Конструктивно-технологические решения жестких поперечин рамного типа с унифицированными параметрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Кузнецов, Валерий Сергеевич

• Кузнецов, Валерий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузнецов, Валерий Сергеевич

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ЖЕСТКИХ ПОПЕРЕЧИН РАМНОГО ТИПА С УНИФИЦИРОВАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Аналитический обзор.

1.1. Конструкции поперечин на отечественных и зарубежных электрифицированных железных дорогах.

1.2. Методы расчета жестких поперечин балочного и рамного типов. 24 1.2.1. Основы расчета конструкций контактной сети по предельным состояниям.J

1.3. Технология монтажа жестких поперечин.

1.4. Выводы по главе. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Новая конструкция жестких поперечин рамного типа.

2.1. Анализ жестких поперечин разных конструкций.

2.2. Разработка новой конструкции.

2.3. Обоснование параметров пшренгеля с подкосом и оттяжки.

2.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Расчет жестких поперечин рамного типа.

3.1. Алгоритм метода расчета.

3.1.1. Методика расчета.

3.1.2. Математическая модель жесткой поперечины рамного типа.

3.1.3. Основные расчетные положения.

3.1.4. Блок-схема программы конструирования жестких поперечин рамного типа.

3.1.5. Результаты расчета.

3.2. Обоснование унифицированных параметров жестких поперечин рамного типа.

3.3. Методика подбора типовых конструкций поперечин.

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование жесткой поперечины рамного типа.

4.1. Методика экспериментальных испытаний жестких поперечин рамного типа.

4.2. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными.

4.3. Методика контрольных испытаний.

4.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. Технологический регламент монтажа жестких поперечин.

5.1. Разработка технологической оснастки для монтажа жестких поперечин.

5.2. Разработка технологии монтажа.

5.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. Технико-экономическая оценка эффективности применения новой конструкции жестких поперечин рамного типа с унифицированными параметрами.

6.1. Экономическая эффективность.

6.2. Выводы по главе.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструктивно-технологические решения жестких поперечин рамного типа с унифицированными параметрами»

Актуальность темы:

Тридцать процентов несущей способности ригелей балочной конструкции жестких поперечин составляет нагрузка от собственного веса. Ригели имеют большие габаритные размеры, большое поперечное сечение поясных уголков и, соответственно, большую погонную массу. Значительные габариты таких конструкций затеняют станции и на них воздействуют большие климатические нагрузки (ветер, гололед, снег). Для установки светильников используют ригели жестких поперечин балочного типа. Дополнительный вес настила и перильного ограждения составляет 35-50% от веса ригеля. Влияние собственного веса ригеля на его несущую способность увеличивается, и это приводит к необходимости увеличения его несущей способности.

Альтернативу поперечинам балочного типа составляют поперечины рамного типа. Жесткие поперечины рамного типа являются существенно более эффективными конструкциями по расходу металла и по эффективности работы по сравнению с традиционными жесткими поперечинами балочного типа. Это объясняется более равномерным загружением всех элементов поперечины рамного типа (включением в «работу» стоек). Существующая конструкция ригелей жестких поперечин рамного типа рассчитана только на действие внешних нагрузок и собственный вес и не способна воспринимать дополнительную нагрузку от приборов освещения, что юраничивает ее универсальность. Существующая конструкция ригелей жестких поперечин рамного типа имеет недостаточную несущую способность для восприятия нагрузки от собственного веса при монтаже ее как балки (до закрепления оттяжек, подкосов и т.д.). В ней возникают недопустимые усилия и, соответственно, деформации элементов, при которых последующее использование ригеля невозможно. Расстроповка ригеля жестких поперечин рамного типа возможна только при полном закреплении всех опорных узлов и это приводит к увеличению трудоемкости монтажа.

В настоящее время существует большое многообразие типоразмерного ряда ригелей жестких поперечин рамного типа, это обусловлено тем, что проекты разрабатывали в разное время для разных типов контактной сети постоянного ипеременного тока при различных скоростях и грузонапряженности электрифицируемых участков. При этом проектирование вели с целью достижения максимально возможного уменьшения массы ригеля при различной расчетной длине. Одним из основных недостатков такого разнообразия является большое число типоразмеров поддерживающих конструкций, снижение технологичности и качества изготовления и монтажа жестких поперечин рамного типа.

При реконструкции железнодорожных станций гибкие поперечины заменяют на жесткие. Необходимы поперечины с расчетной длиной 55 и 65м. Такой длины, как показали расчеты, должны быть только поперечины рамной конструкции.

Следовательно, разработка новой конструкции жестких поперечин рамного типа с возможностью монтажа ее как балки и возможностью размещения на ней освещения, создания условий для более эффективного использования поперечин, для их широкого применения (в том числе для пролетов длиной 55 и 65м) и определение унифицированных рациональных параметров ригелей является актуальным.

Целью работы является разработка новой конструкции жесткой поперечины рамного типа, в том числе с освещением, с обоснованием ее унифицированных параметров и разработка условий ее применения.

Для достижения поставленных целей исследования необходимо решить следующие основные задачи:

- разработка математической модели расчета рамных поперечин с возможностью использования ее в методике подбора (привязки);

- обоснование унифицированных рациональных параметров поперечины;

- экспериментальная оценка новой конструкции и разработка методики контрольных испытаний;

- разработка технологического регламента для монтажа жестких поперечин с использованием новой технологической оснастки.

Научная новизна работы

- разработана математическая модель для конструирования и обоснования унифицированных параметров;

- получена зависимость между средней погонной массой ригеля и высотой его поперечного сечения.

Практическая ценность работы

- создание условий для широкого применения жестких поперечин рамного типа;

- обеспечение качества изготовления и монтажа новых конструкций жестких поперечин рамного типа.

Эффективность подтверждается:

- созданием новой конструкции жесткой поперечины рамного типа с унифицированными параметрами, в том числе с освещением (заявка на полезную модель №2006144916 от 19.12.2006), которая обеспечивает: снижение металлоемкости конструкции на 15%, увеличением производительности монтажа внутри «окна»;

- созданием конструктивных и проектных условий для применения эффективных конструкций жестких поперечин.

Апробация: рассматриваемая в диссертационной работе новая конструкция жестких поперечин рамного типа и новая технологическая оснастка обсуждены на научно-технических совещаниях в Департаменте электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» (с участием специалистов ОАО ЦНИИС, ФГУП ВНИИЖТ, Тран-сэлектропроект ОАО «Росжелдорпроект»).

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Кузнецов, Валерий Сергеевич

На основании выполненных теоретических и экспериментальных иссле дований сделаны следующие выводы:

1. С помощью математической модели проведено теоретическое иссле дование напряженного состояния конструкции ригеля жесткой попе речины, в результате которого были получены эпюры моментов, опре делены несущие способности для каждого типа ригеля, величины про гибов от собственного веса и от действия внещней нагрузки, опреде лены поперечные сечения поясных уголков. 2. Получена зависимость металлоемкости ригелей от высоты поперечно го сечения. Обоснованы и приняты унифищ1рованные рациональные

параметры ригелей жестких поперечин рамного типа, которые позво ляют использовать ригель для поперечин без освещения и с освещени ем. 3. Получены зависимости влияния параметров подкоса, пшренгеля и от тяжки на внутренние усилия (изгибаюпщй момент и нормальную си лу) в элементах поперечины. Впервые проведен комплексный сопос тавительный анализ перераспределения нагрузок в жестких поперечи нах различного типа, в результате которого были определены рацио нальные параметры элементов новой конструкции поперечины. 4. Новые конструктивные рещения жестких поперечин рамного типа да ют возможность устанавливать на ригеле осветительные приборы. Это

значительно расширяет область применения конструкций жестких по перечин рамного типа и устраняет ограничения на их использование. 5. Проведено экспериментальное исследование натурного образца жест кой поперечины рамного типа с сопоставлением полученных резуль татов и результатов расчета. Расхождение значений в пределах 5%

подтверждает соответствие принятой математической модели реаль ной конструкции поперечины. 6. Составлена блок-схема программы подбора (привязки) типовых кон- 138 -

струкций поперечин рамного типа для различных условий эксплуата ции. Программа подбора типовых конструкций поперечин рамного

типа может быть реализована на основе разработанной математиче ской модели и может существенно облегчить проектирование. 7. Разработана методика контрольных испытаний ригелей жестких попе речин рамного типа для проверки прочности (несущей способности и

деформативности) ригеля. Определены значения вертикальных нагру зок с учетом влияния действующих на ригель вдоль пути горизонталь ных нагрузок. 8. Разработан технологический регламент монтажа ригелей жестких по перечин рамного типа с применением новой технологической оснаст ки (траверсы). Новая констрз^кция жестких поперечин рамного типа

позволяет на 20% производительно использовать монтажные «окна»

по сравнению с существующими поперечинами рамного типа. 9. Разработанная новая конструкция жестких поперечин рамного типа

позволяет сократить металлоемкость поддерживающих конструкций

контактной сети до 15%. Экономический эффект от внедрения пред ложенных технических решений составил 1150 тыс. руб. в год. Ю.Результаты вьшолненного исследования будут использованы при раз работке конструкций жестких поперечин длиной 55 и 65м с использо ванием типовых конструкций стоек опоры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузнецов, Валерий Сергеевич, 2007 год

1. Под общ. ред. П.М. Шилкина. Электрифицированные железные дороги России (1929-2004гг.). М.: Интекст, 2004. 336с.

2. Под общ. ред. С.М. Сердинова. 50 лет электрификации железных дорог СССР. М.: Транспорт, 1976,239с.

3. А.А. Цернант, В.И. Шмидт. Научное сопровождение, как элемент системы качества в мостостроении. Вестник Российской Академии транспорта (PAT). Отделение транспортного строительства. Том 2. С.-П.: 2001.

4. И.И. Викторов. Требования, предъявляемые к пути высокоскоростным движением. НИИ пути и строительства НКПС. М.: Трансжелдориздат, 1937,40с.

5. А.П. Юшкевич, А.И. Гуков. Техническая документация на контактную сеть КС-200. ТД КС-200. С.-П. 2000.

6. А.И. Шелест. Типы жестких поперечин на электрифицированных железных дорогах. «Транспортное строительство», 1968, №10.

7. И. А. Беляев. Устройства контактной сети на зарубежных дорогах. М.: Транспорт, 1991.192с.

8. А.А. орел, А.П. Чучев, А.И. Шелест. Жесткие поперечины для электрифицированных железных дорог. «Транспортное строительство», 2000, №3.

9. А. А. Орел, А. П. Чучев, А. И. Шелест. Жесткие поперечины для электрифицированных железных дорог. «Транспортное строительство», 2000, №3.

10. А. А. Орел, А. И. Шелест «Жесткие поперечины рамного типа». -«Транспортное строительство», 1989, №2

11. Под ред. к.т.н. А.П. Чучева. Методы расчета и конструкции устройств электрификации железных дорог. 1991.

12. А.А. Орел, А.И. Шелест. «Ригели жестких поперечин из аллюминирован-ного проката». «Транспортное строительство», 1989, №394.

13. А.И. Шелест. Исследование условий работы и методов расчета жестких поперечин контактной сети электрифицированных железных дорог/Диссертация на соискание ученой степени. М.:ЦНИИС, 1970

14. Отчет по теме Д-ЦНИИС-2-81, р.2.2. «Обобщение передового зарубежного опыта в области транспортного строительства. Электрификация железных дорог». М.: 1981г.

15. Железные дороги мира. № 3. М.: Транспорт 1993.

16. Японская государственная ЖД корпорация «Нормы проектирования и средства сооружений электрической ЖД (путевой линии электропоезда)».

17. Т.КОБАЯСИ (T.KOBAYASHI), Интегрированная контактная сеть. «Железные дороги мира», 1990, №12.

18. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия III. Электрификация. Автоматика и связь. АСУ. Выпуск 2. М.: ЦИИИТЭИ МПС, 1993.

19. СТН ЦЭ 141-99. Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. Нормы проектирования контактной сети. М., «Трансиздат», 2001.176с.

20. СНиП 3.03.01 -87. Несущие и ограждающие конструкции.

21. Под. общ. ред. В.А. Балдина, В.И. Трофимова. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП П-23-81 *), М.: Центральный институт типового проектирования, 1989,150 с.

22. СНиП II-23-81 *. Стальные конструкции. Нормы проектирования.

23. Ц.Х. Надгериев. Методика расчета металлических конструкций опорныхб поддерживающих и фиксирующих устройств контактной сети. Научные труды ОАО ЦНИИС. Выпуск №223. М.: ЦНИИС, 2004.

24. СНиП 23-01 -99*. Строительная климатология.

25. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

26. СТН ЦЭ 12-00. Нормы по производству и приемке строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог (устройства контактной сети). М.: Трансиздат, 2000,87с.

27. В.П. Шурыгин. Совершенствование конструкций контактной сети и методов их расчета. Раздел I Разработка технических указаний по проектированию и расчету конструкций контактной сети. М., ЦНИИС, 1967.

28. Отчет по теме Д-ЭД-1-73, р. 1.4. «Разработка рекомендаций по конструкциям и расчету жестких поперечин». М.: 1973.

29. А.В. Фрайфельд и др. Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети. М. .Транспорт, 1967,396с.

30. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети. ЦЭ-868. М.: Трансиздат, 2002,184с.

31. Под ред. Н.П. Мельникова. Металлические конструкции. Изд 2-е. М.: Стройиздат, 1980,776с.

32. Под общ. ред. Е.И. Беленя. Металлические конструкции. Учебник для вузов. Изд. 5-е. М.: Стройиздат,1976,600с.

33. А.А. Кудрявцев. Несущая способность опорных конструкций контактной сети. М.: Транспорт, 1988,160с.

34. А.А. Орел, В.И. Подольский. Железобетонные фундаменты и опоры контактной сети повышенной эксплуатационной надежности. М.: Транспортное строительство, № 2,1998.

35. А.А. Орел, Ю.С. Рягузов, А.И. Шелест, В.П. Шурыгин. Опорные конструкции контактной сети. Обзорная информация. М.: ЦНИИТС, 1977,38с.

36. Н.М. Беляев. Сопротивление материалов. Изд. 12-е. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959.

37. В.Д. Райзер. Методы теории надежности в задачах нормирования расчетных параметров строительных конструкций. М.:Стройиздат, 1986,192 с.

38. Р.А. Карякин. Тенденции развития конструкций жестких поперечин электрифицированных железных дорог в России и за рубежом. Труды ОАО ЦНИИС. Выпуск №206, М.:, ЦНИИС, 2001.

39. Концепция модернизации устройств электроснабжения железных дорог. М.: ЦЭ МПС РФ. 1999,152с.

40. В.Е. Кудряшов, В.В. Мунькин. Основные технические требования к контактной сети для скоростей движения до 160 км/ч на переменном токе 25,0 кВ на перегоне (КС-160-25).- С.-Петербург. 1999, 7с.

41. Оптимальное проектирование металлоконструкций. По работам объединения Союзметаллостройниипроект. Строительная механика и расчет сооружений, 1974, №4

42. В.В. Трофимович, В.А. Пермяков. Оптимальное проектирование металлических конструкций. К.: Буд1вельник, 1981,136с.

43. Ю.И. Горошков, Н.А. Бондарев. Контактная сеть М.:Транспорт,1973, 384с.

44. А.А. Самарский, Е.С. Николаев. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978,592с.

45. А.А. Орел. Железобетонные опоры контактной сети и автоблокировки с новым видом армирования. М.: Труды ЦНИИС № 206,2001.

46. Н.А. Крылов, А.А. Воеводин, К.А. Глуховской, Д.П. Хлутков. Оптимизация расчетных параметров строительных конструкций. Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1989,112с.

47. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт. Электроснабжение железных дорог. Выпуск 1-2. М.: ЦНИИТЭИ, 1998.

48. Справочник по проектированию контактной сети электрических железных дорог. М.: Трансэлектропроект, 1958,120с.

49. Типовые узлы и детали контактной сети электрических железных дорог. Основные типовые решения 4.501-26. № 1087. М.: Трансэлектропроект, 1977,194с.

50. Методика механических испытаний жестких поперечин контактной сети. М.: ЦНИИС, 2004.

51. Под общ. ред. B.JI. Бурнпггейна. Экспериментальные исследования инженерных сооружений. М.: Труды ЦНИИС, 1978.

52. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике.

53. А.А. Цернант, А.П. Чучев, А.А. Орел. Ригели жестких поперечин для контактной сети железных дорог. ТУ 5264-845-01393674-04.

54. И.П. Исаев, А.В. Фрайфельд. Беседы об электрической железной дороге. М.: Транспорт, 1989,359с.

55. А.В. Фрайфельд, И.А. Марков, А.С. Бондарев. Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. М.: Транспорт, 1989, 462с.

56. Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети. МПС РФ. М.: Трансиздат, 1996.

57. Технологические карты на работы по содержанию и ремонту устройств контактной сети электрифицированных железных дорог. Книга 1. Капитальный ремонт. М.: МПС РФ, 1997,526с.

58. Машины и механизмы, применяемые в хозяйстве электроснабжения железных дорог России. Каталог. Департамент электрификации и электроснабжения МПС РФ. М.: Транспорт, 2001, 48с.

59. ВСН 116-65. Технические указания по технологии производства строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог (устройства электроснабжения). М.: Минтрансстрой СССР, 1966,352с.

60. A.M. Василянский, А.П. Чучев, В.И. Литовченко, А.Ф. Жиженков. Технология монтажных работ при реконструкции контактной сети постоянного тока по проекту КС-200. М.: Труды ЦНИИС выпуск № 206,2001.

61. Под обш. ред. Б.А. Бондаровича. Рекомендации по планированию эксперимента при решении задач транспортного строительства. М.: ЦНИИС, 1983.

62. ОСТ 32-43-95. Железнодорожная техника. Определение экономической эффективности противокоррозионной защиты. Введен указанием № А-820-у 17 октября 1995.