CC BY
123
22
Железнодорожный путь, мосты и строительство
УДК 624.21.093
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ СО СКВОЗНЫМИ ГЛАВНЫМИ
ФЕРМАМИ
В.А. Бешлиу
Аннотация
В настоящее время технологичность является одной из приоритетных проблем строительства. Ранее технологичность мостовых конструкций практически не изучалась. Это и определяет актуальность исследований в данном направлении. В железнодорожных мостах больших пролетов преимущественное применение имеют типовые стальные пролетные строения со сквозными главными фермами пролетами от 33 до 110 м. Поэтому, исследования технологичности данных пролетных строений необходимы в первую очередь.
Ключевые слова: технологичность; главные фермы; пролетное строение; комплексный показатель
Введение
Технологичность конструктивных решений мостов (заводская, транспортная, монтажная, эксплуатационная) выросла в актуальную проблему еще на заре индустриализации мостостроения в 1950-е годы. Однако, в силу того что этой проблеме не уделялось должного внимания, по сей день многие вопросы технологичности выпадают из поля зрения при проектировании мостовых конструкций, отсутствуют данные исследований, анализа, теоретические проработки в этом направлении.
Автор занимается исследованием технологичности комплекса типовых стальных пролетных строений железнодорожных мостов с решетчатыми главными фермами пролетами 1р = 33^110 м (типовой проект серии 3.501.2 - 139, инв. №1293, Гипротрансмост, 1998г.). При создании этого комплекса болтосварных пролетных строений еще в начале 1970-х годов предполагалось его использование при массовом строительстве железнодорожных мостов в отдаленных районах (БАМ, Тюмень - Сургут -Новый Уренгой, Абакан - Тайшет и др. линии). Для этого на заводах мостовых металлоконструкций были созданы поточные линии, освоена технология монтажа и специальные средства механизации. В современных условиях единичного производства по индивидуальным заказам, в том числе в рамках гибкой технологии строительства мостов, представления о конструктивно-технологических решениях в корне меняются. В свою
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Железнодорожный путь, мосты и строительство
23
очередь это заставляет вновь обратиться к актуальной проблеме технологичности конструкций, пересмотрев ее в новом свете.
1. Комплекс показателей оценки технологичности
Основными методологическими вопросами любой комплексной оценки, в том числе и технологичности проектов, являются формирование набора показателей оценки, их структуризация, комплексирование и определение вклада частных показателей в интегральный критерий оценки.
Исследования технологичности конструкций зданий начинаются с 1960-х годов. Авторы всех работ, как правило, априорно предлагают для оценки технологичности многочисленные абсолютные и относительные показатели. Разработаны сотни показателей, но это обилие объясняется не столько спецификой задач, сколько отсутствием методов обоснования необходимого и достаточного состава показателей. Среди исследователей нет единого мнения, когда и какие показатели должны применяться (Гусаков А.А., 1983).
Формирование необходимого и достаточного комплекса показателей технологичности стальных пролетных строений мостов должно иметь системотехнический характер и описывать основные подсистемы объекта как конструктивно-технологической системы (КТС) (Владимирский С.Р., 1994).
С учетом специфики исследуемого объекта предлагаются следующие группы показателей оценки его технологичности, в совокупности составляющие комплексную оценку:
• объемно-конструктивные решения;
• технические качества объекта;
• технологичность заводского изготовления;
• технологичность транспортирования конструкций;
• монтажная технологичность;
• эксплуатационная технологичность;
• экономичность.
Подход к объемно-конструктивным решениям предусматривает прежде всего оценку генеральных геометрических параметров комплекса пролетных строений. Дело в том, что в истории типового проектирования стальных решетчатых пролетных строений, начиная с первого проекта Н.А. Белелюбского 1884 г. и до конца 1930-х гг., было характерным назначение для каждого пролета оптимальной длины панели и высоты фермы, вплоть до изменения типа решетки и очертания верхнего пояса фермы. Первые серьезные унификация и стандартизация были достигнуты в типовом проекте «Проектстальконструкция» 1944 г. Затем, начиная с 1950-х гг., принимаются три серии унифицированных схем. Современные
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
24
Железнодорожный путь, мосты и строительство
индивидуальное проектирование и решения по конструкции проезжей части и герметизации элементов и узлов главных ферм вызывают необходимость пересмотра типовых геометрических схем, может быть с новыми принципами унификации.
Технические качества объекта как раз и характеризуют степень типизации, унификации, стандартизации, отражающиеся, прежде всего на материалоемкости пролетных строений.
Технологичность заводского изготовления всегда было принято характеризовать, прежде всего, трудозатратами по основным технологическим переделам (Мамлин Г.А., 1994). Однако это
односторонний показатель, кроме него следует учитывать: однородность технологии, число обрабатываемых деталей, отправочных марок, используемой оснастки и др.
Технологичность транспортирования конструкций характеризуется степенью укрупнения, габаритностью конструкций, полнотой загрузки транспортных средств и т.д.
Показатели монтажной технологичности формируют две группы: абсолютных и относительных показателей (Владимирский С.Р., 1998).
К числу абсолютных показателей можно отнести следующие: размер панели (пролета) монтируемой конструкции (@i), количество
конструктивных элементов (©2), максимальная масса элемента (©з), общая масса монтируемой конструкции (©4), количество узлов и монтажных соединений (©5), количество укрупненных монтажных марок (©6).
Относительные показатели монтажной технологичности:
- разновесность конструкций
©7=^/©3,
при р =
_ т _ т
Т,Рк - Pmaxkmax / £ki ~ kmax
Vi=1 У v=1 У
(1)
где Pi - масса элемента i-го типа; ki - количество элементов i-го типа; kmax - количество элементов с максимальной массой; кТ - количество типов элементов;
- разнотипность конструкции
n
®%=nlYdmi, (2)
Z=1
где n - количество видов конструкций; m - количество типов конструкций i-го типа;
- крупность конструкции (удельный показатель)
&9=k/F, (3)
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Железнодорожный путь, мосты и строительство
25
где к - общее количество элементов, F - основной измеритель (длина или площадь конструкции);
- коэффициент укрупнения конструкции на монтаже
(4)
- коэффициент загрузки монтажного крана (удельный показатель)
©п/Q*, (5)
где Q2p - грузоподъемность крана;
- другие показатели.
Оценку эксплуатационной технологичности составляют показатели, характеризующие долговечность, удобство содержания и ремонта конструкций.
Наконец, экономичность предусматривает стоимостную оценку по всем указанным выше функциональным подсистемам.
В качестве источников данных для оценки технологичности комплекса пролетных строений используются:
1) чертежи КМ (конструкции металлические) типового проекта;
2) заводские чертежи КМД (конструкции металлические деталировочные);
3) типовые решения по технологии сборки и монтажа пролетных строений разработки Гипротрансмоста 1990 г. (шифр 5861 - ...);
4) типовые технологические карты разработки института ВПТИТРАНССТРОЙ 1980-х годов;
5) сметная документация по конкретным проектам.
Таким образом, в основном используем формальные показатели проектных решений, дополняя их при необходимости неформализованными, в частности экспертными, оценками.
2. Методология построения математической модели
Следующий вопрос состоит в методологии построения математических моделей, описывающих исследуемую характеристику системы.
В целях определения подмножеств факторов, экстраполяции и построения модели, коррекции ковариат, классификации, нахождения скрытой структуры факторов, экономного и сокращенного описания в принципе необходимо использовать набор статистических методов: регрессия, дискриминантный анализ, кластеризация, факторный анализ, многомерное шкалирование, многомерный дисперсионный и ковариационный анализ. При известных функциях распределения
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
26
Железнодорожный путь, мосты и строительство
случайных величин полезным представляется статистическое
моделирование (метод Монте-Карло) (К. Энслейн и др., 1986).
Однако, применение совокупности статистических методов возможно лишь при достаточном объеме статистики эксперимента. В данном случае удается получить формальные данные, к которым следует относиться как к случайным величинам, но в количестве только семи штук - для каждого из семи пролетных строений комплекса /р=33^110 м. В такой ситуации для построения локальных моделей наиболее подходящим методом
представляется планирование активных (сравнительных) экспериментов при n факторах на m уровнях (Маркова Е.Ф. и др., 1979).
Комплексный показатель технологичности представляется в виде функции (свертки) частных (локальных) моделей или показателей методами принятия решений в многокритериальном случае. При этом вновь встает проблема оценки вклада частных показателей в глобальную целевую функцию (Владимирский С.Р., 1998).
3. Заключение
Таким образом в данной статье предложены комплексные показатели оценки технологичности комплекса типовых стальных пролетных строений железнодорожных мостов с решетчатыми главными фермами пролетами 1р = 33^110 м и намечены основные пути построения математической модели для их определения.
4. Литература
Гусаков А.А. Системотехника строительства. - М.: Стройиздат, 1983. - 440 с. Владимирский С.Р. Системотехника мостостроения: методология и практические приложения. - СПб.: Питер, 1994. - 286 с.
Мамлин Г.А. Производство конструкций стальных мостов. - М.: Транспорт, 1994. -391 с.
Владимирский С.Р. Современные методы проектирования мостов. - СПб.: Папирус, 1998. - 493 с.
Статистические методы для ЭВМ / Под ред. К. Энслейна, Э. Релстона, Г.С. Уилфа: Пер.с англ. / Под ред. М.Б. Малютова. - М.: Наука, 1986. - 464 с.
Маркова Е.Ф., Лисенков А.Н. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента. - М.: Наука, 1979. - 345 с.
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
