Журнал "Транспортное строительство" 2013 №10

Юбилейные даты 2013 года

60 лет назад (1953 г.) введен в эксплуата-цию морской порт «Кавказ» в Керченском проливе Краснодарского края России. Порт соединен с сетью железных и автомобиль-ных дорог России. Основное назначение порта на то время – обслуживание Керчен-ской паромной переправы «Крым – Кавказ». Также осуществлялась перегрузка навалоч-ных и насыпных грузов, автомобильной тех-ники. В 2000-х гг. грузооборот порта зна-чительно увеличился за счет сооружения терминалов по перевалке грузов нефтяной и химической промышленности. Сегодня порт «Кавказ» принимает российские и ино-странные суда. Навигация осуществляется круглый год с помощью ледокольных судов.

150 лет со дня рождения академика А.Н. Крылова (1863–1945), русского и советско-го кораблестроителя, специалиста в области механики, математики и астрономии, члена Императорской Санкт-Петербургской АН; ге-нерала для особых поручений при морском министре Российской империи. Возглавлял Главную физическую обсерваторию, Главное военно-метеорологическое управление, фи-зическую лабораторию РАН, Ленинградский физико-математический институт АН СССР. Ему присвоены звания лауреата Сталинской премии, трижды кавалера ордена Ленина, Героя Социалистического труда. Мировую из-вестность А.Н. Крылову принесли работы по теории кораблестроения и строительной ме-ханики. Им предложен оригинальный метод расчета балок, лежащих на упругом основа-нии, имеющий большое значение для расчета судовых корпусов и развития строительной механики в целом (см. стр. 29).

50 лет назад (1963 г.) закончено сооруже-ние Козинского виадука ж.-д. магистрали Абакан — Тайшет через приток р. Б. Джебь. Самый большой мостовой переход трассы сооружен Мостоотрядом № 2 за два года. Уникальный мостовой переход по своей кон-струкции считается вершиной стройки Аба-кан – Тайшет. На момент сооружения являлся самым высоким ж.-д. мостом в СССР. Высота виадука в натуре – 65 м, стоит на пустотелых железобетонных опорах, высота которых в то время была наибольшей для подобных со-оружений. На участке между 2-м и 3-м Джеб-скими тоннелями, где расположен виадук, используются электровозы-толкачи, базиру-ющиеся на ст. Кошурниково.

60 лет назад (1953 г.) построено здание Министерства иностранных дел РФ – одно из семи зданий, входящих в перечень ста-линских высоток по проекту арх. В.Г. Гель-фрейха и М.А. Минкуса и конструкторов С.Д. Гомберга и Г.М. Лимановского. Высо-та здания – 172 м, общая площадь поме-щений 65 тыс. м2. На момент сооружения было установлено 28 лифтов, из них 18 скоростных. Фасад облицован светлыми керамическими блоками, цоколь – красным гранитом, портал здания обработан лепни-ной и снабжен металлическими решетками. Стены главного вестибюля выполнены из светлого мрамора, пол из полированного черного гранита; решетки, базы, капители, витражи дверей – латунь. Мебель и отделка зала собраний из карельской березы и по-лированного ореха. Здание МИД – объект культурного и исторического наследия ре-гионального значения.

40 лет назад (1973 г.) открыта морская ж.-д. паромная переправа Ванино – Холмск в Татарском проливе. Связывает о. Сахалин с материковой частью России круглогодич-ным транспортным сообщением. Расстояние – 260 км. Для обустройства порта Холмск у моря отвоевано 15 га земли. Комплекс бе-реговых и гидрологических сооружений с причалом длиной 252 м возведен за четыре года. С вводом переправы начался новый этап развития транспортно-экономических связей Сахалинской обл. и всего Дальне-восточного региона. Ванино – Холмск и се-годня продолжает оставаться важнейшей транспортной артерией России. Пропускная способность – 3,3 млн т грузов в год.

50 лет назад (1963 г.) в Целинограде от-крыт Дворец целинников, возведенный трестом «Целинтрансстрой» в рекордные сроки по проекту латвийских арх. П. Фо-гелса, О. Крауклиса, Д. Даннеберга. Круп-ный показательный объект по масштабам и системе оборудования стал вторым в СССР после Кремлевского Дворца съездов. Зри-тельный зал дворца был рассчитан на 2355 мест, в нем установлено 1200 светильников, 82 громкоговорителя, в киноаппаратной – 10 проекторов, размер киноэкрана 34×13,1 м. В холле расцвел ботанический сад с экзоти-ческими растениями, присланными со всего Союза. Выразительный облик здания ориги-нальной архитектуры с многофункциональ-ным залом сделал его визитной карточкой города. В 1982 г. включен в список памят-ников истории и культуры республиканского значения. После реконструкции 1998 г. пере-именован в Конгресс-холл.

Сост

авит

ель:

Н.Е

. Пет

рова

АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ КРЫЛОВ ДВОРЕЦ ЦЕЛИННИКОВ ВЫСОТНОЕ ЗДАНИЕ МИД

КОЗИНСКИЙ ВИАДУКМОРСКОЙ ПОРТ «КАВКАЗ» ВАНИНО — ХОЛМСК

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПАРТНЕР

НП «Международная гильдия транспортных строителей».Ген. директор – Н.А. ПолищукТел.: +7 (495) 777-79-09

ГЕНЕРАЛьНЫЙ ИЗДАТЕЛь

РОО «НТАУиСТС»Тел.: +7 (495) 787-51-36

ИЗДАТЕЛьСТВО

ООО «Трансстройиздат»Ген. директор – О.В. ГущинТел.: +7 (495) 749-05-60

RU EN

ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛьСТВО

СОДЕРЖАНИЕ CONTENTS

№ 10/2013

transport constructionНаучно-технический и производственный журнал.Основан в 1931 г.

Science, Technology and Practice Magazine.Founded in 1931

ОТРАСЛЕВАЯ ИНФОРМАЦИЯ TRADE INFORMATION стр/page

«Трансстрой» завершает первый этап реконструкции крупнейшего аэропорта Юга России «Краснодар»

TRANSSTROY is to finish the first stage of modern-ization of Krasnodar airport - the biggest one in the South of Russia

02

ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО UNDERGROUND CONSTRUCTION

М.Г. Зерцалов, А.В. Косолапов, А.А. Пискунов, М.Ю. Арбузов, А.Н. РудичОпыт применения технологии алмазной резки и сверления в подземном строительстве

M.G. Zertsalov, a.V. Kosolapov, a.a. piskunov, M.Yu. arbuzov, a.n. rudichExperience in application of diamond cutting and drilling technique in underground construction

04

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ MAN-MADE STRUCTURES

Ф.Н. Захаров, В.П. Валуйских Пути повышения эксплуатационной надежности водопропускных труб

F.n. Zakharov, V.p. ValyiskikhMethods for operating reliability improvement of culverts

07

САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ SELF-REGULATION

Саморегулирование в строительном комплексе: повседневная практика и законодательство. IV Всероссийская научно-практическая конференция

Self-regulation in construction: everyday practice and legislation. 4th research and practice conference

11

ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ FOREING EXPERIENCE

Сравнение программ МКЭ применительно к автодорожным мостам

Comparison of FEM programs for highway bridges 12

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ COMPUTER-ASSISTED ENGINEERING

А.В. Полянский Интеллектуальные подходы к разработке рациональных организационно-технологических решений в транспортном строительстве

a.V. polyanskyiIntelligent approach to development of efficient organizational and technological solutions in transport construction

13

ДОРОЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО ROAD CONSTRUCTION

И.В. Демьянушко, И.А. Карпов Моделирование наезда автомобиля на стойку дорожного ограждения

i.V. Demyanushko, i.a. KarpovModeling of car collision with road barrier post 16

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ BUILDING STRUCTURES AND MATERIALS

А.А. Пиотрович, Ян Гуанцин, Су Да Опыт учета поперечных горизонтальных деформаций при проектировании армогрунтовых конструкций на железных дорогах КНР

a.a. piotrovich, Yan Guangqing, su DaMethod of considering horizontal deformations while designing reinforced ground constructions on railways in PRC

20

НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ FROM SCIENCE TO PRODUCTION

Е.В. Федоренко, Т.С. Вавринюк Принципы моделирования геосинтетических материалов при расчетах устойчивости численными методами

E.V. Fedorenko, t.s. VavrinyukPrinciples for modeling of geosynthetics while calculating stability with numerical methods 25

А.Б. Копылов, В.Ю. Котов, Д.О. Прохоров, А.Е. Харламов Развитие идеи акад. А.Н. Крылова по расчету инженерно-строительных сооружений, взаимодействующих с податливой средой, методом начальных параметров

a.B. Kopylov, V.Yu. Kotov, D.o. prokhorov, a.E. KharlamovDevelopment of idea of A.N. Krylov, member of the Academy of Sciences, for calculation with initial parameters method of engineering and construction facilities, which interact with deformable environment

29

КНИЖНАЯ ПОЛКА BOOKSHELF

Монография о массовых дорожных водопропускных сооружениях

Monograph about mass road water transmission facilities 32

Редакция журнала принимает текстовые материалы в формате Microsoft Word и иллюстрации, выполненные в программах Adobe Photoshop, Adobe Illustrator (в формате jpg или tif), направленные по электронной почте либо записанные на диске, с приложением распе-чатки, подписанной всеми авторами, и обязательным указанием координат обратной связи, включая e-mail (подробно см. в № 2 за 2012 г.). Авторы опубликованных материалов несут ответственность за точность приведенных фактов, цитат, экономико-статистических данных, собственных имен, ссылок на литературные источники и других сведений. Гонорары авторам не выплачиваются. Точка зрения редакции может не совпадать с мнением авторов публикуемых материалов.

ISSN 01 31-4300

УЧРЕДИТЕЛИ:

ОАО Корпорация «Трансстрой», Общественное объединение «Научно-техническая ассоциация ученых и специалистов транспортного строительства»(РОО «НТАУиСТС»)

Журнал входит в утвержденный ВАК Перечень научных изданий Российской Федерации, в которых публикуются результаты диссертаций на соискание ученых степеней. Научные статьи аспирантов публикуются бесплатно.

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТН.А. Полищук — председатель

Е.В. БасинИ.В. ДемьянушкоА.П. КожевниковР. А. КоганВ.В. КосминВ.М. КругловО.И. ЛобовС.Я. Луцкий

Над выпуском работали:А.С. ПотатуевН.Е. ПетроваН.В. ВалееваА.А. КосминаА.С. ОжогинТ.И. Шевелева

Компьютерная верстка:Владимир Бобух

АДРЕС РЕДАКЦИИ

129329 Москва, ул. Кольская, д. 2, корп. 6.Тел.:/факс: +7 (495) 782-96-56 +7 (495) 782-04-58e-mail: [email protected]://www.corptransstroy.ru

Свидетельство о регистрации: 1067746656780 от 26.07.2006.

Подписано в печать: 17.10.2013.Отпечатано в ОАО «Подольскаяфабрика офсетной печати».Тираж: 1000 экз. Заказ: 6022.Подписной индекс по Объединенному каталогу «Пресса России»:70976 – полугодовая подписка,90963 – годовая подписка.

В.Е. МеркинА.С. МиллерманИ.А. НедорезовА.С. ПлатоновВ.В. РудометкинВ.И. СбитневА.А. ЦернантВ.И. Шмидт

ОТРАСЛЕВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

02 ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО № 10/2013

«Трансстрой» завершает первый этап реконструкции крупнейшего аэропорта Юга России «Краснодар»

Проект «Реконструкция и развитие аэродрома аэро-порта «Краснодар». Краснодарский край» реализуется в рамках Федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы России (2010–2015 гг.)».

Государственный заказчик проекта — Федеральное агентство воздушного транспорта Минтранса России. За-казчик-застройщик — ФГУП «Администрация граждан-ских аэропортов (аэродромов)». Генеральный подряд-чик — ЗАО «Инжиниринговая корпорация «Трансстрой», входящая в холдинг «Трансстрой».

В составе проекта модернизации краснодарского аэропорта реконструкция взлетно-посадочной полосы ВПП-2, создание комплекса инженерных сооружений, оснащенных современными техническими средствами для обеспечения надежного, бесперебойного, каче-ственного обслуживания воздушных судов, сооружение нового аэровокзального комплекса. Также проектом предусмотрены работы по прокладке инженерных сетей, строительству очистных сооружений, устройству свето-сигнального и метеооборудования, инженерных средств охраны периметра и др.

В рамках первого этапа проекта завершены рабо-ты по реконструкции существующей магистральной рулежной дорожки (МРД), которая заменит ВПП-2 на период ее реконструкции. Также выполнен основной объем работ по созданию инженерно-технической инфраструктуры аэродрома. В IV квартале этого года «Трансстрой» планирует завершить строительство МРД вдоль временной ВПП и реконструкцию сети ру-лежных дорожек.

Следующим этапом работ станет реконструкция ос-новной ВПП-2. Действующая полоса строилась в 70-е годы прошлого века и имеет ограничение по приему

ООО «ПСК «Трансстрой» входит состав «Глав-

строя», управляющего строительными активами

одной из крупнейших в России диверсифицирован-

ных промышленных групп «Базовый Элемент», ко-

торая явлется стратегическим инвестором стро-

ительных объектов в г. Сочи.

«Трансстрой» — лидер российского рынка аэ-

родромного строительства. На счету компании

строительство и реконструкция крупнейших аэро-

дромов и аэропортов России, таких как: Шереметье-

во, Пулково, Внуково, Геленджик, Хотилово, Благове-

щенск. В настоящее время «Трансстрой» реализует

шесть проектов в сфере аэродромного строитель-

ства, среди которых аэропорт «Краснодар».

Устройство щебеночного основания на обочине РД

Подготовка основания под укладку асфальтобетона на РД-3А

Третий этап включает строительство соединительных рулежных дорожек (РД) и завершение работ по созда-нию комплексной инженерно-технической аэродромной инфраструктуры аэропорта. Работы по трем этапам пла-нируется завершить в IV квартале 2014 г. Ввод в эксплу-атацию нового пассажирского терминала и целого ряда вспомогательных объектов запланирован в 2017 г.

В результате осуществления проекта реконструкции пропускная способность аэропорта на внутренних и международных авиалиниях будет увеличена вдвое до 2,4 тыс. пассажиров в час и возрастет число прямых рейсов из Краснодара.

Модернизация международного аэропорта «Красно-дар» позволит превратить его в крупный пересадочный узел-хаб и поставить в один ряд с крупнейшими совре-менными авиатранспортными узлами, составляющими

основу опорной аэродромной сети России.

Наталия Петрова,по материалам пресс-службы

ПСК «Трансстрой», ОАО «Главстрой»

ОТРАСЛЕВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

03TRANSPORT CONSTRUCTION № 10/2013

Краснодар (Пашковский) – международный аэро-

порт в г. Краснодаре. В 2007 г. Минтрансом РФ

аэропорт включен в 12 узловых международных аэ-

ропортов страны, среди которых он занимает 7-е

место по числу перевезенных пассажиров. Входит в

единственный в России на территории Краснодар-

ского края региональный авиаузел, централизо-

ванно управляемый компанией «Базэл Аэро», в со-

ставе которого группа аэропортов: Краснодар,

Сочи, Геленджик, Анапа, Ейск. Эксплуатантом

аэропорта является ОАО «Международный аэро-

порт Краснодар».

Аэропорт имеет высокий процент стыковочных

рейсов не только внутри России, но и с европей-

скими странами. Одно из преимуществ аэропорта

– его расположение на пересечении международ-

ных маршрутов. После завершения реконструкции

«Краснодар» будет развиваться как международ-

ный узловой аэропорт крупных иностранных и рос-

сийских авиакомпаний.

Во время зимних Олимпийских игр «Сочи-2014»

«Краснодар» будет одним из принимающих гостей

аэропортов.

всех типов самолетов. После ремонта ее характеристики должны соответствовать классу «Б» по отечественным нормам НГЭА и II категории по международным стандар-там ИКАО, и она сможет принимать большинство типов современных воздушных судов Ил-96-300, Boeing-767, Airbus-321 и другие самолеты классом ниже.

Устройство резервуаров на АСС

Устройство системы ССО на РД-3А

Укладка асфальтобетона (пандус РД-9)

Опыт применения технологии алмазной резки и сверления в подземном строительствеМ.Г. Зерцалов, д-р техн. наук, МГСУ, Москва; А.В. Косолапов, канд. техн. наук, ОАО «Мосинжпроект», Москва; А.А. Пискунов, д-р техн. наук, КГАСУ, Казань; М.Ю. Арбузов, инж., А.Н. Рудич, инж., «Мосметрострой», Москва

Освоение подземного пространства крупных городов требует применения новейших достижений науки и тех-ники. Одним из таких достижений является комплекс ал-мазной техники и технология его применения. При строи-тельстве, ремонте и реконструкции подземных сооружений встают задачи, связанные с частичным, а иногда и полным демонтажем железобетонных конструкций. Возникает не-обходимость изготовления как сквозных, так и несквозных проемов. Для решения подобного рода задач используется технология алмазной резки и сверления. Она состоит в при-менении специального оборудования, режущим органом которого является инструмент с алмазосодержащими сег-ментами. При алмазном сверлении или резке бетона и же-лезобетона не происходит трещинообразования. Примене-ние данного метода полностью исключает динамические и вибрационные нагрузки на конструкции, что очень важно для дальнейшей эксплуатации сооружения. Полное отсут-ствие пыли также является немаловажным фактором при производстве работ под землей. Мобильность и компакт-ность оборудования позволяет проводить работы в стес-ненных условиях.

Основой алмазных технологий является процесс резки бетона и арматуры алмазными сегментами, закрепленными на корпусе инструмента (коронки, диски, канат и т. п.). Ин-струмент приводится в движение с помощью специализиро-ванного механизма стенорезной или сверлильной машины.

Специфические условия резки алмазным инструментом и специально разработанное оборудование позволяют ре-шать уникальные инженерно-технические задачи не только при строительстве, но и при проведении научно-исследова-тельских и изыскательских работ.

Современная алмазная техника позволяет выполнять сверление и резку с высокой точностью, малым отклонени-ем от горизонтальности и вертикальности и низким откло-нением от заданного угла резания.

Сверлильные машины предназначены для сверления монолитного железобетона с высокой степенью армирова-ния (отношение площади перерезаемой арматуры к общей площади реза, выраженное в процентах), твердого при-родного камня, а также бетона и кирпича. Диапазон диа-метров сверления составляет от 20 мм до 500 мм для машин стандартной комплектации и до 1800 мм для специальных машин. Глубина сверления может доходить до 20 погонных метров.

Стенорезные дисковые машины режут бетон с помощью дисков, имеющих алмазосодержащие сегменты, располо-женные по периметру стального диска. Максимальная глу-бина реза составляет 1000 мм.

Канатные машины в качестве инструмента используют трос с нанизанными на него алмазосодержащими втулка-ми, между которыми вставлены кольцевые пружины, пре-пятствующие сдвигу втулок. Глубина резки подобным обо-рудованием практически не ограничена.

Данная технология позволяет выполнять вырезку про-емов различной конфигурации и различного назначения в бе-тонных и железобетонных конструкциях, вплоть до проемов диаметром до 9 м и глубиной до 2,5 м. Для выполнения этих работ используется стенорезная машина циркульного типа.

В практике подземного строительства применение алмазных технологий можно рекомендовать при изго-

Рис. 1. Оборудование для резки горизонтальных конструкций

Рис. 2. Оборудование для изменения профиля тоннеля

ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО


ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО


товлении проемов (как сквозных, так и несквозных) и при проведении как частичного, так и полного демонтажа кон-струкций.

Далее приведены несколько примеров использования алмазных технологий при строительстве и реконструкции подземных сооружений.

В тоннеле Сен-Готард в Швейцарии по всей длине со-оружения (13,8 км) монолитные конструкции были отделе-ны от внешней оболочки и разрезаны на элементы, удобные для демонтажа и последующей перевозки к месту утили-зации. На рис. 1 изображено специальное оборудование для проведения работ по резке конструкций нижней части тоннеля.

После принятия решения о перемещении трейлеров по территории Швейцарии по железным дорогам провели про-верку габаритов тоннелей с учетом высоты автопоездов. В некоторых случаях тоннели нуждались в увеличении. Для этого разработали специальное оборудование: на одной платформе был установлен пантограф с мультидисковой стенорезной машиной (рис. 2), диски нарезали гребенку из облицовки на необходимую глубину, которая затем удаля-лась с помощью электрических отбойных молотков.

После выхода и демонтажа проходческого щита Лефор-товского тоннеля в г. Москве необходимость в конструкции балки выходной камеры в точке Б отпала. Размеры этой балки, имевшей в сечении 3,0 м в ширину и 5,5 м в высоту, не позволяли осуществить ее демонтаж без предваритель-ной разделки на элементы меньшего веса. Решение задачи было найдено с помощью алмазных технологий. Изначаль-но дисковыми стенорезными машинами нарезали элемен-ты сечением 0,5 × 0,5 м, длиной 6 м. Шесть слоев таких брусков демонтировали. Таким образом, высота балки уменьшилась до 2,5 м, т. е. ее разгрузили почти вдвое. Это позволило перейти ко второй части проекта — ка-натной резке. Оставшуюся часть конструкции канатными машинами разрезали на элементы весом до 80 т и демонти-ровали 400-тонным краном. Аналогичная работа была вы-полнена в точке А.

Для производства работ в тоннелях выпущен целый ряд специализированной алмазной техники. Это и многодиско-вая машина для изменения геометрии профиля тоннеля, смонтированная на железнодорожных платформах, и мно-годисковая машина для прокладки штроб, и специальная машина для вырезки вентиляционных отверстий в верхней части тоннеля.

Технология алмазной резки и сверления имеет высокую эффективность при использовании в подземном строитель-стве. Приведенные примеры наглядно демонстрируют про-изводственную и экологическую безопасность, а в некото-рых случаях и уникальность данного метода.

Для связи с автором:Михаил Григорьевич Зерцалов, 8–910–420–29–27, [email protected]

Самуил Исаакович Миллерман

Заслуженному строителю Россий-ской Федерации, Почетному стро-ителю России, Почетному транс-портному строителю, Лауреату премии Совмина СССР Самуилу Исааковичу Миллерману 17 сен-тября исполнилось 75 лет.

Родился в 1938 г. в Москве. Окончив в 1962 г. МИИТ и получив квалификацию «Инженер путей сообщения– строитель» С. И. Миллерман навсегда связал свою жизнь с транспортным строительством, которому посвятил уже более полувека.

После окончания института Самуил Исаакович на-чал свой трудовой путь в Московском Метрострое на-чальником смены, участка, заместителем начальника, начальником техотдела. В 1977–1986 гг. работал в УС «Бамтоннельстрой» начальником технического отдела, заместителем главного инженера, заместителем началь-ника управления. С 1986 г. — заместитель начальника Главтоннельметростроя, Главного управления стро-ительства тоннелей и метрополитенов Министерства транспортного строительства. С 1992 по 2009 гг. работал заместителем генерального директора фирмы «Тоннель-местрострой», первым заместителем начальника Управ-ления по строительству тоннелей и метрополитенов Корпорации «Трансстрой», Инжиниринговой корпорации «Трансстрой».

Самуил Исаакович принимал непосредственное уча-стие в строительстве перегонных тоннелей и станций Мо-сковского метрополитена: Первомайской, Щелковской, Войковской, Преображенской, Ботанического сада. Уча-ствовал в строительстве и вводе в эксплуатацию тонне-лей БАМа: Байкальского, Северо-Муйского, Кодарского, четырех Мысовых вдоль побережья оз. Байкал, Нагорно-го тоннеля в Якутии, а также тоннелей на Кавказе. Коор-динировал деятельность привлеченных организаций на строительстве Московского метрополитена, участвовал в строительстве объектов Третьего транспортного коль-ца в Москве, в том числе Кутузовской развязки.

С ноября 2009 г. по настоящее время С. И. Миллер-ман — заместитель генерального директора ООО «Тех-ностройинжиниринг».

Большой вклад и заслуги Самуила Исааковича Мил-лермана в транспортном строительстве отмечены почет-ными званиями, орденом, тремя медалями СССР и меда-лью РФ.

ПОЗДРАВЛЯЕМ

Коллективы ООО «Техностройинжиниринг», Редакцион-ного Совета и редакции журнала поздравляют Самуила Исааковича с юбилеем, желают ему здоровья, успехов в работе и долгих плодотворных лет!

Рис. 1. Результаты обследования ВПТ и дорожного покрытия

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ


АннотацияРассматриваются основные эксплуатационные повреждения и деформации железобетонных водопропускных труб. Предлагаются оригинальные, защищенные патентами, конструктивные решения железобетонных арочных водопропускных труб, позволяющие повысить эксплуатационную надежность и снизить стоимость изготовления в сравнении с кольцевыми трубами. Оценена эффективность применения предлагаемых решений для уменьшения неравномерности осадки дорожного покрытия и снижения относительных перемещений звеньев труб.

Ключевые словаАрочные водопропускные трубы, железобетонные водопропускные трубы, надежность водопропускных труб, осадка дорожного покрытия, перемещения звеньев, полукольцевые водопропускные трубы, полуэллиптические водопропускные трубы, соединение звеньев.

AbstractThe article deals with the basic operational damage and deformation of reinforced concrete culverts. The authors propose protected by patents original design solutions of reinforced concrete arch culvert which can improve reliability and reduce the manufacturing cost in comparison with the ring pipes. The authors also evaluate the effectiveness of the proposed solutions to reduce the unevenness of the road surface precipitation and reducing the relative movement of the link pipes.

KeywordsArch culverts, connection links, reinforced concrete culverts, moving units, sediment pavement, reliability of culverts, semi-elliptical, semiring.

Пути повышения эксплуатационной надежности водопропускных трубФ.Н. Захаров, асп., В.П. Валуйских, д-р техн. наук, проф., Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Владимир

Сегодня на дорогах России более 440 тысяч водопро-пускных труб — самых распространенных искусственных сооружений. Для большинства из них характерны схожие эксплуатационные повреждения и деформации, приводя-щие к преждевременному выходу сооружений из строя.

Инициативное обследование железобетонных водо-пропускных труб (ВПТ) (рис. 1), установленных на дорогах Владимирской области, позволили выявить повреждения и деформации прежде всего в насыпях малой высоты при равнинном рельефе местности. Основными из них являются относительные осадки и раздвижка звеньев, неравномер-ность осадки дорожной одежды над ВПТ.

Осадка и раздвижка звеньев приводят к раскрытию сты-ковых швов элементов ВПТ, как следствие — разрушается гидроизоляционный ковер, замачивается насыпь, вымыва-ется грунт насыпи и основания, что в комплексе может при-вести к разрушению сооружения. Неравномерность осадки дорожного покрытия, появление «лежачих полицейских» приводит к разрушению дорожного покрытия и необходи-мости его преждевременного локального ремонта. Причи-ной возникновения и развития осадок являются процессы доуплотнения грунта насыпи в пазухах ниже продольной оси, взаимное смещение отдельных звеньев ВПТ. Эти по-вреждения и деформации увеличивают затраты на ремонт и содержание транспортной системы, снижают надежность работы ВПТ и безопасность движения.

Одним из путей повышения надежности работы ВПТ является применение арочных ВПТ. В 1995 г. кафедрой «Сопротивление материалов» ВлГУ разработана арочная полукольцевая (ПК) ВПТ [1], аналогичные конструкции — Барнаульским филиалом ОАО «ГипродорНИИ» в 1998 г. [2]. ПК-ВПТ состоят из верхней арочной части и опорной фун-даментной плиты. При установке ПК-ВПТ в насыпи не воз-никают трудноуплотняемые пазухи, что позволяет добиться равномерного уплотнения грунта по высоте и устранить об-разование «лежачих полицейских» на дорогах.

Недостатком запроектированных [1, 2] ПК-ВПТ явля-ется высокая материалоемкость, которая при равной во-допропускной площади сечения трубы на 20% больше, чем у кольцевых (К-ВПТ). После исследования геоме-трических параметров поперечного сечения трубы было установлено, что рациональным является арочная полу-эллиптическая (ПЭ) ВПТ (патент № 104564 [5]) с соотноше-нием полуосей 0,6–0,7 [3, 4]. По расчетам специалистов ГБУ «Владупрадор» стоимость ПЭ-ВПТ ниже стоимости К-ВПТ на 20%.

Дополнительным преимуществом арочных ВПТ являют-ся меньшие высоты насыпей, запроектированных с учетом нормативных требований обеспечения минимальной тол-щины засыпки над ВПТ. При высоте насыпи, не ограни-чивающей выбор варианта ВПТ, использование арочных ВПТ позволяет получить большую толщину засыпки над трубой и снизить динамическое воздействие от транс-порта (рис. 2).

Для оценки эффективности применения арочных ВПТ при помощи метода конечных элементов (МКЭ) с использо-



ванием программного комплекса «Лира 9.6» смоделирова-на работа К-, ПЭ- и ПК-ВПТ в грунте насыпи при действии транспортной нагрузки Н14. Согласно результатам расчета, неравномерность осадки грунта над ВПТ при установке ПЭ- и ПК-ВПТ снижается на 20–90% (рис. 3). Деформативность элементов ПЭ- и ПК-ВПТ выше К-ВПТ на 10–30%, что сни-жает (рис. 2) величину динамического воздействия при на-езде на «лежачего полицейского».

Другой путь повышения надежности ВПТ — соедине-ние звеньев труб (рис. 4), позволяющее образовать единую упругую систему в теле насыпи. Соединение звеньев ароч-ных ВПТ выполняется посредством закладных деталей, установленных в шелыгах арок и опорных плитах, способ-ных воспринять растягивающее усилие от действия внеш-ней нагрузки и подвижек грунта насыпи. Схема соединения может быть выполнена в двух вариантах: без смещения стыковых швов и со смещением (рис. 4). Второй вариант обеспечивает меньшие осадки звеньев ВПТ, однако тре-бует дополнительного изготовления доборных элементов (арки или плиты) меньшей длины.

Рис. 2. Конструктивный ряд ВПТ равной водопропускной площади

Рис. 3. Графики осадок – деформации дорожного покрытия

Рис. 4. Варианты схем соединения звеньев ВПТ

Рис. 5. Схемы деформированных ПЭ-ВПТ: а — симметричное загружение; б — асимметричное загружение

Рис. 6. Элементы ПЭ-ВПТ в сборе



Для оценки эффективности схем соединения элементов ВПТ смоделирована МКЭ пространственная работа ПЭ-ВПТ в грунте насыпи и основания при симметричном и асимме-тричном (относительно среднего звена ВПТ) нагружении дороги транспортной нагрузкой (рис. 5).

При объединении элементов по первому варианту про-исходит уменьшение: относительной осадки ∆1 на 19–36%; абсолютной осадки ∆2 — на 11–35%; осадки ∆3 звеньев от-носительно друг друга — до 15%; раскрытия стыков ∆4 на 73–80%.

При объединении по второму варианту, в отличие от первого, осадка звеньев относительно друг друга ∆3 пол-ностью ликвидируется, раскрытие стыков ∆4 практически сводится к нулю.

В настоящее время организовано опытное производ-ство ПЭ-ВПТ (рис. 6) в цехе железобетонных изделий ГУП ДСУ-3 филиала «Ковровское ДРСУ». На технические реше-ния, использованные в конструкции ПЭ-ВПТ, получено пять патентов. Разработка инновационного проекта в 2012 г. поддержана «Фондом содействия развитию малых пред-приятий в научно-технической сфере».

Следует отметить, что из более чем 5000 труб, уста-новленных на дорогах Владимирской области, около 10% требуют капитального ремонта с заменой ВПТ. Схожая си-туация с ВПТ, установленными на других дорогах России. Основной причиной увеличения количества ВПТ, преждев-ременно исчерпавших свой проектный ресурс, является отсутствие системы мониторинга текущих повреждений и деформаций. «Скрытые» от взора контролирующих ор-ганов, ВПТ зачастую заменяются и ремонтируются только при полном разрушении, когда дальнейшая эксплуатация дорог уже невозможна. Предлагаемые пути повышения эксплуатационной надежности ВПТ за счет применения ПЭ- и ПК-ВПТ позволят сократить количество экстренно выполняемых замен труб и сэкономить миллиарды рублей, необходимые для развития сети современных автомобиль-ных дорог.

Литература1. Валуйских В. П. Арочные водопропускные сооружения / В. П. Валуйских, В. М. Кислов // Транспортное строительство. — 1999. — № 7. — С. 14–16.2. Водопропускные дорожные трубы из полуколец радиусом 0,75 м; 1,00 м; 1,25 м: типовое решение 57–386. — Барнаул: ОАО «Гипродорнии» Барнаульский филиал, 1998.3. Валуйских В. П. Надежность выше, затраты ниже / В. П. Валуйских, Ф. Н. Захаров, Н. Н. Старов // Дороги содружества. — 2012. — № 1 (24). — С. 48–50.4. Захаров Ф. Н. Рациональные водопропускные сооружения для авто-мобильных дорог России / Ф. Н. Захаров, В. П. Валуйских, Н. Н. Старов // Новые дороги России: сб. тр. МНТК. — Саратов, 2011. — С. 326–332.

Для связи с авторами:Федор Николаевич Захаров, 8 (4922) 47–98–01, 8–920–924–97–99,[email protected]

Александр Романович Соловьянчик

Заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору, действитель-ному члену Российской академии транспорта Александру Романо-вичу Соловьянчику 2 октября ис-полнилось 75 лет.

А. Р. Соловьянчик родился в 1938 г. в г. Капличи Калинковичского района Гомельской области. После окончания в 1960 г. Белорусского института инженеров железнодорожного транспорта инженер путей сообще-ния–строитель А.Р. Соловьянчик был распределен в трест «Центротрансстрой», где в должности начальника ПТО Горема-1 проработал до 1968 г. C 1968 по 1971 гг. обу-чался в очной аспирантуре ВНИИЖТ.

После защиты кандидатской диссертации с 1971 г. А. Р. Соловьянчик работает в ЦНИИСе мл. научным со-трудником, ст. научным сотрудником, с 1979 г. — заве-дующим лабораторией термодинамики технологических процессов в строительстве.

Александр Романович — крупный специалист в об-ласти производства строительных материалов и изделий, строительной теплофизики. Его научные достижения и инженерные разработки в области создания бездефект-ных бетонных и железобетонных конструкций, использо-ваны при строительстве многих уникальных объектов, в том числе: внеклассных мостов через р. Днепр в Дне-пропетровске и Киеве, мостов на БАМе (через рр. Зея и Кувыкта и др.), сухих доков в Керчи и Николаеве, путе-проводов МКАД и 3-го транспортного кольца в г. Москве, пилонов вантового моста через р. Оку в г. Муроме, Олим-пийских объектов Сочи. Он принимал участие в разра-ботке многочисленных нормативных документов (СНИП, ВСН, ВНТП и других), автор 30 изобретений и патентов, более 200 публикаций, в т. ч. учебников и публикаций за рубежом.

А. Р. Соловьянчик активно участвует в подготовке на-учных кадров, является членом ряда диссертационных советов по присуждению ученой степени доктора и кан-дидата наук, членом Международного 119-го техниче-ского комитета РИЛЕМ, Почетным транспортным строи-телем. Пользуется большим заслуженным авторитетом среди научного сообщества и специалистов проектных и строительных организаций.


Редакционный совет и редакция журнала поздравляют Александра Романовича с 75-летием, желают ему здоро-вья, дальнейших успехов в решении научно-технических задач!

САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ


Саморегулирование в строительном комплексе: повседневная практика и законодательство

11 сентября 2013 г. в Санкт-Петербурге в рамках деловой программы 17-ой Международной специали-зированной выставки BalticBuild состоялась IV Всероссийская научно-практическая конференция «Само-регулирование в строительном комплексе: повседневная практика и законодательство».

Спикерами пленарного заседания выступили прези-дент Национального объединения проектировщиков (НОП) Михаил Посохин; вице-президент Национального объеди-нения строителей, исполнительный директор РСС Эдуард Дадов; руководитель Аппарата НОСТРОЙ Илья Пономарев; член Совета, председатель Комитета по развитию систе-мы подготовки рабочих кадров НОСТРОЙ, президент Ас-социации СРО «Единство» Михаил Воловик; руководитель межрегионального управления Министерства региональ-ного развития по Северо-Западному федеральному округу Михаил Караулов; ответственный секретарь Экспертного совета при Комитете Госдумы по строительству и земель-ным отношениям Светлана Бачурина; вице-президент, руководитель Аппарата НП «Национальное объединение саморегулируемых организаций в области энергетического обследования» Леонид Питерский и другие представители профессионального сообщества.

Модератором дискуссии выступил руководитель Аппа-рата НОП Антон Мороз.

Конференция, собравшая более 300 участников, стала авторитетной дискуссионной площадкой для профессио-налов строительного, проектного и изыскательского со-обществ. Тысячи специалистов смогли посмотреть онлайн-трансляцию более чем на 20 интернет-ресурсах.

Участники конференции обсудили проблемы и при-оритеты развития института саморегулирования на новом этапе, вопросы взаимодействия СРО с органами госвласти, деятельность нацобъединений, а также состояние пред-принимательского климата, развитие малого и среднего бизнеса в строительно-проектной отрасли.

Президент НОП Михаил Посохин призвал участников к содержательному и конструктивному диалогу и, обозна-чив ряд проблем, с которыми приходится сталкиваться на-цобъединениям на современном этапе, высказал мнение, что не все понимают, как «состоялось саморегулирование»: «Ра-ботая с государственными органами, органами власти, осо-бенно на местах, понимаешь, что чиновники в огромном своем числе вообще не знают, что саморегулирование существует и воздействует на весь проектно-строительный механизм».

По его словам, главный документ, призванный регули-ровать градостроительную деятельность, — Градострои-тельный кодекс — «вообще никуда не годится». «Мы уже туда столько поправок внесли, что есть предложение его заново написать. Но, может быть, с учетом опыта и мнения строительного сообщества заново написать и закон о само-регулировании», — заявил он.

Одним из наиболее содержательных стало выступление Михаила Воловика:

«Институт саморегулирования в том виде, в котором он был задуман, не прижился. Мы уже 20 лет находимся в условиях рынка и до сих пор думаем, как нам внедрить те или иные законы, которые регулируют рынок. Само-регулирование — это очень тонкий инструмент, кото-рый регулирует отношения между бизнесом и властью, а мы пытаемся настроить его достаточно жесткими административными рычагами. И проблема не только в законах, которые регулируют данный процесс: за-быто главное звено — потребитель. Нам надо увязать: власть, бизнес и общество. Это вопрос системный, наря-ду с совершенствованием законодательства необходимо перенастроить деятельность национальных объедине-ний таким образом, чтобы была включена целевая ауди-тория — именно потребители всех уровней. Тогда система будет работать».

Значительное внимание было уделено теме борьбы с коммерциализацией СРО. По мнению М. Воловика, под-держанному другими участниками, единственный способ избавиться от этой проблемы — вовлечь потребителя, ко-торый, в свою очередь, заставит строителя (т. е. бизнес) вы-бирать, в какую саморегулируемую организацию вступать, и заставить уже саморегулируемую организацию соблю-дать законы.

Далее в ходе пленарного заседания были подняты и другие актуальные вопросы, обсуждение которых прошло в формате тематических секций.

Ирина Назарова,Ассоциация СРО «Единство»

ОРГАНИЗАТОР СООРГАНИЗАТОРЫ

iV Всероссийская научно-практическая конференция

Сравнение программ МКЭ применительно к автодорожным мостам

Венгерские специалисты З. Тейтер, Б. Сабо и А. Ютила представили на состоявшейся в мае 2013 г. в Роттердаме (Нидерланды) Международной конференции по вопросам оценки состояния, усиления и реконструкции объектов ин-фраструктуры, организованной Голландской и Бельгийской национальными группами Международной ассоциации по мостам и конструкциям (IABSE), результаты сравнения трех компьютерных программ реализации МКЭ применительно к проектируемому автодорожному мосту общей длиной 449,2 м и шириной 28 м (рис. 1) через р. Кёрёш в Венгрии.

Исследованию подвергли венгерскую программу RM Bridge, английскую LUSAS и немецкую Sofistik. Расчеты вели применительно к центральному речному пролету мо-ста длиной 98 м, представляющему собой балку Лангера (гибкая стальная арка по продольной оси моста с жесткой затяжкой, роль которой играет балка жесткости с орто-тропной плитой). Расчеты проводились с использованием венгерских стандартов и Еврокодов.

Программный комплекс RM Bridge предусматривает ис-пользование только балочных элементов. Соответствующая конечно-элементная модель показана на рис. 2, а. Досто-инством этой программы является ее хорошая приспосо-бленность к сейсмическим расчетам, вибростойкому проек-тированию и решению разнообразных задач устойчивости. Кроме того, с ее помощью можно рассматривать практиче-ские ситуации, связанные с явлениями ползучести и усадки.

Программа LUSAS основана на использовании элемен-тов в виде балок, оболочек, жестких и других типов эле-ментов. Соответствующая сетка конечных элементов пока-зана на рис. 2, б. К достоинствам этой программы относится очень большая гибкость, позволяющая решать многие типы

задач проектирования мостов, в том числе связанные с местной устойчивостью, вибрацией и т. д. Однако задачи ползучести и усадки в реальных ситуациях, в отличие от RM Bridge, решать не удается. Поэтому для решения указан-ных задач приходится прибегать к использованию метода Фритца (Fritz).

Программа Sofistik хорошо реализует МКЭ, в том чис-ле задачи ползучести и усадки элементов в виде оболочек (рис. 2, в). Единственным недостатком является отсутствие дружественного интерфейса, такого как в случае RM Bridge.

Результаты сопоставления приведены в таблице, где вар. 1 относится к RM Bridge и венгерским нормативам, вар. 2 — к программе LUSAS и тем же нормативам, а вар. 3 — к программе Sofistik и Еврокоду.

В расчетах усилий и прогибов (те и другие определя-лись в середине пролета) в качестве базового (100%) при-нят вар. 1. Результаты по вар. 1 и вар. 2 имеют расхождения в пределах 15%, а максимальные отклонения величиной 34% объясняются преимущественно использованием мето-да Фритца в вар. 2. Расчеты предела прочности и устойчи-вости также относятся к середине пролета, за исключением усилий в кабеле.

Общий вывод сводится к тому, что все три рассмотрен-ные программы пригодны для расчетов больших мостов, дают примерно одинаковые результаты, но в некоторых случаях расхождения значительны.

В. В. Космин(по материалам IABSE)

Рис. 1. Общий вид центрального пролета моста

Рис. 2. Сетка конечных элементов для программы: а – RM Bridge, б – LUSAS, в – Sofistik

ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ


АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ


АннотацияДано краткое описание этапов разработки организационно-технологических решений в транспортном строительстве с использованием методов искусственного интеллекта (экспертных систем, искусственных нейронных сетей, генетических алгоритмов).

Ключевые словаМетоды искусственного интеллекта, организационно-технологические решения в транспортном строительстве, строительный процесс.

AbstractThe author provides a brief description of the development stages of organizational and technological decisions in transport construction using methods of artificial intelligence (expert systems, artificial neural networks, genetic algorithms).

KeywordsArtificial intelligence methods, construction process, organizational and technological decisions in transport construction.

Интеллектуальные подходы к разработке рациональных организационно-технологических решений в транспортном строительствеА.В. Полянский, канд. техн. наук, доц., Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва

Разработка организационно-технологических ре-шений при строительстве транспортных объектов (ТО) практически на всех этапах предполагает решение за-дач, недостаточная формализация которых исключает применение классических методов принятия решений. Как следствие, отсутствует и возможность последующей автоматизации решения, построенной на классических математических методах. Например, отработку кон-структивного решения на технологичность более всего можно отнести к акту творчества, который практически невозможно свести к последовательности, выполняемой компьютерной программой.

Задача формирования структуры организационно-технологического решения (ОТР) также относится к труд-

ноформализуемым [1, 2]. Разработка рациональных ОТР, в основе которых лежат эффективные строительные про-цессы (СП), относится к творческим задачам, она осно-вывается на опыте, знаниях и интуиции технолога-стро-ителя (далее технолога). Математически такую задачу можно свести к поиску вариантов структур в счетных множествах с весьма значительным, хоть и ограничен-ным числом элементов. Известно, что задача поиска ре-шения является одной из самых сложных и трудоемких.

Существующие системы автоматизированной под-готовки строительного производства основываются на концепции активного взаимодействия с проектировщи-ком, т. е. разработки ОТР в режиме диалога. Практически СП создает технолог, система лишь помогает ему спра-вочными данными, оперативной информацией о про-изводстве, позволяет работать с базами данных. Такие системы хоть и облегчают труд технолога и позволяют повысить его эффективность, но не соответствуют своему названию, фактически это просто электронное рабочее место. В результате, как и раньше, СП создает технолог, основываясь на своих знаниях и опыте, что во многих случаях не позволяет спроектировать оптимальные про-цессы строительства ТО и отнимает значительное коли-чество времени для их подготовки и реализации. Бурное развитие информационных технологий повлекло за со-бой и новый виток в развитии методов и средств, позво-ляющих решать творческие задачи с помощью компьюте-ра. Наибольший интерес в данном аспекте представляют теоретические и практические достижения в области ис-кусственного интеллекта (ИИ).

Создание интеллектуальных программ и модулей для разработки ОТР позволяет заменить технолога при ре-шении многих организационно-технологических задач, а также дает возможность поиска инновационных техно-логических решений. Это достигается путем интеллекту-ализации ряда этапов разработки ОТР, сложность форма-лизации которых связана с особенностями мыслительной деятельности человека (ассоциативное мышление, уме-ние мыслить по аналогии, интуитивный выбор и т. д.). Развитие ИИ дает такие новые инструменты для решения данных задач, как искусственные нейронные сети (ИНС), генетические алгоритмы (ГА), экспертные системы (ЭС), гибридные системы.



Благодаря интеллектуальным технологиям стало возможно разрабатывать ОТР в комплексе, начиная с ге-нерации СП и заканчивая его многокритериальной опти-мизацией с использованием накопленных знаний и опыта в транспортном строительстве. Математическое модели-рование с применением методов ИИ в значительной сте-пени устраняет разрывы между объективной потребностью в рациональных ОТР, глубиной и оперативностью их разра-ботки, вычислительными возможностями специалистов и средствами инженерного труда, имевшимися ранее в их распоряжении. Становится реальной возможность опера-тивной корректировки ОТР в процессе выполнения работ, т. е. совершения своеобразного «технологического ма-невра» с целью максимального обеспечения требований проекта ТО и рентабельности подрядной организации. Для этого целесообразно использовать некоторые поло-жения системотехники в строительстве. Использование системотехнического подхода как главной методической основы для создания математических моделей позволи-ло выделить этапы разработки ОТР, предполагающие не только вычислительные процедуры, но и логические, близкие человеческому мышлению. Таким образом, были выделены этапы, для разработки которых возможно при-менение интеллектуальных технологий: разработка СП, решение задачи ресурсного обеспечения СП, формиро-вание структуры ОТР, оптимизация СП, синтез ОТР.

На рисунке представлена схема, отражающая по-следовательность формирования ОТР при возведении ТО с использованием методов ИИ. Синий цвет блока по-казывает современные состояние и подход к изучаемой проблеме; блоки красного цвета отражают задачи, ре-шаемые в рамках интеллектуализации организационно-технологической подготовки строительства. В блоках, отмеченных зеленым цветом, показаны применяемые для решения поставленных задач технологии ИИ.

Этап разработки СП основан на применении ЭС про-дукционного типа. Здесь продукционные модели, ос-нованные на правилах и позволяющие представлять знания в виде условий, являются образцом для поиска в базе знаний (БЗ), и основой для действий, выполня-емых при успешном исходе поиска [3]. Отличительной особенностью предлагаемой интеллектуальной модели БЗ для проектирования СП возведения ТО является то, что правила вывода, используемые в продукциях, осно-ваны на закономерностях трех видов: технологических, системных и организационных зависимостях. Исходя из принципа декомпозиции процедуры формирования ОТР, особенностей конструктивно-технологических реше-ний (КТР) и в соответствии с логикой формирования СП продукционные модели представлены на уровнях комплексного технологического (КТП) и простого про-цессов (ПП).

Рис. Функциональная схема разработки ОТР при возведении ТО



Решение задачи ресурсного обеспечения СП предпо-лагает использование ИНС, обучаемой по алгоритму об-ратного распространения ошибки. Здесь осуществляется выбор наиболее эффективного вида ресурсов (исполни-тели и технические средства) для каждого элемента про-цесса на уровне КТП или ПП.

На этапе формирования структуры ОТР и оптими-зации СП применяются различные методы ИИ: вероят-ностно-рекуррентные и гибридные рекуррентные ИНС с элементами нечеткой логики [4, 5]. Выбор метода осу-ществляется в соответствии с принятым КТР, рассчитан-ным объемом работ и схемой (многовариантным сетевым графом) СП возведения ТО. Применение такого подхода обеспечивает получение оптимального (рационального) варианта СП на уровне ПП.

Этап синтеза ОТР основан на использовании механиз-мов эволюционной оптимизации, в частности генетиче-ского метода комбинирования эвристик (ГМКЭ), в основе которого лежит ГА [5]. В результате формируется кален-дарный график с учетом оптимального распараллелива-ния работ и распределения ресурсов на уровне ПП.

Теоретическое исследование и практическая реали-зация рассмотренных этапов осуществляются с использо-ванием пакетов расширения среды математического мо-делирования и технических вычислений Matlab — Neural Network Toolbox и Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox, а также модулей интеллектуальной аналитиче-ской системы (ИАС) «Интенция», предназначенной для разработки ОТР в транспортном строительстве.

Современные инструменты искусственного интел-лекта позволяют имитировать рассуждения человека, выполнять интуитивный выбор и распознавать информа-цию. Использование каждого из них по отдельности уже позволяет эффективно решать многие задачи строитель-ного проектирования. Однако их совместное использо-вание может дать еще больший импульс в продвижении к полной автоматизации организационно-технологиче-ского проектирования и реализовать давнюю мечту ин-женеров и технологов о комплексной автоматизирован-ной подготовке транспортного строительства.

Литература1. Автоматизированное проектирование организации строительства железных дорог / под ред. С. П. Першина. — М.: Транспорт, 1991.2. Мастаченко В. Н. Применение методов искусственного интеллекта в решении строительных задач. — М.: Маршрут, 2007.3. Гаврилова Т. А. Базы знаний интеллектуальных систем / Т. А. Гаврило-ва, В. Ф. Хорошевский. — СПб.: Питер, 2000.4. Люгер Дж. Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы ре-шения сложных проблем: пер. с англ. — 4-е изд. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.5. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И. Д. Рудинского / Д. Рутковская, Л. Пилиньский, Л. Рутковский. — М.: Горячая линия — Телеком, 2006.

Для связи с автором:Алексей Викторович Полянский, 8 (916) 634–73–17, [email protected]

Владимир Давидович Казарновский Заслуженному деятелю науки и техники РФ, Почетному строите-лю России, доктору технических наук, профессору, академику Рос-сийской академии транспорта и Международной академии транс-порта Владимиру Давидовичу Казарновскому 5 октября испол-нилось 80 лет.

В. Д. Казарновский родился в 1934 г. в г. Загорске Московской области. Окончил в 1956 г. МАДИ — инже-нер путей сообщения по специальности «Автомобильные дороги».

Трудовую деятельность начал прорабом Мособ-лдорстроя. В 1958–1961 гг. — аспирант МАДИ. С 1961 по 2011 гг. работал в СоюздорНИИ, пройдя путь от младше-го научного сотрудника до заместителя директора ин-ститута по научной работе. С 1986 по 1989 гг. заведовал кафедрой «Инженерная геология и геотехника» МАДИ.

Наибольший вклад проф. В. Д. Казарновский внес в исследования вопросов, связанных с дорожным освое-нием сильно заболоченных территорий нефтегазоносных районов Западной Сибири, защитой дорог от оползневых процессов, а также применением геотекстиля и геопла-стиков в дорожном строительстве.

Владимир Давидович — автор более 300 научных работ. Разработчик основных нормативно-технических документов по дорожному строительству в части земля-ного полотна и конструкции дорожных одежд. В течение многих лет является председателем научно-экспертного совета при Межправительственном совете дорожников СНГ, членом Президиума Российского общества по меха-нике грунтов, геотехники и фундаментостроению; Науч-ного совета по инженерной геологии РАН, Ученого совета Росдорнии, диссертационного совета ВАК при МАДИ; ре-дакционного совета журнала «Наука и техника в дорож-ной отрасли».

За научно-педагогическую и общественную деятель-ность В. Д. Казарновский награжден орденом «Знак По-чета», двумя медалями СССР. Почетный транспортный строитель, Почетный дорожник России, Почетный дорож-ник Беларуси, Почетный дорожник СНГ, Почетный работ-ник транспорта.

В настоящее время Владимир Давидович продолжа-ет трудовую деятельность в качестве заместителя гене-рального директора по науке «Центра стратегических автодорожных исследований» ЗАО «ЦАДИ».


Коллеги по совместной работе, Редакционный совет и редакция журнала поздравляют Владимира Давидо-вича с юбилеем, желают ему крепкого здоровья, новых творческих побед!

ДОРОЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО


АннотацияРассмотрен расчетно-экспериментальный анализ поведения стоек дорожного тросового ограждения при ударе автомобиля с учетом работы грунта. Показано, что разработанные модели метода конечных элементов (МКЭ) с применением расчетного комплекса MSC. Nastran в нелинейной постановке позволяют подробно проанализировать работу грунта и стойки при ударе, обоснованно выбрать параметры всего узла стойки как при непосредственной установке в грунт гильзы, так и при наличии бетонного фундамента. Использованный подход может быть применен также для анализа работы стоек барьерных ограждений.

Ключевые словаГрунт, дорожное ограждение, метод конечных элементов (МКЭ), стойка ограждения, трос, удар.

AbstractThe article presents the experimental and calculated behavior analysis of road barrier posts after collision with car considering soil interaction. The authors demonstrate, that the models developed with the use of the finite element method and the computer-aided engineering program MSC.Nastran in the nonlinear mode allow to analyze in details the interaction of soil and post during collision, to choose reasonably parameters for the whole post unit while mounting not only on soil, but also on the concrete foundation. This approach can be used for the behavior analysis of guard rail.

KeywordsFinite element method (FEM), impact, post, road barrier, soil, wire rope.

Моделирование наезда автомобиля на стойку дорожного огражденияИ.В. Демьянушко, д-р техн. наук, проф., И.А. Карпов, асп., Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Москва

Среди всех видов дорожно-транспортных происшествий (ДТП) наиболее опасными являются лобовые столкновения автотранспортных средств (АТС) и съезды автомобилей с проезжей части. Одним из эффективных способов сниже-ния тяжести такого рода ДТП является установка дорож-ных удерживающих ограждений. Современные дорожные удерживающие ограждения должны выполнять две основ-ные функции. Во-первых, в процессе наезда они должны изменять траекторию транспортного средства, предотвра-щая его столкновение с АТС, движущимся во встречном на-правлении, или предотвращать его съезд с дороги и воз-вращать на свою полосу движения. Во-вторых, они должны поглощать часть кинетической энергии АТС, тем самым уменьшая силы, воздействующие на автомобиль в процес-се удара и, как следствие, снижать риск получения травм

и смертельных исходов при аварии. Степень выполнения дорожным ограждением этих двух основных функций за-висит от его конструкции.

В отечественной практике дорожного строительства наиболее широко применяются так называемые барьерные дорожные ограждения, представляющие собой волноо-бразно изогнутую в сечении тонкостенную металлическую балку, закрепленную на стойках, забиваемых в грунт или дорожное полотно (рис. 1, а). В то же время за рубежом (США, Канада, Австралия, Скандинавские страны) уже более 15 лет широкое распространение имеют тросовые системы дорож-ных ограждений, которые начали использовать и в России. Этот опыт описан в [1], вид типичного тросового ограждения показан на рис. 1, б. Тросы также закреплены на стойках, од-нако в работе этих двух конструкций дорожных ограждений при наезде на них автомобиля, а также в конструкции стоек и их работе имеются принципиальные отличия.

Балка барьерного ограждения при ударе автомобиля работает, в основном, на изгиб, при этом стойки также на-гружаются поперечными усилиями и их жесткость является важной составляющей при оценке динамического прогиба всей конструкции. При ремонте после удара вся конструк-ция барьерного ограждения в зоне удара подлежит замене. Поврежденные стойки заново забиваются в грунт, произ-водятся необходимые сварочные и слесарные работы. Ис-пытания стоек проводятся по стандарту MASH [2] путем наезда тележкой с цилиндрическим ударным элементом, расположенным по высоте на среднем уровне бампера ав-томобиля (динамические испытания) или нагружением че-рез трос гидроцилиндром (статическое нагружение).

При наезде автомобиля на тросовое ограждение в свя-зи с предварительным натяжением тросов, которое [1] со-ставляет не менее 2 т, тросы, работающие в основном на

Рис. 1. а — Вариант барьерного металлического дорожного ограждения; б — вариант тросового дорожного ограждения



растяжение, поглощают значительную часть энергии удара. Последнее обеспечивает большую безопасность при наез-де АТС и значительно более низкие статистические показа-тели по опасным последствиям в ДТП.

Стойки тросового ограждения, свободно стоящие в за-крепленных в основании (грунте или фундаментах) полых тонкостенных гильзах, предназначены только для под-держания тросов (рис. 1, б). Они не должны быть излишне жесткими на изгиб и оказывать существенное сопротивле-ние поперечной нагрузке, возникающей при ударе авто-мобиля о тросы между стойками. В случае контакта непо-средственно с автомобилем они создают незначительное сопротивление его движению, что также не приводит к до-полнительным нагрузкам на автомобиль.

Выбор конструкции стоек, конфигурации и размеров ограждений существенен для их проектирования, оценки жесткости, а также всей работы ограждений. Кроме того, конструкция стоек определяет стоимость ограждения и его ремонтопригодность. Так, после наезда автомобиля на тросовое ограждение стойки должны либо выскакивать из гильз, либо гнуться или ломаться в сечении на уровне земли, так чтобы не повреждались фундаменты и гильзы. В этом случае обеспечивается минимальная рабочая шири-на ограждения и ремонт поврежденного при наезде участ-ка ограничивается только заменой поврежденных стоек и перенатягиванием тросов [1]. На рис. 2 показан пример неудачной установки стоек тросового ограждения при на-турных испытаниях. Установка фундаментов стоек произво-дилась в увлажненный слабый грунт, и при наезде автобу-са стойки вместе с фундаментами получили недопустимое смещение по отношению к уровню земли. Это не сказалось значительно на удерживающей способности ограждения, но привело к снижению показателя ремонтопригодности.

До настоящего времени в отечественной практике про-ектировочная оценка стоек проводилась только для жест-ких стоек барьерных ограждений с использованием соот-ношений Г. И. Глушкова [3] и эмпирических зависимостей, предложенных В. И. Шестериковым. Точность такого под-хода естественно ограничена узким диапазоном имеющих-ся экспериментальных данных.

В настоящей статье приведен расчетно-эксперимен-тальный анализ поведения стоек дорожного тросового ограждения при ударе. Для расчетного анализа разрабо-таны модели метода конечных элементов (МКЭ). Однако использованный подход легко применим и для анализа ра-боты стоек барьерных ограждений.

Так как гильза со стойкой находится в грунте, рабочие параметры системы гильза–стойка–грунт во многом будут определяться именно грунтом. Характеристики грунта су-щественно зависят от климатических условий, географиче-ского положения и других факторов. Поэтому для каждой конструкции стоек необходимо проводить испытания для большого количества грунтов. Для того чтобы узнать рабо-чие характеристики стойки без проведения дорогостоящих натурных испытаний, была смоделирована система стойка–гильза–грунт с применением решателя Sol 700 программного комплекса инженерного анализа MSC.Nastran, основанно-го на методе конечных элементов (МКЭ) [4]. В состав ком-плекса входит программа МКЭ расчета на удар: LS-DYNA. Конечно-элементная (КЭ) модель стойки (см. рис. 3, а) яв-ляется одним из наиболее важных компонентов системы.

В процессе удара стойка претерпевает значительные пластические деформации, и модель материала, которым описывается стойка, должна это учитывать. Потому для моделирования может использоваться кусочно-линейный материал, имеющий в комплексе Nastran обозначение MATD024.

Также важным компонентом системы является модель грунта. В случае удара грунт претерпевает существенные пластические деформации, поэтому линейные модели грунта не будут соответствовать его реальному поведению. Одной из наиболее простых и эффективных в использова-

Рис. 2. Выход фундамента с гильзой и стойкой из грунта при слабом водонасыщенном грунте

Параметр Название параметра Вид испытания

G Модуль сдвига Одноосное сжатие

BULK Объемный модуль упругости

Гидростатическое сжатие

A0, A1, A2 Параметры поверхности текучести

Трехосное сжатие

PC Трехосное сжатие

Таблица. Параметры материала MATD005 в комплексе Nastran Sol 700

Рис. 3. КЭ модель: а — стойки, б — грунта, в — гильзы

а б в



нии является модель ма-териала с обозначением MATD147. Этот материал разрабатывался специ-ально для моделирования ударных взаимодействий грунта и дорожных кон-струкций. Его основным достоинством является то, что, несмотря на не-линейную постановку, требуемые для модели параметры совпадают с основными параметра-ми механических свойств грунтов (угол внутреннего трения, удельное сцепле-ние и т. д.) и поэтому могут быть найдены в справоч-

никах. Недостаток этой модели заключается в том, что она остается стабильной только при небольших деформациях. В случаях, когда возникает необходимость моделирования грунтов с большой степенью деформации, целесообразно использовать материалы, имеющие обозначения MATD005 (Soil and foam material), MATD016 (Pseudo tensor material), MATD025 (Geologic cap material). Эти материалы остают-ся стабильными и в случае больших деформаций, но для определения их параметров необходимо проведение таких испытаний конкретного грунта, как одноосное сжатие, ги-дростатическое сжатие, трехосное сжатие. Параметры, не-обходимые для материала MATD005, и способы их опреде-ления приведены выше в таблице.

Внешний вид КЭ модели грунта (аналогичная модель применяется для моделирования фундамента стойки) по-казан на рис. 3, б; здесь использованы объемные КЭ. Раз-меры модели цилиндрического типа, использованные в расчете, с учетом цилиндрической формы гильзы: диа-метр — 300 мм, высота — 1000 мм — могут варьировать-ся в зависимости от глубины установки гильзы. Если вме-сто грунта рассматривается бетонный фундамент, высота модели соответствует высоте фундамента, а свойства — свойствам бетона.

Как было отмечено ранее, стойки тросовых ограждений устанавливаются в специальную гильзу (рис. 3, в), которая за-тем вставляется непосредственно в грунт или заливается бе-тоном. Характеристики материала гильзы и стойки чаще всего одинаковы, поэтому здесь они моделировались одинаково.

Общая КЭ модель системы помимо описанных элементов содержит ударник. Удар осуществляется цилиндрическим (D = 130 мм) абсолютно твердым телом. Ударник должен как можно более точно отражать поведение автомобиля при ударе в ограждение. Поэтому высоту удара выбирают на уровне бампера автомобиля, а скорость удара — равной поперечной составляющей скорости автомобиля.

Общий вид модели системы, включающий все перечис-ленные компоненты, представлен на рис. 4.

Одним из результатов расчета является график пере-мещений грунта и гильзы по времени, из которого можно определить их перемещения на нулевом уровне, что явля-ется одной из основных целей расчета. Типичный вид тако-го графика показан на рис. 5.

Не менее важная зависимость — это изменение вну-тренней энергии (энергии, поглощаемой конструкцией при ударе) во времени. На рис. 7 показан вид этой зависимости для стойки и грунта при ударе о стойку бойка, имитирующе-го удар по стойке бампера автомобиля массой 1 т, едущего со скоростью 20 км/ч. Этот показатель является эффективным критерием, по которому можно сравнивать работу стоек раз-личных конструкций, установленных в грунт разными спо-собами.

Для проверки точности модели была проведена серия натурных испытаний, которые заключались в следующем: к стойке, установленной в грунте, крепился трос, создавав-ший статическое усилие. Стойки нагружались до образо-вания пластического шарнира или разрушения. В процес-се испытания снимались следующие показания: усилие на тросе и перемещения грунта.

На рис. 7, а, б показаны некоторые фотографии испы-таний и результаты соответствующего расчетного модели-рования. При сопоставлении результатов работы модели

Рис. 4. Общий вид модели

Рис. 5. График перемещений грунта (красный) и гильзы (зеленый) по времени

Рис. 6. График изменения внутренней (поглощаемой) энергии от времени (грунт – зеленая кривая, стойка – коричневая)



и результатов натурных испытаний выяснилось, что мак-симальная погрешность в усилиях составляет 15,8%, а по-грешность перемещений — 8%.

Приведенные результаты и сравнение с эксперимен-том показали, что современный универсальный комплекс инженерного анализа MSC.Nastran, реализующий МКЭ,

Рис. 7. Вид стоек (а) и (б) после испытаний и соответствующих расчетных моделей

позволяет достаточно точно моделировать поведение стойки при ударе с учетом нелинейности грунта. Важ-ным результатом анализа является возможность такого подбора параметров узла стойка–гильза–грунт, кото-рые позволят свести к минимуму затраты при ремонте ограждения после наезда и увеличить его энергопогло-щающую способность. Важно также, что разработки этих КЭ моделей, работоспособность которых подтверждена экспериментально, позволяют провести анализ работы стоек тросовых ограждений, у которых гильзы установ-лены в бетонный фундамент, а также стоек барьерных ограждений, дорожных знаков и других аналогичных конструкций.

Литература1. Демьянушко И. В. Устройство тросовых ограждений / И. В. Демьянушко, И.А Карпов, А. Г. Общев // Автомобильные дороги. — 2013. — № 3. — С. 57–64.2. Memorandum US Department of Transportation Federal Highway Administration, USA, November 20, 2009 MASH (Manual for Assessing Safety Hardware — Инструкции для оценки безопасности дорожных ограждений, США).3. Глушков Г. И. Расчет сооружений, заглубленных в грунт. — М.: Стройиз-дат, 1977.4. MSC.Software. Виртуальная разработка изделий — технологии XXI века. — The MSC Software Corporation, 2006.

Для связи с авторами:Ирина Вадимовна Демьянушко, 8 (499) 155–03–03, [email protected], Илья Анатольевич Карпов, 8 (499) 155–08–48

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ


АннотацияПроанализированы причины возникновения поперечных горизонтальных деформаций армогрунтовых высоких насыпей. Также впервые обобщен метод расчета таких деформаций.

Ключевые словаАрмирование, высокая насыпь, георешетка, ползучесть, поперечные горизонтальные деформации, растяжение.

AbstractThe article analyses the reasons of transverse horizontal deformations in high reinforced ground railway embankments and gives an original generic method for their computing.

KeywordsCreep, high embankment, reinforcement, tension, transverse horizontal deformations.

Опыт учета поперечных горизонтальных деформаций при проектировании армогрунтовых конструкций на железных дорогах КНРА.А. Пиотрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, Су Да, асп., Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), Хабаровск, Ян Гуанцин, д-р техн. наук, проф., институт «Строительство» Шицзячжуанского железнодорожного университета, Шицзячжуан (КНР)

С развертыванием железнодорожного строительства в горных условиях в КНР увеличилась доля высоких насы-пей высотой более 10 м с крутыми откосами. Такие насыпи необходимы для решения рельефной проблемы, уменьше-ния площади земли, занятой объектами, и объемов земля-ных работ. Большая высота и крутой откос диктуют высокие требования к обеспечению устойчивости сооружения.

Для стабилизации и усиления земляного полотна же-лезных дорог в мировой практике применяются армогрун-товые конструкции, которые улучшают физико-механиче-ские свойства грунта за счет сил взаимодействия между армирующими элементами и грунтом заполнителя [2–4]. В отраслевых нормах проектирования КНР имеется ограни-чение по высоте одноступенчатой армогрунтовой подпор-ной стены — не более 10 м. Для проектирования сооружений большей высоты требуется повышение надежности проект-ных решений за счет совершенствования расчетной базы.

Построенные армогрунтовые подпорные сооружения с применением геоматериалов демонстрируют, что акту-

альной проблемой стали поперечные горизонтальные де-формации (ПГД), для учета которых отсутствует общий ме-тод расчета [2–4].

Для обоснования и проверки результативности теоре-тических положений по расчету ПГД использовались дан-ные мониторинга испытательного объекта конструкции «Армированная георешетками высокая насыпь с монолит-ной железобетонной облицовкой в единстве сетконов и ан-керов» (рис. 1).

Объект построен в 2004 г. на ж. д. «Ганьлун» (Гань-чжоу — Лунъянь Лунянь) в КНР на участке ПК144+130 — ПК144+165. Армированная насыпь разделена на две ча-сти — верхнюю и нижнюю. Высота верхней части — 7,5 м, заполнитель в ней — глинистый грунт. Применены одноос-ноориентированные георешетки из высокопрочного полиэ-тилена (HDPE) марки EG65R. Ширина георешеток — 2,5 м, шаг по высоте — 0,4 м, высота нижней части — 4,7 м, за-полнитель — щебенистый грунт. Применяются однонаправ-ленные георешетки из HDPE марки EG130R. Ширина георе-шеток — 2,5 м, шаг по высоте — 0,5 м.

В приведенном объекте для усиления монолитности армогрунтовой конструкции применены анкеры и сетконы. Анкеры длиной 2,5 м выполнены из арматурных стержней. Сетконы (синтетические сетчатые контейнеры) первона-чально разрабатывались как технологичный способ соору-жения фильтрующих насыпей [5, 6]. Впоследствии они бла-

Рис. 1. Схема испытательного объекта конструкции «Армированная георешетками высокая насыпь с монолитной железобетонной облицовкой в единстве сетконов и анкеров»



гополучно использовались для защиты грунтовых откосов от эрозии и абразии. Также они применяются в качестве эффективных удерживающих сооружений.

С целью обобщения метода расчета были проанализи-рованы и определены факторы, которые вызывают ПГД. Далее исследован метод расчета ПГД с учетом каждого влияющего фактора. В итоге на основании результатов мо-ниторинга проверен комплексный метод расчета ПГД для приведенного типа армогрунтовой комбинированной кон-струкции.

Рассматривая армированную насыпь как армогрунто-вую подпорную стену, с целью анализа ПГД можно раз-делить поперечный разрез армированной насыпи на сле-дующих пять зон (рис. 2), которые считаются источниками поперечных горизонтальных деформаций конструкции:

зона А — активная зона, где георешетки функциониру-ют с максимальной активностью;

зона Б — зона анкеровки, где георешетки выполняют функцию удерживания тела армированного грунта зоны А;

зона В — зона неармированного грунта, из которой действует боковое давление на тело армированного грунта;

зона Г — зона основания, изменение несущей способ-ности которой непосредственно влияет на устойчивость тела грунта над ней;

зона Д — зона облицовки, в которой проявляются ре-зультаты ПГД.

Суммарные ПГД конструкции складываются из следую-щих трех элементов: деформации растяжения георешеток, горизонтальной деформации армированного грунта, де-формации ползучести георешеток. Далее рассматриваются основные положения расчета каждого вида ПГД.

1. Расчет деформации растяжения георешетокВ активной зоне (А) и зоне анкеровки (Б) при взаимо-

действии между георешетками и грунтом напряжение

сдвига грунта вызывает растягивающие напряжения в ар-мирующих элементах. Деформация растяжения геореше-ток является основной частью ПГД армированных насыпей и вычисляется по формуле:

, (1)

где Wе — деформация растяжения георешеток, м;x — горизонтальное расстояние от облицовки, м;z — глубина от верха насыпи, м;T (x, z) — сила растяжения георешеток там, где гори-

зонтальное расстояние от облицовки х, глубина от верха насыпи z, кН;

L — длина георешеток по горизонту, м;Аr — площадь разреза растянутых ребер георешеток, м 2;Er — модуль упругости при растяжении ребер георе-

шеток.Кривая деформации под воздействием нагрузки

у георешеток обычно отражается диаграммой «двой-ных кривых» в технической характеристике изделия. Т.е.

, где E0 — начальный модуль упругости при растяжении георешеток; Tult — сила растяжения георе-шеток единичной ширины при обрыве.

Распределение сил растяжения георешетки приведено на рис. 2. Допустим, что сила растяжения Т на концах гео-решеток в теле грунта равна нулю. По длине георешетки изменение сил растяжения растянутых ребер принимается линейным: от облицовки (сила растяжения георешетки на облицовке — Tf) до потенциальной плоскости разрушения (сила растяжения на данной плоскости — Tmax), далее от потенциальной плоскости разрушения до конечной сторо-ны георешеток (сила растяжения Т = 0).

Согласно результатам исследования [1] для жестких растянутых ребер георешеток:

. (2)

После преобразований (1) с учетом изложенного полу-чим следующую формулу расчета деформации растяжения георешеток:

, (3)

где L — длина растянутой георешетки, которая выра-жается следующей суммой (рис. 2):

, (4)

где La — длина растянутой георешетки в активной зоне, м;

Рис. 2. Схема разделения поперечного разреза армированной георешетками насыпи с эпюрой растягивающих усилий Т(x, z): А, Б, В, Г, Д – зоны происхождения ПГД



Lb — длина растянутой георешетки в зоне анкеровки, м.Примем

.

Тогда после преобразований

. (5)

2. Расчет горизонтальной деформации телаармированного грунтаЕсли рассматривать армированную насыпь как грави-

тационную подпорную стену, то боковое давление грунта за стеной распределяется по треугольной форме. А рассма-тривая армированную насыпь как консольную балку, можно вычислять ее ПГД, вызванную чистым изгибающим и сдви-гающим действием под воздействием нагрузки в треуголь-ной форме (рис. 3 и 4). ПГД насыпей, вызванные такой на-грузкой, определяются как сумма деформаций от чистого изгиба Wb и чистого сдвига Wх:

. (6)

ПГД насыпи, вызванная чистым изгибом (рис. 3), выра-жается следующей формулой [5]:

, (7)

где Е — модуль упругости консольной балки, Н/мм 2;k0 — коэффициент статического давления грунта;γ — объемный вес наполнителя за армированным те-

лом (зона В на рис. 2), кН/м 3;H — высота армированной насыпи, м;z — глубина от верха насыпи, м.

Выражение для определения ПГД от чистого сдвига Wx имеет следующий вид [5]:

. (8)

3. Расчет горизонтальной деформации подпорнойстены, вызванной ползучестью растянутых ребергеорешетокКогда определенное усилие действует на растянутые

ребра георешеток, их ползучесть отражается на ПГД арми-рованных насыпей. Однако в настоящее время нет ни одно-го простого метода для анализа деформации ползучести. Существующие методики для решения данного вопроса основываются преимущественно на методе «конечных эле-

ментов» и сложных моделях армогрунтовых конструкций. Зачастую результаты расчетов по этим методикам не со-впадают с данными испытаний [1]. Поэтому необходимо раз-работать упрощенный метод для анализа деформации пол-зучести георешеток, обеспечивающий хорошую сходимость с результатами мониторинга построенных сооружений.

Для анализа ползучести растянутых ребер георешеток применяется одномерная модель, в соответствии с которой возникает деформация ползучести по горизонту. Допустим, что растянутые ребра георешеток находятся в упруго-пла-стичном состоянии, их деформации ползучести происходят в активной зоне и зоне анкеровки. Согласно соотношению между напряжением, деформацией и временем, выра-женному изохронной кривой ползучести, можно прогно-зировать характеристики георешеток по времени под воз-

Рис. 3. Горизонтальная деформация консольной балки под воздействием чистого изгиба

Рис. 4. Горизонтальная деформация консольной балки под воздействием чистого сдвига



действием нагрузки. Если удастся выразить изохронную кривую ползучести математической формулой, то можно в ней создать модель георешеток.

Обычно изохронные кривые ползучести разных типов георешеток сходятся. Причем их можно выразить общей математической формулой:

, (9)

где T — сила растяжения, действующая на единичную длину георешеток;

φ (ε) — функция деформации, представляющая только форму изохронной кривой ползучести, , в том числе с1, с2 — постоянные числа; ε — деформация ползуче-сти георешеток единичной длины;

θ (t) — функция времени, , в том числе α и β — параметры модели.

Тогда , (10)

где t — продолжительность действия нагрузки георе-шеток; β = 0,1, причем α, с1, с2 — положительные.

Деформация ползучести георешеток единичной длины выражается по следующей формуле:

. (11)

Учитывая изложенное, получим выражение для ПГД ар-могрунтовых насыпей, вызванной ползучестью растянутых ребер георешеток:

. (12)

ПГД армированных георешетками высоких насыпей железных дорог равна сумме деформаций вышеприве-денных видов. Надо подчеркнуть, что относительное перемещение между георешетками и грунтом имеет определенное влияние на ПГД. Учитывая сложное взаи-модействие между георешетками и грунтом, подробный метод расчета деформации этого вида требует дальней-шего исследования.

С использованием датчиков и приборов (см. рис. 1), установленных в теле испытательного объекта, был прове-ден мониторинг ПГД как в теле насыпи, так и на облицовке. Отклонение данных расчета от результатов мониторинга составило не более 15% (рис. 5), что допускается при про-ектировании подобных конструкций [3, 4].

Метод расчета ПГД был принят для проектирования армированных георешетками высоких насыпей Инсти-тутом изыскания и проектирования № 4 при Китайской строительной компании железных дорог (г. Ухань, КНР)

для проектирования комбинированного удерживающего сооружения на параллельной линии ж. д. Ганьлун (г. Гань-чжоу — г. Лунъянь).

С применением приведенного метода расчета можно эффективно решать проблемы учета ПГД на этапе проек-тирования армированных георешетками высоких насыпей. Также подтверждено, что высота одноступенчатой армо-грунтовой подпорной стены может превышать 12 м.

Литература1. Yang Guangqing. Study on the horizontal deformation of reinforced retaining walls of soils / Yang Guangqing, Zhou Minjuan, Zhang Baojian // Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. — 2005. — № 7 — P. 1248–1251.2. Жорняк С. Г. Армогрунтовые конструкции из крупноблочных элементов для автодорожного и железнодорожного строительства / С. Г. Жорняк, Б. В. Сакун, А. В. Тяпочкин // Транспортное строительство. — 2011. — № 8 — С. 16–19.3. Распоряжение ОАО «РЖД» от 04.10.2012 № 1975р «Об утверждении и вве-дении в действие «Инструкции по применению армогрунтовых конструкций для стабилизации и усиления земляного полотна железнодорожного пути»ОДМ 218.2.027–2012. Методические рекомендации по расчету и проектиро-ванию армогрунтовых подпорных стен на автомобильных дорогах.4. Пиотрович А. А. Новая технология сооружения фильтрующих насыпей / А. А. Пиотрович, С. М. Жданова, В. В. Воронин // Путь и путевое хозяй-ство. — 2003. — № 10. — С. 32–34.5. Федоренко Е. В. Современные геотехнологии в строительстве: учеб. по-собие. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009.

Для связи с авторами:Алексей Анатольевич Пиотрович 8 (4212) 40–76–01, [email protected]

Рис. 5. Сопоставление результатов расчета и мониторинга по ПГД на облицовке объекта через 16 месяцев после окончания строительства


НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ

АннотацияРассмотрены вопросы выбора параметров геосинтетических материалов для численного моделирования транспортных сооружений. Мощные вычислительные геотехнические комплексы позволяют определять напряженно-деформированное состояние и устойчивость грунтовых сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе с применением геосинтетических материалов. Однако, учет геосинтетических армирующих прослоек, в виду их нелинейного поведения, требует специального подхода и дальнейшего совершенствования.

Ключевые словаГеосинтетические материалы, геотехническое моделирование, программное обеспечение, расчеты устойчивости.

AbstractThe article deals with the selection of parameters of the geosynthetics for numerical modeling of transport works. Powerful computing geotechnical complexes allow to determine the stress-strain state and stability of any soil structures in complex engineering-geological conditions of any complexity, including the use of the geosynthetics. However, consideration of geosynthetic reinforcement layers, due to their non-linear behavior, requires a special approach and improvement.

KeywordsGeosynthetics, geotechnical modeling, software, stability calculations.

Принципы моделирования геосинтетических материалов при расчетах устойчивости численными методамиЕ.В. Федоренко, канд. геол.-мин. наук, гл. инж., Т.С. Вавринюк, инж.-геотехник, «МИАКОМ Инжиниринг», Санкт-Петербург

Приведенные в отечественных нормативных докумен-

тах методы расчета устойчивости армированных геосин-

тетическими материалами откосов имеют ряд недостат-

ков. В основе расчетов лежит определение оползневого

давления и, в зависимости от дефицита удерживающих

сил, подбор армирующей прослойки требуемой прочно-

сти. Дополнительно производится расчет необходимой

величины заделки исходя из условий сопротивления вы-

дергиванию [1].

Существенным недостатком такого подхода являет-

ся то, что свойства сырья геоматериала не учитываются.

Основными видами сырья для геосинтетических матери-

алов служат полипропилен PP, полиэфир (полиэстер) PET

и полиэтилен PE. Если сравнить два материала с одина-

ковой прочностью при разрыве, например полипропиле-

новую георешетку с прочностью 40 кН/м и полиэтиле-

новую георешетку с такой же прочностью на разрыв, то

окажется, что они имеют различную величину удлинения.

Относительное удлинение 2% достигается у георешетки

из полипропилена (PP) при нагрузке 14 кН, а из полиэ-

тилена (PE) — при 11 кН/м, т. е. при растягивающих уси-

лиях в армированной конструкции 14 кН/м георешетка

из полипропилена длиной 1 м удлинится на 2 см, а ана-

логичная из полиэтилена — на 3–4 см. Для одних кон-

струкций это может быть незначительная величина, для

других — предельно допустимая, приводящая к разру-

шению. Особенно опасны случаи, когда растягивающие

усилия близки к разрывной прочности геоматериала, по-

скольку деформации удлинения армирующей прослойки

могут достигать 10–15 см. На рис. 1 наглядно продемон-

стрировано разнообразное поведение геосинтетических

материалов из различных видов сырья.

Следует различать сырье по склонности к ползуче-

сти. Так, жесткий полипропилен, хорошо работающий

при непостоянно действующих и небольших нагрузках

Рис. 1. Характер поведения различных материалов под нагрузкой



(например, в дорожных одеждах), нельзя применять

в конструкциях насыпей на слабых основаниях и под-

порных армогрунтовых структурах. Георешетка из поли-

пропилена (РР) при постоянно действующей нагрузке бу-

дет удлиняться (геоматериалы из полипропилена имеют

склонность к ползучести), что приведет к разрушитель-

ным деформациям конструкции. В таких случаях следует

использовать геосетки из полиэфира, неползучие и име-

ющие высокую прочность — до 1000 кН/м.

Добавление прослойки существенно изменяет прин-

цип расчета устойчивости, в уравнение равновесия до-

бавляется дополнительная величина, относящаяся

к удерживающим силам. Однако специфические особен-

ности геосинтетических материалов вносят свои коррек-

тивы в такую постановку решения. Критерием разруше-

ния армированного сооружения могут быть три случая:

– разрыв армирующей прослойки (определяется ее

прочностью);

– вытягивание прослойки из сползающего массива

или неподвижной части при недостаточной длине ан-

керной части (определяется условиями взаимодействия

прослойки и грунта);

– большое удлинение геосинтетического материала,

критическое для армогрунтового сооружения (определя-

ется свойствами сырья).

Учитывая перечисленные критерии, необходимо вы-

полнять проверку всех трех условий. Следует определить

растягивающие усилия в уровне, где геосинтетическая

прослойка пересекает поверхность скольжения, затем

проверить, насколько близки полученные значения «уд-

линение–сила» к исходному графику «нагрузка–дефор-

мация» принятой марки геоматериала. Сложность для

выполнения таких расчетов «вручную» представляет

определение положения поверхности скольжения. По-

сле добавления каждого армирующего слоя необходимо

пересматривать положение поверхности смещения [2].

Современные геотехнические программные комплек-

сы позволяют учитывать множество параметров и выпол-

нять расчеты без искусственного разделения на группы.

Однако разные программы реализуют различные подхо-

ды к заданию параметров геосинтетических материалов.

Российская программа FEM Models, широко применя-

емая в геотехнических расчетах сложных конструкций

промышленно-гражданского комплекса, позволяет мо-

делировать геоматериалы в виде элементов — упругих

пластин. В качестве исходных характеристик исполь-

зуют модуль упругости и коэффициент Пуассона, при

этом трудность представляет определение приведенных

геометрических размеров самой пластины, особенно

при моделировании силовых тканей, а также параме-

тров взаимодействия с грунтом. Другая отечественная

программа — GenID — позволяет задавать и учитывать

прочность материала, а также дает возможность мо-

делировать взаимодействие прослойки и вмещающего

грунта. Однако непосредственно расчет устойчивости

выполняется инженерными методами с присущими им

недостатками.

Существуют программы, автоматизирующие расчеты

устойчивости, в том числе с применением геосинтетиче-

ских материалов. Например, программа «Устойчивость

откоса» (комплекс GEO 5 компании Fine) позволяет за-

давать армирующие прослойки двумя параметрами:

прочностью и сопротивлением выдергиванию. Преиму-

ществом в этой программе является автоматизирован-

ный расчет, а также оптимизация (поиск) положения

поверхности скольжения, в том числе после добавления

армирующих прослоек. Однако при использовании этого

программного продукта возникают трудности в опреде-

лении величины сопротивления выдергиванию. Кроме

того, такой расчет не учитывает третий критерий раз-

рушения, связанный с излишним удлинением прослойки,

а автоматизированный поиск иногда может давать раз-

личное положение поверхности скольжения при повтор-

ном расчете (сказывается влияние начальных условий).

Наиболее успешными являются принципы учета геосин-

тетических прослоек, реализованные в программном

геотехническом комплексе Plaxis. Особенностью под-

хода в нем является использование в качестве исход-

ных параметров осевой жесткости геосинтетического

материала. Этот метод расчета позволяет учесть все

три параметра. Последовательность выполнения сле-

дующая: задают определенную прочность геосинте-

тического материала и, учитывая свойства сырья, его

удлинение и принимают в расчет показатель осевой

жесткости ЕА, который определяется отношением на-

грузки к соответствующему относительному удлине-

нию и учитывает сразу два критических параметра;

выполняют расчет устойчивости и определяют коэф-

фициент устойчивости, при этом учитывается удлинение

прослойки и влияние на устойчивость откоса [3]; при до-

статочной величине Куст определяют, какие растягива-

ющие напряжения возникли в прослойке, и сравнивают

их с принятыми. Проверка условий взаимодействия гео-

сетки с грунтом выполняется автоматически при опре-

делении коэффициента устойчивости с учетом заданно-

го коэффициента трения прослойки по грунту. В случае



больших величин перемещения прослойки устойчивость

может быть недостаточна [2].

Единственным недостатком такого подхода является

отсутствие автоматического учета нелинейности поведе-

ния геосинтетического материала под нагрузкой, что на

данном этапе развития программного обеспечения ре-

шается выполнением серии расчетов.

Таким образом, не следует оценивать устойчивость

откосов, полагаясь только на значение прочности мате-

риала, важно учитывать и два других параметра. Если

запас по прочности геосинтетического материала может

показаться большим, то это не означает, что заложен из-

лишне прочный материал, большая прочность соответ-

ствует меньшему удлинению, а значит, принятый к рас-

чету геоматериал позволяет обеспечить устойчивость по

критерию перемещений.

На рис. 2 приведены результаты численного модели-

рования поведения геосинтетического материала. Ко-

нечному элементу, описывающему геосетку, были при-

своены три значения осевой жесткости ЕА, после чего

была приложена нагрузка, соответствующая 2%-му уд-

линению (14 кН), 5%-му удлинению (28 кН), удлинению

при разрыве 11% (40 кН), а также запредельному значе-

нию 50 кН (физически недостижимому).

Возможны три варианта задания характеристик гео-

синтетического материала конечному макроэлементу.

ЕА = 14/0,02 = 700 кН, что соответствует 2%-ому уд-

линению. При разрывном растягивающем усилии F = 40

кН удлинение будет меньше, чем в действительности (ε700

= 0,057; εдейст = 0,11). В этом случае сооружение при мо-

делировании может быть устойчиво, в то время как в ре-

альности произойдет разрушение.

ЕА = 28/0,05 = 560 кН, что соответствует 5%-ому удли-

нению. Аналогично первому случаю (ε560 = 0,007; εдейст = 0,11)

при моделировании момент разрушения будет пропущен.

И в первом, и во втором случае при запредельной

силе F = 50 кН разрыв прослойки фиксироваться не будет

(ε700 = 0,071; ε560 = 0,08).

ЕА = 40/0,11 = 364 кН, что соответствует предельному

удлинению. При приложении критической нагрузки гео-

материал удлинится на 11%, что будет свидетельство-

вать о разрыве. Однако при небольших растягивающих

усилиях (например, F = 14 кН), соответствующих допре-

дельному состоянию, в котором должно работать соору-

жение, удлинение в элементе будет значительно боль-

ше действительного (ε364 = 0,038; εдейст = 0,02), что может

привести при моделировании к разрушению сооружения,

чего не произойдет в действительности. А по результа-

там моделирования потребуется необоснованное завы-

шение прочности геосинтетического материала.

Таким образом, общая последовательность модели-

рования следующая.

Необходимо задаться величиной осевой жесткости

ЕА в первом приближении, соответствующей примерно

необходимой прочности геосетки при 5%-ой деформа-

ции.

По результатам выполненного расчета следует оце-

нить полученные значения напряжений в полотне геома-

териала и его относительное удлинение.

Если полученные значения находятся в допустимой

зоне, соответствующей принятой осевой жесткости, т. е.

ниже линии зависимости «удлинение–нагрузка» для при-

нятой конкретной марки геоматериала, то принятое зна-

чение можно считать удовлетворительным.

Для подобранной марки геосинтетического материа-

ла необходимо выполнить проверку непревышения рас-

четными напряжениями длительной прочности, опреде-

ляемой с помощью понижающих коэффициентов.

Если полученные значения напряжений в полотне

геоматериала и относительного удлинения попадают

в зону, соответствующую осевой жесткости при 2%-ом

удлинении, то следует выполнить расчет с осевой жест-

костью при 2%-ом удлинении и повторить пункты 2, 3, 4.

Если полученные значения напряжений в полотне

геоматериала и относительного удлинения выходят за

пределы зоны, соответствующей осевой жесткости при

5%-ом удлинении, то следует принять осевую жесткость

большего значения и выполнить расчет заново.

Для примера приведен рис. 3, на котором полученные

расчетные значения напряжений (N = 22,67 кН/м) и отно-

сительного удлинения (εрасч = 2,7%) геоматериала (точка

3), при принятой осевой жесткости ЕА = 560 кН/м (при

Рис. 2. Результаты численного моделирования геоматериалов



Рис. 3. Варианты расположения точек с расчетными значениями

5%-ом удлинении), находятся в допустимой зоне, обо-

значенной косой штриховкой.

В общем виде результаты полученных значений «на-

пряжение–удлинение» при исходной 5%-ой осевой жест-

кости можно оценить следующим образом (рис. 3):

– точка № 1 свидетельствует о возможности расчета

с ЕА при 2%-ом удлинении;

– точка № 2 — о завышенной начальной прочности

геоматериала;

– точка № 3 — об удовлетворительных принятых пер-

воначальных значениях ЕА.

Численные методы (метод конечных элементов) яв-

ляются прогрессивными методами расчетов, позволя-

ющими выполнять геотехнические расчеты сложных

сооружений, учитывать механические характеристики

грунтов одновременно (без деления на деформацион-

ные и прочностные), учитывать влияние неоднородности

геологического строения (линзы, выклинивание слоев

и пр.). Существенное преимущество перед инженерными

методами заключается в возможности учитывать геосин-

тетические прослойки и их влияние на работу конструкции

в едином расчете. Однако развитие программного обеспе-

чения требует доработки этой возможности, поскольку на

сегодняшний день необходимо выполнять несколько рас-

четов с целью определения достоверной работы нели-

нейно деформирующихся геосинтетических материалов.

Литература1. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. — М.: Росавтодор, 2004.2. Рекомендации по применению геосинтетических материалов в кон-струкциях промысловых дорог. — СПб.: МИАКОМ, 2013.3. Вавринюк Т. С. Федоренко Е. В. Расчеты устойчивости земляного полотна с геосинтетическими материалами Журнал «Красная линия», выпуск Дороги № 69, май 2013.

Для связи с авторами:Евгений Владимирович Федоренко, 8–921–952–58–09, [email protected]



АннотацияРассмотрена усовершенствованная методика автоматизированного расчета на ЭВМ, позволяющая определять напряженно-деформированное состояние инженерно-строительных сооружений (тоннелей, коллекторов), взаимодействующих с линейно и нелинейно деформируемой средой, что обеспечивает прогнозирование развития текущих и предельных состояний конструкций как на стадии проектирования, так и в период их эксплуатации.

Ключевые словаНагрузка, напряженно-деформированное состояние, податливая среда, подземные инженерные сооружения, упругое основание.

AbstractThe article describes the improved method of automated calculation, which helps to determine the stress-strain state of engineering constructions (tunnels, collectors), interacting with linear and nonlinear deformable environment that provides a forecast of the development of current and limiting states of the structures both at the design stage and during their operation.

KeywordsElastic foundation, load, pliable environment; stress-strain state, underground engineering constructions.

Развитие идеи акад. А.Н. Крылова по расчету инженерно-строительных сооружений, взаимодействующих с податливой средой, методом начальных параметров А.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф., В.Ю. Котов, канд. техн. наук, доц., Д.О. Прохоров, канд. техн. наук, доц., А.Е. Харламов, канд. техн. наук, доц., Тульский государственный университет, Тула

К 150-летию со дня рождения академика А.Н. Крылова

Крылов Алексей Николаевич — русский кораблестрои-тель, механик и математик, работы которого по теории ко-раблестроения и строительной механике корабля принесли ему мировую известность. Наряду с обширнейшими научны-ми достижениями в области теории корабля он предложил оригинальный метод расчета балок, лежащих на упругом ос-новании, имеющий большое значение не только для расчета судовых корпусов, но и для развития строительной механики в целом.

Несмотря на универсальность уравнений А. Н. Крылова, предложенный им метод [1] не нашел широкого распростра-нения. Это объясняется тем, что при проведении расчетов приходится иметь дело с интегрированием достаточно слож-ных гипертригонометрических функций (фундаментальных функций А. Н. Крылова), которые охватывают весьма узкий круг решаемых задач: рассматриваются только балки с пря-молинейной осью при действии вертикальных нагрузок; не

учитываются перемещения балки, обусловленные действием поперечных и продольных сил; непригодность для рас-чета сборных конструкций, составленных из нескольких элементов; не учитывается изменение жесткости балки и жесткости основания по длине балки; не определяются зоны дивергенции на контакте конструкции с основанием; не учитываются нелинейности решаемых задач, вызван-ные неупругими деформациями и изменением начальной формы рассчитываемой системы; при оценке работоспо-собности конструкции не учитывается фактор потери устой-чивости [1].

С целью развития теории расчета балок на упругом осно-вании методом акад. Крылова А. Н. авторы поставили задачу получить обобщенные уравнения силовых и кинематических факторов для расчета более сложных конструкций, взаимо-действующих со средой. Широкий и разнообразный класс таких конструкций представлен тоннелями и коллекторами различного назначения [5].

Конструкции тоннелей обычно состоят из прямолиней-ных и круговых элементов, шарнирно, жестко или податливо соединенных между собой, поэтому для анализа их напря-женно-деформированного состояния достаточно иметь фор-мулы отдельно для прямолинейных и круговых элементов и располагать методом перехода мест сопряжений между соседними элементами [2]. Наиболее характерным видом на-гружения здесь являются сложные нагрузки с переменной интенсивностью, поэтому было необходимо распространить упомянутые уравнения на случай неравномерно распреде-ленных сплошных нагрузок, имея в виду, что указанные на-грузки могут быть представлены рядами Фурье.

Для использования полученных уравнений при расчетах достаточно разложить заданную нагрузку на компоненты (q

x, qz), представить каждую составляющую тригонометрически-ми рядами и подставить полученные коэффициенты рядов (qxk, qzk) в соответствующие уравнения. Дальнейшее решение задачи после такой подстановки можно осуществлять двумя способами:

1) можно произвести расчет любой конструкции, но с однозначно заданными геометрическими и силовыми па-раметрами; такой расчет при использовании компьютера нетрудоемок, его результаты, являющиеся численными ве-личинами, позволяют судить о влиянии отдельных факторов на искомые величины при многовариантных исследованиях;



2) как частный вид общих уравнений можно получить для рассматриваемой конструкции замкнутое решение, в кото-ром искомые величины являются непрерывными функциями координат и геометрических параметров конструкции, за-данных в общем виде. Соотношения, получаемые по второму способу, охватывают все конструкции данного типа (напри-мер, кольцевые, арочные, полигональные и др.), что позво-ляет производить всесторонний анализ факторов, определя-ющих несущую способность того или иного их вида.

На границах участков разной кривизны или разной жесткости, и участков, не имеющих между собой плавно-го сопряжения, а также участков, разделенных разрывом сплошности стержня (шарниры, узлы податливости и др.), при составлении уравнений используются соответствующие условия перехода.

Начальные значения внутренних усилий (начальные па-раметры) в случае статически определимых систем вычис-ляются из условий равновесия, записанных в форме урав-нений метода начальных параметров, а в случае статически неопределимых систем — из условий равновесия и условий деформации [4]. Причем порядок расчета статически не-определимых систем такой же, как и для статически опре-делимых. Отличие состоит только в том, что при статически неопределимых системах для вычисления начальных пара-метров наряду с уравнениями силовых факторов использу-ются уравнения перемещений с соответствующими гранич-ными условиями [3].

Приведем некоторые результаты сопоставительных расче-тов. Рассмотрим случай нагружения балки длиной 6,0 м одной сосредоточенной силой Р = 2000 кН, приложенной в среднем сечении, при жесткости балки на изгиб 5,6×105 кН×м и отпоре пород m, равным 1,4×105 кН/м 2.

На рис. 1, а показаны эпюры реактивного отпора основа-ния, полученные без учета зон отлипания (сплошной график 1) и с учетом этих зон (пунктирный график 2). Зоны растя-гивающих контактных напряжений образуются в этом случае симметрично на обоих концах балки и имеют протяженность 0,75 м каждая. При расчете по предлагаемой методике нали-чие зон отлипания учитывается, их величина определяется в ходе расчета на ЭВМ итерационным путем. В данном при-мере найденная их протяженность составила 1,0 м каждая (рис. 1, график 2). Таким образом получается, что только средняя часть балки длиной 4,0 м передает нагрузку на ос-нование, а ее концы «отлипают». Возникновение таких зон изменяет конфигурацию эпюры давления и влияет на резуль-таты расчета внутренних усилий во всех сечениях балки и их перемещений. На рис. 1, б даны эпюры изгибающих моментов в сечениях балки без учета (график 1) и с учетом (график 2) зон дивергенции. Как видим, расхождение величин макси-мального изгибающего момента в данном случае составляет всего 8,6%, однако эпюры принципиально отличаются друг от друга: при образовании зон отлипания концевые участ-ки балки длиной 1,5 м не испытывают изгиба вообще и не выполняют несущих функций, тогда как без учета этих зон концевые участки длиной 2,0 м каждый испытывают изгиб выпуклостью вверх, что противоречит здравому смыслу. Естественно, что при конструировании поперечных сечений балки эти различия в расчетах могут оказаться решающими.

Установлено, что степень влияния зон дивергенции за-висит от: относительной жесткости системы «балка–основа-

ние», характера распределения «активных» нагрузок на бал-ку, условий на ее концах, наличия податливых соединений между отдельными частями балки, изменчивости свойств основания по длине балки и др. Поэтому при проектирова-нии таких балок необходимо не только определять параме-тры зон дивергенции, но и уметь управлять ими путем совер-шенствования конструкции. Полученная для решения таких задач расчетная модель представляет систему матричных уравнений:

; (1)

; (2)

; (3)

; (4)

; (5)

; (6)

; (7)

, где . (8)

Рис. 1. Результаты расчета балки при нагружении одной силой:а — эпюра отпора основания, кН/м; б — эпюра изгибающих моментов, кНм; в — эпюра прогибов, мм; г — эпюра углов поворота поперечных сечений балки, град



Уравнение (1) выражает условия равновесия и совмест-ности перемещений всех элементов конструкции; уравнения (2) — (4) — условия взаимодействия конструкции со средой; уравнения (5) и (6) — условия идентичности расчетных и за-меренных величин перемещений: радиальных, касательных, угловых; уравнения (7) и (8) выражают граничные условия.

В уравнениях (1) — (8) приняты обозначения:– вектор началь-

ных параметров, т. е. внутренних сил и перемещений в на-чальном (нулевом) сечении i-го элемента конструкции;

— вектор искомых внешних радиаль-ных нагрузок в сечениях i-го элемента конструкции;

— вектор искомых внешних касательных нагрузок в сечениях i-го элемента конструкции;

— вектор искомых внешних распреде-ленных моментов в сечениях i-го элемента конструкции;

— вектор кинематических скачков (угла поворота, ра-диального и касательного перемещений) в соединении i-го элемента с (i+1) -м;

— матрицы и векторы, эле-менты которых определяются в соответствии со структурой общих уравнений силовых и кинематических факторов мето-да начальных параметров;

— матрицы и векторы граничных ус-ловий, универсально выражающие все разновидности кон-структивных решений соединительных узлов и опор.

Для демонстрации возможностей предлагаемой методи-ки рассмотрим еще один случай на примере расчета элемен-тов ж. –д. пути, расчетная схема которого представлена на рис. 2.

Исходные данные для состава из трех вагонов массой 60 т и длиной по 10 м каждый, стоящих на рельсах Р-43 дли-ной 12 м, будут следующие:

EI = 6254 кН/м 2; EF = 239,4е + 4 кН; GF = 91,2е + 4 кН;m = 3000 кН/м 2; P1, P2,… Pn = 150 кН.На рис. 3 показаны эпюры прогибов и изгибающих

моментов в рельсах на 36-метровом участке ж. –д. пути с учетом изменения положения вагонов.

Для апробации методики выполнены также обширные расчеты тоннелей различного назначения, как наиболее полно включающих все многообразие влияющих факто-ров, таких как: силы сопротивления среды; кинематические скачки; изменения геометрических параметров системы, вы-званные как движением элементов твердых тел, так и их де-формацией; изменение жесткости по длине элементов и др. Были рассмотрены более тридцати наиболее характерных типов крепления при различных схемах нагружения инже-нерно-строительных сооружений.

Таким образом, появление компьютерной техники от-крыло возможность значительно развить идею А. Н. Крыло-ва, распространив ее на расчеты стержневых систем произ-вольного вида с учетом действия на них сложных нагрузок и реактивного давления (отпора) окружающей среды. Соз-дана усовершенствованная методика автоматизированного расчета на ЭВМ, позволяющая определять напряженно-де-формированное состояние как простых балок, так и более сложных инженерных сооружений (тоннелей, коллекторов), взаимодействующих с линейно и нелинейно деформируе-мой средой не только традиционным, «прямым» методом (от нагрузок — к внутренним усилиям и перемещениям), но и обратным (от замеренных перемещений — к внутренним усилиям, перемещениям и нагрузкам), и прогнозировать за-благовременно ход развития текущих и предельных состо-яний инженерных сооружений как на стадиях проектирова-ния, строительства, так и в период их эксплуатации.

Литература1. Крылов А. Н. Собрание трудов. Т. 1–12. — М. — Л., 1936–1956; Избр. Тру-ды. — Л., 1958.2. Каретников В. Н. Компьютерное моделирование и оценка работоспособ-ности шахтных крепей методом начальных параметров / В. Н. Каретников, А. Б. Копылов, В. Ю. Котов. — Тула: Гриф и К, 2003.3. Каретников В. Н. Оценка работоспособности шахтных крепей горных вы-работок на основе мониторинга их деформированного состояния в процес-се эксплуатации / В. Н. Каретников, В. Ю. Котов // Геотехнологии; проблемы и перспективы: сб. — Тула: Гриф и К, 2001. — С. 42–47.4. Копылов А. Б. Обоснование параметров крепления подготовительных и очистных выработок на основе комплексной оценки горно-геологических условий угольных месторождений.: Автореф. Дис. д-ра тех. наук. — Тула, 2006. —39 с.5. Плешко М. С. Аналитическое исследование способов повышения несущей способности монолитной бетонной крепи вертикальных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2008. — № 8. — С. 263–268.

Для связи с авторами:Андрей Борисович Копылов, 8 (4872) 35-22-74, [email protected].

Рис. 2. Расчетная схема элементов ж.-д. пути

Рис. 3. Результаты расчета несущих элементов ж.-д. пути: а — эпюра прогибов, мм; б — эпюра изгибающих моментов, кНм

КНИЖНАЯ ПОЛКА


Монография о массовых дорожных водопропускных сооружениях

Даже беглый обзор литературы по водопропуск-

ным сооружениям свидетельствует о том, что по-

давляющее большинство изданий посвящено большим

мостам, и это вполне естественно: мосты величе-

ственны, архитектурно выразительны и формируют

облик территории, они сложны в проектировании,

строительстве и эксплуатации, требуют много вре-

мени и материально-трудовых ресурсов. Но на доро-

гах все-таки больше других водопропускных соору-

жений — малых мостов и труб. Они неприметны, но

жизненно важны для любого дорожного объекта. По-

этому рецензируемую книгу (Копыленко В. А. Малые водопропускные сооружения на дорогах России: учеб. пособие. — М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транс-порте», 2013. — 444 с.) трудно переоценить.

Монографическое учебное пособие на рассматривае-мую тему в нашей стране издано впервые. Одной из при-чин, обусловивших издание книги, является весьма огра-ниченная, особенно в учебных заведениях (это же касается проектных организаций, появившихся в России в последние годы и занимающихся проектированием железных и авто-мобильных дорог), возможность практического использо-вания известного пособия ЦНИИСа ввиду исчерпания его тиража.

В монографии приведены данные о типах малых во-допропускных сооружений на железных и автомобильных дорогах и размещении их на трассе. Рассмотрены прибли-женные методы расчета стока поверхностных вод с ма-лых водосборов. Изложены рекомендации по выполнению гидравлических расчетов водопропускных труб и малых мостов и выбору типа выходного русла этих сооружений. Даны указания по выбору отверстия и обеспечению сохран-ности труб и мостов, расширен и углубленно рассмотрен ряд вопросов проектирования водопропускных труб и ма-лых мостов для различных характерных условий их работы при пропуске высоких паводков. Рассматриваются вопросы проектирования указанных сооружений на российских до-рогах, как железных, так и автомобильных, которые не по-лучили должного освещения в ранее изданных учебниках и учебных пособиях.

В книге отражены различия в нормативных требованиях к проектированию водопропускных труб и мостов на желез-ных и автомобильных дорогах России. Другой существенной особенностью настоящего издания является то, что в нем достаточно подробно описаны важнейшие технические характеристики разработанных в последние годы и приме-няемых в отечественной практике типовых проектов труб и пролетных строений (длиной до 34 м) железнодорожных и автодорожных мостов и путепроводов. Эти проекты ши-роко применяются при строительстве железных и автомо-бильных дорог. Представляются полезными для ознаком-ления студентов и начинающих проектную деятельность инженеров приведенные в учебном пособии характерные примеры устройства водопропускных труб и малых мостов в различных инженерно-геологических и климатических условиях, в том числе неблагоприятных.

Книга адресована студентам железнодорожных и ав-тодорожных специальностей, а также инженерно-техниче-ским работникам, занимающимся проектированием, стро-ительством и эксплуатацией железных и автомобильных дорог.

В. В. Космин

Documents

Журнал "Транспортное строительство" 2013 №10