CC BY
57
Современные технологии - транспорту
29
Библиографический список
1. Управление надежностью бесстыкового пути / В. С. Лысюк, В. Т. Семенов,
B. М. Ермаков, Н. Б. Зверев, Л. В. Башкатова. - М. : Транспорт, 1999. - 373 с.
2. Важный вопрос / Б. В. Сорокин // Путь и путевое хозяйство. - 1961. - № 12. -
C. 8-9.
УДК 624.82./85(075.8)
Г. И. Богданов
Петербургский государственный университет путей сообщения
УЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАСКРЫВАЮЩИХСЯ МОСТОВ
Рассматривается влияние особенностей деформации пролетных строений раскрывающихся мостов на работу конструктивных элементов. На примере усиления крыла разводного пролетного строения раскрывающейся системы показано, что учет особенностей деформации крыла позволяет получить более эффективное усиление конструкции.
разводные мосты раскрывающейся системы, крыло разводного пролетного строения, главная балка, противовес, усиление, шпренгель, ось вращения.
Введение
Изменение пространственного положения крыльев разводных мостов раскрывающейся системы оказывает существенное влияние на напряженное состояние и характер работы конструкций пролетного строения. Это обстоятельство подчеркивается в действующем руководстве по проектированию разводных мостов, где в одном из первых пунктов говорится о необходимости обеспечения определенности работы как разводного пролетного строения в целом, так и отдельных его элементов при наведенном положении и в процессе разводки (наводки) [1].
При неправильном учете изменения особенностей работы пролетного строения на различных стадиях разводки и изменения характера работы после снятия с опорных частей и посадки на оси вращения получаемые результаты могут не соответствовать фактическому напряженному состоянию элементов крыла.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
30
Современные технологии - транспорту
1 Пример конструкции разводного пролётного строения раскрывающейся системы
Характерным примером недостаточно четкого понимания особенностей работы конструкции раскрывающегося моста являются мероприятия по усилению левобережного крыла большого разводного моста через реку Неву.
Разводное пролетное строение моста раскрывающейся системы имеет два крыла и в закрытом положении работает как трехпролетная балка с пролетами 3,5+52+3,5 м с шарниром в центре среднего пролета (рис. 1).
Рис. 1. Разводной пролёт моста
Положительные опорные части выполнены в виде качающихся стоек, отрицательные - тангенциального типа. Сварная конструкция разводного пролетного строения изготовлена из сталей М16С и 15ХСНД. Наиболее ответственные монтажные соединения - клепаные.
Каждое крыло разводного пролетного строения включает четыре главные балки, расположенные на расстояниях 6+15+6 м, и уравновешивается противовесом, жестко прикрепленным к двум продольным противо-весным балкам, которые расположены между внутренними главными балками (рис. 2).
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
31
Противовесные и главные балки связаны системой поперечных балок и горизонтальными диафрагмами, передающими нагрузку от веса противовеса на главные балки при раскрытом положении крыла. Масса металлоконструкций крыла 575 т, противовеса 780 т. Максимальный угол раскрытия 74°.
2 Усиление крыла после разрушения противовесных балок
В процессе приемочных испытаний при сдаче моста в постоянную эксплуатацию были зафиксированы недопустимо высокие напряжения в поясах опорной поперечной балки и горизонтальных диафрагмах [2], [3], однако внимания этому факту в свое время уделено не было.
После 17 лет эксплуатации моста произошло обрушение противовеса левобережного крыла. Причиной аварии было признано наличие значительных напряжений в противовесных балках, достигших к этому моменту критического значения. Возникновение высоких напряжений объяснялось переломом профиля нижнего пояса противовесных балок в зоне примыкания к опорной поперечной балке и отсутствием в этом месте ребер жестко -сти, препятствующих отрыву поясов от стенки.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
32
Современные технологии - транспорту
Одновременно с исследованием причин обрушения и разработкой проекта восстановления левобережного крыла производились оценка напряженного состояния правобережного крыла и его усиление, заключавшееся в установке ребер жесткости в местах перелома профиля поясов и фасонных листов в узлах пересечения нижних поясов поперечных и проти-вовесных балок.
Проведенные испытания правобережного крыла подтвердили положительную роль указанных мероприятий. Вместе с тем были отмечены значительные фибровые напряжения, достигающие 430 МПа, в узлах пересечения противовесной и опорной поперечной балок. Работы по усилению кон -струкции правобережного крыла были продолжены и заключались в добавлении нового металла (усиление поясов противовесных балок дополнительными листами и уголками) и постановке новых элементов (горизонтальных диафрагм и шпренгеля).
Первоначально для уменьшения напряжений между нижними поясами внутренних, главных и противовесных балок были поставлены горизонтальные диафрагмы, и фибровые напряжения в противовесных балках уменьшились примерно на 60 МПа. Однако в дальнейшем по концам сварных швов прикрепления диафрагм к поясам противовесных балок были обнаружены трещины.
Очередные испытания крыла подтвердили сложный характер работ конструкции и недостаточную эффективность проведенного усиления. В диафрагмах напряжения превышали предел текучести стали 15ХСНД, из которой они выполнены, вследствие чего было принято решение снять диафрагмы. В результате фибровые напряжения в главных балках резко снизились, однако в противовесных балках возросли до 340 МПа.
На следующем этапе усиления была произведена замена заклепок на высокопрочные болты в пересечении нижних поясов поперечной и средних главных балок. Одновременно выполнялось усиление противовесных балок добавлением по нижним поясам нового металла, увеличившего площадь сечения поясов на 45 %.
Основная причина высоких напряжений в узлах пересечения противовесных и главных балок с опорной поперечной заключалась в передаче нагрузки от веса противовеса при раскрытом положении крыла на поперечную балку и изгибе ее в плоскости минимальной жесткости. Для уменьшения изгиба поперечной балки в конструкции крыла был введен шпренгель (рис. 3).
Установка шпренгеля, однако, повлияла на напряженное состояние элементов крыла незначительно в связи, как предполагалось, с его недостаточной жесткостью. По завершении всех этапов усиления замеренные максимальные напряжения в элементах крыла составляли -260...-270 МПа по верхнему и +260 МПа по нижнему поясу опорной поперечной балки.
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
33
Было отмечено существенное различие напряжений по противоположным кромкам поясов балок, достигавшее 100-150 МПа, что свидетельствовало о значительном изгибе поясов в горизонтальной плоскости из-за изменения характера работы поперечных и противовесных балок в процессе разводки-наводки крыла и малой эффективности шпренгеля, не обеспечивавшего разгрузку поперечной балки от действия противовеса.
и эпюры изгибающих моментов (вариант 1)
Дополнительное расчетно-теоретическое исследование работы крыла позволило выявить особенности, существенно влияющие на напряженное состояние и не учитывавшиеся при разработке мероприятий проекта по усилению конструкции.
Особенностью конструкции разводного пролетного строения является опирание в наведенном положении всех четырех главных балок крыла на опорные части в виде качающихся стоек. Для выравнивания опорных реакций главных балок предусмотрено специальное регулирование по высоте
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
34
Современные технологии - транспорту
опорных частей, что вызывает изгиб опорной поперечной балки и горизонтальное смещение узлов ее пересечения с главными и противовесными балками. Изгиб противовесных балок под действием противовеса вызывает смещение узлов пересечения противовесных и поперечной балок.
При угле раскрытия около 5-9° происходит выключение из работы качающихся стоек и загружение осей вращения, расположенных только на двух средних главных балках. При этом изменяется характер работы опорной поперечной балки, которая превращается в однопролетную двухконсольную с опиранием в двух точках. Изменившейся схеме отвечают новые значения перемещений узлов.
При полном угле раскрытия, равном 74°, нагрузка от собственного веса раскладывается на две составляющие, действующие в плоскости крыла и перпендикулярно к ней. Первая из них вызывает изгиб поясов балок, а вторая может рассматриваться как уменьшенная за счет поворота крыла вертикальная нагрузка. Такое разложение нагрузки позволяет учесть дополнительный изгиб поясов, рассматривая конструкцию крыла как плоскую раму (см. рис. 3), загруженную указанными компонентами собственного веса крыла и противовеса, с учетом заданных перемещений узлов пересечения противовесных и поперечных балок.
Результаты выполненных расчетов подтверждают неэффективность усиления крыла с помощью шпренгеля. Усилие в шпренгеле изменяется от 67 кН при наведенном положении крыла до 145 кН при его полном раскрытии. Такая незначительная степень включения шпренгеля в работу может быть объяснена большой податливостью его прикрепления к узлу пересечения крайней главной и опорной поперечной балок. При снятии крыла с качающихся стоек на оси вращения опираются только внутренние главные балки. Указанный узел при этом находится на консоли, образованной выступающей за ось вращения частью крыла. При большой податливости консоли вес противовеса воспринимается крылом за счет изгиба элементов балочной клетки практически без включения шпренгеля в работу.
Анализ полученных результатов, а также результатов испытаний свидетельствует о тяжелых условиях работы опорной поперечной балки, напряжения в которой, по результатам испытаний, близки к 300 МПа, а по данным выполненного расчета могут доходить до 380 МПа и более. Основную часть суммарных напряжений составляют напряжения от изгиба балок в плоскости минимальной жесткости, возникающего от загружения весом противовеса.
3 Вариант усиления с учетом конструктивных особенностей крыла
Усиление конструкции должно обеспечивать уменьшение изгибающих моментов в поперечной балке. Существенно повысить эффективность работы шпренгеля можно, если осуществить его прикрепление к балке, опирающейся во время движения крыла на физическую ось вращения (рис. 4).
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
35
Рис. 4. Расчетная схема усиленной поперечной балки и эпюры изгибающих моментов (вариант 2)
С учетом факта опирания средних главных балок на оси вращения узлы прикрепления шпренгеля могут рассматриваться как неподвижные, что обеспечивает включение шпренгеля в работу.
Эффективность усиления по предложенной схеме по сравнению с осуществленным вариантом хорошо видна при сопоставлении эпюр изгибающих моментов в поясах всех балок крыла (см. рис. 2 и рис. 3).
Изгибающие моменты в поясах всех балок уменьшаются в 1,5-2 раза, при этом максимальное усилие в шпренгеле возрастает со 145 до 699 кН.
Заключение
Рассмотренный пример показывает большое значение правильной оценки характера деформированного состояния разводного пролётного строения раскрывающегося моста, что связано с изменением характера опирания крыла пролётного строения в наведенном положении и в процессе разводки-наводки. Правильный учет конструктивных особенностей крыла позволил почти в пять раз повысить эффективность элементов усиления крыла.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
36
Современные технологии - транспорту
Библиографический список
1. Руководство по проектированию разводных мостов : введ. 01.03.1989. - М. : Транспорт, 1990. - 92 с.
2. Конструкции и некоторые результаты испытаний разводного пролета моста Александра Невского / М. К. Никитин // Вопросы мостостроения : труды ЛИИЖТа. -Вып. 283. - Л., 1968. - С. 71-83.
3. Оценка напряженного состояния и эффективности усиления крыла раскрывающегося пролетного строения разводного моста / Г. И. Богданов, Е. Д. Максарев // Проблемы мостостроения : межвуз. сб. научн. трудов. - Вып. 863. - М., 1993. - С. 104-111.
УДК 629.4.048
А. Л. Емельянов
ОАО НТЦ «Завод Ленинец»
И. Г. Киселев, А. В. Михайлов
Петербургский государственный университет путей сообщения
ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Рассмотрены пути повышения теплопроизводительности цикла «тепловой насос» кондиционера при низких значениях температуры наружного воздуха. Приведены схемы предлагаемых методов, их достоинства и недостатки.
терморегулирующий вентиль, цепь инжекции, оттайка, температура кипения, гидравлический удар, промежуточный теплообменник, подогреватель хладагента.
Введение
Для Российской Федерации с её широким полигоном эксплуатации вагонного парка чрезвычайно актуальным является обеспечение оптимального потребления энергии пассажирским вагоном как в зимний период в режиме нагрева, так и в летний период в режиме охлаждения воздуха. В первом случае, при температуре наружного воздуха минус 40 °С и требуемой температуре в салоне вагона +22 °С, необходимо до 50 кВт электроэнергии на каждый вагон. Во втором, в летний период, система кондиционирования воздуха (СКВ) становится основным потребителем электроэнергии для пассажирских вагонов: из 32 кВт мощности подвагонного генератора на
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
