253

Основным методом определения напряженно-деформированного состояния конструкции усиленных монолитных перекрытий является метод конечных элементов, основанный на диаграмме деформирования различных материалов с учетом их фактического состояния [7]. Наиболее достоверно и удобно рассчитать системы преднапряжения конструкций позволяет модуль Tendon программного комплекса SOFiSTiK (рис. 4). По завершении расчета можно проанализировать работу конструкции в процессе усиления и эксплуатации.

Рис. 4. Деформационная схема преднапряжения

При расчете системы внешнего преднапряжения были созданы следующие типы загружений (Loadcase):

1)от собственного веса конструкций без усиления;

2)от временной (полезной) нагрузки на перекрытие;

3)от воздействия системы внешнего преднапряжения.

Затем составлялись комбинации наиболее невыгодных загружений (Loadcase Combination). Также при просмотре объемного напря- женно-деформированного состояния был проведен анализ железобетонного элемента с учетом повреждений и системы преднапряжения (рис. 5). Расчет усилий в преднапряженных стержнях позволял определить долю их включения и перераспределения на плиту перекрытия.

31

Важнейшей задачей при усилении было контролирование усилий, возникающих в арматурных стержнях при натяжении, чтобы не допустить слома плиты перекрытия. Натяжение шпренгельных затяжек производилось до 50 % проектного усилия. Включение системы усиления происходит при приложении нагрузки на перекрытие.

Рис. 5. Напряжения в железобетонном элементе

Таким образом, стержневая система внешнего преднапряжения, разработанная на кафедре «Мосты и тоннели», позволяет не только усилить и восстановить несущую способность перекрытий транспортных сооружений, но и увеличить грузоподъемность. Усиление позволяет изменить схему работы перекрытия из безбалочной (плоской) плиты в плиту, опертую по контуру. Данная система может быть применена не только для строящихся транспортных объектов, но и находящихся в эксплуатации. Представленное техническое решение направлено на возможное полное использование существующих конструкций, обеспечение работы существующих и конструкций усиления как единого целого при максимальной эффективности усиления и снижения трудоемкости работ.

32

Исследование проведено при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России из федерального бюджета в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагоги- ческие кадры инновационной России» на 2009–2013 годы, соглашение № 14.В37.21.1222.

Список литературы

1.Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования: учеб. пособие для студентов строительных специальностей / Т.М. Пецольд [и др.]; отв. ред. В.В. Тур; Мин-во образования РБ, Брест. гос. техн. ун-т. – Брест: Изд-во БГТУ, 2003. – 380 с.

2.Дрозд Я.И., Пастушков Г.П. Предварительно напряженные железобетонные конструкции: учеб. пособие для строит. спец. вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Минск: Вышэйшая школа, 1984. – 208 с.

3.Янковский Л.В. К вопросу оценки и прогноза состояния цементных бетонов, эксплуатирующихся в условиях воздействия климата Урала и Сибири // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. –

2012. – № 2. – С. 86–95.

4.Анализ срока службы современных цементных бетонов / П.Б. Рапопорт [и др.] [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. – URL: http://www.science-educa- tion.ru/104-6559 (дата обращения: 02.07.2012).

5.Мальганов А.И., Плевков В.С., Полищук А.И. Восстановление

иусиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий: атлас схем и чертежей / Томск. межотраслевой ЦНТИ. –

Томск, 1990. – 316 с.

6.СНБ 5.03.01–02. Бетонные и железобетонные конструкции. – Взамен СНиП 2.03.01–84*; введ. 20.06.2002. – Минск: РУП Стройтех-

норм, 2003. – 146 с.

7.Пастушков В.Г., Пастушков Г.П. Экспериментальные исследования пространственной работы железобетонных бездиафрагменных пролетных строений на крупномасштабных моделях // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – 2011. – № 2. – С. 141–151.

Получено 6.03.2012

33

A.N. Vaitovich, V.G. Pastushkov, L.V. Yankovsky

RESEARCH INTENSE THE DEFORMED CONDITION AND STRENGTHENING OF MONOLITHIC OVERLAPPINGS OF TRANSPORT CONSTRUCTIONS WITH USE

OF ROD SYSTEM OF PRETENSION

The numerical and pilot study of the tensely deformed condition and method of strengthening of monolithic overlappings is given in article with use of rod system of pretension. The rod system, allows not only to strengthen and restore bearing ability of overlappings of transport constructions, but also to increase loading capacity. Strengthening allows to change the scheme of work of overlapping from a bezbalochny (flat) plate in a plate, operty on a contour. This system can be applied not only to transport objects under construction, but also already being in operation.

Keywords: monolithic slabs, bearing capacity, strengthening, prestressing.

Вайтович Александр Николаевич (Минск, Республика Беларусь) –

студент Белорусского национального технического университета

(220013, г. Минск, пр. Независимости, 65, e-mail: aa4387-7@mail.ru).

Пастушков Валерий Геннадьевич (Минск, Республика Беларусь) –

кандидат технических наук, доцент Белорусского национального технического университета (220013, г. Минск, пр. Независимости, 65, e-mail: valpast@inbox.ru).

Янковский Леонид Вацлавович (Пермь, Россия) – кандидат тех-

нических наук, доцент Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: yanekperm@yandex.ru).

Vaitovich Aleksandr Nikolaevich (Minsk, Belarus) – student, Belarusian National Technical University (65, Nezavisimosty av., Minsk, 220013, Belarus, e-mail: aa4387-7@mail.ru).

Pastushkov Valeriy Gennad’evich (Minsk, Belarus) – Ph.D. of Technical Sciences, Associate Professor, Belarusian National Technical University (65, Nezavisimosty av., Minsk, 220013, Belarus, e-mail: valpast@inbox.ru).

Yankovsky Leonid Vaclavovich (Perm, Russia) – Ph.D. of Technical Sciences, Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russia, e-mail: yanekperm@yandex.ru).

34

УДК 621.873.327

С.И. Вахрушев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Рассматривается проблема повышения пропускной способности автомобильных дорог России при обеспечении безопасности дорожного движения большегрузного автомобильного транспорта на криволинейных участках дорог с малыми радиусами. Даются рекомендации относительно допустимых скоростей движения в условиях отсутствия заноса и опрокидывания в зависимости от дорожно-климатических условий. Предлагается вводить ограничения скорости движения автомобильного транспорта с учетом сезона года.

Ключевые слова: ветровая нагрузка, занос, запас устойчивости, опрокидывание, угол крена, силы инерции.

Улучшение количественных и качественных характеристик автомобильного транспорта в России существенно влияет на безопасность дорожного движения. Статистика дорожно-транспортных происшествий за последние три года свидетельствует о том, что общее количество погибших при ДТП не уменьшается и составляет: в 2010 г. – 26 567 чел.; в 2011 г. – 27 953 чел.; в 2012 г. – 25 695 человек. Самые тяжелые последствия ДТП происходят с участием большегрузных автотранспортных средств (БАС) и связаны с превышением скорости движения, заносом и опрокидыванием.

Подразделения ГИБДД, ответственные за безопасность движения автомобильного транспорта на закрепленных участках дорог, необоснованно, без предварительных расчетов, устанавливают ограничения по скорости движения. Как правило, они делаются интуитивно, с большим запасом в сторону их уменьшения вне зависимости от категорий дорог и дорожно-климатических условий. Это приводит к задержке движения большегрузного автомобильного транспорта, особенно на дорогах I–III категорий.

Наблюдается противоречие между разрешенными ограничениями скоростей движения на криволинейных участках дорог с малыми радиусами и желанием водителей преодолеть эти участки, не создавая заторов.

35

Определяющей особенностью многоосных автомобилей и авто- поездов-полуприцепов является то, что эти машины имеют высокую проходимость и грузоподъемность, оснащены мощными силовыми приводами, способны развивать большие скорости движения. Высокие динамические свойства, в свою очередь, значительно влияют на устойчивость БАС при движении в разнообразных дорожно-климатических условиях иснижение вероятности опрокидывания и скольжения (заноса).

Безопасность движения БАС по условиям устойчивости и предотвращению заноса оценивается предельно допустимыми скоростями движения на криволинейных участках дорог с малыми радиусами, которые определяются расчетным путем. Однако при расчетах используют либо упрощенные эмпирические уравнения [1], либо расчетные зависимости, которые не учитывают угол крена подрессоренной части БАС, угловые жесткости подвесок, боковую и радиальную жесткости шин, а также действие ветровых нагрузок [2].

Актуальность статьи заключается в научном исследовании

иоценке совместного влияния запасов устойчивости по опрокидыванию и заносу на безопасность дорожного движения БАС, зависящую от следующих параметров: допустимых скоростей движения на криволинейных участках дорог с малыми радиусами, дорожно-климатичес- ких условий и конструктивно-компоновочных решений большегрузных автотранспортных средств.

Транспортные агрегаты принято оценивать по их статической

идинамической устойчивости. Статическая устойчивость характеризует отсутствие опрокидывания или сползания автомобиля при медленном его движении по дороге с поперечным уклоном или при стоянке

на косогоре и оценивается углом статической устойчивости αст. Угол статической устойчивости рассчитывается только по статическим силам и моментам от силы тяжести автомобиля с учетом или без учета деформации подвесок и шин, поэтому он является вспомогательным показателем устойчивости. Как показывают испытания, фактический допустимый угол крена автомобиля при движении на повороте при-

мерно в 2 раза меньше, чем угол статической устойчивости αст [3]. Динамическая устойчивость характеризует отсутствие опрокиды-

вания или заноса автомобиля при его движении в различных дорожноклиматических условиях. Основным показателем динамической устойчивости является коэффициент запаса поперечной устойчивости

36

(КЗПУ). Он определяется как отношение суммарного восстанавливающего момента, создаваемого весом всех частей автомобиля относительно оси опрокидывания, к суммарному опрокидывающему моменту, создаваемому боковыми силами, которые действуют на автомобиль в процессе эксплуатации и стремятся опрокинуть его относительно той же оси опрокидывания:

K = MВ ≥1,2,

MO

где МВ и МО – суммарные восстанавливающий и опрокидывающий моменты, методика определения которых рассмотрена ниже.

При расчете КЗПУ были учтены все нагрузки, действующие на большегрузный автомобильный транспорт (БАТ) в условиях движения: суммарная масса БАТ и перевозимого груза; инерционные нагрузки, обусловленные поперечно-угловыми колебаниями, вызванными воздействием дорожных неровностей и изменением траектории движения; суммарная составляющая ветровых нагрузок, действующая перпендикулярно

кбоковой поверхности большегрузного автомобильного транспорта.

Сточки зрения безопасности дорожного движения динамическая устойчивость БАТ дополнительно должна оцениваться предельно до-

пустимой скоростью движения на криволинейном участке дороги с малым радиусом, при котором полностью исключается опрокидывание или занос большегрузного автомобильного транспорта.

Оценка устойчивости по критической скорости движения строительных и дорожных машин на повороте с поперечным уклоном дороги [2] позволяет сформулировать вывод о том, что критическая скорость движения машины на повороте должна быть тем меньше, чем больше угол поперечного уклона и меньше радиус поворота, так как мас- сово-геометрические характеристики машины остаются неизменными.

В ходе дальнейших исследований автором были построены графики зависимостей критических скоростей движения самоходных стреловых кранов при различных углах поперечного уклона и радиусах поворота дороги и даны рекомендации по совершенствованию организации движения [4].

Однако выполненные научные исследования не учитывали угол крена подрессоренной части БАТ, угловые жесткости подвесок, боковую и радиальную жесткости шин.

37

В связи с этим дополнительные исследования динамической устойчивости БАТ при движении на криволинейных участках дорог с малыми радиусами выполнены в два этапа:

–по условию отсутствия бокового опрокидывания;

–по условию отсутствия заноса или сдвига колес при движении на повороте с учетом поперечного уклона дороги.

Расчет КЗПУ был проведен при наиболее неблагоприятном сочетании расчетных нагрузок, когда поперечные силы, действующие на автомобиль или автопоезд-полуприцеп, направлены в сторону опрокидывания. Расчетная схема построена для случая движения на криволинейном участке дороги, имеющей уклон в сторону поворота, и при действии боковой ветровой нагрузки, направленной в ту же сторону (рис. 1).

Расчетные радиусы поворота R и углы поперечного уклона дорог α были определены в соответствии со строительными нормами и правилами СНиП 2.05.02–85* «Автомобильные дороги». Для дорог I–III категорий принят радиус R = 250 м. Для участков пересеченной местности радиусы криволинейных участков составляли: R = 125 м – дороги IV категории; R = 30...60 м – дороги V категории. Ветровая нагрузка была определена для БАТ с большими массово-габаритными характеристиками в соответствии с отраслевым стандартом ОСТ 92-9249–80 «Агрегаты специального назначения. Методика расчета ветровых нагрузок».

Рис. 1. Расчетная схема для определения коэффициента запаса поперечной устойчивости

38

Угол крена подрессоренной части БАС определен из условия равновесия

МВП = МОП,

где МВП и МОП – восстанавливающий и опрокидывающий моменты, действующие на подрессоренную часть автомобиля или автопоездаполуприцепа относительно оси крена Ок.

Восстанавливающий момент, создаваемый подвесками БАС,

где Сφ – угловая жесткость подвески и шин; hк – плечо крена подрессоренной части; Gп – масса подрессоренной части.

Опрокидывающий момент, действующий на подрессоренную часть БАС,

где Ми.п – момент, создаваемый силой инерции Ри.п, обусловленной ускорениями при поперечно-угловых колебаниях под воздействием неровности дороги,

M и.п =Pи.пhк = Ggп σ&&z hк,

где σ&&z – среднеквадратичное значение боковых ускорений центра масс

подрессоренной части при движении в заданных дорожных условиях. Для приближенной оценки КЗПУ среднеквадратичные значения боковых ускорений заданы следующие: автомобиль с моношасси ( σ&&z =

= 0,8…0,9); автопоезд-полуприцеп ( σ&&z = 0,6…0,7); Мц.п – момент, соз-

даваемый центробежной силой Рц.п, подрессоренной части БАС при движении с радиусом поворота R и скоростью υ,

Мwп – момент, создаваемый ветровой нагрузкой Рwп, действующей на подрессоренную часть БАС и имеющей плечо hк относительно оси крена. Методика расчета ветровой нагрузки приведена в [5].

39

M wп =Pwпhw cosα,

МGп – момент, создаваемый составляющей массы подрессоренной части БАТ за счет угла поперечного уклона α:

M Gп =Gпhк sinα.

Угол крена подрессоренной части φ БАС определен из условия равновесия правых частей уравнений (1) и (2), рад:

ϕ= M и.п +M ц.п +M wп ±M Gп .

Cϕ −Gпhк cosα

С учетом вышеизложенных расчетных зависимостей определены восстанавливающий Мв и опрокидывающий Мо моменты, действующие в целом на подрессоренную и неподрессоренную массы БАС относительно оси опрокидывания. Оси опрокидывания проходят по-раз- ному для автомобиля и автопоезда-полуприцепа.

Восстанавливающий момент, создаваемый всей массой БАС Gа, с учетом влияния углов поперечного уклона дороги α и крена φ примет значение

M в =Gа cosα(0,5B −∆)−Gп cosαhк sinϕ= Gа (0,5B −∆)−Gпhк sinϕ cosα,

где ∆ – смещение плеча силы Gа cos α за счет боковой деформации шин,

∆= Pи.п +Рц.а cosα+Pwa +Ga sinα,

∑1n Cш.δi

где Сшбi – боковая жесткость шины; i – число шин; i = 1, 2, 3, …, n. Боковая жесткость шины определена через радиальную жест-

кость зависимостью

Сш.б = 0,6Сш,

где Сш – радиальная жесткость шины,

Cш = ршπ DBш .

Опрокидывающий момент, действующий на БАС,

Мо =Ми.а +Мц.а +Мwa ±M Ga ,

40