авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и ...»

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 2.16 – Варианты конструктивного решения ВПТ, эквивалентных К-ВПТ D=1 м, Рисунок 2.17 – Стоимость устройства вариантов ВПТ, эквивалентных К-ВПТ D=1 м, в насыпях малой высоты и при длине трубы l=15 м 2.7 Выводы по главе Представленные выше результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Минимальное значение экстремального изгибающего момента maxMи в ПЭ арке достигается при соотношении осей x10,7. В диапазоне x1 Є [0,60,8] увеличе ние Mи не превышает 3% от maxMи.

2. Определена рациональная толщина опорной плиты (с учётом повышения жест кости и трещиностойкости), равная x3=165 мм.

3. Определены рациональные геометрические и конструктивные параметры ПЭ ВПТ (с учётом ФО на строительную высоту ПЭ-ВПТ hПЭ hК при одинаковой ПВПО (AПЭ=AК)), которые соответствуют соотношению осей арки xрац=x1 Є [0,6;

0,7].

4. Величина maxМи в пролёте ОП практически пропорциональна значению пара метра x1 – соотношению осей полуэллипса арки.

5. Предложен конструктивный ряд водопропускных труб эквивалентной площади водопропускного отверстия с убывающей строительной высотой (КР по ПВПО), установлено, что для каждого из вариантов КР по ПВПО в зависимости от проектной высоты насыпи и расчётного расхода существуют диапазоны их рационального использования.

6. Из анализа статистических данных установлено, что более 50% ВПТ, установ ленных на дорогах России, в условиях увеличивающихся транспортных нагру зок подвержены опасным условиям эксплуатации, что предопределяет ускорен ное развитие повреждений и необходимость преждевременнего проведения их текущих и капитальных ремонтов.

7. Применение арочных ВПТ при малых высота АД насыпи позволяет получить значительный экономический эффект за счёт сокращения дополнительных рас ходов на увеличение высоты насыпи.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «ТРУБА-ГРУНТ» И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ АРОЧНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ 3.1. Исследование напряжённо-деформированного состояния водопропускных труб в массиве грунта с помощью метода конечных элементов Инициативное обследование ВПТ (см. п.1.4), установленных на дорогах Вла димирской области при равнинном рельефе местности, позволили выявить повре ждения и деформации железобетонных труб, прежде всего, в насыпях малой вы соты (1,52 м). По результатам обследования установлено, что наиболее широко распространены случаи комплексных повреждений ВПТ, сочетающие раздвижку и относительную осадку звеньев с развитием неравномерности осадок дорожного по крытия (рисунок 3.1). Результаты обследования подтверждают выводы, сделанные другими исследователями по теме изучения состояния ЖБ ВПТ при эксплуатации [13, 45, 49, 67, 102].

Рисунок 3.1 – Результаты обследования ВПТ на АД Осадка и раздвижка звеньев способствуют раскрытию стыковых швов эле ментов ВПТ, разрушению гидроизоляционного ковра, активной фильтрации воды в насыпь, вымыванию грунта насыпи и основания, что в комплексе может привести к разрушению сооружения. Кроме того, раскрытие стыковых швов и выход грунта внутрь ВПТ являются одной из причин развития неравномерности осадок верхних слоёв дорожной одежды и появления явных неровностей, что приводит к разруше нию дорожного покрытия и необходимости его преждевременного ремонта. Отме чено распространение случаев появления явных неровностей дорожного покрытия без наличия выхода грунта внутрь трубы, что характерно для большого количества К-ВПТ и практически не встречалось при обследовании ПК-ВПТ. Это позволяет сделать вывод о возможности влиянии пазух трудоёмкого уплотнения ниже диаметра поперечного сечения К-ВПТ на развитие неравномер ности осадок дорожного покрытия.

Указанные повреждения и деформации увеличивают затраты на ремонт и со держание транспортной системы, снижают эксплуатационную надёжность работы ВПТ и безопасность автомобильного движения. Под эксплуатационной надёжно стью понимается способность ВПТ выполнять свои основные функции осуществ ления водопропуска в течение всего срока службы сооружения и обеспечивать без опасность автомобильного движения.

Проблему появления и развития осадок дорожного покрытия в процессе экс плуатации во многом способно решить применение арочных ПЭ- и ПК-ВПТ. Нали чие у них плоской опорной части позволяет добиться плотного контакта ВПТ с ос нованием, исключить возникновение трудноуплотняемых пазух, снизить слож ность и трудоёмкость устройства гидроизоляции, повысить равномерность уплот нение грунта АД. Увеличение высоты засыпки АР-ВПТ (при сохранении высоты насыпи) позволяет уменьшить влияние транспорта на сооружение и продлить без ремонтный срок его службы (рисунок 3.2).

Проблему относительных осадок и деформаций элементов ВПТ решает со единение звеньев труб (рисунок 3.3, наш патент №111544), позволяющее образо вать единую упругую систему элементов ВПТ в массиве АД насыпи.

Рисунок 3.2 – Конструктивный ряд ВПТ по ПВПО Соединение звеньев арочных ВПТ предлагается выполнять посредством за кладных деталей, способных воспринять растягивающее усилие от действия внеш ней нагрузки и подвижек грунта насыпи. Закладные детали устанавливаются в ше лыгах арок и опорных плитах – наши патенты №№ 111544, 111859 [119,120]. Схема соединения может быть выполнена в двух вариантах: без смещения стыковых швов и со смещением (рисунок 3.3). Второй вариант обеспечивает повышенную жест кость конструкции и меньшие относительные деформации звеньев ВПТ, однако требует изготовления доборных элементов (арки или плиты) меньшей длины. Для большей эффективности схемы совместной работы элементов ВПТ предложено со единение крайних звеньев с оголовками (наши патенты №№ 111859, 112686 [120, 121]), которые ограничивают перемещение оголовков со оружения (см. п. 3.6).

Рисунок 3.3 – Варианты схем соединения звеньев ВПТ С целью оценки эффективности предлагаемых конструктивных решений была исследована работа ВПТ в грунте. Для этого при помощи МКЭ с использова нием программного комплекса «Лира 9.6» выполнено моделирование работы ароч ных ВПТ в насыпи при действии транспортной нагрузки Н14.

Целями проводимых исследований является:

- подтверждение выдвинутых гипотез о причинах развития неравномерности осадок дорожного покрытия, путём определения тенденций к накоплению оста точных деформаций грунта при действии расчётной транспортной нагрузки, опре деление эффективности применения АР-ВПТ с позиции уменьшения неравномер ности осадок дорожного покрытия;

- оценка эффективности объединения элементов ВПТ в упругую конструкцию конечной жесткости, путём определения тенденций к накоплению остаточных де формаций элементов ВПТ при действии расчётной транспортной.

Задачами исследований являются:

- построение плоской и пространственной расчётных схем (РС) МКЭ ВПТ, мо делирующих упругое поведение ВПТ в грунте насыпи при её нагружении;

- определение величины упругой осадки дорожного покрытия для К-, ПЭ-, ПК ВПТ при однократном приложении транспортной нагрузки;

- определение величины упругих деформаций раздельной и объединённых схем ВПТ при однократном приложении транспортной нагрузки.

При изучении влияния формы поперечного сечения ВПТ на неравномерность осадки верхних слоёв дорожной одежды рассматривались 4 варианта устройства трубы (рисунок 3.4): 1 – К-ВПТ с пористостью пазухе=0,45;

2 – К-ВПТ с пористо стью в пазухах е=0,95;

3 – ПЭ-ВПТ;

4 – ПК-ВПТ. Пазухи с пористостью е=0, используются в расчётах для оценки экстремальных условий работы ВПТ и грунта насыпи, предполагая, что указанные характеристики являются грубым нарушением норм строительства ВПТ и в реальных условиях недопустимы.

При построении плоской РС рассматривалась модель грунта, шириной 0,8 м, равной ширине пятна контакта колеи тележки Н14 [155]. Дорожная одежда смоделирована стержневыми элементами с приведённым модулем упругости E=220 МПа. Транспортная нагрузка, эквивалентная давлению тележки Н (P=1028 кН) приложена к стержневым элементам дорожной одежды с интенсивно кН стью, распределённой в пределах габарита: = 0,8 м = 61,8 кН/м.

,, Физические характеристики грунтов РС сведены в таблицу 3.1.

Рисунок 3.4 – Расчётные варианты устройства ВПТ Таблица 3.1 – Физические характеристики грунтов № Условное E, с,,, Наименование e п.п. обозначение МПа МПа град. тс/м Суглинок сухой, 1 32,00 0,039 240 1,77 0, насыпной Суглинок водонасыщен 2 20,70 0,020 240 1,10 0, ный, насыпной Суглинок водонасыщен 3 13,08 0,014 220 10,92 0, ный, коренной Суглинок сухой, 4 19,00 0,028 220 15,86 0, коренной Суглинок водонасыщен 5 4,92 0,015 170 8,16 0, ный, грунт в пазухах 6 40,00 0,008 290 13,00 Щебенистое основание Грунт плоской РС моделируется конечными элементами КЭ 281 и КЭ 282 – физически нелинейный конечный элемент плоской задачи (грунт), соответственно, прямоугольный и треугольный.

На рисунке 3.5 изображены изополя вертикальных перемещений грунта для К-ВПТ при пористости пазух е=0,95 (а), ПЭ-ВПТ (б) и ПК-ВПТ (в).

На рисунке 3.6 представлен график осадок дорожного покрытия.

Согласно результатам расчёта (таблица 3.2, рисунок 3.6), неравномерность осадки дорожного покрытия над ВПТ при увеличении пористости пазух увеличи вается на 3%. В сравнении с К-ВПТ при епаз=0,45, при установке ПЭ-ВПТ неравно мерность осадки дорожного покрытия уменьшается на 37%, при установке ПК-ВПТ – уменьшается 50%. Деформативность ПЭ- и ПК-ВПТ (рисунки 3.2 и 3.7) выше К-ВПТ, соответственно, на 9% и 39%, что снижает величину динамического воздействия при наезде на неровность дороги.

Рисунок 3.5 – Изополя вертикальных перемещений:

а – К-ВПТ;

б – ПЭ-ВПТ;

в – ПК-ВПТ Рисунок 3.6 – График осадок Рисунок 3.7 - Деформации попереч дорожного покрытия ных сечений ВПТ под нагрузкой Таблица 3.2 – Неравномерность осадок вариантов ВПТ Конструктивное К-ВПТ, К-ВПТ, ПЭ-ВПТ ПК-ВПТ решение епаз=0,45 епаз=0, -3,85 -3,84 -4,11 -4, мах, мм -4,25 -4,25 -4,36 -4, мin, мм 0,40 0,41 0,25 0, мах-min, мм мах min 1,00 1,02 0,63 0, мах min К ВПТ,е 0, Таким образом, результаты расчётов позволяют выявить тенденцию накоп ления остаточных осадок в процессе эксплуатации при наличие недоуплотнённых пазух ниже диаметра поперечного сечения ВПТ. Следовательно, можно сделать выводы, что наличие трудноуплотняемых пазух приводит к накоплению остаточ ных деформаций при эксплуатации ВПТ. Моделирование работы ПК- и ПЭ-ВПТ в массиве грунта АД насыпи позволило выявить тенденцию к уменьшению дефор маций, приводящих к неравномерности осадок дорожного покрытия. Использова ние ПЭ- и ПК-ВПТ позволит повысить эксплуатационную надёжность ВПТ.

Для исследования деформативности ВПТ с раздельными и соединенными звеньями была построена пространственная РС МКЭ работы трубы в грунте. Рас чёты производились для ПЭ-ВПТ, состоящей из 5-ти звеньев общей длиной 15 м.

Грунтовые условия аналогичны плоской РС (рисунок 3.4, таблица 3.1).

Нагрузка прикладывается к верху насыпи в виде распределённого давления, эквивалентного действию тележки от нагрузки Н14 в пределах габаритов: q=77, кН/м2. Относительно оси дорожного покрытия рассматривается 2 варианта прило жения нагрузки: над средним звеном ВПТ;

над стыком среднего звена ВПТ (рису нок 3.8). Для объединённых схем элементы соединения звеньев моделируется: в шелыге арки – стальной пластиной размером 201 см;

на уровне низа арки – 2-мя стержнями арматуры диаметром d=2 см. Грунты пространственной РС моделиру ется КЭ 271 и КЭ 273 – физически нелинейный объёмный КЭ грунта в форме, со ответственно, параллелепипеда и трёхгранной призмы (рисунок 3.9).

Рисунок 3.8 – Схема приложения нагрузки пространственной РС ВПТ Рисунок 3.9 – пространственная РС ВПТ При решении поставленных задач преследуется цель оценки эффективности применения предлагаемых конструктивных решений – арочные ВПТ с объедине нием элементов в единую конструкцию. Изучение полного взаимодействия ВПТ с грунтом в процессе эксплуатации требует комплексного подхода с учётом физиче ской нелинейности грунта, геометрической нелинейности РС и конструктивной не линейности конструкции, необходим учёт реологических процессов приложения нагрузки различной конфигурации.

Учёт всех факторов нелинейностей и реологии значительно более трудоё мок,выходит за «рамки» настоящего научного исследования и может быть объек том отдельного самостоятельного исследования.

В результате проведённых расчётов были определены величины относи тельных перемещений элементов ВПТ для раздельной и объединённых схем.

Изополя перемещений звеньев ВПТ представлены на рисунке 3.10.

а б Рисунок 3.10 – Схемы деформированных ПЭ-ВПТ:

а – симметричное загружение, б – асимметричное загружение На рисунке 3.11 изображены проекции деформированного состояния ВПТ после приложения нагрузки. Величины наибольших перемещений элемен тов сведены в таблицу 3.3.

В результате расчётов установлено, что при объединении элементов по пер вому варианту происходит уменьшение: относительной осадки 1 - до 36%;

абсо лютной осадки 2 - до 34%;

осадки звеньев относительно друг друга 3 - до 16%;

раскрытия стыков 4 до 80%. При объединении элементов ВПТ по второму вари анту - осадка звеньев относительно друг друга 3 и раскрытие стыковых швов практически ликвидируется.

Результаты расчётов позволили выявить тенденцию к уменьшению остаточ ных деформаций при эксплуатации, вследствие уменьшения упругих деформаций даже при однократном загружении.

а б Рисунок 3.11 – Проекции деформированных ВПТ:

а – симметричное загружение;

б – асимметричное загружение Таким образом, исходя из результатов проведённых исследований, можно сделать следующие предварительные выводы:

- недоуплотнение пазух ниже диметра поперечного сечения К-ВПТ способно увеличивать неравномерность осадок дорожного покрытия над ВПТ;

- применение арочных ПК и ПЭ-ВПТ позволяет существенно уменьшить ве личину осадок дорожного покрытия при эксплуатации;

- объединение звеньев ВПТ в единую конструкцию способно эффективно по высить эксплуатационную надёжность сооружения за счёт уменьшения относи тельных перемещений элементов;

- задачей перспективных исследований может быть детальное изучение ра боты ЖБ ВПТ в грунте при эксплуатации с учётом всех нелинейностей и реоло гических факторов.

Таблица 3.3 – Величина деформаций элементов ВПТ, мм Нагрузка Загружение 1: Симметричное Загружение 2: Асимметричное Соединены без Соединены со Соединены Соединены со Схема Раздельно Раздельно смещения смещением без смещения смещением 1 1,59 1,49 1,28 1,94 1,34 1, 1,00 0,94 1,00 0, 0,80 0, 2 1,52 1,38 1,32 1,79 1,18 1, 1,00 0,91 1,00 0, 0,87 0, 3 0,19 0,16 0,19 0,10 0,10 0, 1,00 0,84 1,00 1,00 1,00 0,15 0,05 0,01 0,29 0,06 0, 1,00 0,33 1,00 0, 0,07 0, 3.2 Расчёт и проектирование арочных полуэллиптических водопропускных труб Расчёт и проектирование АР-ВПТ выполняется в соответствии с требовани ями современных действующих строительных норм [147-153, 155, 156]. Цель работ – конструирование АР-ВПТ, эквивалентных по водопропускной площади К-ВПТ, диаметром 1,0 м и 1,5 м.

На первом этапе водопропускная площадь ВПТ принята критерием эквива лентности водопропускной способности ВПТ.

В настоящей главе представлен расчёт типоразмеров ПЭ 10-30 и ПЭ 10- (типоразмер ПЭ 10), эквивалентный по ПВПО К-ВПТ с внутренним диаметром 1, м, предназначенных для установки в насыпи, соответственно, высотой до 3 м и м. Схема АР ВПТ представлена на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 – Схема АР-ВПТ Площадь отверстия АР ВПТ рассчитывается по формуле:

(3.1) = /2, ПЭ где a, b – полуоси эллипса.

Строительная высота проектируемой ПЭ-ВПТ определена, как среднеариф метическую величина между высотой К- и ПК-ВПТ конструктивного ряда ВПТ (п.

2.4),соответствующая «промежуточному» набору функциональных характеристик.

При этом учитывается соответствие геометрических параметров оптимальным ха рактеристикам для АР-ВПТ (глава 2).

Расчётная величина вертикальной и горизонтальной полуоси арки, толщиной равны, соответственно:

(3.2) = +, (3.3) = +.

Очертание оси арки задано уравнением эллипса:

(3.4) + =1.

Путём преобразования (3.4)получено уравнение координат оси арки:

(3.5) = = 1.

Расчёт НДС статически неопределимой плоской расчётной схемы АР-ВПТ выполняется МКЭ с использование ПК «Лира 9.4». При расчёте рассматривается погонный метр сооружения. ПЭ арка разбивается на 32 стержневых КЭ, ОП – стержневых КЭ. При расчёте учитывается удельный вес железобетонных элемен тов, равный R0=2,75 т/м3.

При расчёте НДС АР ВПТ рассматриваются нормативные сочетания нагру зок (п. 2.3). Расчётные нагрузки определяются для 3-х высот насыпи (п. 2.3): мак симальной, равной 6 м;

средней – 3 м;

минимальной, равной сумме высоты трубы и минимальной толщине засыпки – 0,5 м [п. 5.8, 155]. Постоянная нагрузка от дав ления грунта [п. 6.6, 155] учитывается с применением коэффициента надёжности по нагрузке f=1,3 [п. 6.10, 155]. Для грунта засыпки приняты нормативные харак теристики: удельный вес n=18 кН/м3, угол внутреннего трения n=300. Транспорт ная нагрузка класса Н14 [п. 6.17, 155] принята с учётом коэффициента надёжности по нагрузке b2=1,1 [табл. 6.10, 155]. Информация о выполненных расчётах приве дена в приложении 3.

По результатам расчёта запроектирован один типоразмер арки АПЭ 10-60, предназначенный для установки ВПТ в АД насыпи высотой до 6 м, 2 типоразмера опорной плиты ФПЭ 10-60 и ФПЭ 10-30, для АД насыпи высотой, соответственно, до 3 м и до 6 м. Конструкция АПЭ 10-30 аналогична АПЭ 10-60 (рисунки 3.133.15).

Рисунок 3.13 – Схема армирования АПЭ 10- Рисунок 3.14 – Схема армирования ФПЭ 10- Рисунок 3.15 – Схема армирования ФПЭ 10- 3.3 Расчёт и проектирование полукольцевых водопропускных труб с использованием ПК «Лира» и методик СНиП ГУП ДСУ-3, г. Владимир, с 1995 года производит арочные ПК-ВПТ, эквива лентные по ПВПО К-ВПТ с внутренним диаметром 1ми 1,5 м, предназначенные для установки в насыпях высотой до 5ми до 10 м, рассчитанные на восприятие нагрузки от транспорта промышленных предприятий АБ-74 в соответствии со СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» [148].

О преимуществах конструктивно-технологического решения арочных ПК ВПТ было сказано в п. 1.1. Основной проблемой ГУП ДСУ-3 является высокая сто имость производимых ПК-ВПТ ввиду их большой материалоёмкости, что является следствием изначально завышенных расчётных требований к высоте АД насыпи и величине транспортной нагрузки, которые со значительным запасом превосходят требования потенциального заказчика. Это подтверждается результатами прове дённого обследования установленных ВПТ (см.п. 1.4), согласно которым подавля ющее большинство ПК-ВПТ установлены на дорогах общего пользования II, III и IV категорий с высотой насыпи до 3 м.

В 2011 году нами была предложена (патент №110385 [118]) новая конструк ций арочных ПК-ВПТ (рисунок 3.16). Одним из основных требований ГУП ДСУ 3к новой ПК-ВПТ является возможность модернизации имеющейся производ ственной оснастки внесением минимальных изменений, что было учтено при раз работке. Расчёт ПК-ВПТ был выполнен с исполь зованием современных программных комплек сов для реальных усло вий работы (высота насыпи до 3м и 6 м) и восприятия перспектив ной транспортной Рисунок 3.16 – Поперечное сечение новой нагрузки – Н14 [39].

(патент №110385) ПК-ВПТ Следует отметить, что производимые ПК-ВПТ не соответствуют своей тех нической документации, так как при изготовлении им задаётся полигональный внешний контур (рисунок 3.17), что обусловлено решением изготовителя опалу бочных форм, не имевшего возможность изготовить откидные борта радиального очертания. При полигональном внешнем контуре меняется расчётная схема ПК арки, локально уменьшается толщина элемента и величина защитного слоя арма туры, что снижает коррозионную стойкость изделий в процессе эксплуатации. Рас ход бетона полигональной конструкции увеличивается более чем на 5%.

Предлагаемое решение новой ПК-ВПТ способно, в зависимости от типораз мера, снизить материалоёмкость конструкций на 936%. Замена полигонального внешнего контура на полукольцевой даст дополнительный экономический эффект около 5% и повысит эксплуатационную надёжность ВПТ.

Рисунок 3.17 – ПК-ВПТ с полигональным контуром 3.4 Проектирование оголовков арочных водопропускных труб «Входной и выходной оголовки предназначены для обеспечения плавного входа и выхода водного потока, поддержания откосов насыпи и предотвращения продольных деформаций трубы от воздействия горизонтального давления насыпи»

[174.8]. Для предлагаемых ПК-ВПТ и ПЭ-ВПТ был запроектирован раструбный оголовок с углом раструба =200, включающий в себя два откосных крыла и пор тальную стенку. Выбор конструкции обусловлен эффективностью её гидравличе ской работы, а также опытом производства и монтажа оголовка данного типа пер соналом ГУП ДСУ-3.

Производимые ГУП ДСУ-3 ПК-ВПТ комплектуются раструбными оголов ками, имеющими высокую материалоёмкость и существенно повышающими стои мость сооружения при его длине до 21 м. Задача снижения материалоёмкости реа лизуется путём создания условий комплексной работы звеньев АР ВПТ и элементов оголовка. Это достигается их объединением в единую конструкцию конечной жёсткости посредством соединения закладных деталей (рисунок 3.18, наши патенты №№ 111859, 112686). Портальная стенка и откосные крылья объеди нены в 6 точка каждое: 3 с фронтальной стороны стенки;

3 – с тыльной. Соединение оголовка с трубой выполняется в 3-х точках через размещающиеся в звеньях за кладные детали. Для повышения жёсткости оголовка при монтаже сооружения между откосными крыльями устраивается монолитная железобетонная плита тол щиной 20 см.

Таким образом, запроектированный оголовок, в отличие от конструкций со свободными элементами, лишен возможности горизонтального смещения и опро кидывания. Фиксированное положение откосных крыльев обеспечивается устрой ством между ними монолитной железобетонной плиты.

Рисунок 3.18 – Схема соединения элементов АР ВПТ Расчёт армирования элементов оголовка выполнен с помощью ПК «Лира 9.4» и её подсистемы «ЛИР-АРМ». На рисунке 3.19 представлена рас чётная схема оголовка для ПЭ 10. Результаты расчёта «силового» армирования пор тальной стенки приведены на рисунке 3.20.

Откосные крылья армируются конструктивно двумя сетками с арматурой класса A-100 d=8 мм с шагом s=200 мм. В приложении 7 представлены фрагменты рабочих чертежей элементов.

Конструкция и анкеровка за кладных деталей соответствует тре бованиям п.п. 8.3.18 – 8.3.29 [157].

Дополнительными соединительными деталями служат стержни арматуры класса А-400, диаметром d=20 мм (для плиты) и стальные пластины марки Ст3, толщиной =10 мм.

Оригинальность предлагаемых вариантов обеспечения совместной работы элементов ВПТ и оголовков подтверждена наличием патентов [119-121].

Рисунок 3.19 – Расчётная схема оголовка Рисунок 3.20 – Схема «силового» армирования портальной стенки ПЭ 10:

а – фронтальная сторона;

б – тыльная сторона Согласно выполненным расчётам стоимость материалов оголовка с учётом комплексной (совместной) работы элементов ВПТ (в сравнении с раструбным ого ловком производства ГУП ДСУ-3) снижается на 3746%. Анализ экономической эффективности применения разработанного оголовка для арочной ВПТ проведён в п. 5. 3.5 Выводы по главе 1. По результатам проведённых расчётов выявлена тенденция к накоплению оста точных осадок дорожного покрытия в процессе эксплуатации ВПТ при наличии недоуплотнённых пазух ниже диаметра поперечного сечения ВПТ.

2. Моделирование работы ПК- и ПЭ-ВПТ в массиве грунта АД насыпи выявило тенденцию к уменьшению остаточных деформаций, способствующих образо ванию неравномерности дорожного покрытия, что позволяет сделать вывод о повышении эксплуатационной надёжности сооружений при использовании ПЭ- и ПК-ВПТ.

3. При моделировании пространственной работы в массиве грунта АД насыпи раз дельной и объединенной схемы ВПТ выявлена тенденция к уменьшению оста точных деформаций элементов в ходе эксплуатации при объединении, вслед ствие уменьшения упругих деформаций однократного загружения, что позво ляет сделать вывод о повышении эксплуатационной ВПТ при объединении эле ментов.

4. При равной площади водопропускного отверстия ПЭ- и ПК-ВПТ материалоём кость ПЭ-ВПТ в сравнении с ПК-ВПТ в зависимости от типоразмера снижается на 18,537%.

5. Применение оголовка, объединённого с элементами ВПТ, уменьшает их мате риалоёмкость на 2736% в сравнении с раструбным оголовком, рассчитанным без учёта совместной работы элементов.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАБОТЫ АРОЧНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ 4.1 Цель и задачи исследований Целью проводимых экспериментальных исследований является установле ние зависимостей водопропускных способностей (ВПС) трёх вариантов ВПТ от уровня подпёртых вод (УПВ) в верхнем бьефе.

Задачи исследований:

1. Определить средние скорости потоков воды;

2. Определить площади потоков воды;

3. Установить ВПС моделей ВПТ;

4. Построить графики ВПС труб и сопоставить с расчётами по инженерным методикам;

5. Оценить сходимость полученных результатов.

4.2 Особенности гидравлической работы водопропускных труб Как известно [28, 78, 85, 174], для технически «гладких» ВПТ различают без напорный, полунапорный и напорный режим протекания воды – рисунок 4.1 (за имствован [28]). Также известен частично напорный режим протекания воды, от носящийся к работе, в частности, гофрированных ВПТ [174].

Безнапорный режим протекания воды в трубах сохраняется до момента за топления входного отверстия, затем ВПТ начинает работать в полунапорном ре жиме. ЖБ ВПТ при наличии конических звеньев или обтекаемых оголовков при затоплении входного отверстия могут работать в напорном режиме.

Рациональным сочетанием гидравлических характеристик (ГХ) обладают конструкции ВПТ с раструбным оголовком и откосными крыльями, установлен ными с углом раструба р=200- рисунок 4.2 (заимствован [электронный ресурс:

http://www.gcc-don.com/photo.html?Rid=34]).

Перед равнинными трубами в расчётных условиях работы обычно образуется пруд, из которого происходит протекание воды через отверстие трубы в спокойном режиме, при числе Фруда Fr = v2/(gh) = 1 (где: v– скорость течения воды;

g – уско рение свободного падения;

h– высота сечения потока), либо в турбулентном состо янии при малой кинетичности, т.е. Fr = 13. Максимальной ВПС [28] обладают ВПТ, в которые поток воды входит в бурном состоянии. При расходе более 15 м3/с целесообразней [140] устройство малых мостов или прямоугольных труб.

а б в Рисунок 4.1– Режимы протекания воды:

а – безнапорный;

б – полунапорный;

в- напорный Рисунок 4.2 – Раструбный оголовок ВПТ ВПТ с безнапорным режимом проектируют для местности с равнинным ре льефом, где повышение уровня воды приводит к необходимости поднятия бровки насыпи на протяжённом участке дороги. Напорный режим протекания заклады вают при устройстве сооружений в оврагах и водотоках с крутыми склонами и зна чительной высотой насыпи.

По данным федерального дорожного агентства на дорогах РФ эксплуатиру ются более 440 тысяч ВПТ. Более 80 % из них работают в равнинных условиях, при этом, подавляющее их количество имеют уклон i, близкий к критическому – i=0,01.

Конструкция, в частности отверстия ВПТ, должны соответствовать требованиям ВПС расчётного расхода от ливневого и снегового стоков [30, 31, 68, 122].

Расчёты ГХ равнинных коротких ВПТ заключаются в определение горизонта УПВ при заданной ВПС - для проверки высоты бровки АД насыпи, либо - опреде лении максимальной ВПС при заданном УПВ. Кроме того, для назначения укреп ления, на выходе необходимо установить уровень затопления ВПТ при безнапор ном режиме и скорости истечения в нижнем бьефе (НБ).

4.3 Применяемые ресурсы и оборудование Экспериментальные исследования ГХ ВПТ проводились с применением ла бораторного стенда «Гидравлический лоток» (ГЛ, рисунки 4.3, 4.4) производства Института технических обучающих средств «ИНТОС», установленного в лабора тории кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и гидравлика» ВлГУ. Установка имеет основной подающий трубопровод, наполняющий открытый проточный ло ток. ГЛ предназначен для лабораторных работ студентов, поэтому его технические возможности не позволяют эффективно регулировать подающий расход в трубо проводе (ТП).

Рисунок 4.3 – Фотографии лабораторного стенда «Гидравлический лоток»

Для проведения запланированных испытаний конструкция ГЛ была модифи цирована, путём установки дополнительного распределительного крана и обрат ного ТП (рисунок 4.5а), что позволило регулировать расход во всём возможном диапазоне работы насоса. На основном подающем ТП ГЛ установлен ультразвуко вой расходомер АКРОН-01. Принцип действия расходомера заключается в измере нии разности времени прохождения ультразвуковой волны жидкости ТП.

Рисунок 4.4–Схема лабораторного стенда «Гидравлический лоток»

б а Рисунок 4.5–Схемы модифицированного узла (а) и устройства трубки Пито (б) Для измерения мгновенной скорости в точках поперечного сечения потока на выходе из трубы используется трубка Пито (рисунок 4.5б), позволяющая измерить динамический напор текущей жидкости. При помещении прибора в поток жидко сти действуют: на трубку 1 – статическое и гидростатическое давления;

на трубку 2 –гидростатическое, статическое и динамическое.

Определение скорости движения воды выполняется по формуле:

, (4.1) где h – разница давлений в трубках.

ГХ определяются для моделей трёх типов ВПТ (рисунок 4.6):К-ВПТ;

ПЭ ВПТ;

ПК-ВПТ. Модели выполнены в масштабе 1:10 (таблица 4.1), изготовлены из органического стекла и имеют раструбный оголовок на входе. Устанавливаются в открытый лоток ГЛ с уклоном i=0,01.

а б в Рисунок 4.6 – Модели ВПТ:

а – полукольцевой, б – полуэллиптической, в – кольцевой Таблица 4.1–Размерные параметры моделей ВПТ Размер, см Площадь сечения, см Масштаб, M 1: модель в натуре модель в натуре соотношение D = 10 D = 100 78,50 7850 1, a = 5,5 a = 74,26 7426 0, b = 8,6 b = R=7 R = 70 76,93 7693 0. 4.4 Методика проведения эксперимента и обработки результатов Для каждого варианта ВПТ проводился ряд однофакторных экспериментов.

Расход воды при испытании модели ВПТ определялся, по формуле:

(4.2), = м где w– средняя скорость потока на выходе;

А – площадь потока на выходе.

Для установившегося УПВ производятся 7-й кратный замер мгновенной ско рости в НБ ВПТ минимум в 10 точках поперечного сечения. Для каждого ВПТ было принято 3 ориентировочных УПВ:h10,5h;

h21,0h;

h31,5h, где h- высота водо пропускного отверстия, отклонения от которых возможны ввиду технических осо бенностей ГЛ. Для ПЭ-ВПТ и ПК-ВПТ дополнительно выполнены замеры кон трольного 4-го УПВh4, соответствующего одинаковому расходу воды в ГЛ при раз личном УПВ.

Результаты измерений мгновенной скорости wм в точках потока подвергались статистической обработке с применением методики, описанной в [142]:

• Средние wм вычислялись по формуле:

N x n, (4.3) n= x = N где xn – результат n-го замера;

N - количество замеров.

• Доверительный интервал измерений:

[x± ], (4.4) где - случайная составляющая погрешности измерений:

, (4.5) = где t - безразмерный коэффициент доверия (коэффициент Стьюдента);

Sx - выборочное среднее квадратичное отклонение среднего значения.

Коэффициент Стьюдента принят, исходя из надёжности измерений в 95 %.

Из полученных результатов измерений, предварительно, исключены промахи с применением критерия Шовене [142].

Используя обработанные результаты измерений wм в точках потока, строи лась аппроксимирующая поверхность потока с применением оператора REGRESS ПК «Mathcad 14» и находилось среднее значение скорости w по площади, ограни ченной координатами точек замеров.

Для УПВ вариантов ВПТ площадь потока на выходе А определялась с помо щью графиков зависимости А от УПВ, являющихся результатом замеров при по мощи подвижного щупа и дальнейшего определения А при помощи расчётов в ПК «Mathcad14».

При моделировании переход от расхода воды модели Qм к расходу в натуре Qн, при равенстве числе Фруда, т.е. Frм=Frн, возможен с учётом только действия силы тяжести и без учёта силы инерции переносного движения частиц [87, 137, 167].

Основываясь на данном критерии подобия, для расчёта ГХ в натуре исполь зовали формулы:

а) для расхода воды:

, (4.6) = н м б) для скорости воды в трубе:

м, (4.7) = н где Qм– расход воды при моделировании;

Vм –скорость потока при моделировании.

4.5 Определение водопропускной способности вариантов водопропускных труб 4.5.1 Экспериментальное исследование К-ВПТ Согласно методике п. 4.4, макет К-ВПТ был установлен в ГЛ и проведён 7 кратный замер wм на выходе при 3-х установившихся УПВ: h1=13,7 см;

h2=10, см;

h3=4,8 см.

На рисунках 4.7и 4.8 представлены результаты замера средних wм на выходе и аппроксимированные по ним поверхности скорости потока.

Расчётные величины средних скоростей потоков сведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Средняя скорость потока К-ВПТ Уровень подпора, см 13,7 10,5 4, Средняя скорость, м/сек 1,418 ± 0,040 1,296 ± 0,040 0,939 ± 0, 4.5.2 Экспериментальное исследование ПЭ-ВПТ Макет ПЭ-ВПТ был установлен в открытом лотке экспериментальной уста новки и проведён 7-кратный замер wм на выходе при 4-х установившихся УПВ на входе: h1=11,7 см;

h2=9,1 см;

h3=4,3 см;

h4=6,2 см. Последний УПВ является кон трольным и включён в процесс исследования с целью сопоставления результатов расчёта для ПЭ-ВПТ и ПК-ВПТ при одинаковом расходе воды. Результат сравне ния приведён в п. 4.6.

На рис. 4.9 – 4.11 представлены результаты замера средних мгновенных ско ростей потока на выходе и аппроксимированные по ним поверхности потока.

Расчётные величины средних скоростей потоков сведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 - Средняя скорость потока Уровень подпора, см 11,7 9,1 4,3 6, Средняя скорость, м/сек 1,085 ± 0,040 1,147 ± 0,040 0,810 ± 0,030 1,001 ± 0, 4.5.3 Экспериментальное исследование ПК-ВПТ Согласно методике п. 4.4, макет ПК-ВПТ был установлен в лотке ГЛ и про ведён 7-кратный замер мгновенной скорости потока на выходе при 4-х установив шихся уровнях подпора на входе: 8,9 см;

7,4 см;

3,9 см;

6,0 см.Последний УПВ яв ляется контрольным и включён в процесс исследования с целью сопоставления ре зультатов расчёта для ПЭ-ВПТ и ПК-ВПТ при одинаковом расходе воды в экспе риментальной установке. Результат сравнения приведён в п. 4.6.

На рисунках 4.12 – 4.14 представлены результаты замера средних мгновен ных скоростей потока на выходе и аппроксимированные по ним поверхности по тока. Расчётные величины средней скорости потока согласно расчёту для рассмат риваемых уровней сведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Средняя скорость потока Уровень подпора, см 8,9 7,4 3,9 6, Средняя скорость, м/сек 1,081 ± 0,040 1,121 ± 0,040 0,857 ± 0,040 1,026 ± 0, а б в г Рисунок 4.7 – Поверхность скорости потока К-ВПТ при подпоре Н=13,7см:

а – мгновенная скорость точек потока;

б – контурный график;

в – аппроксимирующая поверхность;

г– разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.8 – Поверхность скорости потока К-ВПТ при подпоре Н=10,5см:

а– мгновенная скорость точек потока;

б– контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г– разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.9 – Поверхность скорости потока ПЭ-ВПТ при подпоре Н=11,7 см:

а – мгновенная скорость точек потока;

б – контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г – разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.10 – Поверхность скорости потока ПЭ-ВПТ при подпоре Н=9,1 см:

а – мгновенная скорость точек потока;

б – контурный график;

в – аппроксимирующая поверхность;

г – разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.11 – Поверхность скорости потока ПЭ-ВПТ при подпоре Н=6,2 см:

а– мгновенная скорость точек потока;

б– контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г– разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.12 – Поверхность скорости потока ПК-ВПТ при подпоре Н=8,9 см:

а – мгновенная скорость точек потока;

б– контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г– разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.13 – Поверхность скорости потока ПК-ВПТ при подпоре Н=7,4 см:

а– мгновенная скорость точек потока;

б – контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г – разрез по поверхности а б в г Рисунок 4.14 – Поверхность скорости потока ПК-ВПТ при подпоре Н=6,0 см:

а– мгновенная скорость точек потока;

б– контурный график;

в– аппроксимирующая поверхность;

г – разрез по поверхности 4.5.4 Исследование площадей потоков моделей труб Согласно п. 4.4 для построения графика расхода необходимо определить ве личину площади потока в НБ Площадь потока вариантов ВПТ определялась с по мощью программного комплекса Mathcad 14 с учётом уровня воды в НБ, найден ного с помощью подвижного щупа.

Результаты замеров площади в НБ и расчётов сведены в таблицы 4.5-4.7.

Таблица 4.5 - Определение площади в НБК-ВПТ Уровень Уровень Площадь потока Эскиз № п.п. подпора, см на выходе, см на выходе, см 1 2,3 1,2 5, 2 4,4 2,1 12, 3 5,9 2,8 19, 4 7,8 3,7 26, 5 10,0 4,6 36, 6 11,9 5,2 42, 7 13,1 5,6 46, Таблица 4.6 - Определение площади в НБ ПЭ-ВПТ Уровень Уровень Площадь потока на № Эскиз подпора, см на выходе, см выходе, см п.п.

1 2,2 0,8 9, 2 3,9 1,7 20, 3 5,9 2,5 29, 4 7,9 3,1 36, 5 9,8 4,3 48, 6 10,5 5,1 56, Таблица 4.7- Определение площади в НБ ПК-ВПТ Уровень Уровень Площадь потока на № Эскиз выходе, см подпора, см на выходе, см п.п.

1 1,6 0,2 2, 2 3,3 1,0 13, 3 5,6 2,0 27, 4 7,0 2,4 33, 5 9,1 4,4 56, На рисунке 4.15 представлены зависимости площадей потоков в НБ для мо делей ВПТ.

Рисунок 4.15- Зависимости площадей потоков в НБ моделей ВПТ 4.5.5 Определение расхода вариантов водопропускных труб Используя результаты п.п. 4.5.1 – 4.5.4 по методике п. 4.4,была определена величина расхода воды для вариантов ВПТ. В таблице 4.8 приведены данные рас чётов для моделей вариантов ВПТ.

Анализируя данные таблицы 4.8 для ПЭ-ВПТ и ПК-ВПТ, установлено, что рассчитанный расход контрольных замеров УПВ ПЭ-ВПТ и ПК-ВПТ (строки 2.4, 3.4) одинакового расхода ГЛ не превышает 2 %, что является одним из показателей применимости методики исследований и высокой сходимости при обработке ре зультатов экспериментов.

Таблица 4.8 - Гидравлические характеристики моделей ВПТ Площадь в НБ Средняя скорость в НБ Полученный расход № УПВ, см Qм, м3/мин А, см w,м/с п.п.

К-ВПТ 1.1 13,7 48,32 1,418 24, 1.2 10,5 38,07 1,296 17, 1.3 4,8 14,03 0,939 4, ПЭ-ВПТ 2.1 11,7 61,26 1,276 28, 2.2 9,1 44,16 1,147 18, 2.3 4,3 22,35 0,810 6, 2.4 6,2 30,60 1,001 11, ПК-ВПТ 3.1 8,9 53,64 1,081 20, 3.2 7,4 36,45 1,121 14, 3.3 3,9 18,01 0,857 5, 3.4 6,0 29,33 1,026 10, Зависимость расхода от УПВ для вариантов ВПТ построена применительно к натурным размерам с учётом правил гидравлического моделирования. График расхода воды с учётом коэффициента запаса по ВПС = 0,85 – см. п. 4.6.2 пред ставлен на рисунке 4.16.На графике пунктиром приведены зависимости без учёта коэффициента надёжности. Из анализа графиков расхода воды для вариантов ВПТ установлено следующее:

1. При равном УПВ: арочные ВПТ по расходу воды эффективнее К-ВПТ в сред нем на 30%, что позволяет при проектировании АД насыпей уменьшать пло щадь водопропускного отверстия 2. При равной ВПС: арочные ВПТ имеют меньший УПВ в среднем на 23 %, что позволяет при проектировании АД снижать отметку насыпи.

Рисунок 4.16–ВПС ВПТ для натурных размеров 4.6 Оценка сходимости полученных результатов 4.6.1 Показания ультразвукового расходомера В процессе проведения экспериментов показания ультразвукового расходо мера (УЗР), установленного на подающем трубопроводе ГЛ вызвали недоверие.

Для его проверки и корректировки показаний УЗР был проведен ряд экспериментов с целью установления действительного расхода ГЛ.

С этой целью было исследовано 5 заданных величин расхода при 7-ми крат ном повторении для каждого из них. По результатам исследования была построена зависимость отклонения реального расхода (Qэксп./Qр.м., где Qэксп – расход ГЛ, полу ченный экспериментально;

Qр.м. – расход по показаниям УЗР) от показаний УЗР.

Зависимость Qэксп./Qр.м (рисунок 4.17) аппроксимирована полиномом второй сте пени.

Рисунок 4.17- Зависимость Qэксп./Qр.м от показаний УЗР Qр.м Возможными причинами неточности показаний УЗР «АКРОН-1» примени тельно к экспериментальной установке, по нашему мнению, являются:

1. Нарушение требований установки УЗР относительно поворотов, кранов, тройников и т.д.;

2. Влияние на показания УЗР гофрированного участка, расположенного непосредственно за датчиком, имеющего больший внутренний диаметр по сравне нию с диаметром основного ТП 3. Не стандартный уголок ТП, выполненный из органического стекла и не имеющий плавного закругления;

4. Наличие загрязнения основного ТП и самой жидкости.

5. Недостаточность заполнения жидкостью основного подающего ТП для УЗР данной модели.

Принимая во внимание указанные замечания и учитывая корректировку по казаний УЗР, было выполнено сравнение расходов воды, полученных расчётом и по показаниям прибора (таблица 4.9), подвергнутых статистической обработке. По казания УЗР при малом расходе получить не удалось.

Отличие результатов, эксперимента с контрольными показаниями находятся в пределах 14 %, за исключением варианта ПЭ-ВПТ (строка 7), для которого по грешность составляет 25 %.

Таблица 4.9 - Сравнение величин расхода № Расход Q Расход Qрм по УЗ Расход Qрл с Отклонение по расчёту,м3/мин расходомеру,м3/мин корректировой,м3/мин п.п. (Q-Qрл)/Q,% К-ВПТ 1 24,67 20,17 21,72 11, 2 17,76 12,77 15,43 13, 3 4,74 - - ПЭ-ВПТ 4 28,14 19,37 21,11 5 18,23 13,54 16,16 11, 6 6,52 - - ПК-ВПТ 7 20.87 20,6 22,05 5, 8 14,71 10,34 13,01 11, 9 5,56 - - 4.6.2 Анализ нормативных величин водопропускной способности В качестве нормативных ВПС для К-ВПТ были приняты данные (таблица 4.10) для серии 3.501.1-144 [146] К-ВПТ с внутренним диаметром 1 м, раструбным оголовком и цилиндрическим звеном на входе. Сравнение результатов представ лено на рисунке 4.18.

Таблица 4.10 - Нормативные ВПС К-ВПТ серии 3.501.1- Уровень подпора Н, м 0,64 0,94 1,15 1,27 1, Расход Q, м3/с 0,5 1,0 1,4 1,7 2, Как следует из рисунка 4.18, результаты расчёта завышены по сравнению с нормативными данными в среднем на 13 %. Однако, при учёте коэффициента за паса, равного = 0,85, среднее отклонение не превышает 2 %.

Для ПК-ВПТ имеется график расхода согласно типовому решению ТР 57- «Водопропускные дорожные трубы из полуколец» (таблица 4.11) [25]. Сравнение результатов представлен на рисунке 4.19.

Таблица 4.11 - Нормативные ВПС К-ВПТ серии ТР 57- Уровень подпора Н, м 0,56 0,75 0, Расход воды Q, м3/сек 0,8 1,3 2, Из анализа рисунка 4.19следует, что отклонение по оценке ВПС не превы шает 3 %.

Рисунок 4.18 - График расхода К-ВПТ Рисунок 4.19 - График расхода ПК-ВПТ 4.6.3 Расчёт водопропускной способности по инженерной методике Согласно инженерной методике [135, 136, 137], ВПС ВПТ можно определить в соответствии с главой 5 [28] и главой V [174]. Форма поперечных сечений ароч ных ВПТ с достаточной для практики точностью соответствует овоидальной (Ов) ВПТ (рисунок 4.20), поэтому при недостатке экспериментальных и табличных дан ных в расчёте будем использовать данные для Ов-ВПТ.

Рисунок 4.20- Сопоставление овоидальной и арочной ВПТ Согласно выражениям (V.6) и (V.7) [174], ВПС для К-ВПТ:

, (4.8) для Ов-ВПТ:

, (4.9) 1 м;

1,13 1,130,77 1 м – диа где Q – расход в сооружении;

Э с метры, соответственно, К-ВПТ и эквивалентный диаметр Ов-ВПТ, име ющей ПВПО c.

В соответствии с приложением 2.5 [28], зависимость критической глубины hk от параметра расхода ПQ представлена на рисунке 4.21.

Рисунок 4.21- Зависимость критической глубины hkот параметра расхода ПQ Основываясь на данных рисунка 4.21, построена зависимость средней ши рины потокаbk в сечении с критической глубиной hkот параметра расхода ПQ(рису нок 4.22), где aт – ширина ВПТ по низу.

ВПС «короткой» неподтопленной ВПТ, пропускающей безнапорный поток, по(5.31) [28]:

, (4.10) / = где m – коэф. расхода при совершенном сжатии воды на входе (табл. 5.2 [28]).

Для Ов-ВПТmов=0,35,для К-ВПТ - mкр=0,33 (для оголовка с углом раструба р=20o). При безнапорном режиме протекания воды ВПС определяется методом подбора. Расход ВПТ при полунапорном режиме определяется в соответствии с вы ражением (5.20) [28]:

, (4.11) = 2 П Пт где П, П– коэффициенты по табл. 5.2 [31] для:

- ОвВПТ - П = 0,61, П= 0,63, - К-ВПТ: П= 0,69, П= 0,79.

Рисунок 4.22– Графики зависимости bk/aт в сечении с критической глубиной в К-ВПТ и Ов-ВПТ Если пренебрегать скоростным напором, то H0 = H.Иллюстрация уровней пе рехода в полунапорный режим работы ВПТ представлена на рисунке 4.23.

Рисунок 4.23 - УПВ при переходе в полунапорный режим Результаты расчёта представлены графиками (рисунок 4.24) зависимостей максимального расход от УПВ. Отклонения экспериментальных и теоретических данных для К-ВПТ составляет 3%, для ПЭ-ВПТ – менее 12%. Увеличение отклоне ния для ПЭ-ВПТ можно объяснить допуском на различие в геометрических пара метрах Ов-ВПТ и ПЭ-ВПТ.

Рисунок 4.24–Сопоставление экспериментальных и теоретических данных расхода воды для К-ВПТ и ПЭ-ВПТ Учитывая изложенное выше, можно сделать предварительные выводы:

1. Данные, полученные по результатам эксперимента, соответствуют требова ниям точности инженерных расчётов, методики исследований и обработки резуль татов применены корректно;

2. График расхода ПЭ-ВПТ, полученный экспериментально, следует скоррек тировать с учётом коэффициента запаса = 0,85 (рисунок 4.16).

4.7 Влияние шероховатости поверхности фундаментной плиты на расход полуэллиптической водопропускной трубы При эксплуатации ВПТ нередко возникаю случаи засора ВПТ. Причиной тому могут служить наносы минеральных частиц, элементов корчехода, бытового и промышленного мусора и т.д.

Вероятность того, что при расчётной ВПС, а также полунапорном и напорном режимах, засоры будут влиять на ВПС мала, поскольку они будут удалены мощным потоком воды. Существенным может быть влияние на скорость потока при малых расходах воды и безнапорном режиме [167].

С целью оценки влияния повышенной шероховатости (ПШ) русла на ВПС выполнено исследование арочных ВПТ. Модель ПЭ-ВПТ была дооборудована по лотном ПШ на ОП. Частицы ПШ имеют фракцию 1,52 мм, что соответствует нату ральному размеру 1520 мм. Эксперимент и обработка полученных данных прово дились в соответствии с п. 4.4. УПВ принят равным 9,1 см, что соответствует име ющимся данным для ПЭ-ВПТ (строка 2.2, таблица 4.8). Результаты обработки по лученных данных приведены на рисунке 4.25 и таблице 4.12.

а б в Рисунок 4.25- Поверхность скорости потока H=9,1 см при ПШ: а– контурный график;

б– аппроксимирующая поверхность;

в – разрез по поверхности Таблица 4.12- Результаты эксперимента при повышенной шероховатости Площадь в НБ Средняя скорость в Полученный № УПВ, см НБ,w, м/с расход Qм, м3/мин А, см п.п.

ПЭ-ВПТ 1 9,1 44,16 1,147 18, ПЭ-ВПТ повышенной шероховатости на ОП 2 9,1 36,75 1,216 16, Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что (при ПШО ППЭ-ВПТ, соответствующей сплошному настилу из фракции 1520 мм, и УПВ, характерному переходу из безнапорного режима протекания воды в полунапор ный)ВПС снижается на 11,7%. Снижение ВПС сопоставимо с коэффициентом за паса для малых ВПТ и не представляет опасности.

4.8 Конструктивный ряд водопропускных труб эквивалентной водопропускной способности Как отмечено в предварительных выводах п. 4.5, при равных УПВ и ПВПО арочные ВПТ по ВПС эффективнее К-ВПТ в среднем на 30%. Выполненные ранее исследования параметров арочных ВПТ и их проектирование проведено по усло вию эквивалентности ПВПО, однако, эффективные ГХ арочных ВПТ позволяют построить конструктивный ряд ВПТ эквивалентной водопропускной способности с растущим УПВ (КР по ВПС).

Для построения КР по ВПС были определены геометрические параметры ВПТ различной формы поперечного сечения, эквивалентных по ВПС. Поставлен ная задача быларешена анализом экспериментальных данных ГХ ВПТ и определе нием натурных размеров путём варьированием коэффициента масштабирования M моделей ВПТc учётом правил гидравлического моделирования.

В качестве определяющего параметра эквивалентности принята величина расхода Qпри переходе в полунапорный режим гидравлической работы ВПТ, кото рый наступает при достижении УПВ H=1,1hтрубы[28].

При варьировании решалась задача поиска геометрических параметров ПЭ и ПК-ВПТ, эквивалентных по расходу К-ВПТ с внутренним диаметром d=1 м в мо мент перехода в полунапорный режим работы: м3/с при QК-ВПТ=1, HК-ВПТ=1,1 м. Результаты определения M для натурных размеров вариантов КР по ВПС приведены в таблице 4.13.

График расхода вариантов КР по ВПС представлен на рисунке 4.26.

На рисунке 4.27 представлен КР по ВПС с учётом коэффициентов масштаби рования М, равным10, 10,21 и 10,50, соответственно, для К, ПЭ и ПК-ВПТ, ПВПО при этом увеличилась, соответственно, для ПЭ и ПК-ВПТ на 3% и 9,5%. Строи тельная высота для ПЭ-ВПТ увеличилась на 2%, для ПК-ВПТ уменьшилась, в срав нении с выпускаемой Т15-50 (Т15-100), на 3,5%.


Полученные ПЭ и ПК-ВПТ начнут работать в полунапорном режиме при УПВ, соответственно, равном 0,990 м и 0,815 м.

Таблица 4.13 – Параметры вариантов КР по ВПС при масштабировании Схемы Характеристики 0, 1,100 0, УПВ, H, м 1, 1,36 1, Расход, Q, м3/с 10, 10,00 10, Коэф. масштаб., M Водопр. площадь, A, 0, 0,785 0, м С использованием ПК «Лира 9.4» и его подсистемы «ЛИР-АРМ» был выпол нен расчёт армирования элементов для полученных ПЭ и ПК-ВПТ, установленных в АД насыпи высотой 3 м, которым присвоены обозначения, соответственно, ПЭ 11-30 и ПК 9-30. На основе полученных результатов определена стоимость звеньев труб, длиной 3 м. Данные экономической эффективности применения вариантов КР по ВПС сведены в таблицу 4.14.

Рисунок 4.26 – График расхода вариантов КР по ВПС Рисунок 4.27 – КР по ВПС при Q=1,36 м3/с Таблица 4.14 – Стоимость звеньев ВПТ длиной 3 м Объём Стоимость Соотноше Масса № Наименование бетона, материала, ние арматуры, кг п.п.

м руб. стоимости К-ВПТ: ТС 100.30- 1 2,45 100,35 17 179 1, ПК-ВПТ 2 2,30 266.33 20 378 1, (КР по ПВПО): Т15- ПЭ-ВПТ 3 1,77 175,72 14 960 0, (КР по ПВПО): ПЭ 10- ПЭ-ВПТ 4 1,80 196,82 15 661 0, (КР по ВПС): ПЭ 11- ПК-ВПТ 5 1,95 235,92 17 527 1, (КР по ВПС): ПК 9- Из анализа таблицы 4.14 установлено, что увеличение размеров ПЭ 11-30 по вышает стоимость ВПТ менее чем на 5 % в сравнении с ранее предложенной ПЭ 10-30. Снижение стоимости ПК 9-30 обусловлено изначально большей площадью Т15-50 в сравнении с К-ВПТ внутренним диаметром d=1 м. Использование пред лагаемого раструбного оголовка, либо безоголовочной схемы устройства ВПТ даст дополнительный экономический эффект в 1015%.

Применение вариантов КР по ВПС, при незначительном удорожании кон струкции, позволит снизить расчётный УПВ при гидравлической работе в наиболее предпочтительном безнапорном режиме [155, п. 5.14] для ПЭ-ВПТ на 10%, для ПК ВПТ на 26%, что даёт дополнительную возможность более свободной работы при проектировании водопропусков малой высоты.

4.9 Оценка энергии потока воды вариантов ВПТ Оценка удельной энергии на потока в НБ для вариантов ВПТ определялась с целью установления необходимости дополнительных укреплений в сравнении с эк вивалентной К-ВПТ. Оценка выполняется путём сопоставления величин удельной энергии потоков воды на выходе из ВПТ на основании данных, полученных экспе риментально. Величина удельной энергии рассчитывается в соответствии с выра жением [28]:

(4.12) вых Э = вых +, где: hвых – уровень воды потока на выходе, м;

vвых – скорость воды на выходе, м/с;

g – коэффициент свободного падения, равный 9,81 м/с2.

Некоторые результаты расчётов сведены в таблице 4.15.

На рисунке 4.28 представлен график изменения удельной энергии вариантов ВПТ в зависимости от величины рассчитанного расхода Q.

Таблица 4.15 – Характеристики потока воды в НБ вариантов ВПТ К-ВПТ ПЭ-ВПТ ПК-ВПТ Расход Q, м3/с vвых, hвых, УПВ, vвых, hвых, УПВ, vвых, hвых, УПВ, Э, м Э, м Э, м м/с м м м/с м м м/с м м 0,8 3,20 0,35 0,75 0,87 2,96 0,24 0,54 0,69 2,96 0,19 0,53 0, 1,0 3,33 0,40 0,85 0,97 3,13 0,27 0,64 0,77 3,13 0,22 0,63 0, 1,4 3,78 0,45 1,00 1,18 3,68 0,32 0,83 1,01 3,33 0,29 0,78 0, 1,6 4,21 0,47 1,05 1,37 3,64 0,38 0,92 1,05 3,33 0,38 0,84 0, Рисунок 4.28 – Удельная энергия потока воды на выходе ВПТ На основании полученных результатов можно сделать вывод, что удельная энергия потока АР-ВПТ в НБ существенно меньше удельной энергии потока экви валентной К-ВПТ. Таким образом, дополнительные укрепления НБ АР-ВПТ при строительстве не требуются.

4.10 Выводы по главе 4.

Основываясь на выполненных исследованиях гидравлических режимов ВПТ, можно сделать следующие выводы:

1. ВПС при расчётных расходах менее 2,5 м3/с АР ВПТ эффективнее К-ВПТ в среднем на 30 %.

2. Горизонт УПВ для АР ВПТ при равном расходе ниже К-ВПТ в среднем на 23%.

3. Расчёт ВПС ВПТ по инженерной методике соответствует реальному рас ходу ВПТ с учётом коэффициента запаса по ВПС = 0,85.

4. Повышенная шероховатость русла способна оказывает незначительное влияние на величину расхода и скорость потока ВПТ.

5. Использование вариантов конструктивного ряда ВПТ по эквивалентной ВПС при безнапорном режиме гидравлической работы и одинаковом расходе поз волит уменьшить (в сравнении с К-ВПТ) расчётный УПВ для ПЭ-ВПТ на 10%, для ПК-ВПТ на 26%.

6. Удельная энергия потока воды на нижнем бьефе для ПК-ВПТ и ПЭ-ВПТ (в сравнении с эквивалентной К-ВПТ) меньше на 2325%, следовательно, при строительстве дополнительное укрепление нижнего бьефа АР-ВПТ не требуется.

Глава 5. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ И АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 5.1 Состояние производственной площадки цеха ЖБИ ГУП ДСУ- Для организации производства ПЭ-ВПТ (по рекомендации ГУП ДСУ-3) ис пользован цех ЖБИ ГУП ДСУ-3. Цех находится под управлением филиала ГУП ДСУ-3 «Ковровское ДРСУ», расположен в посёлке Мелехово Ковровского района Владимирской области на производственной площадке общей площадью более тыс. м2 (рисунок 5.1). Площадь цеха составляет 1500 м2. В непосредственной бли зости от площадки проходит автомобильная дорога Р71 (М7 (Сенинские дворики) – Ковров – Шуя – Кинешма), на расстоянии менее 3 км проходит трасса М «Волга». Подъездные пути функционируют круглогодично. Кроме цеха ЖБИ, на территории площадки располагается асфальтовый завод, цех по производству до рожных знаков и другие вспомогательные производства, а также склады готовой продукции.

а б Рисунок 5.1 – Производственная площадка ГУП ДСУ-3:

а – главный въезд на территорию;

б – цех ЖБИ Цех ЖБИ представляет собой производственную базу полного цикла, имею щую всё необходимое оборудование для индустриального производства ЖБ изде лий, в том числе: оборудование для производства бетона;

крановое оборудование;

пропарочную камеру;

вибростол для уплотнения бетона;

отдельно стоящий арма турный цех и др. (рисунок 5.2).

а б г д Рисунок 5.2 – Оборудование цеха: а – крановое оборудование;

б – опалубочные формы;

в – пропарочная камера;

г – стенд для сборки арматурных каркасов Основные проблемы работы предприятия заключаются в отсутствии устой чивого спроса на производимую продукцию. Данное положение дел установилось с момента введения системы государственных закупок, основанной на проведении торгов и тендеров. В результате основной потребитель – ГБУ «Владупрадор», был вынужден значительно сократить объёмы заказа продукции, что коснулось также ПК-ВПТ, аналоги которой по набору ТЭП в близлежащих регионах отсутствуют.

Кроме ПК-ВПТ, номенклатура изделий цеха включает также ЖБ автопавильоны собственной разработки, дорожные плиты и т.д. Долговременное отсутствие устой чивого спроса на продукцию привело к появлению целого ряда экономических и производственных проблем.

К производственным проблемам относятся: значительный износ оборудова ния;

отсутствие регулярной эксплуатации и, соответственно, технического кон троля и т.д. Экономические проблемы заключаются в росте себестоимости продук ции ввиду малых объёмов производства, что приводит к увеличению доли произ водственных и накладных расходов на единицу производимого продукта. В допол нение ко всему, цех имел котельное оборудование, работающее на мазуте, что также способствует удорожанию продукции. В 2012 году выполнено подключение газового отопительного оборудования, что позволило снизить себестоимость изде лий.

Возрождение производственного цеха ЖБИ будет возможно при наличии эф фективной системы маркетинга и управления. Задача данных служб должна заклю чаться в выяснении уровня спроса на ту или иную продукцию, потребности потен циальных потребителей, разработке мер быстрого реагирования производства на их запросы, установление продуктивных деловых контактов. Необходимо решение проблемы «одного заказчика», также необходима ликвидация высокой инертности цен, не позволяющей (при существующей системе финансирования АД хозяйства) успешно продвигать продукцию. В настоящее время персонал и подразделение, за нимающийся решением поставленных выше задач, отсутствует.

Предлагаемый проект внедрения инновационных арочных ПЭ-ВПТ и ПК ВПТ даёт шанс «выживания» производства ЖБИ в ДСУ-3.

5.2 Подготовка производственной площадки для полуэллиптических водопропускных труб Одним из основных этапов на пути внедрения предлагаемых арочных ПЭ и ПК-ВПТ является создание производственной оснастки для изготовления элемен тов ВПТ. С руководством ГУП ДСУ-3 рассмотрены два пути получения опалубоч ных форм (ОФ) – реконструкция имеющихся и изготовление новых. Было принято решение для ПЭ 10-60 и ПЭ 10-30 разработать и изготовить полный комплект но вых ОФ.

В случае успешного внедрения и продвижения «пилотного» типоразмера ПЭ ВПТ, изготовлена оснастка для других типоразмеров, в том числе – с использова нием имеющихся ОФ – рисунок 5.3.

а б Рисунок 5.3 – Имеющиеся ОФ для ПК-ВПТ: а – форма арки АТ 15-100;

б – форма откосных крыльев оголовка Изучив действующие строительные нормативы и методические рекоменда ции по проектированию и изготовлению ОФ, был сконструирован и запроектиро ван комплект производственной оснастки для типоразмеров ПЭ-ВПТ ПЭ 10-30 и ПЭ 10-60, в том числе, для элементов оголовка.

Проектирование ОФ, отвечающих требованиям надёжности и экономично сти изготовления и эксплуатации, потребовало формулировки отдельной задачи оптимизации и её решения с учётом технологических возможностей специализи рованного предприятия по изготовлению металлоконструкций г. Коврова (группа компаний «Контекс-Монолит»). При разработке учитывались технологические приёмы изготовления ЖБИ в цехе ГУП ДСУ-3.

Финансирование работ по разработке и изготовлению ОФ производилось из двух источников – средств ГУП ДСУ-3 и ООО «НПФ Поиск-М».

Предприятие ООО «НПФ Поиск-М» было создано в 2010 году при ВлГУ спе циально под реализацию проекта инновационных ВПТ. Договор на изготовление ОФ был заключен в феврале 2012 года. Опалубочный комплект был изготовлен и передан Ковровскому ДРСУ в июле 2012 г. Процесс изготовления и готовые ОФ представлены на рисунках 5.4 и 5.5.


а б в г д е ж з Рисунок 5.4 – Этапы изготовление опалубочных форм а – ОФ с установленным арматурным каркасом б – ОФ в сборе на стенде перед загрузкой бетоном Рисунок 5.5 – Опалубочная форма арки АПЭ 10- 5.3 Организация производства полуэллиптических водопропускных труб Технология производства ЖБИ ГУП ДСУ-3 не имеет отличительных особен ностей от классического агрегатно-поточного способа и включает в себя: изготов ление и установку арматурных элементов;

формовку и виброуплотнение;

набор прочности в пропарочной камере;

распалубку изделий;

технической контроль и складирование. В зависимости от вида производимой продукции в технологиче ский процесс вносились незначительные изменения.

Для снижения трудоёмкости арматурных работ изготовлен шаблон для из гиба стержней «силовой» арматуры ПЭ арки. Закладные детали максимально уни фицированы. В процессе изготовления первого комплекта деталей (рисунок 5.6) ПЭ 10-60 выявлен и решен ряд технологических проблем, устранены «недоделки»

в изготовлении ОФ и т.д. и т.п.

Технический контроль первого комплекта элементов ПЭ 10-30 (рисунок 5.7) не выявил отклонений геометрических параметров, превышающих установленные допуски. Качество бетонирования отвечает требованиям, предъявляемым к ЖБИ данной категории ответственности. Процесс изготовления, распалубки и монтажа не вызвал затруднений.

Опытная сборка изготовленных элементов не выявила существенных недо статков как по элементам конструкций, так и по технологии монтажа ВПТ (рисунки 5.7 и 5.8).

По завершенному этапу запуска производства можно сделать вывод, что дан ный этап завершён успешно, имеются все возможности и средства для дальнейшей работы по внедрению разработанной инновационной конструкции и продвижению её в близлежащих регионах.

а б в г Рисунок 5.6 – Изготовление элементов ПЭ 10-30:

а, б – заливка бетона;

в – распалубка;

г – фундаментная плита Рисунок 5.7 – ПЭ-ВПТ 10-30 в сборе на стенде ДСУ- Рисунок 5.8 – ПЭ-ВПТ 10-30 в сборе 5.4 Анализ и оценка стоимости проектных решений Для оценки стоимости разработанных ВПТ используем калькуляцию затрат для железобетонных изделий, производимых цехом ЖБК ГУП ДСУ-3. Учитыва лись стоимость материалов (бетон и арматура), производственных и сопутствую щих расходов по состоянию на апрель 2012 г. (приложение 4).

Номенклатура выпускаемых ГУП ДСУ-3 арочных ПК-ВПТ включает трубы:

Т15-50, Т15-100, Т22-50, Т22-100, эквивалентных по ПВПО К-ВПТ диаметром 1 и 1,5 м (соответственно Т15 и Т22), предназначенных для установки в насыпи высо той 5 и 10 м (соответственно Т15/22-50 и Т15/22-100).

Отличительными характеристиками разработанных нами ПЭ- и ПК-ВПТ яв ляется их способность к восприятию введённой в 2011 году транспортной нагрузки Н14 для искусственных сооружений [37, 153] и диапазоны высот насыпи для уста новки: до 3 и до 6 м.

Из анализа данных о стоимости следует, что производство предлагаемой ра циональной конструкции ПЭ-ВПТ позволяет снизить стоимость изделий на 2547% в зависимости от типоразмера. Экономический эффект пропорционален ПВПО и величине расчётной нагрузки на ВПТ.

Оценка эффективности предлагаемых проектных решений ПЭ-ВПТ также была проведена сотрудниками технического отдела ГБУ «Владупрадор» исходя из сметной стоимости строительства ВПТ длиной 15 м в расценках на сентябрь г. В экономическом сравнении участвовали три варианта конструкций, эквивалент ных по ВПС: К-ВПТ ТС 100.30-3 в соответствии с ГОСТ 6482-88 и ТП 503-7- 90 производства ЗАО ПТК «Владспецстрой», ПК-ВПТ Т15-100 в соответствии с ТУ Т00-000-2009-01-ТУ производства ГУП ДСУ-3, ПЭ-ВПТ ПЭ 10-30 – предлагаемое разработанное конструктивное решение.

Разработанная ПЭ-ВПТ фигурирует в анализе в двух проектных вариантах (таблица 5.1): с разработанным раструбным оголовком и без раструбного оголовка с дополнительным звеном, длиной 3 м. Безоголовочный вариант является удовле творительным конструктивным решением для равнинных условий с малым расчёт ным расходом, поскольку в рассматриваемых условиях не оказывает негативного влияния на ВПС, при этом значительно снижает трудоёмкость и стоимость мон тажа.

Таблица 5.1 – Стоимость комплекта ВПТ длиной 15 м ПЭ-ВПТ ПЭ10- ПК-ВПТ К-ВПТ ТС 100.30- Т15-100 С оголовком Без оголовка Стоимость, Стоимость, тыс. руб.

Стоимость, Стоимость, тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

кол-во кол-во кол-во кол-во Цена, Цена, Цена, Цена, Звено/Арка 15,00 5 75,00 18,54 5 92,70 16,49 5 82,45 16,49 6 98, Лекальный блок/ 10,40 5 52,00 22,60 5 112,98 16,07 5 80,35 16,07 6 96, Фундам. плита Портальная 22,80 2 45,60 23,03 2 46,07 8,82 2 17,64 - - стенка Откосное 15,66 4 62,62 14,83 4 59,33 7,86 4 31,44 - - крыло ИТОГО 235,22 311, 08 211,88 195, Эффективность 1 1,32 0,90 0, В таблице 5.2 отдельно приведёно сравнение стоимости материалов (бетона и арматуры) звена труб, длиной 3 м, без учёта оголовков. Данное сравнение позво ляет нивелировать разность расценок конкретного производителя и продемонстри ровать экономический эффект изготовления предлагаемой конструктивной схемы арочных ПЭ-ВПТ.

Таблица 5.2 – Стоимость материалов ВПТ К-ВПТ ПК-ВПТ ПЭ-ВПТ ПОКАЗАТЕЛИ ТС 100.30-2 Т15-50 ПЭ 10- Строительная высота, м Н = 1,12 Н = 0,87 Н = 1, Объём бетона, м3 2,45 2,30 1, Стоимость бетона, руб./м3 6 ИТОГО 14 700 13 800 10 Масса арматуры, кг 100,35 266,33 175, Стоимость арматуры, руб./кг 24, ИТОГО 2 479 6 578 4 ВСЕГО 17 179 20 378 14 ЭФФЕКТИВНОСТЬ 1,00 1,19 0, В расчётах стоимость бетона принята 6 000 руб./м3 и включает в себя средне взвешенные производственные и сопутствующие затраты, стоимость арматуры – 24,7 руб./кг.

В таблицах 5.1 и 5.2 приведены сведения по различным типоразмерам: для К ВПТ – ТС 100.30-3 против ТС 100.30-2;

для ПК-ВПТ – Т15-100 против Т15-50. Ука занные типоразмеры отличаются по несущей способности: ТС 100.30-3 и Т15-100 предназначены для насыпей высотой до 10 м, ТС 100.30-2 и Т15- – до 5 м. Это обусловлено тем, что ГБУ «Владупрадор» рассматривал в анализе наиболее применяемые им варианты ВПТ, предлагаемая ПЭ 10-30 выступает аль тернативой закупаемым конструкциям.

В таблице 5.2 приведены типоразмеры схожие по своим характеристикам с ПЭ 10-30 (высота насыпи до 3 м) с целью экономического сравнения конструкций, работающих в схожих условиях.

Проанализировав полученные данные сравнения комплектов ВПТ (таблица 4.1) можно сделать вывод, что продажная стоимость комплекта предлагаемой ПЭ-ВПТ ПЭ 10-30 с раструбным оголовком на 10%, без оголовка варианта – на 17% ниже стоимости комплекта К-ВПТ ТС 100.30-3, производства «Владспец-строй», продукция которого наиболее востребована в регионе. Использование конструк тивной схемы арочной ПЭ-ВПТ позволяет снизить стоимость требуемого матери ала на 13% в сравнении с К-ПВТ эквивалентной ПВПО (таблица 5.2).

Оценка эффективности применения разработанного раструбного оголовка с комплексной работой элементов приведена в таблице 5.3.

Согласно анализу данных таблицы 4.3, стоимость материала разработанного раструбного оголовка снижается: для Т15-100 на 58%;

для ПЭ 10-30 – на 66%. При длине ВПТ 15 м доля стоимости нового оголовка составляет 1823%, против 3441% ранее, применение раструбного оголовка с комплексной работой элемен тов позволило снизить 1618% стоимости комплекта ВПТ. При увеличении длины трубы влияние оголовка будет уменьшаться. Ориентировочно, при длине ВПТ до 21 м, экономический эффект его применения будет равен в среднем 7%.

Таблица 5.3 – Стоимость оголовка ПК и ПЭ-ВПТ ПК-ВПТ Т15-100 ПЭ-ВПТ ПЭ 10- Показатели Применяемый Применяемый Новый Новый (по аналогии с Т15-100) Стоимость одного оголовка, 52,70 22,05 55,56 24, тыс. руб.

Стоимость комплекта ВПТ 205,68 162, без учёта оголовка, тыс.руб.

Стоимость комплекта ВПТ 311,08 249,78 273,92 211, с учётом оголовком, тыс. руб.

1,00 0,42 1,00 0, Эффективность 0,34 0,18 0,41 0, Доля в стоимости комплекта – 16% стоимости комплекта – 18% стоимости комплекта Из анализа и экономического сравнения установлено, что накладные и про изводственные затраты отдельно взятого предприятия существенно влияют на про дажную стоимость ЖБ ВПТ: средневзвешенная стоимость ЖБ изделий ОАО ПТК «Владспецстрой» составляет 10 400 руб./м3, ГУП ДСУ-3 – 18 100 руб./м3.

Малый объём производства и реализации продукции не позволяет снизить стоимость выпускаемых ЖБ изделий ГУП ДСУ-3. Ситуацию способно выправить увеличение объёмов производства и сбыта. В случае успешной реализации проекта внедрения инновационных ПЭ-ВПТ, несомненно, будет снижена доля сопутству ющих производственных расходов в калькуляции затрат на изделия, тем самым, увеличив экономический эффект использования предлагаемых арочных ПК- и ПЭ ВПТ.

Для определения более полной эффективности применения предлагаемых проектных решений арочных ПК- и ПЭ-ВПТ следует учесть экономический эффект от снижения строительной высоты, как следствие сокращение затрат на подъем красной отметки АД насыпи при строительстве.

Дополнительный экономический эффект даёт равномерное уплотнение грунта насыпи по высоте ввиду отсутствия трудно уплотняемых пазух, что сокра щает затраты на ремонт дорожного покрытия.

Следует также принять во внимание повышение эксплуатационной надёжно сти ВПТ при объединении отдельных звеньев и оголовков в единую упругую кон струкцию. Согласно экспертной оценке, все выше перечисленные преимущества позволят получить дополнительный экономический эффект 57%.

Использование вариантов КР по ВПС также оказывает положительное влия ние на надёжность ВПТ в условиях паводка. Полная оценка экономической эффек тивности ВПТ, эквивалентных по ПВПО и ВПС К-ВПТ внутренним диаметром d=1м и предназначенных для установки в насыпи высотой до 3 м, представлена в таблице 5.4.

На основании полученных результатов построены номограммы экономиче ской эффективности использования предлагаемых проектных решений арочных ВПТ, представленные на рисунке 5.9.

В настоящее время в хозяйстве ГБУ «Владупрадор» находится более 5 тыс.

ВПТ. Около 10% из них требуют проведения капитального ремонта с заменой ВПТ.

При темпах ремонта 100 штук/год экономия средств государственных средств фе дерального и регионального бюджета при использовании предлагаемых ПЭ-ВПТ составит более 21 млн. руб/год.

Экономический эффект снижения стоимости эксплуатации и ремонта АД при использовании АР ВПТ, ликвидирующих пазухи трудоёмкого уплотнения грунта насыпи ниже оси ВПТ, предстоит уточнить при проведении дальнейших исследо ваний.

Таблица 5.4 – Экономическая эффективность ВПТ (длина 3 м) К-ВПТ Арочные ВПТ ТС 100.30- Стоимость, тыс.руб.

КР по ПВПО КР по ВПС - снижения строит. высоты, оголовка с комплексной оголовка с комплексной -устранения нер-ти осадок -устранения нер-ти осадок - повышения эксп. над-ти - повышения эксп. над-ти проектного решения проектного решения - снижения стр. высоты, с учётом применения с учётом применения Дорjожного покрытия, дорожного покрытия, работой элементов работой элементов Предлагаемого Предлагаемого продажная с учётом:

с учётом:

2+3+ 6+7+ 1 2 3 4 5 6 7 8 ПЭ-ВПТ ПЭ 10- - 100% -5% -7% -12% 100% -5% -7% -12% 14,96 14,21 13,91 13,16 15,66 14,88 14,56 13, 17, 0,87 0,83 0,81 0,77 0,91 0,87 0,85 0, 1, ПК-ВПТ ПК 15- - 100% -7% -7% -14% 100% -7% -7% -14% 17,53 16,30 16,30 15,08 17,53 16,30 16,30 15, 17, 1,02 0,95 0,95 0,88 1,02 0,95 0,95 0, 1, а б Рисунок 5.9 – Номограмма стоимости: а – для ПЭ-ВПТ;

б – для ПК-ВПТ 5.5 Состояние проекта и перспективы внедрения полуэллиптических водопропускных труб В настоящее время проект внедрения разработанных инновационных ПЭ-ВПТ находится на стадии продвижения предлагаемой продукции, проведения компании по поиску реальных заказчиков, мероприятия распространения инфор мации о новой продукции, установления эффективных деловых контактов.

Основным партнёром ООО «НПФ Поиск-М» является ГУП ДСУ-3. Ведутся переговоры о заключении с ним лицензионных договоров на 6 патентов, оформ ленных на идеи, реализованные в предлагаемой инновационной продукции.

В 2012 году ООО «НПФ Поиск-М» стало победителем конкурса СТАРТ 2012 Фонда содействия и развития малых предприятий в научно-технической сфере. По результатам конкурса заключен государственный контракт на проведе ние научной и инновационной работы.

Автор настоящей работы, директор ООО «НПФ Поиск-М», активно высту пает с данным проектом в различных конкурсах, выставках и форумах, как на все российском, так и международном уровне. Разработанный проект вызывает «жи вой интерес» у представителей отрасли различных регионов.

Основным препятствием для внедрения разработанного проекта ПЭ-ВПТ является «хроническое» недофинансирование дорожной отрасли. Выделяемых средств не достаточно даже для поддержания в надлежащем состоянии дорожного полотна. ВПТ, «сокрытые» от взора контролирующих органов, заменяются и ре монтируются только при их полном разрушении, когда уже дальнейшая эксплуата ция АД не возможна – рисунок 5.10 (заимствован [электронный ресурс:

http://www.sykt24.ru/news/10156, http://www.trp.su/news/8/4]).

В тоже время (см. п. 1.4 - результаты обследования ВПТ на АД Владимир ской области), состояние большого числа ВПТ критическое, значительная часть ВПТ выработали свой проектный ресурс, возрастающие транспортные нагрузки ускоряют процессы разрушения ВПТ.

Рисунок 5.10 – Разрушение ВПТ (республика Коми) Реальное использование наших экономичных проектов, в первую очередь разработанных ПЭ-ВПТ, вероятно, произойдёт только тогда, когда АД будут «па рализованы» массовым разрушением ВПТ и вынужденным увеличением финанси рования эксплуатации АД.

5.6 Выводы по главе На основании представленных результатов можно сделать следующие вы воды:

1. Экономическая эффективность производства и применения арочных ПК и ПЭ-ВПТ в сравнении с К-ВПТ, эквивалентной ПВПО, составляет, соответственно, 513% и 1723%;

2. Стоимость материала ВПТ арочных ПК и ПЭ-ВПТ снижается на 13% в срав нении с К-ВПТ, эквивалентной ПВПО;

3. Применение разработанного раструбного оголовка с совместной работой элементов снижает стоимость комплекта арочных ВПТ: при длине 15 м - на 1618%;

при длине до 21 м – на 7%;

4. Экономический эффект от снижения неравномерности осадок верхних слоёв дорожной одежды, уменьшения строительной высоты ВПТ и повышения экс плуатационной надежности в совокупности составляет 57%;

5. Разработанный проект оптимальных ПЭ-ВПТ передан производителю ЖБИ, подготовлена производственная площадка и организовано производство ин новационных ПЭ-ВПТ – см. приложение 6, Акт внедрения ГУП ДСУ-3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Проведён анализ существующих конструктивно-технологических ре шений ВПТ, опыта их проектирования, производства, строительства и эксплуата ции.

2. Сформулированы задачи оптимального и рационального проектирова ния конструкций ВПТ.

3. Исследованы НДС элементов арочных ВПТ при работе в массиве грунта АД насыпи с целью определения рациональных геометрических и конструк тивных параметров, обеспечивающие минимальную материалоёмкость, и спроек тированы арочные ВПТ.

4. Изучены гидравлические характеристики запроектированных ПЭ-ВПТ путём проведения гидравлических испытаний масштабированных макетов. На ос новании данных экспериментальных исследований и результатов инженерных рас чётов построены графики расходов воды ВПТ.

5. Предложены конструктивные ряды ВПТ с убывающей строительной высотой, эквивалентные по ПВПО и ВПС, расчётами обоснованы условия эффек тивного использования их вариантов.

6. Выполнена оценка эффективности предлагаемых конструктивных ре шений с позиции повышения эксплуатационной надёжности, производства и внед рения предлагаемых конструктивно-технологических решений ПЭ-ВПТ и органи зовано их производство.

7. Намечены перспективные исследования, направленные на совершен ствование конструкций ВПТ, снижение стоимости их строительства и эксплуата ции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Автомобильные дороги. Реконструкция, ремонт и содержание искус ственных сооружений. Тематическая подборка [Электронный ресурс].

- М.: Инавтодор, 2000. - Режим доступа: http://www.infosait.ru/norma_doc /52/52383/index.htm.

2. Автомобильные дороги. Трубы под насыпями автомобильных дорог.

Обзорная информация [Электронный ресурс]. - М.: Министерство автомобильных дорог РСФСР, 1988. - Режим доступа: http://www.norm load.ru/SNiP/Data1/45/45930/index.htm.

3. Алтунин, В. И. Какая труба выгоднее ? / В. И. Алтунин, О. Н. Черных // Автомобильные дороги. - 2009. - №4 (929). - С. 53-54.

4. Анциперовский, В. С. Причины деформации водопропускных труб на линии Тайшет-Лена / В. С. Анциперовский, В. В. Нижевясов // Тр. ин-та / Новоси бирский ин-т инж. жел-дор. тр-та. – Новосибирск: НИИЖТ, 1965.

- С. 119-124.

5. Аоки, М. Введение в методы оптимизации / М. Аоки. - М.: Наука, 1977.

- 343 с.

6. Баженов, Ю. М. Колическтвенная характеристика ударной выносливо сти цементных бетонов / Ю. М. Баженов, В. Н. Мохов, В. В. Бабков // Бетон и же лезобетон. - 2006. - №1. - С. 2-5.

7. Базара, М. нелинейное программирование. Теория и алгоритмы / М. Ба зара, К. Шетти. - М.: Мир, 1982. - 583 с.

8. Байков, В. Н. Железобетонные конструкции. Общий курс: учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов - М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.

9. Бликштейн, С. М. Малые водопропускные трубы на дорогах / С. М.

Бликштейн // Автомоб. дороги. - 1987. - №2. - С. 12-13.

10. Бобков, В. В. Сталефибробетон в производстве и применении кон струкций засыпных арочных мостов и водопропускных труб на автомобильных до рогах / В. В. Бобков, П. Г. Комохов, Ш. Х. Аминов, И. Б. Струговец, И. В. Недо седко, Р. Р. Сахибгареев, В. Н. Мохов, Р. Ш. Дистанов, В. А. Ивлев // Строительные материалы. - 2008. - №6. - С. 64-67.

11. Бокарев, С. А. Экспериментальные лабораторные исследования комби нированных труб на моделях / С. А. Бокарев, С. А, Просеков, А. С. Потапов // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №8. - С. 115-122.

12. Бондаренко, В. М. Износ, повреждения и безопасность железобетон ных конструкций / В. М. Бондаренко, А. В. Боровских. - М.: ИД Русанова, 2000.

- 144 с.

13. Боровик, Г. М. Методика оценки технического состояния эксплуатиру емых водопропускных труб: дис. … канд. техн. наук: 05.23.15 / Боровик Галина Михайловна. – Хабаровск, 1984. - 251 с.

14. Бочарников, А. С. Технологические факторы, влияющие на микро- и макроструктуру пескобетонной матрицы и прочностные свойства сталефибробе тона / А. С. Бочарников, А. Д. Корнеев // Технология бетонов. - 2005. - №3.

- С. 62-63.

15. Бывшие в употреблении трубы в строительстве: допустимо или нет? :

Пресс-выпуск №1987 [Электронный ресурс] // Всероссийский центр изучения об щественного мнения. - М., 2012. - Режим доступа:

http://wciom.ru/index.php?id=459&uid=112646.

16. Вавилов, А. А. Структурный и параметрический синтез сложных си стем / А. А. Вавилов. - Л.: ЛЭТИ, 1979. - 94 с.

17. Валуйских, В. П. Арочные водопропускные сооружения / В. П. Валуй ских, В. М. Кислов // Транспорт. Строительство. - 1999. - №7. - С. 14-16.

18. Валуйских, В. П. К оценке эффективности водопропускных труб с раз личной формой поперечного сечения / В. П. Валуйских, Ф. Н. Захаров, Е. П. Мяс ников // Итоги строительной науки: Материалы VI международной научно-техни ческой конференции. – Владимир: ВлГУ, 2010. - С. 215-219.

19. Валуйских, В. П. Надёжность выше, затраты ниже / В. П. Валуйских, Ф. Н. Захаров, Н. Н. Старов // Дороги содружества. - 2012. - №1(24). - С. 48-50.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.