля изображалось в виде точек с ординатами из двухзначного числа - расстояния (в мм) до проектной линии, со знаком «плюс» - если эта точка выше проектной линии, и со знаком «минус» - если ниже. Такое представление данных позволяло легко произвести анализ взаимного положения рельсовых путей и давало большую наглядность.
Как показали измерения, разность высот головок рельсов достигала 20-30 мм между нитками одного пути и 40-50мм между нитками всех путей. Велика вероятность, что эта разность заложена при строительстве. Дальнейший анализ усилий с учетом амортизаторов тележек позволил установить при этих величинах допустимую нагрузку на слип - 1700 т (ранее установлена 1100 т), которая позволила принять на слип для ремонта аварийную группу судов. Величина допустимой нагрузки была получена путем совместного решения уравнения деформации резиновых амортизаторов и уравнения распределения нагрузки между тележками с учетом нормативного коэффициента неравномерности распределения нагрузки, который имеет завышенное значение. Было установлено, что если вес поднимаемого судна не будет превышать 1700 т, разница в высотах рельсов в 4-5 см будет ликвидироваться просадкой амортизаторов, при этом наибольшая деформация амортизаторов не будет превышать предельно допустимые 58 мм.
Кроме нивелирования измерению подвергся износ головок рельса, вызванный коррозией совместно с истирающим действием колес тележек. Он составлял на некоторых участках до 11 мм (рельс Р-43). В соответствии с РД 5ЕДиВ. 93-89, допустимая величина износа - 10 мм. Как показал расчет рельсового пути, такая допустимая величина является заниженной. По расчету, даже при износе 15 мм рельс имеет достаточную несущую способность, напряжения в нем составляли всего около трети от расчетного сопротивления стали. Дальнейшее изучение вопроса показало, что величины допустимого износа 6-10 мм заимствованы из норм на железнодорожные пути, где они связаны с увеличением нагрузки из-за больших скоростей. Лимитирующим условием для данного слипа оказалось касание реборды колеса тележки со стыковой накладкой рельсов. Таким образом, была снята проблема замены всех рельсов на слипе в связи с износом.
Наряду с нивелировкой и измерением износа головок рельсов на слипе Находкинского СРЗ было проведено измерение ширины колеи. Как установлено в результате измерения, отклонение ширины колеи от проектного размера составляют от +20 до -10 мм (допустимая -от +8 до -2 мм). Дальнейший анализ показал, что, исходя из характеристик оси тележки, можно допустить имеющееся расхождение. Данный слип является судоремонтным, поэтому спуски и подъемы тележек производятся ежедневно, и рельсовые пути подвергаются истиранию и изгибу довольно интенсивно. Все болты крепления, имеющие «шейку коррозии», были заменены. При этом выяснилось, что данная конструкция крепления позволяет легко заменить крепежные болты даже под водой.
В соответствии с проектом на слипе Находкинского СРЗ рельсы по балкам были уложены в желобах, в которых находятся все крепления. Желоб после установки рельса был залит специальной битумной заливкой для гидроизоляции. Как показали обследования, в районе переменного уровня битумная заливка сползла вниз и оголила металлические части крепления. Это, очевидно, произошло в результате большого перегрева воды летом в замкнутом ковше слипа. Вероятно, для такой заливки необходимо было применить более теплостойкую мастику (использовали БН-4).
При тщательном осмотре бетонных балок, по которым проложены рельсовые пути, обнаружены около 5 мест разрушения верхней части балок, очевидно, в результате касания с бортом судна. В этом случае положительную роль сыграла конфигурация верхней части балки, при которой рельс с креплениями располагается внутри корытообразного желоба. При ударах в основном происходит повреждение бетонных бортов этого желоба, а рельс остается на месте.
На другом слипе (Николаевский-на-Амуре ССЗ) также проводилось измерение высотного положения головок рельсов методом натянутой струны2. Для этого слипа сложность нивелировки состояла в том, что на дорожках имеется закругленный участок ^~10 м) для перехода тележек из горизонтального положения в наклонное, на котором выполняется перекладка тянущих тросов от спусковых лебедок и происходит концентрация всех неблагоприятных факторов.
На слипе Николаевского-на-Амуре ССЗ измерялись и величины прогиба железобетонных балок под проектной нагрузкой (каждая тележка нагружалась металлическим листом до требуемой нагрузки и прогонялась по балке), так как необходимо было увеличить нагрузку на слип в связи с переходом завода на выпуск новых судов. При этом использовались разные способы измерения, но самым удачным оказалось применение обычных индикаторов
2 Обследование слипа Николаевского-на-Амуре ССЗ. ДНИИМФ. Арх. № 5210. Владивосток, 1991.
часового типа со стандартным креплением с токарного станка (это, естественно, касается измерений только в надводной зоне). При установке индикаторы опирались чувствительным элементом о крепление рельсов, а сами располагались на неподвижном репере. Единственная проблема проведения таких измерений заключается в неподвижности репера. Для данного слипа пришлось устанавливать дополнительный индикатор для контроля смещения репера при смещении балки. Как выяснилось, репер, представляющий собой металлический рельс длиной около 3 м, уложенный перпендикулярно балке, прямо на покрытие откоса, был достаточно устойчив при прокатывании груженой тележки по балке. Полученные величины прогибов, которые оказались значительно ниже ожидаемых, помогли обосновать возможность повышения нагрузки на слип.
