1

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Правительство Хабаровского края ОАО «Российские железные дороги»

Дальневосточная железная дорога – филиал ОАО «РЖД» Ассоциация вузов железнодорожного транспорта

Дальневосточное отделение Российской академии наук Дальневосточное отделение Российской академии транспорта Хабаровское отделение Российской инженерной академии

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Посвящается 70-летию университета The conference is devoted to the 70th anniversary of the university

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – ТРАНСПОРТУ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

INNOVATION TECHNOLOGIES – FOR TRANSPORT AND INDUSTRY

Труды 45-й Международной научно-практической конференции

ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки

7–9 ноября 2007 г.

Том 1

Proceedings the 45th International research-practical conference will be held in the Far Eastern state Transport University

7–9 November 2007

Vol. 1

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2007

2

УДК 330.341.1:06.053 ББК У9(2Рос) О-55я54 Д 186

Редакционная коллегия: Ю.А. Давыдов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроподвижной состав»

(ответственный редактор);

О.Л. Рудых, кандидат технических наук, профессор кафедры «Строительная механика»

(заместитель ответственного редактора).

Члены редколлегии:

Л.Д. Терехов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидравлика и водоснабжение»

Г.М. Стоянович, доктор технических наук профессор, зав. кафедрой

«Железнодорожный путь, основания и фундаменты»

Д 186 Инновационные технологии – транспорту и промышленности : труды 45-й Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей ака-демической науки, 7–9 ноября 2007 г. ; под ред. Ю. А. Давыдова. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2007. – Т. 1. – 225 с. : ил.

ISBN 978-5-262-00352-5

Труды конференции содержат результаты последних исследований учё-ных транспортных вузов, вузов Минобрнауки России, инженерных работников предприятий железнодорожного транспорта, строительства, промышленности, представителей академической науки России и зарубежных стран.

Первый том трудов содержит доклады и сообщения, заслушанные на пленарном заседании и на секциях: «Проблемы проектирования, строитель-ства и эксплуатации пути и транспортных сооружений»; «Новые технологии в области промышленного и гражданского строительства».

Сборник трудов конференции предназначен для широкого круга научных и инженерно-технических работников, а также студентов вузов и аспирантов.

Конференция проводится в рамках инновационно-образовательной

программы «Инновационный научно-образовательный транспортный комплекс на Дальнем Востоке России».

ISBN 978-5-262-00352-5 © ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2007

3

ВВЕДЕНИЕ

В работе 45-й Международной научно-практической конференции «Инно-вационные технологии – транспорту и промышленности» приняли участие учёные транспортных вузов России, вузов Министерства образования и науки Российской Федерации, инженерные работники железных дорог ОАО «Рос-сийские железные дороги», предприятий и организаций, представители ака-демической науки и зарубежные учёные.

Данная конференция проводилась 7–9 ноября 2007 г. на пленарном засе-дании и 23 секциях конференции.

По решению Оргкомитета труды конференции издаются в восьми томах со следующим распределением секций по томам:

Том 1 – пленарные доклады и сообщения; секции: «Проблемы проектиро-вания, строительства и эксплуатации пути и транспортных сооружений»; «Но-вые технологии в области промышленного и гражданского строительства».

Том 2 – секции: «Электроэнергетика: проблемы и решения»; «Транспортно-логистические технологии»; «Современные информационно-телекоммуника-ционные технологии и автоматизация в управлении перевозочным процессом».

Том 3 – секции: «Прикладная физика»; «Прикладная математика и инфор-матика»; «Химия, проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности».

Том 4 – секции: «Финансы, бухгалтерский учет и аудит в условиях корпо-ративного управления»; «Проблемы современной экономики транспорта и менеджмента»; «Современные подходы к управлению: мировой и российский опыт»; «Туризм и культура».

Том 5 – секции: «Современные подходы к воспитанию в высшей школе»; «Коммуникативная педагогика»; «Проблемы межкультурной коммуникации».

Том 6 – секции: «Образовательное пространство ДВГУПС»; «Историко-философское образование в техническом вузе»; «Актуальные проблемы пра-восознания, частного права и правоприменительной практики»; «Теория и практика социальной работы».

Том 7 – секция «Личность и профессия». Труды секций: «Проблемы развития, эксплуатации и ремонта тягового под-

вижного состава», «Новые технологии в области эксплуатации и ремонта ва-гонов», «Проблемы развития, эксплуатации и ремонта путевых и строитель-ных машин» публикуются в Вестнике института тяги и подвижного состава, выпуск 4.

4

УДК 658.566 А.Б. Левинталь, В.Ф. Ефременко Министерство экономического развития и внешних связей Хабаровского края

Хабаровск, Россия

ПОЛИТИКА ПРАВИТЕЛЬСТВА ХАБАРОВСКОГО КРАЯ ПО РАЗВИТИЮ ИННОВАЦИОННОЙ ЭКОНОМИКИ

Поддержка инноваций, как приоритет экономической политики правительства края. Направления, методы и механизмы развития инновационной деятельности в крае

В современных условиях определяющим фактором в конкуренции стран и регионов становится уже не обладание природными ресурсами, а уровень раз-вития постиндустриальной экономики, основными формирующими отраслями которой являются транспорт, связь, управление, финансы, сервис, наука и ин-новации. Последние являются экономическим стержнем постиндустриального общества. Инновационная экономика, означающая процесс перевода научных знаний в продукт или услугу, востребованные рынком, производит значительно большие объемы прибыли и добавленной стоимости, чем традиционная про-мышленность, при меньшем удельном весе материальных затрат в структуре цены реализации. Это принципиально важно для Дальневосточного экономи-ческого района (ДВЭР), учитывая постоянное негативное воздействие удоро-жающих факторов производства. В перспективе инновационный путь развития становится просто безальтернативным для ДВЭР, имея в виду сохранение и развитие его как целостного российского экономического макрорегиона.

Поскольку новые научные достижения являются неисчерпаемым ресур-сом, являющимся достоянием всех стран, то свободного рынка для их реали-зации уже недостаточно – удачные инновации требуют институциональной и законодательной поддержки. Успешные инновации производятся совместны-ми усилиями ученых, правительства и промышленности. При этом если в ис-полнении и реализации инновационных разработок ведущую роль играют наука и бизнес, то инициирующая и организующая роль в целом инновацион-ного процесса принадлежит государству. Так было и происходит во всех раз-витых странах, к примеру, в США государство принимало прямое и непосред-ственное участие в формировании «Силиконовой долины», в Японии – «Тех-нополисов» и т. д.

В Хабаровском крае, одном из первых (и до сих пор немногих) субъектов Федерации, принят Закон об инновационной деятельности, который создает необходимое правовое поле ее осуществления и основания для финансовой поддержки за счет средств краевого бюджета. Постановлениями и распоря-жениями Губернатора края определяются основные направления и мероприя-тия по развитию инновационной деятельности в крае. И, наконец, конкурсная комиссия по инновациям, под председательством заместителя председателя правительства – министра экономического развития и внешних связей, опре-деляет конкретных исполнителей мероприятий, с которыми министерство за-ключает государственные контракты (рис. 1).

5

Рис. 1. Структура нормативно–законодательных актов правительства Хабаровского края по развитию инновационной деятельности

Вся работа проводится в тесном взаимодействии с научно-образователь-

ными организациями и инновационными предприятиями, с привлечением ве-дущих экспертов.

Анализ инновационного потенциала Хабаровского края позволяет опреде-лить, прежде всего, те его составляющие, которые могут стать основными движущими факторами при формировании Региональной инновационной сис-темы (РИС), и, в перспективе, быть развиты в конкурентные преимущества ре-гиона. Отметим, что Хабаровский край в ДВЭР характеризуется опережающим развитием инновационного предпринимательства и, непосредственно сопря-женной с ней, сферы прикладных научных разработок (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительные показатели уровней развития инновационного

потенциала регионов ДВЭР (суммарно за 2001–2005 гг.)*

Показатель ДВЭР (всего)

Респуб-лика Саха (Якутия)

Примор-ский край

Хабаров-ский край

Число инновационно-актив-ных организаций, ** 111 18 25 35 Удельный вес инновационно-активных организаций, %** 6,54 5,52 4,04 17,76

Характеристики

инновационного

бизнеса

Объем отгруженной иннова-ционной продукции, млн руб. 11 188 1 332 2 979 5 552

Закон Хабаровского края от 04.07.2000 № 222

«ОБ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ»

П Р И К А З Ы М И Н И С Т Р А

Р Е Ш Е Н И Я Конкурсной комиссии по инновациям

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ КОНТРАКТЫ по выполнению мероприятий по развитию инновационной деятельности в крае

Постановление Губернатора

Хабаровского края от 09.02.04 № 32

«О РАЗВИТИИ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ХАБАРОВСКОМ

КРАЕ»

Распоряжение Губернатора

Хабаровского края от 08.08.07 № 430-р

«О ПРОГНОЗЕ РАЗВИТИЯ

ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ХАБАРОВСКОМ

КРАЕ ДО 2010 ГОДА»

Постановление Главы администрации Хабаровского края от 26.02.01 № 66

«О ПОДДЕРЖКЕ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

6

Окончание табл. 1

Показатель ДВЭР (всего)

Респуб-лика Саха (Якутия)

Примор-ский край

Хабаров-ский край

Объем фундаментальных ис-следований, млн руб. 9 621 1 996 3 959 798 Объем прикладных исследо-ваний, млн руб. 4 939 675 2 205 231 Объем разработок, млн руб. 2 142 312 510 633 Количество выданных патен-тов на изобретения и полез-ные модели 2 496 253 839 1 094 Х

арактеристики

сф

еры

НИР

и ОКР

Число созданных передовых производственных технологий 23 – – 17

Примечание. * Источник: Регионы России. Социально-экономические показатели. 2006: Р32 : стат. сб. / Росстат. – М., 2007. – 981 с.

** в среднем за период 2001–2005 гг. Данные направления могут быть преобразованы в конкурентные преиму-

щества края. В то же время, необходимо отметить, что в рамках ДВЭР, конку-ренция трех субъектов Федерации в сфере инноваций имеет характер скорее взаимодополняющих, а не взаимоотрицающих видов деятельности. Макси-мальное использование возможностей по осуществлению инновационной деятельности в крае предполагает сосредоточение ресурсов на направлени-ях, уже имеющих определенное опережение в развитии, с целью превраще-ния их в конкурентные преимущества края. К ним относятся:

– проведение прикладных научных разработок; – повышение инновационной активности организаций; – наращивание объемов реализации инновационной продукции; – развитие инновационной инфраструктуры; – подготовка и повышение квалификации кадров; – развитие нормативно-правовой и институциональной среды; – создание региональной сети рискового финансирования. Развитие перечисленных направлений целевым образом будет осуществ-

ляться при реализации специальных мероприятий (рис. 2). В первую очередь, это мероприятия по стимулированию, организационной

и финансовой поддержке инновационной активности основных участников – научных и производственных организаций. В 2007 г. на краевой конкурс при-кладных научных разработок и инновационных проектов было подано 47 зая-вок, что в 2 раза превышает уровень прошлого года. В основном это вузы края (ДВГУПС – 13 заявок, ТОГУ – 6, ДВГМУ – 4, КнАГТУ – 3), академические ин-ституты и предприятия, занимающиеся научной деятельностью.

7

Рис. 2. Мероприятия по развитию инновационной деятельности в Ха-баровском крае

Качество заявляемых работ по сравнению с предыдущим конкурсом также

возросло. Государственные контракты были заключены с 14 победителями конкурса на сумму 5, 3 млн руб. В этом году 4 проекта представителей Хаба-ровского края стали победителями программы «Старт» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. В октябре Правительством края подписано соглашение с Фондом о сотрудничестве, на базе Автономной некоммерческой организации «Дальневосточное агентство содействия инновациям» (АНО «ДАСИ») создано представительство Фонда, что значительно облегчит нашим участником подготовку документов и прохо-ждение процедур всех конкурсов, проводимых Фондом.

Результаты инновационной деятельности организаций края, – будь то за-патентованная научная разработка, опытный образец или готовая к реализа-ции продукция, – пользуются поддержкой при продвижении на рынок. На двух международных выставках инноваций, проводившихся в 2007 г. в Москве и Санкт-Петербурге, разработки Хабаровского края представлялись единой экс-позицией, подготовленной Министерством экономического развития и АНО «ДАСИ». В сумме наши разработки были оценены семью золотыми и трина-дцатью серебряными медалями, были заключены контракты на поставку про-дукции. В продвижении разработок края проводятся PR-мероприятия, активно

АКТИВИЗАЦИЯ

КРАЕВОЙ КОНКУРС прикладных

научных разработок и инновационных

проектов

«ТЕМП» «ПУСК» «СТАРТ»«РАЗВИТИЕ»«УМНИК»

КОНКУРСЫ Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Представительство на базе АНО «ДАСИ»)

ПРОДВИЖЕНИЕ

Международные выставки

Интернет-портал

PR- мероприятия

Сеть RTTN

Каталоги инновационных разработок

ПОДГОТОВКА КАДРОВ

«ИННОВАЦИОННЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ»

Президентская программа подготовки управленческих

кадров для народного хозяйства

«ПРАКТИКА ПРОДВИЖЕНИЯ ИННОВАЦИЙ» АНО «ДАСИ» г. Хабаровск

ОБУЧЕНИЕ и СТАЖИРОВКА на предприятиях инновационной инфраструктуры

г. Томск

8

используются ресурсы сети Интернет, АНО «ДАСИ» стало участником Рос-сийской сети трансфера технологий (RTTN), являющейся частью междуна-родной сети.

Подготовка кадров, владеющих специальными знаниями и практическим навыками в проведении технологического аудита, управлении инновациями, является первоочередным пунктом во всем комплексе проводимых мероприя-тий. В рамках Президентской программы подготовки управленческих кадров для народного хозяйства произведен уже третий набор слушателей на специ-альность «инновационный менеджмент». Начиная с 2005 г. Министерством ежегодно организуются 10-дневные стажировки наших специалистов в г. Том-ске, признанном российском лидере в организации инновационной деятель-ности. На базе АНО «ДАСИ» открываются краткосрочные курсы повышения квалификации для разработчиков и предпринимателей.

Инновационная деятельность является объектом регионального индика-тивного планирования. Распоряжением Губернатора утвержден «Прогноз ин-новационного развития края до 2010 года», являющийся первым документом, в установленной Законом РФ «О прогнозировании», триаде «прогноз–концеп-ция–программа». Отметим, что масштаб задач, подлежащих реализации, не допускает применения инерционных решений. Прогнозные показатели иннова-ционного развития Хабаровского края предполагают рост объемов отгруженной инновационной продукции более, чем в 2 раза за период 2007–2010 гг., с дос-тижением показателя, превышающего 10 млрд руб. в год. Из них свыше 70 % приходится на долю крупных вертикально-интегрированных структур (ОАО АВПК «Сухой», ОАО «Объединительная судостроительная корпорация» и др.), представленных своими подразделениями в Хабаровском крае. В то же время, для малых и средних предприятий края прогнозируются более высокие темпы роста – почти в 5 раз, а объемы реализации инновационной продукции должны превысить в 2010 г. 2 млрд руб. (табл. 2).

Таблица 2

Прогнозные показатели инновационной деятельности в Хабаровском крае (2008–2010 гг.)

ПРОГНОЗ №

п/п Показатель 2007 г. ожидаемое 2008 г. 2009 г. 2010 г.

1 Внутренние текущие затраты на разра-ботки, тыс. руб. 157 148 164 783 172 418 180 053

2 Количество патентов на изобретения и полезные модели 270 280 300 330

3 Количество заключенных лицензион-ных соглашений 2 4 9 15

4 Объем нематериальных активов, млн руб. 26,0 33,2 44,1 102,8

5 Число организаций, осуществляющих технологические инновации (инноваци-онно-активные организации) 35 37 45 58

6 Удельный вес организаций, осуществ-ляющих технологические инновации, в общей численности, % 22 24 27 33

9

Окончание табл. 2

ПРОГНОЗ № п/п Показатель 2007 г.

ожидаемое 2008 г. 2009 г. 2010 г. Объем отгруженной инновационной продукции, млн руб. 4 500 5 200 6 143 10 985 в том числе: – крупные вертикально-интегрирован-ные предприятия, млн руб. 4 000 4 400 4 900 8 600

7

– средние и малые предприятия, млн руб. 500 800 1 243 2 385 В такой же пропорции должен возрасти суммарный объем нематериаль-

ных активов, состоящих на балансе предприятий края. Этот индикатор харак-теризует стоимость интеллектуальной собственности, находящейся в хозяй-ственном обороте, амортизируемой и прямо влияющей на рост капитализации компаний. Число организаций, осуществляющих технологические инновации (инновационно-активных) возрастет, согласно прогнозу, почти в два раза.

Предполагается усиление предметно-внедренческой составляющей науч-ной и проектно-конструкторской деятельности в крае. Это будет выражаться в возрастании количества полученных патентов на изобретения и полезные мо-дели, а, главное, во введении в практику заключения лицензионных соглаше-ний на передачу прав пользования интеллектуальной собственностью, что влечет за собой возникновение новых источников финансирования науки – роялти и паушальных платежей. Эта практика будет расширяться.

В реализации утвержденных Губернатором края инновационных меро-приятий и достижении прогнозных индикаторов критичным является со-стояние инновационной инфраструктуры и отсутствие институтов венчурно-го финансирования.

В настоящее время в Хабаровском крае начинают работать следующие элементы инновационной инфраструктуры (рис. 3).

1. Производственно-технологическая. Работы по ее созданию начаты два года назад. При финансовой и органи-

зационной поддержке Правительства края были учреждены офисы коммер-циализации разработок (ОКР) при вузах края: Дальневосточном государст-венном университете путей сообщения (ДВГУПС); Тихоокеанском государст-венном университете (ТОГУ); Комсомольском-на-Амуре государственном тех-ническом университете (КнАГТУ); Дальневосточном государственном меди-цинском университете (ДВГМУ). ОКР – это первое связующее звено между разработчиками и инновационным предпринимательством, это институты, на-целенные на продвижение научной разработки на рынок. Инновационными менеджерами ОКР проведена инвентаризация разработок ВУЗов, оценен их коммерческий потенциал. Выяснилось, что из 497 разработок только 16 могут быть выведены на рынок, а остальные требуют внесения серьёзных коррек-тив, чтобы представлять интерес для реального сектора экономики. Форми-руются бизнес-инкубаторы в ДВГУПС и ТОГУ, разработан проект технологи-ческого бизнес-инкубатора малого инновационного бизнеса в г. Комсомоль-ске-на-Амуре.

10

Рис. 3. Элементы инновационной инфраструктуры Хабаровского края: * – элементы в стадии формирования

2. Консалтинговая. Существующие консалтинговые структуры работают и уже подготовили

ряд инновационных проектов, которые стали победителями конкурсов и полу-чили финансирование. Здесь же работают и ОКР.

3. Информационная. Создан и работает Интернет-портал «Инновации в Хабаровском крае»,

сформирована база данных инновационных предложений края. 4. Кадровая. Правительством края организована подготовка кадров в 3-х упомянутых

выше кадровых центрах. Важным обстоятельством является начало процесса профессиональной вузовской подготовки кадров инновационных менеджеров. В ТОГУ открыта специальность «Управление инновациями», ДВГУПС являет-ся победителем федерального конкурса ВУЗов, внедряющих инновационные обучающие программы.

5. Финансовая. Организации, специально занимающиеся рисковым финансированием в

ИННОВАЦИОННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КОНСАЛТИНГОВАЯ

Центры трансфера технологий АНО «ДАСИ» и ТОГУ

Отдел по аналитической работе ДВГМУ

Инновационный центр бизнес-инкубатор ДВГУПС

Консалтинговый центр АНО «ДАСИ»

Дальневосточный региональный иссле-довательский научно-консультационный

центр экспертизы (ДВ РИНКЦЭ)

Консалтинговая компания «Бизнес Техно Стандарт»

Даль НИИ Рынка

Инженерно-консультационная фирма «Альтернатива»

ФИНАНСОВАЯ КАДРОВАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ

Фонд развития техноэкополиса Комсомольск-

Амурск-Солнечный

Президентская программа подготовки управленческих кадров по специальности

«Инновационный менеджмент»

ДВГУПС – внедрение инновационных программ

АНО «ДАСИ» - обучающие курсы

Выставочная экспозиция и каталог «Инновационные предложения и разработки

Хабаровского края»

Интернет-портал

«Инновации в Хабаровском крае»

innov.27.ru

Государственный Фонд поддержки малого

предпринимательства Хабаровского края

Региональный венчурный фонд*

Сеть «Бизнес-Ангелы»*

Офис коммерциализации разработок и опытно-производственный участок КнАГТУ

Бизнес-инкубатор ТОГУ*

ТОГУ – специальность «Управление инновациями»

11

Хабаровском крае, находятся пока в проектной фазе. Прорабатывается во-прос о создании регионального венчурного фонда, развертыванию сети «биз-нес-ангелов».

Отдельно следует сказать об учрежденной Правительством края Авто-номной некоммерческой организации «Дальневосточное агентство содейст-вия инновациям» (АНО «ДАСИ») (рис. 4).

Агентство соединяет в себе весь функционал инновационной инфраструк-туры: производственно-технологический; консалтинговый; кадровый; инфор-мационный; финансовый. Полный цикл предоставляемых услуг позволяет в одном месте пройти обучение, подготовить инновационный проект, оформить права на интеллектуальную собственность, привлечь необходимые инвести-ции и реализовать продукт инновации на любой его стадии.

Рис. 4. Организационная структура АНО «ДАСИ» Уже можно назвать ряд проектов, которые АНО «ДАСИ» продвигает на ры-

нок, согласно заключенным договорам с разработчиками. В конечном счете, выход на рынок и является экономическим смыслом создаваемой РИС. Этот этап – отгрузка инновационной продукции и получение денежного дохода – за-мыкает инновационный цикл, региональная инновационная система осуществ-ляет свое самовоспроизводство. Что и является главной целью проводимых Правительством края мероприятий в инновационной сфере.

Автономная некоммерческая организация«ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ АГЕНТСТВО СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯ»

(АНО «ДАСИ»)

• установление связей с ведущими центрами трансфера;

• установление связей с предприятиями, внедряющими новые технологии;

• оценка коммерческого потенциала разработок (технологический аудит);

• разработка и реализация стратегии коммерциализации разработок;

• патентные исследования, юридический консалтинг, сертификация;

• менеджмент проектов; • маркетинговые исследования; • мониторинг предприятий, формирование портфеля заказов;

• подготовка бизнес-планов для инвесторов;

• привлечение передовых технологий с других регионов.

• базы данных; • интернет-портал; • научные исследования;

• выставки, презентации;

• организация работы инновационного

б

• конференции, семинары;

• подготовка и переподготовка кадров.

• сеть рискового финансирования;

• работа с фондами, грантами.

Центр трансфера технологий

Консалтинговый центр

Инвестиционно-финансовый центр

Информационно-кадровый центр

12

УДК 656.07(571) М.М. Заиченко

Дальневосточная железная дорога – филиал ОАО «РЖД» Хабаровск, Россия

ТРАНССИБИРСКАЯ МАГИСТРАЛЬ: ПРОБЛЕМЫ, ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Дан анализ проблем, задач и перспектив развития Транссибирской магистрали.

Вопрос о проблемах и перспективах развития транспортного комплекса востока России весьма актуален: от его планомерного решения во многом за-висит дальнейший рост экономики региона, укрепление международного со-трудничества, увеличение инвестиций.

В структуре транспортной системы Дальнего Востока на долю дороги при-ходится 96 % грузооборота и 33 % пассажирооборота от общего объема, вы-полняемого всеми видами транспорта в регионе.

Магистраль интегрирована в Транссибирский международный коридор сегментом собственной инфраструктуры, представляющей два широтных хо-да – южный – часть Транссиба c прямым выходом к портам Приморья и се-верный – Байкало-Амурская магистраль с выходом на Ванино – Советскога-ванский промышленный узел.

Исключительно благоприятное географическое положение дороги позволя-ет стабильно и в предъявляемых объёмах обеспечивать потребности экономи-ки Дальневосточного региона в грузовых и пассажирских перевозках и выводит ее на ключевые позиции в реализации национального транзитного ресурса.

Развивая внешнеторговые связи между странами Азиатско-Тихоокеанско-го бассейна и Европы, улучшая транспортное обслуживание региона, дорога добилась устойчивой динамики роста основных показателей эксплуатацион-ной работы.

В текущем году объёмы отправления грузов выросли на 6,4 %, пассажи-ров – на 1,6 %. Общий прирост погрузки достиг 2 млн 104 тыс. т, преодолев 2-миллионный рубеж, превышающий аналогичные показатели прошлых лет, начиная с 1998 г., в несколько раз.

При эффективном использовании местных погрузочных ресурсов и за счет предоставления качественных транспортных услуг рост грузооборота соста-вил более 6 %, пассажирооборота – 1 %.

Усиление подходов к морским торговым портам и сухопутным погранич-ным переходам позволили создать оптимальные условия для эксплуатацион-ной работы, внедрения новых технологий и обеспечить дальнейший рост по-казателей, оценивающих качество использования подвижного состава, что в комплексе ускоряет доставку грузов.

(Справочно: средний вес грузового поезда вырос на 1,3 %, или на 47 т, среднесуточная производительность локомотива – на 2,2 %, участковая и техническая скорости движения поездов – на 0,8 %, оборот грузового ваго-на ускорен на 2 часа).

13

Стабильный прирост погрузочных ресурсов обеспечивается сегодня и раз-витием контейнерных перевозок. За счет проведенных компанией и дорогой целевых мероприятий преодолен спад контейнерных перевозок, наметивший-ся в первой половине прошлого года. Если по итогам 2006 г. мы имели рост объемов перерабатываемых контейнеров по припортовым и пограничным станциям дороги на 4,8 %, то в текущем году – уже более 30 %, в том числе экспортно-импортных и транзитных грузов, по которым ранее наблюдалась депрессивная динамика, – на 12,6 %.

Общий прирост в погрузке крупнотоннажных контейнеров за 8 месяцев те-кущего года составил 20,4 %.

С целью своевременной доставки грузов на дороге действует отлаженная технология ускоренных контейнерных поездов, маршруты которых проходят до границ с Финляндией, Белоруссией и Средней Азией. В текущем году со станции Находка-Восточная было отправлено в 1,5 раза больше таких поез-дов, чем в прошлом.

Для дальнейшего наращивания контейнерных перевозок согласован вари-ант использования пограничного перехода Гродеково – Суйфэньхэ.

Мероприятия, направленные на развитие железнодорожной инфраструк-туры этого перехода, позволили увеличить грузопереработку с ростом к про-шлому году на 18 %.

Мы обеспечиваем приемлемый уровень затрат и соблюдение стандартов качества перевозок, надежную сохранность грузов. Упрощены процедуры та-моженного оформления, сокращено до минимума число перевалок груза. Все вышеперечисленные коммерческие преимущества – серьезные аргументы в пользу Транссибирской магистрали.

Задачи дальнейшего развития Евроазиатского моста с учетом вступления России во Всемирную торговую организацию предъявляют повышенные тре-бования к развитию инфраструктуры, парка подвижного состава, средств управления. В этой связи эффективная инвестиционная политика является залогом повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта.

Только в текущем году в развитие транспортной инфраструктуры дороги компанией Российских железных дорог будет инвестировано около 23 млрд руб. (с учетом затрат на капитальный ремонт основных фондов), что на 40 % больше чем в прошлом году. (Для сравнения: общий объем инвестиций двух предшествующих лет составлял около 30 млрд руб.)

За год, который прошел со времени последнего Дальневосточного между-народного экономического форума в г. Хабаровске, дорогой ускорена реали-зация ряда крупных инвестиционных проектов, имеющих стратегическое зна-чение как для повышения пропускной и провозной способностей магистрали, так и для поступательного экономического развития прилегающих территорий.

На Транссибирском участке дороги проведены большие работы по укреп-лению искусственных сооружений и строительству новых, введен в эксплуа-тацию Лагар-Аульский тоннель, продолжается реконструкция второй очереди мостового перехода через реку Амур у Хабаровска, оставшегося единствен-ным однопутным участком на протяжении от Москвы до Владивостока.

Высокими темпами реализуется один из приоритетных проектов компании –

14

развитие транспортного коридора Кузбасс – Дальневосточный транспортный узел, в рамках которого дальнейшее развитие получили станции Хабаровск-2, Облучье, Уссурийск. Это позволяет сегодня беспрепятственно принимать по-езда повышенного веса и длины.

С целью дальнейшего развития тяжеловесного движения – постоянного обращения поездов весом 6 тыс. 300 т до припортовых станций Приморья, – выполняются работы комплексного усиления транспортной инфраструктуры участка Уссурийск – Находка.

Под возрастающие контейнерные перевозки дорога продолжает работы по модернизации Находкинского железнодорожного узла, обслуживающего круп-нейшие порты на Тихоокеанском побережье России – Находку и Восточный, на станции Находка-Восточная построен современный пункт подготовки фи-тинговых платформ под погрузку. Прорабатываются варианты расширения существующих контейнерных терминалов и строительства новых.

Транспортно-транзитная функция имеет огромные перспективы развития по всем направлениям – железнодорожному, морскому, автомобильному и другим. Чтобы связать их воедино и наладить четкое взаимодействие, необ-ходима организация логистических центров, которые будут управлять грузо-потоками, следующими к морским и пограничным переходам, увязывать тех-нические возможности железной дороги и получателя груза и представлять интересы всех видов транспорта. Принято решение о реализации проекта управления грузопотоками во Владивостокском транспортном узле на базе строительства Южно-Приморского терминала в районе поселка Новый.

Для эффективной организации мультимодальных перевозок мы предлага-ем от сформировавшегося на дороге логистического обмена, который обеспе-чивает информационное взаимодействие и оформление документов на раз-ных стадиях перевозки, перейти к системам комплексного транспортно-логи-стического обслуживания потребителей и производителей готовой продукции с развитием терминально-складской инфраструктуры.

(Для справки: Сложившийся рынок товаров и услуг диктует необходи-мость в организации двух региональных терминально-логистических рас-пределительных комплексов: в Хабаровском и во Владивостокском про-мышленных узлах, с оказанием полного перечня услуг. При этом Хабаров-ский комплекс будет ориентирован не только на обслуживание г. Хабаров-ска, но и других населенных пунктов Хабаровского края, а Владивостокский позволит объединить транспортное обслуживание Владивостока, Находки, Уссурийска, Пограничного (Гродеково)).

Прогнозируемый рост объемов грузовых перевозок в целом по Дальнево-сточному региону в соответствии со Стратегической программой развития ОАО «РЖД» к 2010 г. составит 45 %, в том числе по Южному широтному ходу дороги – 34 %, а по Северному – на 78 %.

Уже сегодня на северных отделениях дороги мы имеем рост грузооборота, значительно опережающий уровень прошлого года, причем, на порядок выше, чем по южному направлению. А это значит, что одна из приоритетных задач компании – увеличение загрузки БАМа планомерно решается.

В целом объёмы транзитных перевозок угля, нефти, лесных и контейнер-

15

ных грузов через порт Ванино вырастут более чем в 3 раза, через порты на юге Приморья – в 2,6 раза, через пограничные переходы – более чем в 1,5 раза, что подтверждается перспективными проектами грузообразующих инвесторов и формированием инфраструктурного базиса для переработки грузов. К 2015 г. эти цифры могут быть удвоены. Безусловно, это значительно повысит эффек-тивность использования ресурсов Транссибирской магистрали.

Принимая во внимание, что основу перспективного роста грузооборота в среднесрочной перспективе будут составлять контейнерные перевозки с рос-том до 330–350 тыс. контейнеров в год, чтобы выйти к 2015 г. на 750–800 тыс. контейнеров и с последующим увеличением до 1 млн ДФЭ, перспективным является Транскорейское направление с выходом на Транссиб.

Сегодня техническое состояние железнодорожной инфраструктуры дороги позволяет обеспечивать потребности регионов в грузовых и пассажирских пе-ревозках в предъявляемых объемах, имея при этом резерв для динамичного роста по обоим широтным направлениям.

Для дальнейшего расширения рынка транспортных услуг и роста объемов перевозок дорога имеет перспективный план развития на период до 2015 г., разработанный в соответствии со «Стратегической программой развития ОАО «РЖД» и актуализацией «Генеральной схемы развития железнодорожного транспорта на перспективу до 2010 и 2015 гг.».

Реализуя основные задачи инновационного этапа стратегического разви-тия железнодорожного транспорта, дорога обеспечит ликвидацию «барьер-ных» мест с ограничениями пропускной способности и создаст дополнитель-ный технологический резерв. В числе приоритетных проектов этого этапа – строительство на основе государственно-частного партнерства технологиче-ской линии в обход Кузнецовского перевала с сооружением нового тоннеля протяженностью 3 тыс. 890 км, являющегося в настоящее время основным сдерживающим фактором для роста заявленных на перспективу перевозок.

Стратегическое положение БАМа, технико-экономический потенциал района его прохождения огромен, и он будет востребован в ближайшие годы, что уже сейчас ставит вопрос об упреждающем развитии инфраструктуры магистрали. С этой целью в 2006 г. компанией «Российские железные дороги» разработана «Стратегическая программа развития Байкало-Амурской магистрали до 2020 го-да с учетом строительства трубопроводной системы Восточная Сибирь – Тихий океан». Её поэтапная реализация, с привязкой к перспективным объёмам пере-возок, позволит не только частично перераспределить грузопотоки в направле-нии Сибирь – Дальний Восток, высвободив часть мощностей на Транссибе для перевозок сырой нефти на экспорт через бухту Козьмино, но и обеспечить тран-зитные перевозки внешнеторговых грузов.

Вместе с тем, если дорога, обеспечивая максимальное соответствие пропускной способности и грузонапряженности, ориентирована на подвод грузов к транспортным узлам г. Хабаровска и Комсомольска-на-Амуре по двум направлениям, оперативно перераспределяя транзитные грузопотоки между ними, то дальнейший выход к выгрузочным мощностям Ванино-Совгаванского транспортного узла и к портовым комплексам юга Приморья становится проблематичным.

И здесь особую значимость приобретает реализация проектов, заложен-

16

ных в Стратегию развития железнодорожного транспорта на долгосрочную перспективу, в том числе:

• строительство закольцованной железнодорожной линии от станции На-ходка-Восточная через бухты Ольга и Рудная Пристань с выходом на одно-путную железнодорожную линию Сибирцево – Новочугуевка;

• сооружение стратегической линии Селехин – Сергеевка, обеспечиваю-щей параллельный Транссибу подвод грузов к станциям Находкинского же-лезнодорожного узла и припортовому терминалу порта Восточный. В случае создания прямого железнодорожного сообщения между материком и остро-вом Сахалин за счет строительства социально-значимой линии Селехин – Ныш будет обеспечено беспрепятственное продвижение сахалинских топлив-но-энергетических ресурсов без отягощения Транссиба и со снижением на-грузки на Ванино – Советскогаванский узел.

В результате выполнения всех запланированных мероприятий, направлен-ных на эффективное использование Транссибирской магистрали, будет созда-на инфраструктурная основа для долгосрочного роста экономики региона и по-вышения качества жизни населения, комплексного освоения развивающихся экономических районов страны и доступа к новым природным ресурсам.

УДК 338.47:656.2.078 Е.И. Осин

Руководитель Дальневосточного территориального управления Росжелдора Хабаровск, Россия

«СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДО 2030 ГОДА» ОБ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТАХ РАЗВИТИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА

В докладе проанализированы вопросы реализации «Стратегии развития железнодорож-ного транспорта в РФ до 2030 года». Затронуты вопросы строительства новых железнодо-рожных линий и усиления мощности существующих участков.

Я хотел бы поздравить Дальневосточный государственный университет путей сообщения со знаменательной датой – 70 лет со дня образования. ДВГУПС является первым техническим вузом в Хабаровском крае. На сего-дняшний день он занимает лидирующее место среди технических вузов Даль-невосточного Федерального округа. На протяжении многих лет Университет готовит высококвалифицированных специалистов, благодаря чему мы можем с уверенностью прогнозировать дальнейшее развитие железнодорожного транспорта на Дальнем востоке и Забайкалье.

1 марта 2007 г. со своей программой «Инновационный научно-образова-тельный транспортный комплекс Дальнего Востока России» Университет во-шел в число вузов-победителей конкурсного отбора образовательных учреж-дений высшего профессионального образования, внедряющих инновацион-ные образовательные программы, в рамках приоритетного национального проекта «Образование».

17

В этот торжественный день хотелось бы остановиться на приятном мо-менте. 6 ноября произошло торжественное открытие движения на железнодо-рожной линии Известковая – Чегдомын, попадающего в зону влияния водо-хранилища Бурейской ГЭС.

Следует отметить, что государственным заказчиком выступал Росжелдор, финансирование проводилось в полном объеме. На данном участке построен 41 мост, в том числе 3 больших с металлическими пролетными строениями длиной 111,14 м, 15 средних моста и 23 малых, построено 29 км пути. Стои-мость в текущих ценах с учетом НДС составляет 5 870 млн руб.

Одним из основных преимуществ Дальневосточного региона является его инвестиционная привлекательность. Так, на объектах транспорта в Россий-ской Федерации нет подобных аналогов строительства, таких, как строитель-ство пускового комплекса Томмот – Кердем, железнодорожной линии Берка-кит – Томмот – Якутск.

26 октября состоялось выездное заседание правительства РФ под пред-седательством первого вице-премьера С.Б. Иванова в г. Нерюнгри. На засе-дании рассматривался вопрос развития всей инфраструктуры Республики Са-ха (Якутия) и его железнодорожной составляющей.

На этом совещании шла речь и о «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». Наиболее важными ожи-даемыми результатами реализации Стратегии являются:

1) создание инфраструктурной основы для долгосрочного роста экономики России и повышения качества жизни населения, комплексного освоения но-вых экономических районов страны и доступа к новым источникам природных ресурсов, особенно в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке;

2) получение высокого мультипликативного эффекта за счет реализации комплексной программы строительства железнодорожных линий, значительно превосходящей по темпам показатели советского периода, на основе консо-лидированного участия государства, регионов и частных инвесторов;

3) рост транспортной доступности субъектов Российской Федерации и вы-равнивание их транспортной обеспеченности и др.

Активное развитие и эффективное функционирование железнодорожного транспорта является одним из необходимых условий и одновременно – дей-ственным инструментом для обеспечения перехода российской экономики к инновационному пути развития, повышения ее конкурентоспособности и укре-пления экономического суверенитета Российской Федерации. Однако совре-менное состояние отечественных железных дорог без изменения темпов мо-дернизации может стать системным ограничением социально-экономическо-го развития страны.

Для того чтобы преодолеть это системное ограничение необходимо в период до 2030 г. реализовать Стратегию и долгосрочную программу разви-тия железнодорожного транспорта в Российской Федерации.

Повышение конкурентоспособности железнодорожного транспорта и развитие международной деятельности являются важнейшими стратегиче-скими задачами.

На период до 2030 г. предусматривается:

18

– развитие международных транспортных коридоров, проходящих через территорию России;

– транспортное обеспечение внешнеэкономических связей Российской Федерации, в том числе посредством комплексного развития инфраструктуры российских морских портов и подходов к ним, обеспечивающего их экономи-ческие и технологические преимущества;

– создание транспортных логистических центров за рубежом с продлением железнодорожных линий колеи 1520 мм на территорию Европейских стран и Корейский полуостров;

– углубление сотрудничества с крупнейшими международными транспорт-ными компаниями;

– расширение международного сотрудничества в сфере подготовки и по-вышения квалификации персонала, фундаментальных и научных исследова-ний и опытно-конструкторских разработок.

После реализации Стратегии будет полностью сформирован инфраструк-турный базис для обеспечения территориальной целостности и обороноспо-собности страны, снижены территориальные диспропорции в развитии ин-фраструктуры железнодорожного транспорта, созданы транспортные условия для ускорения роста российской экономики.

Рост грузооборота составит 1,7 раза. Скорость доставки грузов в среднем возрастет более чем на 26 %, при этом по контейнерным отправкам, требую-щим ускоренной доставки – в 3,7 раза.

В установленные сроки будет доставляться 97 % отправок, что является высочайшим уровнем с точки зрения мировых стандартов.

На магистральном полигоне в 13,8 тыс. км будет организовано тяжеловес-ное грузовое движение, позволяющее снизить себестоимость перевозок мас-совых грузов.

Будет создано высокоскоростное пассажирское сообщение (со скоростями до 350 км/ч).

Федеральным агентством железнодорожного транспорта как ответствен-ным исполнителем по проектам, реализуемым с привлечением средств Инве-стиционного фонда, заключены 3 инвестиционных соглашения на общую сумму 512 млрд руб. Из них средств Инвестиционного фонда – 99 млрд руб. (19 %). На развитие железнодорожной инфраструктуры будет направлено 57,5 млрд руб., или 58 % от инвестиций в транспортную инфраструктуру, предусматри-ваемую к строительству по данным проектам. В рамках проектов предусмотре-но: строительство железнодорожной линии в Читинской области (375 км) со-вместно с компанией «Норильский никель». Общая стоимость проекта, вклю-чая развитие полиметаллических месторождений и строительство железной дороги – 167,8 млрд руб.

Стратегией предусмотрено развитие большого количества объектов Даль-него востока и Забайкалья.

19

Получит существенное развитие пропускная способность Байкало-Амур-ской магистрали со строительством вторых путей, в том числе на направле-нии Комсомольск-на-Амуре – Ванино, строительство Кузнецовского тоннеля.

Заслуживают внимания такие объекты, как: – «Комплексная реконструкция участка Карымская – Забайкальск» (стои-

мость объекта оценивается более 39 млрд рублей); – реконструкция тоннеля под рекой Амур у г. Хабаровска; – мост через реку Амур у г. Хабаровска, который является единственным

однопутным участком на протяжении от Владивостока до Москвы и его пропу-скная способность недостаточна для пропуска возрастающих объемов экс-портных грузов. В связи с этим особенно актуально строительство второй очереди мостового перехода у г. Хабаровска (общая сметная стоимость работ составляет 6594,8 млн руб.);

– переустройство Сахалинской железной дороги на общесетевую колею (с начала 2007 года освоено – 765,08 млн руб. (76,5 %));

– реконструкция тоннелей Малого Хингана на ДВЖД; – Могзон – Озерный ГОК – Хианда – Новый Уоян – (180 км); – Нарын – Лугокан (375 км). Создается транспортная схема, объеди-

няющая работу четырех ГОКов: Бугдаинского; Быстринского, Куятуминского и Лугоканского);

– в ЕАО – интегрированный промышленно-транспортный узел, строи-тельство Кимкано-Сутарского ГОКа, усиление железнодорожной ветки Биро-биджан – Ленинское, строительство железнодорожного моста Нижнеленин-ское – Тунцзянь – ведутся проработки, – объем перевозок составит более 15 млн т в год.

– строительство железнодорожного моста Благовещенск – Хейхэ – утвер-ждено Постановлением Правительства РФ № 655 от 29.07.06.

– электрификация участка Белогорск-Благовещенск и многие другие проекты. С развитием портов Ванино и Советская Гавань объемы грузоперевозок

по северному широтному ходу Дальневосточной магистрали к 2020 г. возрас-тут до 30–35 млн т (сегодняшний грузооборот составляет около 8 млн т).

Дополнительные объемы перевозок обещает ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания», которая возводит в бухте Мучка балкерный терми-нал мощностью до 20 млн т в год. Кроме того, ОАО «Покровский рудник» пла-нирует построить в Советской Гавани перегрузочный комплекс железорудных концентратов производительностью 7 млн т в год. Об увеличении объема бун-керовки нефти в Ванинском порту заявляет и ОАО «Трансбункер». Таким обра-зом, уже через три-четыре года, грузооборот транспортного узла Ванино – Со-ветская Гавань может вырасти до 26–28 млн т, что делает строительство тон-неля весьма актуальной задачей.

– особая тема – Владивостокский транспортный узел (в рамках подготовки к АТЭС);

20

Следующие перспективные проекты (тезисно): – Селихино – Мыс Лазарева – Ныш со строительством мостового (тон-

нельного) перехода; – в Якутии – строительство совмещенного железнодорожного и автомо-

бильного моста через р. Лена; – строительство железнодорожной линии Беркакит – Томмот – Якутск с

выходом к Берингову проливу; – строительство трубопровода ВСТО: Сковородино – Находка – Хмылов-

ский – Бухта Козьмино; С учетом всего выше сказанного очевидно, что для создания инфраструк-

турной основы социально-экономического развития страны и повышения гло-бальной конкурентоспособности транспортной системы и экономики России в целом необходима реализация долгосрочной государственной политики, ин-струментом которой является Стратегия развития железнодорожного транс-порта в Российской Федерации до 2030 г.

По Дальневосточному федеральному округу в соответствии со Стратегией планируется построить 4588 км новых линий.

Для реализации указанных направлений строительства необходимо раз-витие научного и кадрового потенциала в данной отрасли.

Для обеспечения качественного образовательного процесса необходим выход на долгосрочное перспективное планирование подготовки специали-стов, в том числе как по новым специальностям (в области логистики, меж-транспортного взаимодействия), так и по тем, которые нуждаются в узкой спе-циализации применительно к железнодорожному транспорту (менеджмент, финансы, управление качеством, международные экономические отношения).

Основными мероприятиями в области развития человеческих ресур-сов являются:

– обеспечение железнодорожного транспорта на всех уровнях профессио-нально подготовленными работниками массовых профессий, специалистами и руководителями, ориентированными на длительные трудовые отношения и развитие профессиональной карьеры на железнодорожном транспорте;

– подготовка специалистов-управленцев широкого профиля и развитие у персонала железнодорожного транспорта высокого уровня компетенции для работы в условиях единой транспортной системы, активного взаимодействия видов транспорта, логистических комплексов и единых технологических цепо-чек, высоких стандартов качества;

– содействие созданию корпоративных систем управления персоналом, ориентированных на мотивированный и эффективный труд работников, повы-шение его качества, производительности труда, активное участие в техниче-ской модернизации и инновационном развитии железнодорожного транспорта.

На реализацию Стратегии только по минимальному варианту планирует-

21

ся затратить 1008,5 млрд руб., а по максимальному эта цифра составляет 2035,8 млрд руб.. УДК 625.69.21.05.003 М.С. Клыков, В.И. Конюхов, В.Н. Полоз, К.В. Симонов

Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ МАССОВЫХ

ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Разработана организационно-технологическая модель возведения массовых водопро-пускных сооружений в условиях нового железнодорожного строительства, учитывающая ре-сурсные ограничения и экстремальные факторы строительства.

Для этого вначале пометим список всех мостов по ходу строительства же-лезнодорожной линии ,n

γs на которых будет производиться монтаж пролет-

ных строений Sγ -ми кранами. Далее, начиная с первого помеченного ИССО, произведем для первого Sγ -го крана последовательное суммирование про-

должительностей псijst так, чтобы i

ms

n

1i

псij γ

γs

stt ≤∑

=

, ims

n

1i

псij γ

γs

stt >∑

+

=

1

. После распре-

деления первого монтажного крана по фронту работ в пространстве анало-гичные процедуры выполняются для оставшихся средств механизации.

Итерационные расчеты необходимо осуществлять до тех пор, пока после-дующие объекты окажутся помеченными или их список – исчерпанным. Таким образом, алгоритм распределения γS -х средств механизации в пространстве, представляет собой многошаговый процесс, где на главном шаге производит-ся последовательная проверка условий с последующим закреплением и за-поминанием γS ,

γsnγsl .

В качестве модели строительства массовых водопропускных сооружений железной дороги предложим комплексный линейный график, в котором орга-низационная схема возведения участка линии будет в виде линейной модели, графически воспроизводящей строительные процессы в пространстве и вре-мени. Работы малых водопропускных сооружений, носящих площадочный ха-рактер, с целью упрощения в общей модели предложим указывать без ото-бражения в пространстве.

Это представляется возможным, поскольку внешние строительные про-цессы, связанные с строительством мостов, достаточно указать в виде срока окончания работ подготовительного периода опп

it , сроков начала земляных

работ нзрit , дат начала монтажа рельсошпальной решетки нмр

it и которые

22

отображаются в модели, только как фиксированные точки на шкале времени в месте расположения i-го малого водопропускного сооружения.

Несмотря на кажущуюся простоту модели, в рамках теории расписаний практически невозможно ее реализовать, не только из-за громоздкости и сложности вычислений, но и из-за существования множества неформализуе-мых процедур нахождения оптимума. Многие авторы к трудностям решения таких задач относят причины, которые заключаются в сложности структуры расписания работ, в отсутствии условий существования экстремума, в несо-вершенстве оценок сходимости предлагаемых алгоритмов и др.

Особенность расчета календарных сроков выполнения работ по возведе-нию искусственных сооружений при строительстве железной дороги состоит в трудности формализации внешних ограничений, где неясны допустимые

значения нмрнзроппiii t ,t ,t , которые оказывают существенное влияние на Тi ,

∆Тi , Т, Тобщ. Так, например, увеличение интервалов времени Тi расширяет область допустимых вариантов организационных маршрутов расписания, увеличивает сроки строительства линии.

Частичное предварительное устранение неопределенностей в задаче воз-можно за счет упорядочения указанных ограничений. Однако это заметно не облегчает решение поставленной задачи, которая относится к классу сложных комбинаторных задач дискретной математики. К путям их решения, относятся принципы декомпозиции общей проблемы на ряд частных задач. Поэтапное решение последних, с последующей взаимоувязкой и учетом результатов, по-лученных на предыдущем этапе, приводит к существенному снижению раз-мерности задачи.

На каждом этапе, в результате решения частной задачи формируется со-ответствующий неритмичный специализированный поток в виде организаци-онных маршрутов движения специализированных бригад или механизмов по объектам с учетом сформулированных условий и ограничений. Таким образом, в общей задаче по формированию графика можно выделить следующие эта-пы: а) формирование рациональных организационных маршрутов буровых или сваебойных комплектов в составе бригад нулевого цикла; б) формирова-ние рациональных организационных маршрутов строительно-монтажных бри-гад по монтажу опор малых мостов; в) формирование рациональных органи-зационных маршрутов крановых комплектов в составе монтажных бригад по установке пролетных строений.

В работе процесс принятия решений по формированию расписания со-оружения ИССО предлагается осуществлять в направлении от последнего процесса (в технологической последовательности работ) к первому, в отличие строительства, где порядок выполнения работ строго противоположный. Поэтому, первым таким процессом, подлежащим увязке, является комплекс работ по монтажу пролетных строений.

Для него предлагается вначале решить задачу рациональной загрузки парка монтажных кранов. Решение может быть получено на основе методов линейного программирования. В качестве исходных данных указываются: M – множество пролетных строений, устанавливаемых на N объектах; S – множество монтажных кранов в организации; m – индекс весовой группы

23

пролетных строений G-го веса; γ – индекс вида монтажного крана соответст-вующей грузоподъемности (γ = 1, 2, ..., В); sγ – количество кранов γ-го вида; dm – количество пролетных строений m-й весовой группы. Дополнительно за-даются нормы затрат времени кранов γ-го вида для каждой весовой группы, стоимости и машиноемкости выполнения работ, коэффициенты использова-ния по времени и др.

В результате решения для каждого монтажного крана становятся извест-

ными параметры { }ims

ims γγ

t ,d:s =γ , необходимые для составления графика

работ ( imsγ

d – количество пролетных строений m-й весовой группы, устанав-

ливаемых γs -м краном на I-х объектах; t im,s γ – время, требующееся для их

установки). При разработке специализированного потока на монтаж пролет-ных строений малых мостов в соответствии с организационной схемой (рис. 1) имеется возможность предварительно определить следующие временные ха-рактеристики строительно-монтажных процессов: наиболее ранние начала

{ } { }опij

фij

оопini

оопij

нпс'ij kp

sks

tttttY

minmin ++==∈ ; наиболее поздние окончания

.нмрi

Ni

опс'ij tt maxs ∈

=

Кроме того, исходя из условия готовности опор к началу отсыпки насыпей, открывающих фронт работ для монтажа железнодорожных пролетных строе-ний, можно рассчитать минимальные сроки сооружения объектов

( ){ }псij

нзрini

опс'ij s

γss

ttt max +=∈

и допустимый интервал времени псn γs

T , в котором про-

изводится монтаж пролетов: нпс'ij

опс'ij

псn ssγs

ttТ −= , времени и сроков функ-

ционирования процессов монтажа пролетных строений Sγ-ми кранами, отно-сятся к определению фронтов работ во временном разрезе. Рассмотрим так-же распределение средств механизации по фронту работ в пространстве.

Для этого вначале пометим список всех мостов по ходу строительства же-

лезнодорожной линии ,nγs на которых будет производиться монтаж пролет-

ных строений Sγ -ми кранами. Далее, начиная с первого помеченного ИССО, произведем для первого Sγ -го крана последовательное суммирование про-

должительностей псijst так, чтобы i

ms

n

1i

псij γ

γs

stt ≤∑

=

, ims

n

1i

псij γ

γs

stt >∑

+

=

1

. После распре-

деления первого монтажного крана по фронту работ в пространстве анало-гичные процедуры выполняются для оставшихся средств механизации.

Итерационные расчеты необходимо осуществлять до тех пор, пока после-дующие объекты окажутся помеченными или их список окажется исчерпан-

24

ным. Таким образом, алгоритм распределения γS -х средств механизации в пространстве, представляет собой многошаговый процесс, где на главном ша-ге производится последовательная проверка условий с последующим закреп-лением и запоминанием γS ,

γsnγsl .

5

t3нзр

t1нзр

t6нзр

t

nsγTпс

t

tф3

tф4

tф5

tопп6

tооп

7

tфnsγ

TопN

tнзр

tнзрnsγ

tпс2

tпс3

tпс1tоп1

ф2

ф1t

tоп2tопп2

t3оп

t3опп

tоп4 tпс4tопп4

tоп5 tпс5

min tоф1

tф6 tоп6 tпс6

tф7 tоп7tпс7

tоппnsγ

tопnsγtпсnsγ

ns

нзр

7t =max tнзр

nsγ

lγ

k

... ...

Рисунок. Организационная схема участка железно-дорожной линии с технологическими моделями строительства мостов

Аналогично процессам монтажа пролетных строений определим фронты

работ по времени при возведении опор и фундаментов мостов. Исходя из это-го ранние начала и поздние окончания работ по сооружению опор и фунда-ментов определятся:

{ } ( ){ }фij

оппiNi

офij

ноп'ij p

кpк

tt t t minmin +==∈

, { } t t нзрiNi

ооп'ij

кк

min∈

= ,

где Nк – множество i-х объектов, на которых производится монтаж опор k-м ресурсом. А допустимый интервал времени оп

NкT рассчитается по формуле

ноп'ij

опп'ij

опккк

ttTN −= .

25

Повторив подобные рассуждения применительно к работам по устройству фундаментов, предложим расчетные формулы по определению ранних и поздних окончаний работ:

{ }оппiNi

нф'ij t t

pp

min∈

= , { }опij

нзрiNi

оф'ij к

pp

tt maxt −=∈ ,

где Np – множество i-х объектов, на которых выполняются работы по возведе-нию фундаментов р-м ресурсом. Рассчитаем также полное допустимое время

занятости участка нф'ij

оф'ij

фN ppp

ttT −= . Знание допустимых интервалов времени применения трудовых ресурсов и

средств механизации, предельных сроков начала и окончания работ всех спе-циализированных процессов в пространственном и временном разрезе, по-зволяет правильно наметить способы организации работ и перейти к расчету и последовательной оптимизации комплексной поточной модели строитель-ства водопропускных сооружений. УДК 625.012.09 И.В. Потапова

Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОТРЕБНОСТИ В МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСАХ ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ ВРЕМЕННОГО РЕЗЕРВА ОТНОСИТЕЛЬНО

ЗАПЛАНИРОВАННЫХ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Рассмотрены оптимизационные технологии, обеспечивающие высокую устойчивость производственной программы с учетом вероятностного характера строительного производ-ства. Представлена математическая модель определения рациональных значений времен-ного резервирования спроса на материально-технические ресурсы.

Осуществление строительства, реконструкции, технического перевоору-жения и капитального ремонта требует значительного количества материаль-ных ресурсов. Поэтому организация материально-технического обеспечения в строительстве имеет очень большое значение.

В данной работе прогнозирование спроса предлагается определять с уче-том вероятностного характера строительного производства.

Для осуществления оптимизации спроса на материальные ресурсы целе-сообразно введение некоторого временного резерва спроса в ресурсах отно-сительно запланированных сроков строительных работ. С этой целью между поставкой (qij) с нормативной потребностью в материалах на одну работу рас-писания и началом работы ( )o

iT , необходимо введение временного интервала

ijT , длительность которого равна требуемому условиями производства упре-ждению (в частности, быть может, нулевому).

Нам представляется, что размер временного резервирования элементар-ных поставок qij относительно плановых сроков выполнения ( ) ( )o

jo

i TT , работ ij

26

расписания ε следует определять исходя из условия минимизации издержек (1) которые несет железнодорожная строительная организация вследствие вре-менного резервирования спроса по расписанию, а также дефицита в матери-ально-технических ресурсах из-за возможных отклонений хij сроков выполнения

( ) ( )хj

хi TT , работ ij расписания от запланированных ( ) ( )o

jo

i TT , .

)T(ωω ijεij

1 ∑=∈

, (1)

Однако для реализации такого подхода к прогнозированию спроса в скла-

дируемых ресурсах необходимы исследования функционирования подсистем планирования в строительных организациях с целью получения количествен-ных оценок устойчивости разрабатываемых календарных планов строитель-но-монтажных работ.

В настоящее время в подразделениях ОАО «Дальмостострой», ОАО «БАМтоннельстрой», ООО «Дальтоннельстрой» накоплен некоторый опыт разработки и внедрения автоматизированного календарного планирования. Применение информационной системы формирования календарных строи-тельных графиков в этих подразделениях позволило накопить статистическую информацию не только о разработке расписаний, но и об их реализации.

Анализ формы эмпирического ряда распределения фактических сроков выполнения работ от соответствующих сроков в календарных планах позво-лил сделать вывод о том, что это распределение подчиняется нормальному закону, величина которого равна (2)

( )

2σ

2xx

l2nσtf(x)

−−

= , (2)

где х – математическое ожидание значений х; σ – среднеквадратическое от-клонение.

Для статистической проверки выдвинутой гипотезы нормального распре-деления фактических сроков выполнения работ оперативных планов нами был использован критерий Б.Ф. Ястремского, который позволяет дать пря-мой ответ на вопрос о мере расхождения между эмпирическим и теоретиче-ским распределением.

Полученные результаты показывают, что имеются значительные отклоне-ния действительных сроков выполнения работ от сроков в оперативных ка-лендарных планах. Значение математического ожидания х и среднего квад-ратического отклонения σ подобранного нормального распределения откло-нений сроков работ в организациях ОАО «Дальмостострой», ОАО «БАМтон-нельстрой», ООО «Дальтоннельстрой» составили в днях: 1,17х −= , σ = 17,34. В тоже время в этих организациях установлена высокая вероятность [Р(х > 0)] выполнения работ ранее планируемых сроков. Показатель а = [Р(х>0)] составил около 48 %.

27

Проведенный анализ дает возможность оценивать устойчивость кален-дарных планов с точки зрения соблюдения сроков выполнения работ. Боль-шой интерес представляет также исследование расписаний с точки зрения сохранения запланированной продолжительности работ. С этой целью в ис-следуемых трестах была собрана статистическая информация об отклонени-ях фактических продолжительностей работ от продолжительностей в кален-дарных планах.

Учитывая, что в разрабатываемых расписаниях продолжительности работ варьируются в очень широком диапазоне, сравнение отклонений в абсолют-ных величинах не может быть сопоставимо. Поэтому все отклонения продол-жительностей работ были приведены к соизмеримому виду путем вычисления величин β (3):

( )

( ),

oij

eij

t

tβ = (3)

где ( )oijt – фактическая продолжительность работы ij; ( )e

ijt – длительность ра-боты ij, сформированная ЭВМ. Выборочная совокупность значений β соста-вила 1348 данных. Статистический анализ эмпирического графика относи-тельных продолжительностей работ β (рисунок) выявил сравнительно большую его асимметричность, что не позволило принять гипотезу нор-мального распределения.

0,8 1,2 1,40,6 1,0 1,6 1,8 2,0 2,2 β

100

200

300

ni

Рисунок. Гистограмма и кривая распределения 1348 от-клонений фактических продолжительностей работ от рас-четных длительностей

Поэтому была выдвинута новая гипотеза о подчинении распределения

значений β логарифмически нормальному закону

( )( )

22σ

alnβ

l2πσβ

1β−

−

⋅=ϕ , (4)

где а и σ – параметры нормального распределения.

28

Для доказательства соответствия фактического распределения значений β выбранной форме теоретического распределения были вычислены теорети-ческие частоты и сравнены с эмпирическим графиком. По критерию 2χ с све-дением его к критериям Романовского (R) и Ястремского (J), которые подтвер-дили правильность выдвинутой гипотезы.

Выполненный анализ реализации календарным планов строительно-монтажных работ железнодорожных строительных организаций подтвердил предположение о необходимости учета надежности расписания при планиро-вании материально-технического обеспечения. Это означает, что при прогно-зировании спроса на материально-техническую продукцию необходимо пре-дусматривать временное резервирование поставок qi к работам расписания ij.

Рассмотрим технологию оптимизации временного резервирования спроса на материально-технические ресурсы относительно плановых сроков ведения строительных процессов. Вначале изложим методику применительно к одной работе строительного графика.

Введем следующие обозначения: Р(x) – вероятность опережения элементарной поставки q, по отношению к

( ) ( )oj

oi TT , в количестве х единиц времени;

g – размер издержек за резервирование складируемых ресурсов на еди-ницу времени;

g(τ-x)P(x) – издержки связанные с избыточным временным резервировани-ем (τ-х) материальных ресурсов по расписанию. В состав этих издержек вхо-дят плата за запасы, затраты, связанные собственно с хранением складируе-мых ресурсов, потери от физической порчи материалов и конструкций;

р/ – размер затрат, связанных с дефицитом складируемых ресурсов еди-ницы времени;

р/(х-τ)Р(х) – затраты, обусловленные дефицитом материально-технических ресурсов и пропорциональные продолжительности дефицита, равной (х-τ). Основную часть этих затрат составляют издержки, связанные с увеличением продолжительности строительства объектов;

р// – размер затрат вследствие несвоевременного обеспечения складскими ресурсами, не зависящий от длительности дефицита;

р//(х-τ)Р(х) – затраты из-за запаздывания поставки материалов и конструк-ций на (х-τ) единиц времени и не зависящие от продолжительности дефицита. К этим затратам относятся издержки, связанные с переходом бригад, пере-мещениями машин и механизмов;

w(τ) – суммарные средние затраты, соответствующие временному резер-вированию элементарной поставке в количестве, равном τ.

Математическое ожидание затрат, соответствующее резервированию эле-ментарной поставки q, на τ единиц времени определяется (5)

( ) ( )( ) ( )( ) ( )∑+∑+∑=∞

+=

∞

+== 1τx

//

1τx

/τ

0xxPpτ-xxPpx-τxPgτw . (5)

29

Решение сформулированной задачи сводится к нахождению значения τ*, минимизирующего функцию затрат w(τ) при условиях: τ, х – целые неотрица-тельные числа, g > 0, р/ > 0, р// > 0 .

Определить условие минимума для указанной функции затрат в общем ви-де не представляется возможным, поэтому процесс оптимизации разобьем на два этапа. На первом этапе определим условие отыскания τ*, которому соот-ветствует минимум функции w(τ) (6), включающей первые два слагаемые, т. е.:

( ) ( )( ) ( )( )τ-xxPpx-τxPgτ1τx

/τ

0x∑+∑=ω∞

+==. (6)

На втором этапе оптимизации примем во внимание то обстоятельство, что

учет дополнительных издержек ∑=∞

+τ= 1x

// )x(Pp , не зависящих от продолжитель-

ности дефицита, только увеличит значение τ*. Поэтому дальнейшее уточнение величины τ будем осуществлять путем

непосредственного вычисления значений всей функции ω(τ), начиная с ω(τ*), до тех пор, пока не будет выполнено условие минимума ω(τ).

При отыскании τ*** используем то обстоятельство, что если величину τ+++ уве-личить или уменьшить на единицу времени, то соответствующие средние сум-марные затраты только увеличатся, т. е. ω(τ* – 1) > ω(τ*) < ω(τ* + 1).

Для установления условия, соответствующего τ* заменим в функции ω(τ), содержащей две первых компоненты, τ на τ + 1.

После некоторых преобразований получим (7)

( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )∑−∑+∑+∑=++∞

+=

+∞

+=+== 1τx

/

1τx

/τ

1τx

τ

0xx Ppτ-xxPpxPgx-τxPg1τω . (7)

Учитывая ∑ ∑−=∞

+= =1τx

τ

0xP(x)aP(x) , запишем это равенство в виде (8):

/τ

1x

/ apP(x))g(p-ω(T)1)ω(T −∑+=+=

. (8)

Заменяя в полученном равенстве τ на τ–1, получим (9):

/1

0x

/ apP(x))g(p-)(1)-( +∑+τω=τω−τ

=. (9)

Используя два последних выражения, перепишем условие оптимальности

временного резервирования поставки qi в следующем виде:

0apP(x)g)(p)ω(τ1)ω(ττ

0x

//** >∑ −+=−+=

; (10)

30

0apP(x)g)(p)ω(τ1)ω(τ1τ

0x

//** >∑ ++−=−−−

=. (11)

Для практических вычислений полученные соотношения представим в виде:

∑<+

<∑=

−

=

*τ

0x/

/1*τ

0xP(x)

gppP(x) . (12)

Алгоритм расчета τ*** заключается в последовательном вычислении левой и

правой частей последнего неравенства до тех пор, пока не будет найдено зна-чение τ***, при котором оно выполняется. Для сокращения количества итераци-онных расчетов можно использовать методы минимизации функции одной пе-ременной.

Процедуры по определению τ* выполняется для всех работ ij расписания ε . Найденные значения опережения *

ijτ элементарных поставок ijq служат осно-

вой для перехода от сроков выполнения работ ( ) ( )oj

oi TT , к календарным датам

( ) ( )ττji TT , на основе соотношений:

( ) ( )

ij0

jτ

i τTT −= ; ( ) ( )ijτTT τ

jτ

j += , (13)

где ( ) ( )ττji TT , – начальная и конечная даты выполнения работы для прогнозиро-

вания спроса, учитывающие вероятностные параметры расписания; τijt – про-

должительности работ, определяемые с учетом отклонений действительных длительностей работ e

ijt от длительностей oijt в разрабатываемых расписаниях.

Вероятностный характер отклонений продолжительностей строительно-

монтажных работ учитывается введением в расчет значений τijt с довери-

тельной вероятностью Р = 0,954. В соответствии с этим минимально-возможная длительность строительно-

го процесса (14) определяется:

( ) ( ) ( )2σ - aantiln tt oij

τij = . (14)

Зная величины ( ) ( )τ

jτ

i TT , по всем работам строительного расписания можно

рассчитать функции спроса τztµ для каждого дня t периода планирования [ ]пл0 TT , .

31

УДК 625.012.09 М.С. Клыков, И.В. Потапова Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

К ВОПРОСАМ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

КОМПЛЕКТАЦИИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

Рассмотрены организационные основы, обеспечивающие надежность функционирова-ния системы материально-технического обеспечения. Предложены оптимизационные тех-нологии, предусматривающие условия комплектации, когда материалы и конструкции долж-ны поступать на объекты в виде технологических комплектов.

Успешное выполнение производственной программы строительства, свое-временный ввод объектов в действие, повышение качества строительно-монтажных работ, рост производительности труда во многом зависят от пра-вильной организации материально-технического обеспечения строек. Поэтому планируемые сроки возведения строительных объектов и их ввода в эксплуа-тацию должны быть увязаны с объемами и сроками поставок материалов и конструкций. Чрезмерные запасы материалов и конструкций «омертвляют» финансовые ресурсы строительных организаций, а их недостаток ухудшает ход строительного процесса.

Система производственно-технологической комплектации является наи-более эффективной современной формой материального обеспечения строя-щихся объектов. Она предусматривает и обеспечивает единство комплексно-го изготовления строительных конструкций и изделий, а также транспортиро-вание и поставку всех материальных ресурсов на строящиеся объекты в со-ответствии с технологической последовательностью выполнения строитель-но-монтажных работ и календарными планами их возведения. Организацион-ной основой рационального управления материальными потоками в строи-тельном производстве служат информационные потоки, направленные, как правило, от потребителей к поставщикам.

Для практических расчетов, кроме учета ограничений по объемам постав-ляемых партий, периодичности поставок и предельно-максимальному разме-ру текущего запаса, предлагается также учитывать условия комплектации, ко-гда материалы и конструкции должны поступать на объекты в виде технологи-ческих комплектов (p).

В последнем случае должны быть согласованы сроки поступлений на объ-екты реконструкции поставочных комплектов. Процесс выбора оптимальных решений также решается методом динамического программирования.

Отличие заключается только в том, что вычисление критерия оптимально-сти ( kj

piω ) на каждом этапе (i) для соответствующих стратегий ( ziU ) выполняет-ся по формуле (1):

∑ω=ω

pz

kjzi

kjpi

i

. (1)

32

С целью упрощения организации комплектных поставок, интервал поступ-лений (KP) можно принимать постоянным в планируемом периоде [0, n].

В условиях нестационарного спроса для определения оптимального перио-да поставок ( *

pK ), который является общим для (z) ресурсов технологического комплекта (P), а также постоянной величиной в планируемом периоде [0, n], предлагается использовать метод последовательного поиска (метод деления отрезка пополам).

Однако этот метод применим для определения минимума функций, которые являются строго квазивыпуклыми, т. е. функций, имеющих одну точку минимума.

Проведённые исследования показали, что каждому ресурсу (z) соответст-вует свое значение оптимального периода поставки ( *

zK ), и при изменении ( *

pK ), в большую или меньшую сторону значения функции затрат ( [ ]Kωz ) моно-тонно возрастают.

Следовательно, можно считать эти функции строго квазивыпуклыми. Композиция функций затрат ( [ ]Kωz ) также является функцией с одним оп-

тимумом. В рамках предложенной экономико-математической модели рассмот-рим алгоритм отыскания оптимального интервала поставок ( *

pK ) совместно планируемых материальных ресурсов (z) отдельно на первом и (S) этапах.

Первоначально область рассматриваемых решений ограничивается от-резком [Kmin, Kmax].

Обозначим границы этого отрезка соответственно [c, d]. Возьмем на пер-вом этапе точки:

σ)d(c21K1 −+= ;

12 K-dcσ)d(c21K +=++= ,

где σ = const, 0< σ < d – c. Далее вычисляем и сравниваем функции затрат ωp [K1], ωp [K2]. Если ωp [K1] ≤ ωp [K2], то полагаем c1 = c, d = K2; если же ωp [K1] > ωp [K2], то

с1 = K1, d1 = d (рисунок).

ω

К С K2 *pK K3 K4=d2 d=d1

ωP(K)ωz3(K)

ωz2(K)

ωz1(K)

C2=C1=K1

Рисунок. Определение оптимального периода по-ставки *

pK , когда ресурсы поставляются на объект одновременно

33

После первого шага оптимизации получим отрезок [c1, d1], содержащий точку ( *

pK ) минимума функции ωP[K], длина которого равна:

σ)c(d21cd 11 +−=− , (3)

Если после (s–1) шага отрезок [cs–1, ds–1], содержащий ( *

pK ), уже известен,

2)(s

)σ2

1(12

cdcd1s1s1s1s

≥

−+−=−−−−− , (4)

то на этапе (s) отыскиваем следующие точки:

,2dc

K 1s1s1s2

σ−+= −−

−

1s21s1s1s1s

s2 Kdc,2dc

K −−−−− −+

σ++= ,

расположенные симметрично на отрезке [cs-1, ds-1], определяем значения функций затрат ωp [K2s–1], ωp[K2s].

Если ωp[K2s–1]≤ ωp[K2s], то положим cs = Ks–1, ds = K2s, если ωp[K2s–1]> ωp[K2s], то cs = K2s, ds = K2s.

После s этапа оптимизации плана комплектных поставок известен отрезок [cs, ds], который содержит ( *

pK ); его длина равна:

)σ21(1

2cdcd ssss −+−=− > σ. (5)

Задавая величину погрешности ε = * ׀

pK – *pnK ) в определении ׀ *

pK ) при (s) кратном делении отрезка [c, d] пополам.

Зная величины d = Kmax, с = Kmin и σ, можно определить из последнего вы-ражения число N = 2S необходимых вычислений функций затрат ωP[K].

Далее, когда будет известен отрезок [cs, ds], можно путем простого пере-бора отыскать целое значение ( *

pK ), при котором функция ωP[K] обращается в минимум.

Иными словами, использование предложенных оптимизационных техноло-гий материально-технического обеспечения строительных организаций, с уче-том условий комплектации, когда материалы и конструкции поступают на объ-екты одновременно в виде технологических комплектов, в значительной сте-пени улучшают управление материальными потоками от первичного источни-ка до конечного потребителя с минимальными издержками и затратами, свя-занными с материальным обеспечением строительного производства.

34

УДК 625.745.11 А.С. Дороган Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ СО ЛЬДА

Излагается опыт расчета увеличения несущей способности ледяного покрова намора-живанием при строительстве внеклассного моста.

В ходе реконструкции 1-й очереди Амурского моста у г. Хабаровска наи-более трудоемким и технологически сложным было переустройство сущест-вующих русловых опор. Старая кладка развитого ледореза под защитой шпунтового ограждения разбиралась до уровня обреза надкессонной части, а на ее месте сооружалось тело новой опоры, облицованное до прокладного ряда гранитом.

Было естественно использовать несущую способность льда для транс-портных операций и строительно-монтажных работ, что дало большую эконо-мию средств и сроков по сравнению с вариантом работы с плавсредств. Поэтому институтом «Гипростроймост» был составлен ППР, регламентирую-щий безопасную работу со льда и опирающийся на ВСН 136-78, ВСН 137-77, а также «Рекомендации по расчету грузоподъемности…» ХабИИЖТа [1]. В по-яснительной записке ППР были приведены выкладки только для простейших граничных условий (ГУ) и видов единичных нагрузок, что не удовлетворяло фактическим расчетным схемам и сочетаниям, особенно при нестабильной толщине льда в рабочем сезоне.

Задача произвольного нагружения ледяного покрова при сложных ГУ и ло-кальной неоднородноси его физико-механических свойств до сих пор являет-ся одной из сложнейших задач теории упругости и ледотехники. За исключе-нием простых случаев центрального и цилиндрического изгиба бесконечного или полубесконечного поля функциональные зависимости для инженерного прогнозирования отсутствуют.

Автором был сформулирован аппарат интегральных уравнений, позво-ливший в уточненной постановке решать большинство ледотехнических за-дач [2]. При этом с максимальной полнотой учитываются следующие реаль-ные условия:

• неоднородность покрова в плане (толщина и структура льда); • разнообразие ГУ (береговой припай и смерзание с конструкциями,

сквозные и несквозные трещины, технологические и естественные ослабле-ния произвольных форм и размеров);

• естественное или искусственное изменение жесткости покрова или его части;

• излив воды на поверхность в местах интенсивного силового воздействия; • сложные производственные и транспортные нагрузки и их сочетания. Предложенные интегральные уравнения были численно реализованы в

виде прямого многозонального метода граничных элементов (МГЭ) и успеш-

35

но апробированы универсальной программой «ZON». Для улучшения чита-бельности применен командный язык для исходных данных, позволяющий в параметрической форме описывать сложную топологию границ (отрезки, ду-ги, окружности), механических нагрузок (сосредоточенные, полосовые, пло-щадные) и «информационных» областей. Удобный интерфейс «ZON», есте-ственность и лаконичность исходных данных позволяют оперативно анали-зировать большое число расчетных схем для нахождения областей с опас-ным напряженным состоянием.

В процессе планирования операций со льда автор, работавший тогда в техническом отделе группы заказчика, оказывал строительным подразделе-ниям «Дальмостостроя» консультационную и проектную помощь с примене-нием «ZON». Ниже приведены некоторые примеры расчета грузоподъемно-сти покрова.

Увеличение несущей способности льда послойным намораживанием. Искусственное намораживание успешно применяется для продления сро-

ков эксплуатации ледяных строительных площадок и дорог. При этом возни-кает вопрос оптимальных размеров залива в плане и по толщине. Образова-ние дополнительного слоя более 2/3 равновесной толщины естественного по-крова приводит к таянию наиболее прочного льда нижних слоев [3]. Прочность же намороженного распылением воды льда, как применялось на Амурском мосту, на 30 % меньше, чем у естественного льда [4], что учитывалось кор-ректировкой фактической толщины льда.

Рассматривалась 2-зональная МГЭ модель неограниченного покрова тол-щиной h1, имеющего усиление в виде круга радиусом r и толщиной h2. Сосре-доточенная сила P прикладывается в его центре. Существующее аналитиче-ское решение этой осесимметричной задачи настолько громоздко [5], что чи-словые примеры отсутствуют.

В табл. 1–3 показаны линии влияния прогибов и радиального изгибающе-го момента:

u = P w (n; r / L) r2 / D; M = P m (n; r / L),

полученные путем численного моделирования поставленной задачи; где D – цилиндрическая жесткость покрова; L = (D / k)0,25 – его характеристика гиб-кости: k – объемный вес воды; n = h2 / h1.

Формулами можно пользоваться (в запас прочности) и для полосового уси-ления шириной r и длиной b >> 5L, нагруженного центральной силой Р.

Видно, что заметное увеличение жесткости (при n = const) характерно только для относительно малых зон. Поэтому при намораживании больших площадей (min поперечный размер b > 2L) влиянием внешнего тонкого льда на жесткость можно пренебречь. Однако для ледовых дорог и локальных зон, ограждаемых бортиками из льда и снега, такой учет необходим.

36

Таблица 1

Линия влияния прогиба w в центре жесткой вставки, м

r / L Отношение n = h2 / h1 1,667 2,0 2,5 3,0

1/8 11,19 12,55 14,37 15,98 1/4 2,630 2,877 3,189 3,451 1/2 0,5916 0,6233 0,6604 0,6891 3/4 0,2441 0,2511 0,2588 0,2644 1,0 0,13086 0,1326 0,1345 0,1358 1,5 0,05568 0,05574 0,05579 0,05581 2,0 0,03111 0,03107 0,03104 0,03100 2,5 0,01994 0,01992 0,01991 0,19892 3,0 0,01388 0,01387 0,01387 0,01386

Таблица 2

Линия влияния прогиба w на краю жесткой вставки, м

r / L Отношение n = h2 / h1

1,667 2,0 2,5 3,0 1/8 7,529 7,369 7,144 6,936 1/4 1,720 1,645 1,547 1,463 1/2 0,3531 0,3266 0,2948 0,2696 3/4 0,1281 0,1160 0,1021 0,09166 1,0 0,05848 0,05223 0,04528 0,04016 1,5 0,01659 0,01460 0,01246 0,01094 2,0 0,00559 0,00489 0,00415 0,00363 2,5 0,00193 0,00168 0,00142 0,00124 3,0 0,00061 0,00053 0,00045 0,00039

Таблица 3

Линия влияния момента m в центре жесткой вставки, тс*м

r / L Отношение n = h2 / h1

1,667 2.0 2,5 3,0 1/8 0,5414 0,5612 0,5857 0,6056 1/4 0,5130 0,5212 0,5305 0,5375 1/2 0,4932 0,4944 0,4953 0,4957 3/4 0,4875 0,4869 0,4861 0,4854 1,0 0,4861 0,4853 0,4843 0,4836 1,5 0,4871 0,4866 0,4861 0,4857 2,0 0,4882 0,4881 0,4879 0,4878 2,5 0,4880 0,4880 0,4880 0,4880 3,0 0,4880 0,4880 0,4880 0,4880

Из табл. 3 следует, что грузоподъемность значительно увеличивается

только для толщин льда до 0,4–0,5 м, после чего эффективность послойного намораживания снижается (если 1-е предельное состояние определено обра-зованием сквозных трещин).

37

Фактически строителями производился сплошной полив в районе опор с радиусом более 40–50 м (r > 4L) для обеспечения складирования, стоянки и работы строительной техники, с наращиванием толщины в 2–2,5 раза.

Работа тяжелой строительной техники при переустройстве русловых опор. Производство СМР со льда с незначительными изменениями расположе-

ния механизмов выполнялось для опор: • в зиму 1993-94 г. № 13, 14, 15; • в зиму 1994-95 г. № 16, 17, 18; • в зиму 1995-96 г. № 19, 20, 21, 24; • в зиму 1996-97 г. № 22, 23. Наиболее «критичным» для эксплуатации ледовых площадок была забив-

ка шпунтового ограждения вокруг опор (10 × 30 м). Тяжелую строительную технику выводили в наиболее ранние сроки (первых числах января) с тем, чтобы до ледохода успеть выполнить весь цикл работ: каменную кладку, инъ-ецирование, прокладной слой и уборку шпунта. Для ускорения темпов на не-которых опорах забивка велась одновременно с противоположных сторон двумя комплексами:

– краном ДЭК-251 со шпунтовыдергивателем на стреле общим весом 42 тс; – сваебойной установкой на базе трактора Т-130 общим весом 30 тс; – площадки складирования на 6 шпунтин весом 7,8 тс на каждый комплекс;

дополнит. воздействие от груженого самосвала весом 30 тс. Строителей интересовали следующие вопросы: – безопасная толщина льда при любом сочетании действующих нагрузок; – максимально допустимая за смену/сутки длина сквозной прорези для

опускания шпунта; – общий уровень напряжений в покрове для оценки длительности воздей-

ствия строительной техники на лед. В процессе производства СМР со льда вносилась дополнительная коррек-

тировка, осложнявшая решение задачи: – необходимость учета сил смерзания льда с уже сооруженной частью стенки; – разнообразие случаев ГУ на внутреннем контуре: преимущественно сво-

бодный край; свободный край с жестким защемлением; преимущественно же-сткое защемление;

– понижение уровня льда и зависание защемленного края (иногда с обрывом); – фактическая неоднородностью нарощенного льда по толщине и структуре. Следует отметить оперативность получения строителями проектного ре-

шения от группы заказчика: от 15 мин до 1–1,5 ч с момента запроса. Для повышения точности часть расчетных схем потребовала 4-зональные

МГЭ модели. Для других было достаточно 1-2 зональных моделей с 30–40 гра-ничными элементами. Всего было рассмотрено около 12 различных моделей.

Прямой подбор безопасной толщины упрощался тем, что программа авто-матически отслеживает зоны с недопустимыми прогибами/напряжениями в произвольно назначенных «информационных» областях.

38

Строители постоянно проводили замеры толщин и визуальные наблюде-ния за целостностью покрова и изливом воды. К сожалению, нивелировочные наблюдения за прогибами, как правило, не велись. За все время эксплуатации ледовых площадок не было отмечено ни одной аварийной ситуации.

Создание каменного опояска. Строителями планировалось в зиму 1996-97 г. начать отсыпку каменного

опояска в русловой части дна, создающего песчанные отложения, чтобы пре-дотвратить чрезмерный общий и местный размывы опор. Предполагалось производить отсыпку с ледяного покрова вариантами:

– через сплошные протяженные прорези; выгрузка камня на наклонный поддон на удалении от края (3–5) h или использование бульдозера;

– через перфорацию в виде круглых/прямоугольных майн, расположенных с шагом ориентировочно (0,5–1) L, оптимальные размеры которых и пред-стояло найти.

Проведенные позднее тщательные изыскания опровергли опасения больших размывов русловых опор, но часть исследовательских работ уже была выполнена.

Так, рассматривалась модель неограниченного покрова, ослабленного круглой майной, с сосредоточенной силой Р, приложенной вблизи края на рас-стоянии h. Численно установлено влияние радиуса r и толщины льда h на экс-тремальные значения: прогибы края и изгибающего момента. Для практиче-ского применения получены графические зависимости коэффициентов:

Ku(r) = u (r) / u (0) – для максимальных прогибов; Km(r) = M (r) / M(0) – для максимальных изгибающих моментов,

где u(0) и M(0) – максимальные значения для сплошного покрова. Выявление аналогичных зависимостей при необходимости может быть

продолжено.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриев, Ю. В. Разработка технических указаний по использованию ледяного покро-ва в мостостроительных целях: Отчет о НИР / Ю. В. Дмитриев, А. С. Дороган. – Хабаровск : ХабИИЖТ, 1984. – 45 с.

2. Дороган, А. С. Применение метода граничных элементов в задачах упругой работы ледяного покрова : межвуз. сб. науч. тр. / А. С. Дороган. – Хабаровск : ХабИИЖТ, 1984. – Вып. 52. – С. 82–88.

3. Лавров, В. В. Деформация и прочность льда / В. В. Лавров. – Л. : Гидрометеоиздат, 1969. – 206 с.

4. Gold, L. W. Engineering properties of fresh-water ice / L. W. Gold // J. Glaciology. – 1977. – Vol. 19. – № 81. – P. 197–211.

5. Коренев, Б. Г. Некоторые задачи теории упругости и теплопроводности, решаемые в бесселевых функциях / Б. Г. Коренев. – М. : Физматгиз, 1960. – 458 с.

39

УДК 629.4.013 : 004 А.А. Панченко, Е.Е. Тен Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВЕСОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗМЕРЕНИЯ

Проведен анализ устройств измерения веса подвижного транспорта, используемых на железных дорогах России и ближнего зарубежья. По содержательным признакам выявлены наилучшие весоизмерительные системы и определены ориентиры по совершенствованию весоизмерительной техники.

Реформа российской железнодорожной отрасли, проводимая в соответст-вии с новыми рыночными принципами, подчинена задаче повышения эффек-тивности управления перевозочными ресурсами. Решение этой задачи откры-вает возможность перевозки большего числа грузов, в более короткие сроки и с полной их сохранностью, при сравнительно меньших (чем у мировых конку-рентов) затратах сырьевых, производственных, кадровых и финансовых ре-сурсов. Поэтому, в сфере перевозочного производства требуется не просто ускорить выполнение операций, а разработать и внедрить технологии мирово-го уровня новизны, критерием которых служит автоматизированное управле-ние в уточнённых границах ответственности исполнителей операций.

Для хода реформы и процесса обновления производственных ресурсов (железнодорожных основных фондов) большое значение, на наш взгляд, бу-дет иметь техническое устройство с более высокой точностью и большей ско-ростью измерения веса – универсального параметра оценки объёмов перево-зочной работы. Его внедрение повышает скорость документооборота и каче-ство принимаемых управленческих решений.

Сегодня система учёта и контроля объёмов перевозок в ОАО «РЖД» мо-дернизируется на основе технического комплекса «Пальма», который несёт информацию о конкретном подвижном составе и в первую очередь – о его ве-се. Для измерения веса, как и прежде, применяются статические весоизмери-тельные устройства, требующие фиксации или очень медленного движения вагонов, а потому расположенные на запасном пути вблизи главного хода. Операция измерения веса требует больших затрат времени на расцепку и по-дачу вагонов на весоизмерительное устройство.

«Проектируя» внедряемую в отрасли конструкцию весоизмерительного устройства на действующие отечественный и европейский рынки железнодо-рожных весоизмерительных устройств, можно видеть, что по принципу дейст-вия все такие устройства подразделяются на три класса: механические, элек-тромеханические и оптомеханические (таблица).

40

Таблица

Классификация железнодорожных весоизмерительных устройств

№ п

/п

Марка

, модель,

фирма-производитель*

Верхний

предел

взвешивания

(т)

Дискретность

(кГ)

Класс точности

по

ГОСТ

3041

4-96

Скорость движ

ения

при взвешивании

Способ взвешивания

Конструктивные осо-

бенности

Механические ( в данной таблице не рассматриваются, как морально устаревшие конструкции)

Электромеханические 1 2 3 4

ВД-30 и модификации ЗАО «ЭТАЛОН-ТЕНЗО», Россия, г. Москва НПО «Валентина», Россия, ЗАО «Авитек-Плюс», Россия, г. Екатеринбург, ЗАО «Alex Scale & Equipment»,Россия, г. Москва, Беларусь, г. Минск, Молдова, г. Кишинев, Украина, г. Киев

200 50 0,2

0,5

до 10 км/ч

Потележеч-ное,

повагонное взвешивание 2-, 4-, 8-осных

вагонов

Грузоприемное устройство – врезная платформа в ж.-д. путь

весом в 1,7 т

5 6 7 8

РД-Д, РД-Т ЗАО «ТЕНЗО-М», Рос-сия, Московская обл. г. Люберцы, ЗАО «МОНИТОР», Рос-сия, г. Москва, ЗАО «Альфа-Эталон», Россия, г. Москва, ЗАО «Эталон-Брест», Беларусь, г. Брест

150 50 0,2

0,5

до 7 км/ч

Поосное взвешивание

вагонов Вставка измерительного рельса в рельсовый путь

9

10 11

ВЖДП-150,ВЖДТ-150, ВЖУ-150-4,ВЖУ-150-8 ООО «ФИЗТЕХ», Россия, г. Москва, ЗАО НПО «ТЕХНОКОМ», Россия, г. Москва, ЗАО «Дом Весов», Россия, г. Воронеж

150 50/100 0,51 до 10

км/ч

Потележечное взвешивание

вагонов

Грузоприемное устройство – врезная платформа в ж.-д. путь

12

М8300Т-150-2(5-3,5-5)-р65 ООО «Мир Весов», Россия, г. Москва

100 50 0,51 до 10 км/ч

Потележечное взвешивание

вагонов

Грузоприемное устройство – врезная платформа в ж.-д. путь

13

ВВ-2-2 НИПВФ «ТЕНЗОР», Рос-сия, г. Ростов-на-Дону 160 50 12 до 10

км/ч

Потележечное повагонное взвешивание

Грузоприемное устройство – врезные платформы в ж.-д.путь

(3,9 т каждая) 14

ВВД-160М, ВВЭ-Д-НП ЗАО «Измерительная техника», Россия, г. Пенза

160 50 0,2 0,5

до 7 км/ч

Поосное потележечное,взвешивание

Врезная платформа или измерительный рельс

41

Продолжение таблицы

№ п

/п

Марка

, модель,

фирма-производитель*

Верхний

предел

взвешивания

(т)

Дискретность

(кГ)

Класс точности

по

ГОСТ

3041

4-96

Скорость движ

ения

при взвешивании

Способ взвешивания

Конструктивные

особенности

Механические ( в данной таблице не рассматриваются, как морально устаревшие конструкции)

Электромеханические 15

ВВБ-СД, ВВД-Д ЗАО«Локомотив-Сер-вис», Россия, Архан-гельская обл., г. Котлас

100/ 150

50/ 100 12 до 10

км/ч

Потележеч-ное,

повагонное взвешивание

Врезная платформа 8650×2900×850 мм

16

ВД-50/0,5 ЗАО НПО «ВЕСЫ», Россия, г. Екатеринбург

50 на ось

50

0,5

до 15 км/час

Поосное взвешивание

вагонов

Врезная платформа 2900×1700 мм с изме- рительными рельсами

17 18

РТВ-Д, ТРИАДА-Д, ВЕСТА-СД Корпорация «АСИ», Россия, г. Кемерово РТВ-Д, ВЕСТА-СД100/2 ЗАО «ПРОЭКТ », Россия, г. Иркутск

100/ 150/ 200

50 0,51 до 10

км/час

Потележечное взвешивание

вагонов

Врезная платформа или измерительный рельс

1,8 м

19

ВЭМВ-Д ЗАО «Сибтензоприбор» Россия, г. Кемерово

120 10 0,512 до 10 км/ч

Потележечное повагонное взвешивание

Грузоприемное устройство – врезные платформы в ж.-д. путь

20

ВАКЖ-4, ВАКЖ-4х2 КИП «Луч», Казахстан г. Курчатов,

75/ 150

10/ 50

0,51

до 7 км/час

Потележечное повагонное взвешивание

Грузоприемное устройство – врезные платформы в ж.-д. путь

(9 т каждая) 21

23ХХВВ и модификации ТН-ПЦ «ТОМ», Украина, г. Одесса,

100/ 150/ 200

50 0,2 0,51

до 15 км/час

Потележечное повагонное взвешивание

Грузоприемное устройство – врезные платформы(1, 2 или 3)

22

7260M, 7260SM Mettler Toledo. Пред-став-во в г. Москве

200 20/ 50/ 100

1 до 10 км/ч

Потележечное повагонное взвешивание

Грузоприемное устройство – врезные платформы(1, 2 или 3)

23

ТДС 150-ДВ ООО «Эврика», Россия, г. Новосибирск 150 10/

100 0,51 до 20 км/час

Поосное, потележечное, повагонное взвешивание

Шары силоввода под нитями рельса

с удалением одной шпа-лы

24

ВДВ-250ДВ Россия г. Хабаровск (опытный образец)

250

1/5

0,51

до 80 км/ч

Поколесное поосное,

потележечное, повагонное взвешивание

Платформа-подкладка без нарушения рельсошпальной

решетки

Оптомеханические 25

ЛВ ЗАО «САХ и К°» Россия, г. Москва

свы-ше 100

1/ 10 0,51

свыше 60 км/ч

Поколесное поосное,

потележечное, повагонное взвешивание

Подкладка без нарушения

рельсошпальной решетки

42

Окончание таблицы

№ п

/п

Марка

, модель,

фирма-производитель*

Верхний

предел

взвешивания

(т)

Дискретность

(кГ)

Класс точности

по

ГОСТ

3041

4-96

Скорость движ

ения

при взвешивании

Способ взвешивания

Конструктивные

особенности

Механические ( в данной таблице не рассматриваются, как морально устаревшие конструкции)

Оптомеханические 26

Qui Vadis Нидерланды свы-

ше 100

1/ 10 0,51

свыше

40 км/час

Поколесное поосное,

потележечное, повагонное взвешивание

Подкладка без нарушения

рельсошпальной решетки

27

LAWA 2000 Германия свы-

ше 100

1/ 10 0,51

свыше 40 км/ч

Поколесное поосное,

потележечное, повагонное взвешивание

Подкладка без нарушения

рельсошпальной решетки

* Авторы не претендует на исчерпывающие сведения по всем производителям. 2. Класс «электромеханических» устройств объединяет наиболее много-

численную группу устройств, разработкой которых самостоятельно занимают-ся отдельные железные дороги ОАО «РЖД» и сотрудничающие с ними ком-пании: Москвы, Ростова, Воронежа, Котласа, Екатеринбурга, Иркутска, а так-же компании и железные дороги государств ближнего (Беларуси, Украины, Ка-захстана) и дальнего (Швейцария, Германия, Южная Корея) зарубежья.

Из географии распространения этого конструкционного типа весов видно, что своим соотношением показателя «цена-качество» он устраивает главным образом потребителей России и ближнего зарубежья, хотя кое-где ещё экс-плуатируется в Европе. Стоимость железнодорожных весов подобного типа находится в пределах от 350 тыс. до 1,5 млн руб. Однако, чаще всего, факти-чески это – стоимость весоизмерительного устройства, а поставка (или само-вывоз), программно-аппаратный комплекс, пусконаладочные работы (и коман-дировочные расходы) расцениваются отдельно. Монтажные работы по уста-новке весоизмерительного устройства, как правило, выполняет заказчик. Если просуммировать и эти затраты, то реальная стоимость весов обычно в два-три раза выше той, заявленной первоначально. Сравнительная простота об-служивания и работа в тяжелых климатических условиях – факторы, прояс-няющие использование огромной группы весов электромеханического типа.

Принцип действия этих весовых устройств состоит в электрической регист-рации веса парных элементов колёсной тележки (осей, тележек, вагонов), ко-торые медленно проходят через специально выделенную в железнодорожном пути регистрирующую площадку. Соответственно, конструкция этих весов пред-ставляет собой грузоприёмное устройство – врезную платформу или врезной

43

рельс в запасной (подъездной) железнодорожный путь, благодаря которым имеется возможность – поосного, потележечного и повагонного взвешивания.

Этот тип устройств отличают следующие параметры: дискретность (ниж-ний предел точности измерений веса) 10–100 кг, верхний предел измерений 200 т, скорость движения при взвешивании до 7–15 км/час.

В этот же класс устройств входит предлагаемая авторами настоящей ста-тьи, конструкция весов ВДВ-250ДВ (опытный образец), которая не уступает лучшим образцам оптомеханических весов по всем параметрам. В весах ис-пользуется динамический принцип взвешивания, основанный на «прокатыва-нии» каждого колеса колесной пары каждой транспортной единицы подвижно-го состава по весоизмерительному устройству с интервальной скоростью 5…80 км/ч. Конструкция весоизмерительного устройства «встраивается» в штатную рельсошпальную решётку, не требуя дополнительного грузоприём-ного устройства, расцепки вагонов, снижения скорости движения и т. п.

Дискретность в этом устройстве составляет 1–5 кг, верхний предел взве-шивания 250 т, скорость движения при взвешивании до 80 км/ч, предмет об-мера – поколёсное, поосное, потележечное, повагонное взвешивание. Как и любое другое измерительное устройство, каждый экземпляр весов ВДВ-250ДВ уникален тем, что устанавливается в конкретном участке желез-нодорожного пути и универсален, благодаря адаптации программно-аппарат-ного комплекса. Универсальность программно-аппаратного комплекса дает возможность оценивать в движении техническое состояние подвижного со-става, планирование его ремонтов, управление планом работы ремонтных мощностей, графиками ремонтов, определять эксплуатационные характери-стики верхнего строения пути и т. д. Весы могут встраиваться и производить измерение на любом профиле железнодорожного пути.

3. Класс «оптомеханических» устройств в основном характеризует разра-ботки экономически развитых стран Европы – Голландии и Германии (табли-ца). Стоимость таких весоизмерительных устройств почти на порядок выше электромеханических. Столь высокая стоимость объясняется применением в устройстве лазерно-механического способа измерения [1, 2, 3]. Уникальные устройства содержат лазерные датчики, связанные комплементарными пара-ми волоконно-оптического кабеля с дорогостоящим контроллером обработки сигналов. В соединении кабеля необходим сварочный аппарат, стоимость ко-торого составляет примерно 1 млн руб. С позиции сохранности кабель жела-тельно уложить в «землю». Тиражирование, эксплуатация и ремонт – основ-ные сдерживающие факторы выхода на рынок подобных устройств в России.

Как и в предыдущем классе, предметом взвешивания здесь являются – колеса, оси, тележки и вагоны в целом. Дискретность взвешивания в устрой-ствах этого класса одинакова с электромеханическими и составляет 5–10 кг, верхний предел измерений веса также составляет 200 т., однако, скорость при взвешивании достигает 160 км/ч, т. е. более чем в 10 раз превышает этот па-раметр у электромеханических весов.

При укрупнённом взгляде на классификацию весоизмерительных уст-ройств можно видеть, что предлагаемая нами конструкция весов ВДВ-250 за-нимает пограничное положение при переходе от «электромеханических» к «оптомеханическим», сочетая в себе лучшие качества обоих классов, а имен-но – подкладка взамен грузоприёмной платформы, целостность нити рельса

44

вместо врезки в рельс, плюс высокая скорость взвешивания при невысокой цене устройства. Вместе с тем, эта конструкция сохраняет параметры обеих классов, давая наилучшее соотношение рыночного показателя «цена-качест-во» (скорость до 80 км/ч, поколёсное взвешивание, лучшие дискретность и верхний предел взвешивания). При этом аппаратная погрешность данного устройства не уступает оптомеханическим весам – два младших значений 16-разрядного АЦП при 100 тысячах измерений в секунду, а многофункцио-нальность измерительного комплекса, ориентированного на решение широко-го круга задач, выполняется проще, чем у выше стоящего класса.

С точки зрения распространённости на «весовом» сегменте рынка уст-ройств тех или иных конструкционных типов и принципов действия можно ви-деть, что «платформенные» или малоскоростные устройства занимают 86 %, а наиболее современные, инновационные конструкции, пока 14 % долю рынка. Самую большую, 80%-ю часть рынка занимают малоскоростные, до 10 км/ч, весовые устройства. Соответственно верна и обратная картина в отношении инновационно-продвинутых, но дорогостоящих оптомеханических весов – они составляют всего 8 % рынка.

Таким образом, в результате анализа весоизмерительных систем желез-нодорожного транспорта можно сделать следующие выводы:

• в существующих весах всегда присутствуют грузоприемные устройства (платформа или весоизмерительный рельс);

• существующие весы имеют низкую скорость измерения в движении, что ограничивает их применение на главных магистралях;

• в конструктивном, аппаратном и программном решениях весоизмери-тельных систем просматривается консерватизм мышления, связанный с раз-работкой платформенных весов;

• производство и последующая эксплуатация весоизмерительной техники для железных дорог экономически эффективно на региональном уровне

В свете рассмотренных особенностей технических решений и региональ-ных обстоятельств, определяющих логистику весоизмерительных устройств, предлагается набор требований, согласующих имеющиеся противоречия:

• отсутствие измерительных платформ или вставок, послабляющих путь, • отсутствие ограничений скорости движения подвижного состава по ве-

сам, как при измерении, так и без взвешивания, • применение новых схемотехнических решений, обеспечивающих ком-

плексную точность измерений, • сопутствующее программное обеспечение, обеспечивающее обработку

результатов измерений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курлаев, А. Р. Лазерные весы для взвешивания вагонов в движении / А. Р. Курлаев, Ю. В. Сидорин, В. В. Птенцов // Вестник ВНИИЖТ. – 2002. – № 3. – С. 45–48.

2. Измерительная система Qui Vadis // Железные дороги мира. – 2005. – № 11. – С. 64–68. 3. Aus Industrie und Wirtshaft. Rottner. Lawa 2000 // Eisenbahntechniche Rundshau. – 2000. –

№ 11. – S. 777–778. – М. : Институт проблем механики РАН ; ВНИИУП. 4. Власьевский, С. В. Проблемы измерения веса подвижного состава на скоростных ма-

гистралях : сб. тез. докл. междунар. конф. / С. В. Власьевский, А. А. Панченко // Электроме-ханические преобразователи энергии. – Томск : Изд-во ТГУ, 2005. – С. 278–279.

45

УДК 656.223 : 004 А.А. Панченко Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕРЯЕМУЮ МАССУ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПО ВЕСАМ

Предлагается новое техническое решение для измерения динамической массы подвиж-ного состава с коррекцией от скорости прохождения по весоизмерительному устройству, а также учетом температуры окружающей среды.

В настоящее время проектировщики и производители железнодорожных весов рекомендуют выполнять измерение подвижного состава в оговоренном интервале скоростей. Большинство установленных отечественных железно-дорожных весов рассчитаны на работу в интервале скоростей от 5 до 10 км/ч и реже до 15 км/ч. Связано это с тем, что масса (вес) измеряемого подвижного состава зависит от скорости прохождения по весам. Учет этой зависимости в микроконтроллерах по обработке измеряемого веса сопряжен с трудностями, связанный с усложнением программно-аппаратной конструкции самого микро-контроллера. Поэтому в измерительных устройствах состоящих из цепочки датчики микроконтроллер ЭВМ принтер (рис. 1), коэффициент соот-ношения масса/скорость принимают постоянным на оговоренной скорости прохождения подвижного состава при его измерении.

Рис. 1. Весоизмерительное устройство на основе мик-роконтроллера – обработчика измерений

Этот интервальный участок скоростей с коэффициентом соотношения

масса/скорость равным единице на рис. 2 выделен линией пурпурного цвета. При многократных экспериментальных замерах веса подвижного состава

одной массы были определены зависимости массы от скорости прохождения по весам. На очень медленных скоростях измерения (от 0 до 5 км/ч) величина массы измеряется нелинейно. На скоростях от 5 до 15 км/ч величина массы измеряемого объекта имеет ничтожно малую линейную зависимость, которой

46

можно пренебречь (см. рис. 2). Именно в этом интервале скоростей произво-дится взвешивание подвижного состава в динамическом режиме на всех мо-делях российских железнодорожных весов. Причем, рекомендуемая скорость при измерении заранее оговорена в техническом паспорте весов. Предел от-клонения от рекомендуемой скорости, например, 7 км/ч ±2 – эта величина обычно в техническом паспорте не указывается. Некоторые разработчики ве-сов выставляют два класса точности для своих моделей. Один класс более точный, например 0,5, указывается при государственной поверке модели, а второй – ниже классом точности – при эксплуатации железнодорожных весов.

Рис. 2. График зависимости измеряемой массы (веса) подвижного состава при прохождении по весам с различной скоростью С повышением скорости прохождения подвижного состава по весам при-

водит к «снижению» измеряемой массы за счет аппаратной настройки весов на более низкую скорость. Корректировку аппаратного компонента весов мож-но выполнить с помощью программной обработки, которую принято называть как постпроцессорную обработку данных измеряемого объекта. Нелинейную зависимость измерения веса подвижного состава на скоростях выше 15 км/ч можно заменить кусочно-линейной аппроксимацией на основе полученных экспериментальных данных по следующим формулам.

В выбранном интервале скоростей от вес измеряемого подвижного соста-ва с некоторым допущением линейно зависит от скорости прохождения по ве-сам и может быть определен по формуле

{ ( )[ ] }spизмфакт KVVPP ∗−+∗= 01 ; (1)

где V – конечная скорость в выбранном интервале, км/ч; V0 – скорость в уча-стке с единичным коэффициентом, км/ч; Ksp – коэффициент приращения на единицу скорости.

47

Число выбранных интервалов определяет количество линейных участ-ков используемых в кусочно-линейной аппроксимации кривой и определя-ется формулой

{ };*)(1 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+∗= ∑

N

iiiизмфакт KspVVPP (2)

где V – конечная скорость в выбранном интервале, км/ч; Vi – скорость в уча-стке с единичным коэффициентом, км/ч; Kspi – коэффициент приращения на единицу скорости; N – число выбранных интервалов скоростей.

Рассуждения, показанные выше, справедливы для корректировок массы от скорости при постоянной температуре окружающей среды. Колебание темпе-ратуры окружающей среды приводит к изменению физических параметров системы весоизмерительное устройство – рельс. Это, прежде всего, – жест-кость железнодорожного полотна и пластичность рельса.

Рис. 3. Графики зависимостей измеряемой массы (веса) подвижного состава при прохождении по весам с различной скоростью при различных температурах Графики зависимостей массы от скорости прохождения по весам пред-

ставляют собой семейство кривых линий, показанных на рис. 3. Зона коррек-ции коэффициентов при колебании температур от –30 до +30 °С выделена серым цветом. В этом случае, в формулу (2) вводится добавочный обобщен-ный коэффициент Kt.

{ };)(*)(1 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−+∗= ∑

N

ijiiизмфакт KtKspVVPP (3)

где Ktj – коэффициент температурной поправки вес локомотива в интервале скоростей 5–14 км/ч.

48

УДК 551.311.21 Е.В. Федоренко*, В.В. Шестернина** Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

Приморский институт железнодорожного транспорта – филиал Дальневосточного государственного университета путей сообщения

Уссурийск, Россия

К ВОПРОСУ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭГП ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

В статье приводится описание усовершенствованного метода определения скорости эрозионных процессов, широко развитых в южных районах Дальнего Востока. При отсутст-вии профилактических мероприятий эти процессы могут принимать угрожающий характер для безопасной эксплуатации транспортных магистралей.

Дендрохронологические методы являются частью общей системы фито-индикационных методов измерения параметров ЭГП (экзогенных геологиче-ских процессов). Они являются главными и наиболее точными в системе, в их основе лежит датировка объектов и событий по годичным кольцам древесины. Основным объектом являются деревья и кустарники. К преимуществам этих методов относится то, что их применение весьма актуально для малоизучен-ных территорий, где наблюдения за экзогенными геологическими процессами не велось.

Дендрометоды классифицируются как методы оценки параметров ЭГП по следам воздействий и включают следующие:

– «по обнаженным корням»; – «по погребенным стволам»; – «по деформированным корням»; – «по наклону деревьев»; – и др. Метод «по обнаженным корням» основан на определении величины де-

нудации – путем измерения расстояния между корневой шейкой и уровнем поверхности на момент наблюдения. По соотношению этой величины и воз-раста дерева получают среднегодовую скорость денудации. На этом основа-нии предполагается, что денудация происходит равномерно на всем протяже-нии жизни дерева, однако это не сосем так. Климатический фактор является определяющим в развитии денудационных процессов, а так как климатиче-ские условия различны (каждый год отличается от последующего) следова-тельно, годовая величина денудации не может быть одинаковой. Для того чтобы выявить те годы, когда климатические условия были наиболее небла-гоприятными и способствующими активизации денудационных процессов, был использован метод «по наклону». Особенность отложения годичных ко-лец, заключающаяся в их асимметрии, позволяет датировать ЭГП. Для оценки эксцентричности колец производится измерение их ширины в креновом и тя-говом радиусах древесины. Ширина каждого годичного кольца измерялась по-средством программного обеспечения на ЭВМ, после предварительного ска-

49

нирования спила на сканере с высокой разрешающей способностью. По ре-зультатам расчета коэффициента крена строился соответствующий график, на котором была показана величина изменения коэффициента крена после-довательно: от даты начала жизни дерева к дате спила. Отображению подле-жали только те годы, в которые значения коэффициента крена были больше единицы и увеличивались по сравнению с предыдущим значением. Именно таким образом выявлялись годы с неблагоприятными климатическими усло-виями. Следовательно, имея такую информацию, можно более достоверно определять среднегодовую скорость денудационных процессов, распределяя величину денудации пропорционально изменениям значений коэффициента крена. Кроме того, усовершенствованная методика позволяет установить мак-симальную величину денудации.

Пример. Объект – дуб монгольский, величина обнажения корневой систе-мы составляет 50 см.

Рис. 1. Дуб с обнаженной корневой системой на скло-не с активным развитием плоскостного смыва

В течение своей жизни дерево в отдельные годы неоднократно подверга-

лось воздействию сил, вызывавших наклон, в результате чего образовались эксцентричные кольца (рис. 2). В годы, когда проявление ЭГП было менее ин-тенсивно, под влиянием геотропии ствол принимал ортотропную форму роста и кольца древесины нарастали концентрически.

Рис. 2. Образец спила с нали-чием креновой и тяговой дре-весины

50

На рис. 3 приведены совмещенные диаграммы изменения ширины годич-ных колец по годам в радиусе креновой и тяговой древесины. Для каждого го-да был определен коэффициент крена, как отношение ширины годичного кольца тяговой древесины к креновой. В стволе нормально растущего дерева коэффициент крена равен или близок к единице. При наклоне ствола откла-дываются годичные кольца с коэффициентом крена больше единицы. Чем больше наклонен ствол, тем выше значение коэффициента крена. После за-вершения действия ЭГП значение коэффициента постепенно уменьшается, и стремиться к единице (рис. 3). При повторном наклоне ствола в нем вновь на-чинают откладываться ассиметричные годичные кольца и значение коэффи-циента крена резко возрастает.

Рис. 3. Совмещение графиков креновой и тяговой древесины, коэффициент крена: – приращение коэффициента крена; – коэффициент крена

Согласно диаграмме коэффициента крена (рис. 3), действие ЭГП, повли-

явшего на рост дерева, проявлялось не 46 раз (возраст дерева), как предпо-лагается по методу обнаженных корней, а только 21 раз, что соответствует наиболее активному проявлению денудационного процесса и отражено в эпи-ксилии годичных колец. Следовательно, если распределить полную величину денудации (50 см) пропорционально изменению величины коэффициента кре-на, то получится график, показывающий величины отдельного плоскостного смыва за один год (рис. 4).

51

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

1980

1979

1978

1977

1976

1975

1974

1973

1972

1971

1970

1969

1968

1967

1966

1965

1964

1963

1962

1961

1960

Вел

ичин

а де

нуда

ции,

см

Рис. 4. Диаграмма распределения величины денудации по годам При помощи диаграммы (рис. 4) можно получить условные величины сред-

негодового и максимального плоскостного смыва. В примере эти цифры со-ставили 1 и 9,42 см (1982 г.) соответственно.

Совмещение двух методов позволяет суммировать положительные сторо-ны каждого. Метод «по обнаженным корням» позволяет получить количест-венную характеристику ЭГП – величину плоскостного смыва, а метод «по на-клону деревьев» дает уточнение временного распределения действия ЭГП.

УДК 656.22:075.8 О.А. Левченко Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНЫХ НОРМ МАССЫ И ДОПУСКАЕМЫХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ

В статье дана математическая постановка и порядок решения задачи выбора экономи-чески эффективных норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на отдельный год работы железнодорожной линии.

Выбор экономически эффективных норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на отдельный год работы железнодорожной ли-нии базируется на следующих положениях:

– «… как правило, наибольшая возможная масса грузового поезда, при ко-торой достигается полное использование расчетной силы тяги локомотива, является при всех видах тяги наивыгоднейшей» [1, с. 278], однако, при разно-родных перевозках и различной структуре перевозок по участкам линии эко-номически эффективной может быть меньшая норма массы, чем максимально возможная [1, 2];

52

– «… в современных условиях назначение скоростей движения должно проводиться не только по критериям безопасности движения, но и по услови-ям минимизации издержек транспортного процесса в части, зависящей от ско-рости при выполнении количественных и качественных показателей перево-зок. Рациональной скоростью движения ускоряемых грузовых и пассажирских поездов является такая скорость, при которой доходы от сокращения времени хода соизмеримы с расходами на организацию этого сокращения» [3, с. 53];

– установление максимально возможного уровня допускаемой скорости и максимально возможной нормы массы грузовых поездов не всегда дает мак-симальную эффективность работы линии, при определенных видах и объемах перевозок возможно снижение эксплуатационных расходов за счет установ-ления меньших норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых по-ездов по сравнению с их максимально возможными значениями по безопас-ности движения поездов, эксплуатации пути и сооружений [4].

Рассматриваемая задача ставится как экономико-математическая задача определения таких норм массы и допускаемых скоростей по направлениям движения грузовых поездов, при которых обеспечивается минимум суточных затрат на перевозочный процесс и содержание линии при безусловном вы-полнении всех видов потребных перевозок.

Исходными данными для решения данной задачи являются: – объемы грузовых перевозок на год t эксплуатации линии

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)(...)()(

)(...)()(

)()(

)( //////

///

21

21

tгtгtг

tгtгtг

tГtГ

tГгр

грn

nчет

нечп , (1)

где грn – число родов грузовых перевозок);

– параметры вагонов для перевозки грузов (тип, число осей, вес тары, гру-зоподъемность вагона для каждого вида грузов);

– размеры пассажирского, пригородного движения, а также суточное число грузовых ускоренных, участковых и сборных поездов с указанием их норм массы и установленных допускаемых скоростей по данным видам движения;

– технико-экономическая модель состояния железнодорожной линии s , которая однозначно представляет план, продольный профиль, раздельные пункты, верхнее строение пути и другие постоянные устройства линии;

– максимально возможные (критические) массы грузовых поездов по на-правлениям движения: ]Q̂,Q̂[Q̂ //

)i(гр/

)i(гр)i(гр = , грni ,1= – максимально возможные по безопасности уровни допускаемой скорости

движения грузовых поездов по перегонам линии:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

=⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

]V̂...,,V̂,V̂[

]V̂,...,V̂,V̂[

V̂

V̂V̂

//k.гр

//.гр

//.гр

/k.гр

/.гр

/.гр

//гр

/гр

гр

21

21

,

где k – число перегонов линии.

53

В качестве комплекса (сочетания) норм массы и установленных допускае-мых скоростей движения грузовых поездов при работе линии в состоянии s в течение года t принимается следующая математическая структура

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡==

//k

////

/k

//

//

н.гр

/

н.гргрн.гргр

V...,,,VV

V...,,,VV,

U

U,

Q

Q)U(V,,UQ)t(QV

21

21

//

/

, (2)

где //

н.гр,

/

н.грQQ – унифицированные нормы массы грузовых поездов по направ-

лениям движения; /// ,UU – наибольшие принимаемые (устанавливаемые) уровни допускаемой скорости движения грузовых поездов по направлениям движения; //

j/j VV , , kj ,1= – устанавливаемые допускаемые скорости движе-

ния грузовых поездов по перегонам линии. Комплекс )t(QVгр является допустимым для работы линии в состоянии s в

течение года t , если он удовлетворяет следующим условиям. 1. Нормы массы грузовых поездов не превышают максимально возможные

значения по направлениям движения:

)i(грniн.гр Q̂maxQгр≤≤

≤1

. (3)

2. Допускаемые скорости грузовых поездов по направлениям движения

не превышают максимально возможных по безопасности допускаемых ско-ростей поездов:

гр//

k////

/k

//

V̂V...,,,VV

V...,,,VV≤

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

21

21

, (4)

где

⎪⎩

⎪⎨⎧

≤>

= //

//

UV̂, е еслV̂UV̂, е еслU

V /j.грj.гр

/j.гр/

j , kj ,1= , (5)

и

⎪⎩

⎪⎨⎧

≤>

= //

////

UV̂, е еслV̂UV̂, е еслU

V //гр.j

//гр.j

//гр.j//

j , kj ,1= . (6)

54

3. Обеспечение потребной пропускной и провозной способности линии при данных нормах массы и установленных допускаемых скоростях движения гру-зовых поездов:

))](,[ (tГtQVsГ пгрв ≥ , (7)

либо, что то же самое,

)](,[)](,[ tQVsntQVsn грпгрн ≥ , (8)

здесь )](,[ tQVsГ грв – возможная (наличная) провозная способность линии в состоянии s в год t; )](,[ tQVsn грн – возможная (наличная) пропускная способ-ность перегонов линии с учетом времени на содержание, ремонт и ликвида-цию отказов технических средств; )](,[ tQVsn грп – потребная пропускная спо-собность перегонов линии без учета времени на содержание, ремонт и ликви-дацию отказов технических средств.

Число допустимых комплексов (сочетаний) )(,)( UV,UQtQV гргр н.гр= может

быть большим, обозначим DQV – совокупность этих сочетаний. Обозначим )](,[ tQVsÇ(t)Ç ãðñóò = ту часть суточных затрат (эксплуатацион-

ных расходов) при работе линии в рассматриваемом состоянии, которая зави-сит от норм массы грнQ . и допускаемых скоростей движения )(UVгр :

)](,[)](,[)](,[ tQVsЗtQVsЗtQVsЗ грнакгрдвгр += , (9)

где )](,[ tQVsЗ грдв – суточные расходы, связанные с движением грузовых по-ездов (расходы на топливо или электроэнергию, ремонт и реновацию подвиж-ного состава, технический осмотр вагонов, содержание локомотивных бригад, а также – определенная часть расходов по текущему содержанию и аморти-зации верхнего строения пути):

)()](,[ //)(

///)(

1

/iдвiiдв

n

iiгрдв СNСNtQVsЗ

гр

+= ∑=

, (10)

здесь /// , ii NN – потребное суточное количество составов для перевозки грузов

i -го вида по направлениям движения; //)(

/)( , iдвiдв СС – эксплуатационные расхо-

ды, относимые на движение одного поезда массой соответственно /)( iн.гр

Q и //

)( iн.грQ ; )](,[ tQVsЗ грнак – суточные затраты на накопление составов на станци-

ях формирования поездов:

55

в-чсрн/ср

/нгрнак e]mсKmс[K(t)][s,QVЗ ⋅⋅⋅+⋅⋅= //// (11)

здесь //, н

/н KK – количество назначений плана формирования по направлениям

движения; с – параметр накопления вагонов на станциях формирования; //, ср

/ср mm – средний состав поезда по направлениям движения. Вышеприведенные формализмы позволяют математически поставить

рассматриваемую задачу как задачу установления такого комплекса (соче-тания) )(* tQVгр , который обеспечивает минимум )](,[ tQVsЗ гр на множестве DQV, т. е.:

)](,[min)](,[

)(

* tQVsЗtQVsЗ грDtQVгрQVгр ∈

= . (12)

При работе линии в конкретном состоянии s в течение определенного го-да t , значение комплекса )(tQVгр определяется четырьмя параметрами:

////// и ,, UUQQн.грн.гр

. Это означает, что функция )](,[ tQVsЗ гр является функци-

ей четырех переменных. Таким образом, формально решение задачи (12) со-стоит в поиске минимума функции четырех переменных ////// и ,, UUQQ

н.грн.гр

при ограничениях (3)–(8). Метод и методика решения задачи (12) ориентированы на применение

программно-технического комплекса ЭРА [5]. Методика решения рассматриваемой задачи разбивается на два этапа. 1. Подготовительный этап – состоит в установлении возможностей ли-

нии по пропуску грузовых поездов в данном техническом состоянии на данный год t . Основные операции этого этапа состоят в следующем.

1.1. Расчет (t)V̂ (включая )t(V̂гр ) – максимально возможных по безопасно-сти скоростей движения поездов на участках круговых кривых, сопряжений пу-ти в плане и стрелочным переводам (с применением комплекса ЭРА).

1.2. Формирование приказа об установлении максимально возможных до-пускаемых скоростей движения поездов по линии (выполняется автоматиче-ски модулем СВ комплекса ЭРА на основе результатов предыдущих расчетов).

1.3. Установление диапазонов ]V̂max,V̂[min //гргр

и ]V̂max,V̂[min ////гргр

, в преде-лах которых возможно (допустимо) варьирование наибольшими уровнями до-пускаемой скорости движения грузовых поездов ],U[UU ///= (без изменения данного технического состояния линии). Каждый вариант U однозначно опре-деляет один и только один вектор допускаемых скоростей движения грузовых поездов )(UVгр и определенные постоянные и длительные предупреждения об установлении ограничений скорости движения поездов.

1.4. Определение максимально допустимых (критических) масс поездов t)Q(ˆ (включая t)(Q̂гр ) и t)T (ˆ – перегонных времен хода поездов при данных

56

массах. Расчеты выполняются с использованием комплекса ЭРА с учетом особенностей, рассмотренных в [4]. В процессе данных расчетов одновре-

менно устанавливаются ]Q̂max,Q̂[min //гргр

и ]Q̂max,Q̂[min ////гргр – диапазо-

ны вариантов нормы массы грузовых поездов ],Q[Q грн/грн

//.. , реализация кото-

рых не требует изменения данного технического состояния линии. 2. Основной этап – состоит в выборе оптимального комплекса норм мас-

сы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов по направлениям перевозок )(,)( **** UV,UQtQV гргр н.гр

= , который обеспечивает минимум

)](,[ tQVsЗ гр , т. е. оптимальное решение задачи (12). Число допустимых комплексов )(tQVгр равно произведению числа воз-

можных вариантов нормы массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов для нечетного направления на число возможных вариантов для чет-ного направления.

Во избежание сплошного перебора и весьма трудоемких расчетов и ана-лиза вариантов, поиск искомого решения осуществляется в два шага:

1) определение эффективного сочетания нормы массы и наибольшего уровня допускаемой скорости движения грузовых поездов для наиболее гру-зонапряженного направления перевозок (обозначим полученное решение

),( **Iн(I)

UQ , где I – индекс данного направления);

2) определение )(* tQVгр при ),( **Iн(I)

UQ , установленных на первом шаге

решения задачи (12). Поиск рационального варианта на каждом шаге начинается с анализа и

определения эффективности максимально возможных нормы массы и уровня допускаемой скорости движения грузовых поездов.

На первом шаге в качестве начального (опорного) допустимого варианта

принимается сочетание )V̂max,Q̂(maxгргр (I)(I) , т. е. максимально возможные

норма массы и уровень допускаемой скорости движения грузовых поездов для наиболее грузонапряженного направления перевозок.

Далее, начиная с первого варианта, последовательно уменьшается уро-вень допускаемой скорости до тех пор, пока обеспечивается снижение сутЗ – суммы суточных затрат на накопление составов на станциях формирования поездов и суточных расходов, связанных с движением поездов. Затем в полу-ченном решении последовательно уменьшается норма массы, если это при-водит к дальнейшему снижению сутЗ .

Поочередное снижение уровня допускаемой скорости или нормы массы завершается при получении варианта, в котором их изменение приводит к возрастанию критерия эффективности сутЗ . Данный вариант является наи-лучшим решением на первом шаге поиска.

Наглядно, первый шаг выбора экономически эффективных нормы массы и скорости движения грузовых поездов состоит в покоординатном спуске по сет-

57

ке в координатах «норма массы» и «уровень допускаемой скорости». Узлы сетки могут приниматься достаточно близко, например с шагом Q∆ = 100 т и

U∆ = 5 км/ч. Следующий шаг решения задачи состоит в покоординатном спуске к эф-

фективным значениям нормы массы и уровня допускаемой скорости для не-грузового направления, но с учетом решения, полученного на первом шаге. Таким образом, на втором шаге определяется наиболее эффективный ком-плекс )(* tQVгр с учетом ранее установленного сочетания ),( **

Iн(I)UQ . При этом

варианты комплекса )(tQVгр оцениваются суммой суточных затрат по направ-лениям движения поездов.

В заключение статьи отметим, что предлагаемую методику решения рас-смотренной задачи целесообразно использовать не только в текущих услови-ях эксплуатации железных дорог, но и при формировании схем развития же-лезнодорожных линий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кочнев, Ф. П. Управление эксплуатационной работой железных дорог / Ф. П. Кочнев,

И. Б. Сотников. – М. : Транспорт, 1990. – 424 с. 2. Макарочкин, А. М. Повышение пропускной способности железных дорог / А. М. Мака-

рочкин, Ю. В. Дьяков. – М. : Знание, 1975. – 64 с. 3. Певзнер, В. О. Выбор рациональных скоростей движения / В. О. Певзнер // Железно-

дорожный путь. – 2000. – № 3 – С. 47–53. 4. Левченко, О. А. Этапное развитие железнодорожной линии с эффективным сочетани-

ем массы и скорости движения поездов : дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / О. А. Левчен-ко. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2006. – 184 с.

5. Анисимов, В. А. Комплекс ЭРА – базовый компонент информационной технологии раз-работки проектов переустройства железных дорог / В. А. Анисимов, В. В. Анисимов, О. А. Лев-ченко // Проблемы развития региональной сети железных дорог : сб. науч. тр. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2003. – 68 с. УДК 624.131 Т.Ю. Вальцева*, С.А. Кудрявцев*, Ю.Б. Берестяный**

*Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

**Научно-внедренческая компания «ДВ-Геосинтетика» Хабаровск, Россия

ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАСЫПИ, УСИЛЕННОЙ ГЕОМАТЕРИАЛАМИ В ЛОТКЕ

Целью лабораторных исследований являлось определение преимущества модели на-сыпи земляного полотна армированного георешеткой перед насыпью без армирования от действия приложенных возрастающих нагрузок, что позволяет говорить об эффективности использования геоматериалов в массовом строительстве и реконструкции различных объек-тов народного хозяйства.

Введение. Наибольшие деформации насыпи земляного полотна на слабых основа-

ниях происходят на косогорных участках, вследствие больших горизонталь-ных перемещений грунтов основания.

58

С целью повышения несущей способности насыпей в настоящее время используются конструктивные решения с применением геоматериалов.

Для оценки эффективности работы насыпи при воздействии на нее, воз-растающей поездной нагрузки используются приборы и методы, которые с различной степенью приближения моделируют натурные условия работы на-сыпи земляного полотна. Сравнительный анализ их достоинств и недостатков показал, что наилучшие результаты достигаются в лабораторных условиях при крупномасштабном моделировании работы насыпи земляного полотна в грунтовых лотках, используя материалы натуры. Пользуясь этой методикой можно вносить существенные дополнения к изменению конструктивных реше-ний и к расчетам, получая более точные и эффективные результаты.

Методика лабораторных исследований. Модельные испытания проводились в большом железобетонном лотке с

размерами емкости грунта в плане 300×400 см и глубиной 203 см. Для пере-дачи возрастающей нагрузки на модель верхнего строения насыпи в лотке со-оружена система металлических балок, позволяющих выдерживать нагрузку до 500 кН.

Все опыты проводились в равных условиях, что позволило уменьшить влияние случайных факторов, тем самым увеличить надежность исследуе-мых закономерностей.

В качестве грунта для проведения модельных испытаний использовался песок средней крупности со следующими характеристиками: плотность грунта ρ = 1,7 г/м3; влажность грунта w = 0,29; коэффициент пористости e = 0,73; удельное сцепление С = 2 кПа; угол внутреннего трения φ = 28°.

Моделируемая насыпь на косогоре представлена на рис. 1.

Рис. 1. Модель насыпи на косогоре в лотке; 1 – георешетка; 2 – брус; 3 – суглинок текучий; 4 – деревянные опоры

В основании насыпи с помощью бруса моделировался уклон 1:10. На брус

укладывался пластик, смазанный солидолом – модель вечной мерзлоты. Для измерения деформаций в тело насыпи устанавливались марки (рис. 2).

59

Рис. 2. Схема установки марок для регистрации деформаций.

На рис. 3 показана схема расстановки поверхностных марок и системой нагружения тела насыпи с помощью гидравлического домкрата и штампа.

Рис. 3. Схема насыпи: 1 – марки; 2 – гидравлический домкрат; 3 – штамп

Штамп был изготовлен из бруса, имеет следующие размеры: высота 0,22 м, ширина 0,42 м, длина 1,0 м. Коэффициент влияния формы штампа и ограниченной относительной толщины слоя грунта на осадку ω = 0,68. Вес штампа 45,6 кг.

Для повышения несущей способности в тело насыпи укладывается георе-шетка с размером ячеек 10×10 мм.

Для измерения поверхностных деформаций тела насыпи использовался теодолит и нивелир.

60

Результаты лабораторных экспериментов. Лабораторные исследования работы насыпи возрастающей статической

нагрузкой проводились при двух условиях: без и с армированием тела насы-пи георешеткой.

Первая серия эксперимента проводилась без армирования насыпи георе-шеткой.

График вертикальных деформаций поверхностных марок тела насыпи без армирования представлены на рис. 4.

Рис. 4. Вертикальные деформации поверхностных ма-рок насыпи без армирования: 1, 2, 3, 4 – марки

Вторая серия экспериментов выполнялась с армированием тела насыпи

георешеткой с последующей отсыпкой тела насыпи утрамбованным песком средней крупности.

Графики вертикальных деформаций поверхностных марок тела насыпи армированной георешеткой представлены на рис. 5.

Рис. 5. Вертикальные деформации поверхностных марок насыпи армированной георешеткой: 1, 2, 3, 4 – марки

61

Выводы. Анализ полученных результатов показывает, что при использовании гео-

решетки насыпь выдерживает на 43 % больше нагрузки, чем без армирования при равных величинах деформирования. Так, при проведении эксперимента без армирования максимальная приложенная нагрузка составляла 220 кН, а максимальная нагрузка, которую насыпь выдерживала без прогрессирующих разрушений составляет 190 кН. При проведении эксперимента c использова-нием георешетки максимально приложенная нагрузка составляет 330 кН, а максимальная нагрузка, которую насыпь выдерживала без прогрессирующих разрушений составляла 275 кН. Из проведенных исследований следует, что при более высоких нагрузках в насыпи, армированной георешеткой деформа-ции значительно меньше, чем в насыпи не усиленной данным материалом. Это показывает на эффективность использования георешетки в строительст-ве и реконструкции различных объектов.

УДК 625.46:62-192 Г.М. Боровик Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

ПО ИХ ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

Изложена методика моделирования изменения параметра фактического состояния ис-кусственных сооружений до исчерпания их технического ресурса с оценкой показателей экс-плуатационной надежности Методика базируется на применении основных положений тео-рии вероятностей, теории надежности, теории случайных процессов, теории восстановле-ния. Дается краткая характеристика программного комплекса МПЭН ИССО, разработанного по указанной методике.

Экспериментальные данные и многолетние наблюдения показали, что из-менение параметра фактического состояния в масштабе времени при реаль-но действующем спектре нагрузок в процессе эксплуатации искусственных сооружений на железных дорогах определяют скоростью его развития на эта-пе предыстории )(µ , воздействием природно-климатических факторов, а так-же характером содержания и ремонта. Предлагается учитывать в математи-ческих моделях эмпирические коэффициенты, с помощью которых с доста-точной достоверностью можно моделировать процесс изменения параметра фактического состояния эксплуатируемых искусственных сооружений. Моде-лирование изменения параметра фактического состояния сооружения до ис-черпания его технического ресурса в виде случайного процесса )t(X целесо-образно производить с учетом следующих математических моделей:

а) при линейном законе изменения параметра

.,tkx)t(X ikф µ+= it = 1, 2, 3…; (1)

62

б) при нелинейном законе изменения параметра

.tkx)t(X nikф µ+= ; (2)

.,tlnkx)t(X ikф µ+= (3)

где фx – величина параметра фактического состояния сооружения, зафикси-рованная при осмотре; kk – климатический коэффициент, учитывающий осо-бенности развития параметра состояния эксплуатируемого сооружения в рассматриваемом регионе (табл.); n – показатель степени, определяемый в зависимости от ремонтируемости (ранее производимых ремонтов) искусст-венных сооружений, который равен: n = 0,9 при эксплуатации в зоне уме-ренного климата при условии, если до момента осмотра сооружения ранее производились ремонты; n = 1,1 – в зоне холодного и сурового климата при условии, если до момента осмотра сооружения ранее производились ремон-ты; n = 1,2 при условии, если до момента осмотра сооружения ранее ремон-ты не производились.

Таблица

Значение климатического коэффициента kk

Коэффициент kk при сроке службы сооружения, лет

Климатиче-ская зона

Вид искусственного

сооружения менее 20 21–50 51–80 более 80Железобетонные пролетные строения 1,00 1,00 1,06 1,10 Металлические пролетные строения 1,00 1,00 1,07 1,12 Опоры массивные 1,00 1,00 1,05 1,10

Умеренный климат

Бетонные и железобетонные трубы 1,00 1,00 1,05 1,10 Железобетонные пролетные строения 1,01 1,05 1,07 1,12 Металлические пролетные строения 1,01 1,07 1,10 1,20 Опоры массивные 1,00 1,05 1,07 1,12

Холодный климат

Бетонные и железобетонные трубы 1,00 1,05 1,07 1,12 Железобетонные пролетные строения 1,02 1,07 1,10 1,15 Металлические пролетные строения 1,03 1,10 1,20 1,25 Опоры массивные 1,02 1,10 1,15 1,15

Суровый климат

Бетонные и железобетонные трубы 1,02 1,07 1,10 1,15

Примечание. Климатический коэффициент принимается kk = 1,0 для следующих конст-рукций: мостового полотна, каменных и бетонных арочных мостов, деревянных пролетных строений, опорных частей, галерей.

63

По результатам расчета строят график )t(X изменения параметра факти-ческого состояния как случайного процесса, рис. 1. Для оценки показателей эксплуатационной надежности искусственных сооружений приобретает акту-альность использование, согласно теории случайных процессов, «рекуррент-ного потока с ограниченным последствием». Это связано с тем, что при его моделировании применяется рекуррентная (последовательная) цепочка на-ступления событий: сначала величины Т1 – отказа первой категории (техниче-ское состояние соответствует необходимости проведения ремонтных работ текущего содержания), ТII – отказа второй категории (то же капитального ре-монта), ТIII – предельного состояния, см. рис. 1.

Рис. 1. Прогнозируемые наработки сооружения на ремонты и предельное состояние: 1 – по линейной зависимости изменения параметра; 2, 3 – по нелинейной зависимости изменения параметра

Если учесть, что реализация неслучайной функции от аргумента t изме-

няется в пределах множества iT , то реализация )t(xi случайного процесса )t(X изменения параметра фактического состояния в процессе эксплуатации

сооружений при реально действующих нагрузках представляет собой неслу-чайную функцию с сечениями в точках iT...,,t,t 21 и функциями

)T(f),...,t(f),t(f i21 . Тогда принимают условие, при котором изменяемая величина параметра фактического состояния эксплуатируемого сооружения в масштабе времени распределяется нормально с математическим ожиданием наработки на отказ )T(M i и дисперсией )T(D i [2].

При фиксированном значении аргумента t значение случайного процесса )t(X изменения параметра фактического состояния в масштабе времени

представляет собой случайную величину с законом распределения [1, 2]:

}x)t(X,x)t(X{P)x,x,t,t(F 22112121 <<= . (4)

64

Тогда при заданной верхней допустимой границе kix , при которой вероят-ность 10 ≈≥µ )(P , определяют вероятность безотказной работы )t(F – экс-плуатационную надежность, а также плотность распределения )(tf вероятно-стей прогнозируемых наработок сооружения на отказы.

Учитывая сложность расчетов, для практических целей разработан про-граммный комплекс МПЭН ИССО. Результаты расчета сконцентрированы в Информационной карте, пример которой представлен на рис. 2, 3.

МПЭН ИССО ИНФОРМАЦИОННАЯ КАРТА

Моделирование изменения фактического состояния и эксплуатационной надежности искусственных сооружений

Участок (дорога): Дальневосточная ЖД Расположение: 8500 км, 1 пк, + 10, путь четный Вид сооружения: Металлические пролетные строения железнодорожных мостов Вид параметра фактического состояния: Коррозионные повреждения элементов, глубиной 1 мм Общий срок службы сооружения – 55 лет Наработка сооружения на параметр фактического состояния – 5 лет Климатическая зона расположения сооружения: Зона сурового климата Дата прогноза: 05.09.2007

1. Прогнозируемые наработки сооружения на техническое состояние (отказы, ремонт)

Выводы:

1) прогнозируемая наработка на капитальный ремонт Ткр = 6,4 лет; 2) прогнозируемая наработка на предельное состояние Тпр = 12,3 лет.

Рис. 2 Информационная карта МПЭН ИССО оценки и моделирования техническо-го ресурса и эксплуатационной надежности металлического пролетного строения со сплошными главными балками при развитии коррозионных повреждений

65

ИНФОРМАЦИОННАЯ КАРТА (продолжение)

2. Прогнозируемые сроки наступления предельного состояния

Вывод: Прогнозируемые сроки наступления предельного состояния при периоде эксплуатации от 5,8 до 12,3 лет;

3. Прогнозируемые вероятности безотказной работы сооружения – эксплуатационной надежности

Вывод: Наработка сооружения на предельное состояние с вероятностью 0,5 со-ставляет 12,3 лет

Рис. 3. Продолжение информационной карты МПЭН ИССО

66

Результаты расчета представляют в виде графиков: эксплуатационной на-дежности (вероятности безотказной работы) )t(F и плотности распределения вероятностей )t(f , рис. 3.

Анализ результатов расчета с использованием математических приемов теории надежности сооружений и с учетом функций )t(F и )t(f позволяет устанавливать следующее:

• предельно допускаемую прогнозируемую наработку сооружения на от-каз (категорию технического состояния) с учетом критерия эксплуатационной надежности HT , см. рис. 2, 3.

При этом за критерий эксплуатационной надежности принимают 50.)t(F ≥ ; • эксплуатационную надежность сооружения во временном пространстве

от начала прогноза до исчерпания технического ресурса – вероятности без-отказной работы при развитии в нем параметра фактического состояния, см. рис. 3.

Если по расчету установлены математическое ожидание прогнозируемой наработки

HT , то границами «опасного периода», т. е. перехода сооружения

из одного состояния в другое, будут значения от σ−HT до σ+HT , где σ – среднеквадратическое отклонение случайной величины (на графике )t(f показано вертикальной прерывистой линией), см. рис. 3.

Программный комплекс МПЭН ИССО, разработанный с учетом указанной методики, может найти широкое практическое применение. Главное его дос-тоинство в том, что на основе доступной информации о параметре фактиче-ского состояния эксплуатируемого сооружения, полученной по результатам периодических осмотров, можно получить модель поведения сооружения в рассматриваемой конкретной ситуации. Это, в свою очередь, позволит опти-мизировать стратегию содержания и ремонта рассматриваемых сооружений в масштабе времени. Учитывая, что большая часть искусственных сооружений имеет срок службы, приближающийся к нормативному, то с помощью про-граммного комплекса МПЭН ИССО можно устанавливать наиболее «слабые», которым в первую очередь необходимы ремонты или реконструкция.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения / Е. С. Вент-

цель, Л. А. Овчаров. – М. : Высш. шк., 2000. – 383 с. 2. Боровик, Г. М. Моделирование и прогнозирование показателей эксплуатационной на-

дежности искусственных сооружений в условиях сурового климата : моногр. / Г. М. Боровик. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2005. – 182 с.

67

УДК 625.02 Р.Г. Михайлин, Е.В. Федоренко Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ С ГЕОЯЧЕИСТОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ В ОСНОВАНИИ

На основе математического моделирования с применением метода конечных элементов получена формула определения осадки железнодорожной насыпи, усиленной геоячеистой конструкцией, расположенной в основании. Расчеты подобных конструкций сложны и трудо-емки, поэтому предложенная формула позволит на этапе выбора вариантов определить примерную осадку насыпи.

Строительство земляного полотна на основаниях из слабых грунтов ослож-няется в связи с тем, что в данном случае подошва насыпи представляет собой так называемый гибкий фундамент. При этом центральное нагружение насыпи приводит к возникновению пластических деформаций в основании и выдавли-ванию грунта из-под подошвы. Традиционное решение в виде отсыпки контр-банкетов в качестве пригрузки, предполагает, в зависимости от расчетов, во многих случаях большие объемы грунта, что является экономически не выгод-ным. Особенно в тех случаях, когда ширина бермы должна составлять не-сколько десятков метров. Кроме того, этот вариант не всегда эффективен. Ме-тоды повышения несущей способности основания путем удаления слабого грунта с заменой более прочными материалами или путем устройства свайного поля не всегда осуществимы на практике и экономически целесообразны.

Прогрессивные технологии, основанные на применении новых геоматериа-лов, предоставляют возможность реализовывать новые конструкции усиления слабых оснований. Одной из таких конструкций является геоматрас, изготавли-ваемый из полимерных георешеток (рис. 1). Геоматрас представляет собой со-товую структуру, высотой один метр, которая заполняется щебнем. Такая кон-струкция в основании представляет собой жесткий фундамент, что приводит к формированию уплотненного грунтового ядра под подошвой насыпи. В случае предельной нагрузки, когда осадка продолжается, ядро, перемещаясь вместе с основанием насыпи, «расклинивает» окружающий грунт и сдвигает его по на-правлению наименьшего сопротивления, т. е. в стороны и вверх.

Рис. 1. Общий вид геоматраса

68

Методы расчета подобных конструкций сложны. Существующие расчет-ные методики не адаптированы к российским условиям. Целью данного ис-следования было получение формулы расчета подобной конструкции, позво-ляющей в первом приближении получать количественную оценку осадки ос-нования. Анализ работы данной геоячеистой конструкции выполнялся по-средством геотехнического моделирования.

Моделирование осуществлялось при помощи специального программного средства методом конечных элементов. В настоящее время именно этот ме-тод является основным инструментом численного моделирования задач гео-механики. Были приняты следующие характеристики модели:

Характеристика Насыпь Геоматрас Слабый слой Основание Е кПа 5000 400 000 3000 7000

ν – 0,3 0,3 0,3 0,4

γ кН/м3 19 22 18 19

с кПа 18 100 10 30

φ º 20 35 8 20 Модуль деформации конструкции был принят по результатам штамповых

испытаний и составил 400 МПа. Нагрузка принята равной 80 кПа В результате моделирования были получены зависимости осадки от высо-

ты насыпи и мощности слабого слоя (рис. 2). а б

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

5 6 7 8 9 10 11

Мощность слабого слоя, м

Осадка насы

пи, м

без геоматрасас геоматрасом

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

5 6 7 8 9 10 11

Выстота насыпи, м

Осадка,

м

с геоматрасомбез геоматраса

Рис. 2. Зависимости осадки от: а – высоты насыпи; б – мощности слабого слоя Была получена зависимость осадки от двух факторов вида S = f(M, H), ко-

торая графически выражается в виде поверхности (рис. 3). Приняты следую-щие обозначения: S – осадка насыпи, м; М – мощность слабого слоя, м; Н – высота насыпи, м.

69

Рис. 3. Поверхность, характеризующая зависимость осадки от высоты насыпи и мощности слабого слоя

Уравнение поверхности данной зависимости:

22 001094.000251.0 MHS += . Однако так как величина модуля упругости усиливающей конструкции не

является постоянной величиной и для различных материалов может меняться, то в уравнение была введена еще одна переменная, характеризующая мо-дуль упругости. Зависимость осадки насыпи от модуля упругости описывается логарифмической зависимостью, при прочих равных условиях (высота насыпи, мощность слабого слоя и др.):

1844.1)(0725.0 +−= ELnS . А зависимость соответственно имеет вид, представленный на рис. 4.

0,2

0,22

0,24

0,26

0,28

0,3

0,32

0,34

0,36

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

Модуль упругости, МПа

Осадка,

м

Рис. 4. Зависимость осадки насыпи от модуля упругости усиливающей конструкции

70

Окончательно была получена функциональная зависимость осадки насыпи от ее высоты, мощности слабого слоя и модуля упругости геоячеистой конструкции:

9344.0)(0725.0001094.000251.0 22 +−+= ELnMHS , где Е – модуль упругости геоячеистой конструкции, расположенной в основа-нии насыпи.

Таким образом, полученная зависимость позволяет на предварительной стадии решать вопрос о целесообразности применения конструкции усиления в виде геоматраса.

Рис. 5. Применение геоячеистого основания при подходе к мосту Применение геоячеистой конструкции экономически приемлемо в случаях

пересечения транспортной магистралью локальных участков слабых грунтов большой мощности: погребенных речных долин, локальных впадин, запол-ненных иловатыми грунтами и пр. (рис. 5).

УДК 625.12.033 Е.С. Данильянц Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Разработана методика прогноза работы железнодорожного земляного полотна, позво-ляющая определить нарастание остаточных деформаций.

Работа железнодорожного земляного полотна связана с пропуском поез-дов, в различные периоды года. Сезонное изменение состояния грунтов на-сыпей зачастую вызывает возникновение и развитие в нем деформаций.

71

С приходом теплого периода в земляном полотне происходит накопление ос-таточных деформаций.

В результате обработки экспериментальных исследований выполненных с мая по ноябрь 2005 г. на участке насыпи 8520 км ДВЖД получено изменение уровня вибродинамического воздействия в течение годового цикла. Анализ полученного распределения вибродинамического воздействия в течение пе-риода проттаивания-промерзания позволил выделить три сезона работы зем-ляного полотна: весна, лето и осень. Методика, предложенная профессором Прокудиным И.В., позволила в статической расчетной схеме учитывать дина-мику за счет изменения деформационно-прочностных характеристик грунта. Снижение угла внутреннего трения, сцепления и модуля деформации зависит от уровня вибродинамического воздействия.

Для нахождения остаточных деформаций земляного полотна принята за основу теория, изложенная В.Ф. Бабковым, в которой говорится о том, что многократное приложение нагрузки на короткое время к грунту вызывает на-копление в нем деформаций. Прохождение поездов по пути продолжается в течение нескольких минут, между которыми следует интервал времени соот-ветствующий периоду разгружения насыпи.

Для расчета методом конечных элементов сформирована расчетная схе-ма насыпи. Решение упругопластической задачи с использованием модели среды Кулона–Мора реализовано с помощью программы FEM models разра-ботанной в Санкт-Петербурге под руководством профессора Улицкого В.М.

Нагружение расчетной схемы происходило по шагам. На первом этапе оп-ределено напряженно-деформированное состояние земляного полотна от собственного веса. Затем чередовались шаги нагружения и разгружения же-лезнодорожной насыпи вертикальной нагрузкой 230 кН/ось (соответствует на-грузке от полувагона с углем).

На этапе нагружения земляного полотна определена величина упругой вертикальной деформации. После шага нагрузки земляного полотна следовал шаг разгрузки, на котором получена величина остаточной деформации от прохождения одного поезда. Для каждого сезона (весна, лето, осень) произ-ведено по 100 циклов нагрузки-разгрузки. Накопление остаточных деформа-ций на каждом этапе определено путем суммирования остаточных деформа-ций от каждого поезда i∆

∑∆=∆=1i

nin , (1)

где n – номер цикла нагружения-разгружения (равен количеству груженых по-ездов прошедших по участку насыпи).

72

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

,м

Номер цикла нагрузки-разгрузки, N

Весна

Осень

Лето

этап а) этап б) этап в)

Рис. 1. Темп накопления величины остаточных деформаций насыпи в зависимости от количества пропущенных поездов в весенний, летний и осенний периоды. Период нагружения земляного полотна на рис. 1 разбит на этапы а, б и в. Продолжительность теплого периода продолжается в г. Хабаровске около

200 сут. За этот период земляное полотно пропускает около 4000 грузовых поездов. Методом экстраполяции определена величина остаточной деформа-ции от 4000 циклов нагружения для каждого сезона (весна, лето, осень).

Весь теплый период разбит на весенний, летний и осенний сезоны. С мо-мента оттаивания земляного полотна зарегистрированного в начале мая и до середины июня длится весенний период. Далее начинается летний период, который продолжается до середины октября. Осенний период начинается с момента появления отрицательных температур и продолжается до середины ноября, когда на поверхности земляного полотна появляется постоянная мо-розная корка толщиной 5 см.

Этапы а и б справедливы только для весеннего периода в момент полного оттаивания, когда грунт земляного полотна находится в разуплотненном со-стоянии с повышенной влажностью. Далее весенний период продолжается постепенной стабилизацией земляного полотна, для которого справедлив этап в. Величина остаточной деформации за весь весенний период при про-пуске 800 грузовых поездов составила 0,55 мм. В летний и осенний периоды величина n∆ определена на этапе в прибавлением к суммарной n∆ преды-дущего сезона (рис. 1), где количество грузовых поездов составило N = 800 … 3260 и N = 3260 … 4000 соответственно.

Темп накопления остаточных деформаций от количества пропущенных грузовых поездов описывается зависимостью

73

BNAn +⋅=∆ )ln( , (2)

где A и B – параметры, которые зависят от количества пропущенных грузо-вых поездов N с момента начала оттаивания земляного полотна.

Величина остаточных деформаций на любой месяц года определяется по зависимости (2), где значения параметров A , B и N определяются по шкале времени на рис. 2–4.

Рис. 2. Накопление остаточных деформаций в течение периода оттаивания–промерзания

Рис. 3. Зависимость параметра В от количества пропущенных грузовых поездов.

74

Суммарная величина остаточной деформации основной площадки соста-вила за весь сезон 0,601 мм. В весенний период реализуется бóльшая часть осадки, которая составила около 90 %. Темп нарастания остаточных дефор-маций в течение сезона постепенно загасает, немного увеличиваясь к ноябрю.

Рис. 4. Зависимость коэффициента А от количества пропу-щенных грузовых поездов.

Таким образом, разработана расчетная схема земляного полотна, учиты-

вающая сезонное изменение вибродинамического воздействия поездов. Раз-работанная методика определения величины остаточных деформаций в те-чение периода оттаивания – промерзания позволяет спрогнозировать работу земляного полотна не только на один год, но и на несколько лет. Разработан-ная методика прогноза также позволяет производить оценку проектных реше-ний по реконструкции и планировать работы по стабилизации земляного по-лотна. При этом в расчетной схеме учитывается изменение условий эксплуа-тации (повышение осевых нагрузок и скоростей движения поездов). Реализа-ция предложенной методики позволяет установить критерии деформируемо-сти земляного полотна, определить очередность ремонтов его объектов и обеспечить безопасность земляного полотна.

УДК 624.131 С.А. Кудрявцев, А.В. Кажарский Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Рассмотрена методика моделирования процесса оттаивания мёрзлых грунтов с исполь-зованием метода конечных элементов

Интенсивное освоение районов Сибири и Дальнего Востока (в частности трассы Беркакит–Томмот–Якутск), а также севера европейской части России приводит к необходимости строительства площадок с неблагоприятными ин-

75

женерно-геологическими криологическими условиями. При этом по тем или иным причинам не всегда удается сохранить вечномерзлое состояние основа-ния, практически предотвращающее неравномерную осадку фундаментов. Это вызывает в конструкциях зданий значительные усилия, зачастую приводящие к недопустимым деформациям и трещинообразованию, а потому проектирова-ние зданий для таких условий требует специального расчетного обоснования.

Деформация фундаментов на оттаивающих грунтах обусловлена, главным образом, изменением физического состояния в процессе оттаивания и уплот-нения оснований, когда просадочные мерзлые грунты в ходе оттаивания под фундаментами дают сравнительно большие и при том неравномерные осадки.

Повреждения зданий и сооружений, вызываемые оттаиванием мерзлых грунтов под фундаментами, приносят большой материальный ущерб народ-ному хозяйству, но, несмотря на это, мероприятия по борьбе с деформациями фундаментов сооружений разработаны недостаточно. До настоящего времени в практике строительства отсутствуют методы, гарантирующие предохране-ние фундаментов зданий и сооружений от преждевременного их разрушения при допущении оттаивания грунтов оснований.

Величины осадок фундаментов на оттаивающем грунте могут быть опре-делены путем инженерных расчетов, причем наиболее близкие с фактически-ми осадки фундаментов получаются только при том условии, если положен-ные в основу инженерных расчетов данные по сжимаемости грунтов, по рас-пределению уплотняющих грунт давлений в сжимаемой толще, а также по глубине оттаивания грунтов под фундаментами будут отражать реальные их значения с допустимыми погрешностями.

Однако до настоящего времени методики определения осадок фундамен-тов применительно к практике фундаментостроения пока разработаны недос-таточно, вследствие чего существующие схемы расчета осадок фундаментов на оттаивающих грунтах нуждаются в уточнении и дальнейшем развитии.

Традиционная геомеханика делит геомеханические задачи на две группы: теплофизическую и деформационную.

Как видно, эти две группы задач рассматривают работу грунта с совер-шенно различных позиций и требуют даже разных характеристик грунта: для теплофизических задач являются: удельная теплоемкость грунта (талого или мерзлого) и теплопроводность грунта (талого или мерзлого), а для задач де-формационной группы – модуль упругости Е и коэффициент Пуассона ν, удельное сцепление и угол внутреннего трения.

В последние годы теплофизические расчеты процессов промерзания и от-таивания грунтов оснований стали выполняться численным моделированием МКЭ. Существуют универсальные программы, реализующие широкий круг те-плотехнических задач – определение температурных полей и градиентов, те-пловых потоков в строительных конструкциях (COSMOS/М, ADINAT, ANSYS, NASTRAN, LS-DYNA, STAR-CD и др.) Эти пакеты программ ориентированы на расчет трехмерных изотропных и ортотропных твердых тел. Они позволяют рассчитывать стационарное состояние и переходные процессы в линейной и нелинейной постановке с моделированием следующих краевых и начальных

76

условий: температура, тепловой поток, теплообмен путем конвекции и радиа-ционного излучения с объемным тепловыделением.

Исходя из вышеприведенного анализа существующих численных моделей промерзающих и оттаивающих грунтов была разработана математическая модель «Termoground», позволяющая анализировать процессы промерзания, морозного пучения и оттаивания по установившимся температурным и влаж-ностным полям. Программный модуль «Termoground» был реализован в про-граммном комплексе «FEM models» [Шашкин К.Г., 2000].

Процессы промерзания-оттаивания описываются уравнением теплопро-водности для нестационарного теплового режима в трехмерном грунтовом пространстве следующим уравнением [Фадеев А.Б., 1987; Comini G. и др., 1974; Guidice Del S. и др., 1978]

V2

2

2

2

2

2

)f(thd)f(th qzT

yT

xT

tTC +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

+∂∂

λ=∂∂

ρ ,

где )f(thC – удельная теплоемкость грунта (талого или мерзлого), Дж/кГ⋅К;

ρd – плотность сухого грунта, кГ/м3; Т – температура, К; t – время, с;

)f(thλ – теплопроводность грунта (талого или мерзлого), Вт/м⋅К; x, y, z – коор-

динаты, м; qV – мощность внутренних источников тепла, Вт/м3. Это уравнение позволяет определять величины входящего и выходящего

теплового потока из элементарного объема грунта, оставляя основной поток объема грунта в точке во времени равным изменению величины теплооборотов.

Величина относительной деформации оттаивания водонасыщенных мерзлых грунтов в программном модуле «TERMOGROUND» определяется двумя путями:

1. По результатам лабораторных исследований согласно [ГОСТ 19706-74, 1974] .

В этом случае относительные деформации оттаивающих грунтов опреде-ляются выражения

iththth A δ+=ε , (1)

где thA – относительная деформация тепловой осадки оттаивания; ithδ – от-

носительная деформация грузовой осадки оттаивания.

ithith pm ⋅=δ 0 , (2)

thm0 – коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта, МПа–1; ip – уплот-няющее вертикальное давление, МПа.

77

Рис. 1. Зависимость относительной осадки мерзлых грунтов при оттаивании

2. По зависимости предложенной М.Ф. Киселевым [Киселев М.Ф., 1978] по

физическим показателям промороженного грунта из следующего выражения:

W/IKWW

dSw

PdPth +γγ

⋅−−=ε , (3)

где: IP – число пластичности; γw – удельный вес воды; γs – удельный вес частиц грунта; Kd – коэффициент уплотняемости, зависящий от дисперсности глинисто-го грунта и уплотняющего давления при оттаивании по следующему уравнению

cIaK bPd +⋅= − , (4)

где a, b, c – эмпирические коэффициенты, зависящие от уплотняющего давления.

В программном модуле «Termoground» параметры a, b, c аппроксимируют-ся зависимостями 5, 6, 7, графики которых представлены на рис. 2, 3, 4.

Рис. 2. Зависимость параметра а от давления

78

2p4171.410p750.00150453-2.245666 +⋅=a . (5)

Рис.3. Зависимость параметра b от давления

2p280.66621-p2930.00034337-0.31562188b +⋅= . (6)

Рис.4. Зависимость параметра С от давления

185.00018.0 +⋅−= pc . (7)

79

По физическому смыслу значение thdε представляет собой отношение объема оттаявшего под давлением грунта к его начальному объему в мерз-лом состоянии.

Вектор правых частей разрешающих уравнений процесса оттаивания для i-го конечного элемента вычисляется следующим образом

{ } { }addth FFFthi += , (8)

где{ }addth F – вектор сил оттаивания элемента. На момент времени ti производится считывание значений температур на

предыдущем шаге Ti–1 и на текущем Ti.Приращение относительных деформа-ций оттаивания промороженных грунтов определяется из выражения

{ }

⎪⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

ε−εν−εν−

=

⎪⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

γγ

γε

εε

=ε

000

ddd

d th

th

th

yz

xz

xy

z

y

x

th, (9)

где ν – коэффициент Пуассона.

{ } [ ] [ ]{ } [ ] [ ]{ }VdDBdVdDBF thT

th

T

V

ε=ε= ∫addth , (10)

где [ ]B – матрица производных функций формы элемента; [ ]D – матрица уп-ругих свойств элемента.

Разработанный программный модуль «Termoground» численного модели-рования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания в годичном цикле МКЭ в пространственной постановке, входит составной ее частью в крупный программный комплекс «FEM-models». Эта сложная задача геотехни-ки решается в два этапа. Сначала решается теплотехническая задача, в ре-зультате которой определяются температурные и влажностные поля на каж-дый период времени. Вторым этапом решается задача определения напря-женно-деформированного состояния массива грунта в процессе промерзания и оттаивания.

Напряженно-деформированное состояние грунта в процессе промерзания и оттаивания определяется тремя основными факторами: увеличением объе-ма грунта при замерзании предзимней влажности, первоначально находящей-ся в его порах; увеличением объема грунта при замерзании воды, мигрирую-

80

щей в промерзающую толщу основания; образованием морозобойных трещин в грунте при его промерзании.

Таким образом, предлагаемая методика позволяет в пространственной постановке определять деформации морозного пучения и оттаивания на раз-личный период времени различных зданий и сооружений, находящихся в мерзлых грунтах.

УДК 625.12.033 В.В. Пупатенко, Ю.А. Сухобок Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ФОМИРОВАНИЯ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Рассмотрены различные варианты скоростного распределения, полученного для мо-дельных насыпей, приведены результаты решения обратной задачи томографии для часто встречающихся поперечных профилей земляного полотна, выполнено сравнение результа-тов решения с исходным скоростным распределением.

При комплексном обследовании железнодорожного земляного полотна применение бурения, методов инженерной сейсмики, георадарного просвечи-вания и некоторых других дают возможность получения качественно новой информации об объекте. Результатом сейсмотомографии является непре-рывное распределение скоростей волн в изучаемой среде, что позволяет по-лучить поля деформационных и прочностных характеристик грунтов. Геора-дарный профиль дает возможность выделения в грунтовом массиве четких границ слоев, обводненных зон и т. п. С помощью бурения (как правило, в не-больших объемах) выполняется своего рода тарировка первых двух методов, привязка профилей к скважинам.

Малоглубинная сейсмотомография применительно к исследованию же-лезнодорожного земляного полотна выполняется следующим образом. В не-скольких точках поперечника расставлены датчики. В некоторых из них возбу-ждаются волны, которые через некоторое время регистрируются на других датчиках. На основании геометрии насыпи, траекторий лучей и измеренных времен первого вступления лучей, используя математическое моделирова-ние, необходимо получить распределение скоростей прохождения волн внут-ри насыпи.

В связи с тем, что томография не является универсальным методом ре-шения подобного рода задач, требовалось провести анализ применимости томографии для наиболее часто встречающихся в инженерной практике клас-сов насыпей. Для этого было разработано несколько абстрактных схем, наи-более точно описывающих реальные насыпи с разным типом земляного по-лотна: недавно введенного в строй, эксплуатируемого и земляного полотна в

81

зимнее время (в условиях промерзания). Очертания насыпей всех схем пред-ставляют собой равнобедренные трапеции с уклоном откосов 1:1,5. Каждая схема описывается контуром насыпи и зонами – областями, в которых прину-дительно заданы постоянные значения скоростей (см. рис. 1, 2, 3; стрелками обозначено местоположение датчиков).

Рис. 1. Схема земляного полотна, недавно введенного в строй

Рис. 2. Схема эксплуатируемого земляного полотна

Рис. 3. Схема земляного полотна в условиях промерзания (в зимнее время) Для проведения расчетов была разработана специальная программа, по-

зволившая решить поставленную задачу – получить распределение скоростей. Первоначально область насыпи, в которой проходят лучи, разбивается на прямоугольные элементы фиксированных размеров dx и dy, в каждом из кото-рых скорость является постоянной величиной. Требуется рассчитать скорость в каждом выделенном элементе, что в совокупности дает предварительное

82

скоростное распределение. Этот расчет основан на двух предпосылках, на основании которых можно заранее предполагать об общем характере скоро-стного распределения:

1. Траектории лучей, проходящих по поверхности насыпи, не сильно отли-чаются от прямых линий; кроме того, датчики расставлены довольно часто, поэтому расстояние, которое проходят поверхностные лучи, значительно меньше расстояний, которые проходят все остальные лучи. Следовательно, можно говорить, что характеристики поверхностных лучей (траектория, изме-ренное время) точнее и достовернее остальных.

2. Если рассмотреть горизонтальный разрез насыпи, то в среднем по мере удаления от поверхности насыпи к ее центру скорость прохождения лучей повышается.

В связи с этим расчет скоростей проводится следующим образом. Все лучи разделяются на две категории: поверхностные (проходящие через поверхност-ные элементы) и внутренние, которые, в свою очередь, делятся на горизон-тальные и наклонные. Вначале для каждого поверхностного луча вычисляются значения скоростей в элементах, в которых этот луч проходит. Далее опреде-ляются предварительные значения скоростей во внутренних элементах, для чего используются горизонтальные лучи. В результате этих операций в каждом прямоугольном элементе оказываются известными предварительные значения скоростей, которые затем корректируются на основе наклонных лучей.

Анализ результатов работы программы (рис. 4, 5, 6) показывает, что полу-ченное скоростное распределение весьма точно приближено к исходному. В областях, находящихся возле границ зон, скоростное распределение соот-ветствует среднему значению скоростей в этих соприкасающихся зонах; в об-ластях же, находящихся в центральных частях зон, скорости приближаются к значениям скоростей внутри этих зон (расхождение менее 15 %). Лишь для второй схемы максимальное различие скоростного распределения со скоро-стью внутри зоны (700 м/с) составляет 30 %.

Также для всех схем скоростное распределение сохраняет в себе симмет-рию, имеющуюся в исходных данных. Следует отметить, что в модельных на-сыпях заданы резкие границы зон, в реальных условиях зоны с различными скоростными характеристиками разделены границами ненулевой толщины.

Рис. 4. Результат расчета схемы земляного полотна, недавно введенного в строй

83

Рис. 5. Результат расчета схемы эксплуатируемого земляного полотна

Рис. 6. Результат расчета схемы земляного полотна в условиях сезонного промерзания (в зимнее время)

В данной реализации метода томографии имеется ряд серьезных ограни-

чений: прямолинейность траекторий лучей, одинаковость всех прямоугольных элементов (тогда как в действительности их размеры могут зависеть от рас-положения элементов) и др. Тем не менее, теоретические результаты показы-вают, что метод может применяться для составления предварительного ско-ростного распределения, которое затем можно подвергать различного рода уточнениям и корректировкам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Меховников, А. Г. Принципы применения сейсмотомографии и обработка ее резуль-

татов при инженерно-геологических изысканиях / А. Г. Меховников. – Режим доступа : http://geogin.narod.ru

2. Berryman, J. Lecture notes on nonlinear inversion and tomography: borehole seismic tomo-graphy / J. Berryman. – Режим доступа : http://lib.org.by

84

УДК 625.12.033 Г.М. Стоянович, В.В. Пупатенко, Е.С. Данильянц, Я.В. Паженцев, В.В. Шабалин

Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

КОМПЛЕКСНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКЕ ТОММОТ–КЕРДЕМ ЯКУТСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Приведены результаты обследования нового железнодорожного земляного полотна, полученные сейсмотомографическим методом и с использованием георадара.

В рамках научного сопровождения строительства новой железнодорожной линии Томмот-Кердем кафедра «Железнодорожный путь, основания и фун-даменты» выполнила комплексное обследование ряда проблемных и мо-дельных объектов. Выполнены инженерно-геодезические работы (в том числе измерение осадок по маркам в поперечном и продольном профиле), термо-метрические наблюдения, измерение плотности грунтов баллонным плотно-мером БПД-КМ, сейсмотомографическое обследование, сейсмическое и гео-радарное профилирование. Таким образом, на некоторых объектах выполне-но комплексное обследование, позволившее решить поставленные заказчи-ком задачи и получить качественно новую информацию.

На подходах к мосту через ручей Атытар на участке ПК4443+20 – ПК4443+32,65 и на участке ПК4443+65 – ПК4443+86 проектом предусмотрена вырезка до глубины 3 м ледогрунта IV категории просадочности с относитель-ной осадкой δ = 0,63. Засыпка данной вырезки с бермами шириной 3 м должна быть выполнена щебенистым грунтом с глинистым заполнителем более 30 %.

При обследовании насыпи 12 июля 2006 г. справа за мостом обнаружен почвенно-растительный грунт и торф, а слева – соскладированный в бурт грунт после вырезки основания. Правый откос в процессе консолидации дает остаточные деформации, видны продольные трещины. Подходы насыпи воз-ле устоев в 2006 г. были еще не отсыпаны. На ПК 4443+81,6 выполнена ниве-лировка поперечника и сделана сейсмотомография для определения плотно-сти грунтов и глубины вырезки основания.

На ПК4443+76,5 выполнена съемка поперечника, в трех характерных точках основной площадки определена плотность грунтов с помощью прибора ПБД-КМ, результаты измерений плотности использованы для привязки распределения плотности в поперечном сечении, полученного на основе сейсмотомографиче-ского обследование объекта на продольных и поперечных волнах.

На основе полученного скоростного распределения построены зависимо-сти распределения плотности (рис. 1) и модуля деформации (рис. 2) в попе-речном сечении на ПК4443+76,5.

85

Рис. 1. Распределение плотности грунта, т/м3, в поперечном сечении на ПК4443+76,5

0,022,021,03,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,01,0 2,0

8,0

7,0

6,0

4,0

5,0

3,0

2,0

1,0

10080

6040 30

2020

3040

50

20

Рис. 2. Распределение модуля деформации, МПа в поперечном сечении на ПК4443+76,5

Кроме того, в сентябре 2007 г. на этом участке выполнено георадарное обследование. Пройдены продольные разрезы по бермам и по оси земляного полотна и поперечный разрез на ПК4443+76,5.

Полученный после привязки отметок разрез подтвердил результаты сейс-мотомографического обследования (рис. 3). Кроме того, на продольных про-филях достоверно установлена зона выторфовки и ее размеры, что получить другими способами не представляется возможным.

Рис. 3. Поперечный профиль на ПК4443+76,5 по данным георадарного обследования

86

При исследовании насыпи традиционными методами инженерно-геологи-ческого обследования (бурение, шурфование, динамическое и электродина-мическое зондирование) сложно определить реальное распределение дефор-мационных характеристик грунта. Определение напряжено-деформированно-го состояния земляного полотна на период эксплуатации без учета неодно-родных зон дает большие погрешности, которые могут привести к необрати-мым последствиям.

Для расчета методом конечных элементов сформирована расчетная схе-ма (рис. 4), в двух вариантах. Для первого варианта решена упругая задача, в которой принято, что грунт насыпи однородный с модулем деформации 60 МПа (максимальное значение в приповерхностных слоях основной пло-щадки, получаемое укаткой отсыпанного слоя виброкатками). Для второго ва-рианта упругая задача решена с реальным распределением модуля дефор-мации, определенным по результатам сейсмотомографического обследова-ния. Модуль деформации песчано-глинистых грунтов определялся по форму-ле Васильевского В.И.

31.0126.0 +⋅= PP

VV

деф еЕ ρ где ρ – плотность грунта; PV – скорость продольных волн.

Рис. 4. Расчетная схема насыпи на ПК ПК4443+76,5 по результатам комплексного об-следования

В расчетной схеме второго варианта на основе полученного распределе-

ния модуля деформации в поперечном сечении насыпи учтена неоднород-ность сложения грунтов насыпи. Решение поставленной задачи реализовано с помощью программы FEM models разработанной в Санкт-Петербурге под ру-ководством профессора Улицкого В.М.

Длина расчетной схемы вдоль оси пути равна 7 м, что соответствует поло-вине длины вагона с углем. Сверху насыпи расположена рельсошпальная решетка и предполагаемый слой щебеночного балласта толщиной 0,5 м.

87

Нижняя часть земляного полотна (на рис. 4 показана синим цветом) сложена из мерзлого грунта, для которого неоднородности не учитывались. Грунты те-ла насыпи (галечниковый аллювий), обозначены разными цветами, которым соответствует определенный модуль деформации. Нагрузка 230 кН/ось при-ложена в точках контакта колеса с рельсом.

В результате расчетов получено распределение упругих вертикальных деформаций насыпи и вертикальных напряжений при воздействии на земля-ное полотно статической нагрузки от полувагона с углем.

В обоих варианта максимальные упругие деформации наблюдаются в верхнем слое насыпи, которые затухают с глубиной. Мощность деформирую-щегося слоя достигает 4,0 м. При учете неоднородностей в теле насыпи вели-чина расчетных упругих перемещений на 40% выше, чем при однородном распределении грунта.

Создание расчетной схемы, учитывающей неоднородность сложения грун-тов возможно только по результатам комплексного обследования нескольки-ми взаимно дополняющими друг друга методами, что повышает достовер-ность расчетов и проектных решений.

УДК 629.4.027.43 Г.М. Стоянович, В.В. Пупатенко Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ В КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА НА ПЕРЕВАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ

ПУТИ ПРИ ПРОХОДЕ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ПОЕЗДОВ

Приведены результаты натурных измерений отжимов и просадок рельсов, изменения ширины колеи при проходе тяжеловесных поездов в кривых малого радиуса на деревянных и железобетонных шпалах на перевальных участках с большими уклонами.

Для определения изменения параметров рельсовой колеи на существую-щих и опытных участках железнодорожного пути при проходе тяжеловесных поездов выполнены натурные испытания на Партизанской дистанции пути. Основные данные по участкам измерений приведены в таблице.

Краткая характеристика экспериментальных участков

№ Участок Рельсы и

скрепления Тип шпал, балласт Дополнительная информация

1

98 км ПК3+75, четный путь, радиус кривой

180–205 м

Р65/ДО Деревянные АI,

2000 шт./км, щебень

Ширина колеи 1539 мм; возвы-шение 111 мм; продольный уклон 18,3 о/оо; боковой износ по упор-ной РН 8 мм; накат но внутрен-ней РН 2 мм. Капремонт 2002 г.

88

№ Участок Рельсы и скрепления Тип шпал, балласт Дополнительная информация

2

109 км ПК5+80, нечетный

путь, радиус кривой 301 м

Р65/ЖБР65 Железобетонные Ш3-К, 2000 шт./км,

щебень

Ширина колеи 1540 мм; возвы-шение 87 мм; продольный уклон 21,4 о/оо (спуск); боковой износ по упорной РН 5 мм; накат но внут-ренней РН 1 мм. Капремонт

04.11.2003 г.

3

109 км ПК5+80,

четный путь, радиус кривой

246 м

Р65/ЖБР65 Железобетонные Ш3-К, 2000 шт./км,

щебень

Ширина колеи 1540 мм; возвы-шение 87 мм; продольный уклон 21,6 о/оо (подъем); боковой износ по упорной РН 5мм; накат но

внутренней РН 1 мм. Капремонт 29.10.2003 г.

4 84 км ПК3+20, четный путь, радиус кривой

195 м Р65/ДО

Деревянные АI, 2000 шт./км, щебень

Ширина колеи 1541 мм; возвы-шение 55 мм; продольный уклон 26,3о/оо (подъем); боковой износ по упорной РН 10-12 мм; накат но внутренней РН 2-2,5 мм.

Капремонт 2003 г.

Регистрация деформаций обеих рельсовых нитей (вертикальная просадка, горизонтальный отжим рельсов, изменение ширины колеи) проводилась датчи-ками перемещений ППТ-25 конструкции ЦНИИСК и современным аппаратно-программным комплексом, что позволило получить достоверные результаты.

На основании анализа полученных данных при записи на персональный компьютер прохода через рабочие сечения всего тяжеловесного поезда, предварительной и статической обработки результатов можно сделать сле-дующие выводы.

В кривых малого радиуса при хорошем техническом состоянии верхнего строения пути на деревянных шпалах и костыльном скреплении во время про-хода тяжеловесных поездов весом 6300 т с новыми электровозами «Ермак» 2ЭС5К на рельсовые нити оказывается повышенный уровень силового воз-действия по сравнению с обычными и повышенного веса поездами.

В качестве доказательства на рис. 1 приведено изменение ширины колеи на участке № 1 при проходе полувагонов с углем, а на рис. 2 – при проходе 4-осных цистерн на участке № 4.

1535

1536

1537

1538

1539

1540

1541

1542

1543

1544

1545

1546

1547

1548

1549

1550

1551

1552

0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 6000 6600 7200 7800 8400 9000 9600 10200 10800 11400 12000

Рис. 1. Изменение ширины колеи относительно ста-тического значения 1539 мм при проходе тяжело-весного поезда: «Ермак» 4 секции + 68 п/в с углем + + «Ермак» 4 секции + 2 пассажирских вагона + + 2 крытых, мм

89

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Изменение ширины колеи, мм

Рис. 2. Изменение ширины колеи в кривой при проходе тяжеловесного поезда Увеличение ширины колеи относительно статического значения при про-

ходе локомотивов достигает 12–13 мм и составляет величину 1554,5 мм, что на 6,5 мм больше предельно допустимой по безопасности движения поездов 1548 мм.

Полувагоны с углем дают увеличение ширины колеи до 10 мм в головной и до 8,5 мм в хвостовой части поезда. 4-осные цистерны увеличивают ширину колеи до 7,5 мм в головной и до 9 мм в хвостовой частях поезда.

Отжим наружной рельсовой нити в момент прохода локомотива достигает 8–9 мм как наружу, так и во внутрь колеи. Общая амплитуда деформации на-ружного рельса достигает 16–18 мм под локомотивами, 12–14 мм – под полу-вагонами с углем и 8–10 мм – под цистернами. При таких величинах знакопе-ременных деформаций рельсовой нити через подкладки на костыли переда-ются большие изгибающие усилия, что является одной из основных причин их массового излома.

Отжим внутренней рельсовой нити составляет 4,5 … 5,4 мм и 4 мм при проходе локомотива и цистерн соответственно.

Изменение параметров рельсовой колеи на железобетонных шпалах типа ШЗ-К и промежуточном скреплении ЖБР-65 (участок № 2 и 3) существенно зависит от весовых норм поездов, от пропущенного тоннажа и износа элемен-тов скрепления. С момента укладки опытного участка № 2 до проведения ис-пытаний пропущено около 80 млн т брутто. По четному пути за время эксплуа-тации опытного участка два раза заменили рельсы по упорной нити в связи с боковым износом, заменили 279 нашпальных прокладок ЦП-204 по упорной и 58 шт. по внутренней нити. Кроме того, для удержания ширины колеи на упор-ную скобу наварили металлическую пластинку толщиной 5 мм.

90

Изменение ширины колеи на участке № 3 приведено на рис. 3. Электро-возы «Ермак» на 46–68 % больше увеличивают ширину колеи, чем полува-гоны с углем.

1530

1532

1534

1536

1538

1540

1542

1544

1546

1548

1550

1552

1554

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 Рис. 3. Изменение ширины колеи относительно статического значения 1540 мм при про-ходе в четном направлении тяжеловесного поезда («Ермак» 4 секции + 66 полувагонов с углем + «Ермак» 4 секции + 2 пассажирских вагона + 2 крытых вагона), мм

Наибольшее уширение рельсовой колеи составляет 14,7 мм и достигает

величины 1554,7 мм. Такое резкое изменение ширины колеи при безподкладочном скреплении

ЖБР-65 и завышенном возвышении упорного рельса реализуется за счет от-жимов внутреннего рельса. Упорный рельс отжимает, как правило, не более 2 мм и лишь электровоз дает в хвосте поезда 4 мм.

Проход тяжеловесного поезда в четном направлении по нечетному пути (рис. 4) увеличивает ширину колеи на 6,5 мм и достигает величины 1545,5 мм.

1537

1538

1539

1540

1541

1542

1543

1544

1545

1546

1547

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500

Рис. 4. Изменение ширины колеи относительно статического значения 1539 мм при про-ходе четного поезда: ВЛ80 4 секции + 63 полувагона с углем + ВЛ80 3 секции, по нечет-ному пути, мм

91

Общий вертикальный прогиб рельса как на пути с деревянными, так и с железобетонными шпалами не превышает 1,5–1,7 мм. Он показывает, что ос-нование очень жесткое, сопоставимое с безбалластным в тоннелях. Под за-песоченным слоем щебеночного балласта находятся скальные грунты. Поэтому при проходе поездов реализуется повышенный уровень вибродина-мического воздействия на все элементы железнодорожного пути с интенсив-ным образованием выплесков в балласте.

Таким образом, проведенные испытания показывают, что для пропуска тяжеловесных поездов на перевальных участках пути в кривые малого радиу-са необходима новая конструкция пути с железобетонными шпалами, с под-кладочным промежуточным скреплением и упругими клеммами и дополни-тельными техническими решениями по снижению жесткости подрельсового основания и гашению величины вибродинамического воздействия поездов.

УДК 624.042:519.6 О.Л. Рудых, В.А. Бырканов Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ФОРМУЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦ МАСС СУПЕРЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ

ДИНАМИКИ СООРУЖЕНИЙ

В работе предложена новая формула для получения матрицы масс суперэлемента. Формула получена на основании синтеза метода редуцированных элементов и метода су-перэлементов. При решении задач динамики конденсация матрицы масс с использованием предложенной формулы выполняется по более простой формуле, без использования опе-рации обращения матриц.

Современный уровень развития строительной механики с использованием вычислительной техники сделал возможным анализ колебаний сложных ин-женерных конструкций как единых пространственных систем на основе мето-да конечных элементов (МКЭ). При большом числе степеней свободы, необ-ходимой для решения задачи МКЭ, решение динамических задач, даже на со-временных ПЭВМ становится не эффективным. Стремление к уменьшению числа неизвестных в разрешающей системе уравнений МКЭ привело к моди-фикациям МКЭ [1, 2]. Наиболее известные модификации МКЭ – это метод су-перэлементов (МСЭ) [1] и метод редуцированных элементов (МРЭ) [2]. В МРЭ и МСЭ в системе уравнений МКЭ происходит исключение ряда узлов в конеч-но-элементной сетке. В МРЭ эта операция получается путём редуцирования, а в МСЭ статической конденсации.

В матричной форме дифференциальное уравнение движения конструкции, идеализированной по МКЭ, имеет вид

[ ]{ } [ ]{ } { } { }0=++ FqKqМ && , (1)

где [M] – матрица масс системы; [K] – матрица жёсткости системы; {q} – век-тор узловых перемещений системы; {F} – вектор динамических нагрузок в узлах системы.

92

В большинстве вычислительных комплексов, реализующих уравнения МКЭ (1), используется МСЭ, известный также как метод подконструкций [1–5]. Ключевой процедурой МСЭ является статическая конденсация [3] – исключе-ние внутренних степеней свободы подконструкции. Исходная система уравне-ний равновесия в МСЭ представляется в блочной форме

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

вFнF

вqнq

КввКвннвКннК

. (2)

В формуле (2) индексы имеют смысл: н – граничные (наружные) узлы;

в – внутренние узлы. В МСЭ операция статической конденсации степеней свободы во внутрен-

них узлах выполняется по формуле

внКввКнвКннКнК1−−= . (3)

После исключения степеней свободы во внутренних узах получаем следу-

ющее уравнение равновесия в форме метода перемещений для суперэлемента

[ ]{ } { }н

FнqнК = , (4)

где [Kн], {qн} и {Fн} – матрица жёсткости, вектор перемещений и вектор на-грузки суперэлемента.

В МРЭ уравнения МКЭ в блочном виде приобретают вид аналогичный формуле (2), но вместо индексов н вводится s, а вместо в–р (в МРЭ индексы имеют смысл: s – стыковочные узлы; p – промежуточные узлы)

ТSspКSspКSppКТSssКsК )(+++= . (5)

Вопросы конденсации и редуцирования матриц жёсткости системы, со-

стоящей из одномерных конечных элементов, в МСЭ и МРЭ подробно рас-смотрены в работе автора [6]. Из синтеза уравнений (3) и (5) получена новая трактовка известного в МСЭ соотношения

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −−=ЕКвнввKS

1. (6)

В формуле (6) матрице S – придаётся физический смысл – матрица влия-

ния опорных реакций в стыковочных узлах. Применение соотношения (6) позволило упростить формулу для вычисления

матрицы жёсткости суперэлемента (3) исключив в ней операцию обращения.

93

Полученная в работе трактовка формулы (6) позволила усовершенствовать метод частотно-динамической конденсации, предложенный в работах профес-сора В.А. Игнатьева и его учеников [7]. Метод частотно-динамической конден-сации [7] используется для решения неполной проблемы собственных векторов и собственных значений в задачах динамики. В процессе решения этой задачи возникла проблема вычисления матриц масс отдельных суперэлементов.

При решении задач динамики в уравнении (1) необходимо в МСЭ и МРЭ выполнять операции конденсации и редуцирования матриц масс системы.

Матрицы масс в МРЭ (МСЭ) принимают сходный блочный вид:

,)()()()(⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

ввppМвнpsМнвspМннssМ

(7)

где индексы в МРЭ s и p, а в МСЭ (указаны в скобках) н и в.

Для получения конденсированных (или редуцированных) матриц масс сис-темы используется условие равенства потенциальной и кинетической энергий исходной и конденсированной (редуцированной) систем, а также равенство (по отдельности) работ внешних сил и диссипативных сил. В результате в МСЭ приходим к зависимости [1]

[ ] )1(1

1

внКввКввMвнMввКнвK

внКввКнвMннMнM−−−−

−−−=. (8)

В МРЭ аналогичная формула имеет вид [1]

ТSspМSspМSppМТSssМsМ )(+++= , (9)

где S – матрица преобразования координат. В МРЭ интерполяционная матри-ца (по физическому смыслу соответствует матрице влияния опорных реакций в стыковочных узлах).

Выполняя синтез МРЭ и МСЭ с учётом формулы (6) получена более про-стая формула для получения матрицы масс редуцированного элемента и су-перэлемента, в которой нет операций обращения матриц согласно формуле (3)

внМТSSнвМSввМТSннМ

ТSнвМSнвМSввМТSннМнМ

+++=

=+++= )(. (10)

В формуле (10) матрица S представляет матрицу влияния опорных реакций

в стыковочных узлах. Операция конденсации внутренних узлов в МСЭ приво-дит к замене исходной системы, состоящей из линейных конечных элементов, к подобной системе, состоящей из линейных конечных элементов большей

94

длины. Это позволяет формировать матрицу S, используя наиболее простые линейные графики линий влияния опорных реакций в стыковочных узлах.

Формула (10) для МСЭ приобретает вид аналогичный для МРЭ (см. фор-мулу 9). Такая же особенность была установлена ранее для матриц жёсткости суперэлементов и редуцированных элементов [7].

Применение формулы (10) позволит снизить затраты машинного времени на получение матриц масс суперэлементов в МСЭ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Метод суперэлементов в расчётах инженерных сооружений / В. А. Постнов [и др.]. –

Л. : Судостроение, 1979. – 288 с. 2. Воронёнок, Е. Я. Метод редуцированных элементов для расчёта конструкций / Е. Я. Во-

ронёнок, О. М. Палий, С. В. Сочинский. – Л. : Судостроение, 1990. – 224 с. 3. Гайан, Р. Приведение матриц жёсткости и массы / Р. Гайан // Ракетная техника и кос-

монавтика. – 1965. – Т. 3. – № 2. – С. 277–278. 4. Игнатьев, В. А. Решение неполной алгебраической проблемы собственных векторов и

собственных значений для задач динамики и устойчивости методом частотно-динамической конденсации / В. А. Игнатьев, А. В. Макаров // Строительная механика и расчёт сооружений. – 2005. – № 1. – С. 14–20.

5. Белостоцкий, А. М. Методы динамического синтеза подконструкций в задачах моде-лирования сложных инженерных систем / А. М. Белостоцкий, С. И. Дубинский, А. Л. Потапен-ко // Строительная механика и расчёт сооружений. – 2006. – № 6. – С. 45–51.

6. Рудых, О. Л. Совершенствование метода редуцированных элементов на основе син-теза с методом суперэлементов / О. Л. Рудых // Изв. вузов. Строительство. – 2006. – № 7. – С. 103–108.

7. Рудых, О. Л. Метод частотно-динамического редуцирования / О. Л. Рудых // Бюлле-тень научных сообщений № 11 : сб. науч. тр. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2006. – С. 4–8.

УДК 624.042.8 А.С. Волков, Ю.Г. Плотников Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ДИНАМИКА УПРУГИХ СИСТЕМ

Рассматривается решение динамической задачи для упругой системы со многими степе-нями свободы. Получены матричные алгоритмы для определения перемещений и внутренних усилий системы. В расчетах участвует введенная авторами парциальная матрица, опреде-ляемая через ортонормированную собственную форму и матрицу масс системы. Для опреде-ления собственных форм и собственных частот предлагается использовать метод итераций матриц, полученных из исходных матриц жесткости (податливости) и масс системы.

1. В матричной форме уравнения движения диссипативной системы со многими степенями свободы имеют вид:

(t)PvKvΓvm =⋅+⋅+⋅ &&& , (1)

где K – матрица жесткости; m – матрица масс; Г – диссипативная матрица.

95

Решение (1) ищем в виде разложения по собственным формам матричных операторов K и m. Собственные формы Ф отвечают матричным зависимостям

2T pΛKΦΦ == , (2)

EmΦΦT = . (3)

Для того чтобы уравнение (1) приводилось к распадающейся системе

дифференциальных уравнений относительно координат вектора v , необхо-димо, чтобы диссипативный оператор отвечал матричной зависимости

)(ΛГΦΦT f= , (4)

где ) (f – функциональный оператор.

На основании сказанного выше полагаем

)(taΦv ⋅= . (5) После подстановки (5) в (1), умножения полученного на TΦ слева, с учетом

(2)–(4) находим

)()()()()( tttft bapapa 22 =++ &&& , (6)

где )()( tt PΦb T= . Положим )()( tTt ⋅= 0PP , тогда

0)()( PΦb T⋅= tTt . (7)

Поскольку 2p и )( 2pf диагональные матрицы, уравнение (6) представля-ет собой систему независимых дифференциальных уравнений:

)()()()()( 22 tbtaptapfta jjjjjj =++ &&& . (8)

Решение уравнения (6) запишем через интеграл Дюамеля, используя (7):

0T PΦa ⋅⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −= ∫

∞−

t

j dTtkdiagt τττ )()()( , (9)

в котором

)sin())(5.0exp(1)( 2 tptpfp

tk jjj

j −= ; (10)

– импульсная переходная функция (ИПФ).

96

После подстановки (9) в (5) получаем

0T PΦΦv ⋅⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −⋅= ∫

∞−

t

j dTtkdiag(t) τττ )()( . (11)

2. Для определения Ф имеем формулы (2) и (3). Преобразуем их, полагая

ΦmΨ = , (12) тогда

ΛΨKΨ mT = , (13)

EΨΨ T = , (14)

где

11

m mKmK−−

= . (15) Из (14), (15) следует, что

∑=

==N

jj

1

Tjj

Tm ψψΨΛΨK λ . (16)

Обозначим

Tjjj ψψH = . (17)

Матрицу jH назовем парциальной матрицей системы, тогда

∑=

=N

jj

1jm HK λ .

Найдем матрицу, обратную матрице mK :

∑=

−−−−−−− ====N

jj

1`

1j

T111T11m HΨΨΛΨΛΨmKmK λ .

Матрица, обратная матрице жесткости K есть матрица податливости сис-темы [ ]jkδ=D , где jkδ – единичные перемещения.

Обозначим

mDmDm = , (18) тогда

97

∑=

−− ==N

jj

1

1j

T1m HΨΨΛD λ . (19)

Выражения (17) и(19) будут иметь вид:

∑=

=N

jjp

1

2jm HK ; (20)

∑=

−=N

jjp

1

2jm HD . (21)

Для определения спектра матриц mK или Dm предлагается использовать

метод итераций. С помощью этого метода можно найти старшее собственное число и соответствующий ему собственный вектор. С помощью выражений (17), (19) или (20), (21) можно применить этот метод к определению всех соб-ственных чисел матриц.

Покажем, как это сделать на примере матрицы Dm . Собственные числа матриц расположим в порядке убывания, т. е. первое (старшее) собственное число в спектре соответствует низшей (основной) частоте собственных коле-баний системы.

Введем матрицы

jmj1mj11

1m1m2mm1 HDDHλDDDD 1 ... , , -jλ−=−== +

− . (22) Для матрицы mjD старшим собственным числом будет 1−

jλ , которое можно найти, применяя метод итераций к mjD .

При использовании в расчетах матрицы жесткости К преобразуем матри-цу mK . Введем матрицу mmm KEKχ −= )(Sp , )( mKSp – след матрицы mK . Собственные числа этой матрицы

S)Sp())(Sp( ΛΛKΨKEKΨΨχΨ mmm

Tm

T =−=−= , (23) тогда

∑=

==N

jSj

1j

TSm HΨΨΛχ λ . (24)

Введем матрицы

jmj1mj11m1m2mm1 HχχHλχχ ,χχ SjS λ−=−== + ... , . (25)

98

Наибольшее собственное число матрицы mjχ соответствует значению соб-ственной частоты:

Sjj Spp λ−= )(2

mK . (26)

Таким образом, показано определение всех собственных чисел и собст-венных векторов матриц жесткости и податливости.

3. При определении матрицы собственных векторов ΦmΨ = необходи-мо вычисление матрицы m . Если m диагональная матрица проблем не воз-никает. Проблемы могут возникнуть в тех случаях, когда матрица m не диаго-нальная матрица высокого порядка. Предлагается приближенная формула для определения m :

44 )()(5.0)( −− ⋅∆⋅+= mmmmm diagdiagdiag , где )(mdiag – диагональная матрица с элементами равными элементам мат-рицы m, расположенным на главной диагонали, )(mmm diag−=∆ .

4. Возвратимся к формуле (11). С учетом (12) перемещения будут опреде-

ляться как: 0

1T1PmΨΨmv

−

∞−

−⋅⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −⋅= ∫

t

j dTtkdiag(t) τττ )()( ,

или с учетом (17) 0

1

j

1PmHm(t)v

−

=

−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= ∑

N

jjF

1,

где

∫∞−

−=t

jj dTtkF τττ )()( . (27)

Согласно формуле (10) ИПФ )(tk j можно считать функцией pj, следова-

тельно, функцией 1−jλ , то )( 1−= jjj FF λ , )(ΛF F= и

00

T10

1T1PDP)Φ(ΛΦPmΨΛΨm(t)v )()1 FFF( =⋅== −−−−

. (28) При выводе (28) использовались (19), (18) и (12):

T1m ΨΨΛD −= , T11T11

ΦΦΛmΨΨΛmD −−−−== , T1

m ΨΛΨD )()( −= FF ,

T11T11)Φ(ΛΦmΨΛΨmD −−−−

⋅== FFF )()( . (29) Выражение (28) позволяет трактовать решение динамической задачи как

произведение функции матрицы податливости системы на вектор амплитуд нагрузки. Функция матрицы податливости определяется выражением (29).

99

5. Функция спектра отвечает выражению (27), в котором используется ИПФ

согласно (10): )sin())(5.0exp(1)( 2 tptpfp

tk jjj

j −= .

Входящую в это выражение функцию f(pj) выразим через логарифмиче-ский декремент колебаний )( jpδ :

ppfp j /)()( 2πδ = , πδ )()( 2 pppf = . (30)

Логарифмический декремент колебаний зависит от типа конструкции, от

материала, из которого изготовлена конструкция и т. п. Для большинства строительных конструкций экспериментально установлена частотная незави-симость логарифмического декремента колебаний constp == δδ )( . Величина

πδγ = нормируется в СНиП и называется коэффициентом потерь. Из (30) для частотно независимого демпфирования следует

ppf γ=)( 2 , (31)

тогда

)sin()2

exp(1)( tptpp

tk jjj

j

γ−= (32)

и ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−= ∫−

t

jjj

dττ)T(t-(pτ)pγ(p

diag)F(0

)sin2

exp1 τ1Λ .

Преобразуем формулу (29) с учетом (17):

∑∑=

−−

=

−−−−−===

N

jDj

N

jj FFF(

1

1

1

11 )())(() j

1

j

1

0

1T1HmHmPmΨΛΨm(t)v λλ , (33)

где

TjjDjH ϕϕ= ; (34)

– парциальная матрица податливости, jϕ находятся из уравнений:

1ΛΦmDmΦ −=)(T , EmΦΦ =T . 6. Рассмотрим задачу о гармонических колебаниях системы. Нагрузка на

систему выражается как ( )ti(t) ωexp0PP = , т. е. )exp()( titT ω= . Согласно (27)

)exp()()exp()()exp()()(0

tiΦdiktidTtkF *jj

t

jj ωωτωττωτττ =−=−= ∫∫∞

∞−

,

100

где

τωττω dikΦ j*j )exp()()(

0

−= ∫∞

; (35)

– передаточная функция. Согласно (9) при )exp()( titT ω=

)exp()exp()()exp()(0

tiΦdiktita *jjj ωτωττω 0

T0

T PΦPΦ =⋅−= ∫∞

. (36)

Полагая )exp(0 tia(t)a jj ω= , )exp(0 ti(t) ωvv = имеем для амплитуд

0T PΦ*jj Φa =0 и

[ ] 0

T0 PΦΦΦv *diag⋅= . (37)

Передаточную функцию вместо обратного преобразования Фурье (35)

можно определить из уравнения (8), используя (7) и (36):

1( 222 =+⋅+− *jj

*jj

*j Φp)ΦpfiΦω ω ,

)f(piω)ω(p(ωΦ

jj

*j 222

1)⋅+−

= . (38)

Используя (17) и (12) вместо (37) запишем:

[ ] 0Di0T*

j0 PHPΦΦv ⋅=⋅= ∑=

)(1

N

j

*jΦΦdiag . (39)

Из (38) следует, что передаточная функция есть функция собственной

частоты, значит [ ] )(ΦΦdiag * 1*j Λ−= , тогда можно записать:

90 PDv ⋅= )(*Φ , (40)

где )(D*Φ – передаточная функция матрицы податливости.

7. Определим внутренние усилия. Силы упругости (t)vKFу ⋅= . Внутрен-ние усилия в элементах системы можно определить по формуле:

(t)vKLFLS sуs ⋅== , где SL – матрица влияния внутренних усилий. Амплитуды внутренних сил при гармонических колебаниях 00 vKLS s ⋅= . Используя (28), (29), (27), (12) и (2) получим при произвольной нагрузке:

101

0DjS0

1

jS PHmLPmHmLS ∑∑=

−

=

==N

jjj

N

jjj FpFp

11

2 )( . (41)

При гармоническом воздействии амплитуды внутренних сил:

0DjS0

1

jS PHmLPmHmLS ∑∑=

−

=

⋅=⋅=N

j

*jj

N

j

*jj (ωΦp(ωΦp

11

20 )))( . (42)

8. В качестве примера рассмотрим одноэтажную раму (рис.1).

Высота рамы L = 3м, распределенная масса стойки m, жесткость стойки EI. Нагрузку примем в виде сосредоточенного импульса )()( tStP δ⋅= , где S – величина им-пульса, )(tδ – дельта функция Дирака. Най-ти изгибающие моменты М . Матрицы жест-кости и масс для данной системы имеют вид:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

54189185499912

23L

EIK ,

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−=23416233162234333333786

210mLm

Вычисляем

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

144,14756,59067.0756,5144,149067,09067,09067,0006,28

210mLm ,

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−

−−=

−

08516,00349,0003887,00349,008516,0003887,0003887,0003887,003596,0

2101

mLm .

Вычисляем методом итераций матрицы 11

m mKmK−−

= :

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

02144,100009091,000001263,0

4204mLEIΛ ,

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−−=

707096,0707107,000381,0707096,0707107,000381,0005393,00999985,0

Ψ .

Собственные частоты jjp λ= :

mEIp 2559,01 = = 2гц,

mEIp 6866,02 = = 5,366гц,

mEIp 3014,23 = = 17,987гц.

Интеграл Дюамеля от ИПФ по формуле (33) при 1.0=γ : πt)(πe(t)Fp πt, 4sin4 20

12

1−= , )732.10sin(732.10)( 5366.0

222 tetFp t ππ π−= ,

)974.35sin(974.35)( 7987.13

23 tetFp t ππ π−= .

Рис. 1. Расчетная схема рамы

102

Парциальные матрицы Hj (17) и матрица влияния изгибающих моментов LM:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

0000145,00000145,000381,00000145,00000145,000381,0

00381,000381,099997,0

1H ,⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−=

5,05,005,05,00

000

2H ,

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

49999,049999,000381,049999,049999,000381,000381,000381,0909,2

3H ,

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

0,086540,16346-0,807692-0,288462-0,2115380,692310,711540,2115380,692310,211538-0,71154-0,69231-0,211538-0,2884620,69231-0,163460,08654-0,807692

ML .

По формуле (41) вычисляем изгибающие моменты:

SFpFpSFpN

jjj )

008561,0002841,003432,0

03432,0002841,0008561,0

816253,069515,072663,072663,069515,0

816253,0

( 3231

21

1j

2

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−

−

+

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

−−

=⋅=∑=

−−

1M mHmLM ,

График изгибающего момента в т. 3 приведен на рис. 2.

Рис. 2. График изменения изгибающего момента в т. 3 при S = 1

УДК 624.042.14 Ю.Г. Плотников Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

УЧЕТ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИЛ ПРИ РАСЧЕТЕ КОНСТРУКЦИЙ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ

Рассматривается решение задач Фламана (для полуплоскости) и Буссинеска (для полу-пространства) с учетом веса материала основания. Получены формулы для трансформант ядер оснований в общем случае. Проведен анализ учета гравитационных сил. Показано, что учет веса материала основания снимает недостатки модели упругого полупространства, связанные с определением абсолютных осадок реальных грунтовых оснований.

Достоверность расчета конструкций на упругом основании в значительной степени определяется тем, насколько точно описывается поведение реаль-ных грунтовых оснований математическими моделями, положенными в основу

t

M3/S

103

расчета. Вопросы моделирования реальных оснований, достоинства и недос-татки применяемых в настоящее время моделей, предложения по их совер-шенствованию глубоко рассмотрены в [1]. Наибольшее распространение при расчете конструкций на упругом основании получила модель основания в ви-де упругого полупространства. Эта модель позволила правильно отразить ка-чественную картину взаимодействия сооружения с грунтовым основанием. Расчет, основанный на гипотезе упругого полупространства, ведется метода-ми теории упругости. Основными недостатками этой модели являются:

– неполное соответствие контактных давлений, полученных из расчета, экспериментальным данным;

– более медленное затухание осадок поверхности, наблюдаемых в дейст-вительности, по сравнению с расчетными;

– принципиальная невозможность определения абсолютных перемещений упругой полуплоскости под действием нагрузок на ее границе.

Один из путей совершенствования модели упругого полупространства со-стоит в том, чтобы от невесомого основания перейти к «тяжелому» полупро-странству, т. е. учесть гравитационные силы в расчете. Эта гипотеза принад-лежит Горбунову-Посадову, указавшему на некорректность решений класси-ческой теории упругости применительно к полубесконечным средам.

В данной статье предлагается один из возможных способов построения линейной модели основания, учитывающий собственный вес его материала.

Задачу будем решать, используя методы классической теории упругости. Рассмотрим столб грунта (рис. 1), площадь сечения которого равна единице.

Деформации столба грунта равны v. Потенциальная энергия столба грунта

2

2

121wgПППП ρ+=+= ,

где П1 – потенциальная энергия неде-формированного столба; ρ – плотность грунта; g – ускорение свободного паде-ния. Действие деформированной части столба можно заменить обобщенной си-лой Q. Если v считать обобщенным пе-ремещением, то обобщенная сила

gwvПQ ρ−=∂∂

−= . (1)

Полученное выражение позволяет

рассматривать деформированное осно-вание недеформированным с обобщенной нагрузкой, приложенной к неде-формированной поверхности. Направление нагрузки противоположно направ-лению деформации w.

Рассмотрим деформации основания под действием нагрузки p(x) (рис. 2). На основании сказанного выше, прикладываем к недеформированному осно-ванию нагрузку

ρgw(x)p(x)(x)p ρ −= . (2)

Рис. 1. Деформация столба грунта

104

Рис. 2. Обобщенные нагрузки на поверхности основания Исчерпывающие сведения о свойствах линейно деформируемого осно-

вания при нагружении поверхности содержатся в его ядре )(xG . Для по-строения модели основания достаточно получить его ядро или его инте-гральное преобразование (трансформанту) )(~ ξG . В данном случае проще получить трансформанту.

Двумерное ядро для решения плоских и осесимметричных задач – матри-ца функция [ ])()( xGx ij=G ; ;2,1, =ji 1xx = – координата, направленная вдоль по-верхности; 2x – координата, направленная в глубину; )(xGij – компоненты мат-рицы ядра, по смыслу это перемещения поверхности по направлению ix от единичной силы, направленной вдоль jx .

Трансформанты перемещений точек поверхности основания определяют-ся по формуле:

)(~)(~)(~ ξξξ pGu = , (3)

где ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)(~)(~)(~)(~

)(~

2221

1211

ξξξξ

ξGGGGG ; ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)(~)(~

)(~2

1

ξξ

ξuu

u ; ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)(~)(~

)(~2

1

ξξ

ξpp

p ; ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)()(

)(2

1

xuxu

xu ; ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

)()(

)(2

1

xpxp

xp .

Вместо )(~ ξp подставим в (3) с учетом (2) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

)(~0

)(~)(~2 ξ

ρξξu

gppρ , после про-

стых преобразований получим формулу: )(~)(~)(~ ξξξ pGu ρ= , определяющую трансформанты перемещений «тяжелого» основания. Элементы матрицы яд-ра )(~ ξρG :

)(~1)(~)(~

)(~)(~

22

22

ξρξξ

ρξξρ GgGG

gGG jiijij +

−= , (4)

где i, j = 1,2, простым образом выражаются через элементы матричной трансформанты ядра )(~ ξG «невесомого» основания.

105

Трехмерное ядро и его трансформанта для решения пространственных задач есть матрицы функции ][)( (x)Gx ij=G ; ][)( )(Gij ξξ =G ; i, j = 1,2 3; x = (x1,x2); ),( 21 ξξξ = ; x1,x2 – оси, направленные вдоль поверхности, x3 – ось, на-правленная в глубину полупространства. Выполнив построения, аналогичные сделанным для двумерного ядра, получаем трансформанту матричного ядра «тяжелого» основания )(~ ξρG с элементами

)(~1)(~)(~

)(~)(~

33

33

ξρξξ

ρξξρ GgGG

gGG jiijij +

−= , i, j = 1, 2, 3,

выраженными через элементы )(~ ξijG трансформанты ядра «невесомого» ос-нования.

Таким образом, имея матрицы трансформанты ядер «невесомого» осно-вания, соответствующие какой-либо модели, можно легко получить элементы матрицы трансформанты ядра «тяжелого» основания. Конкретный вид эле-ментов этих матриц зависит от исходных «невесомых» моделей.

Проведем сравнительный анализ ядер «тяжелого» и «невесомого» осно-ваний. В качестве исходной «невесомой» модели примем идеально упругое, однородное полупространство. Ограничимся только вертикальными силами и перемещениями. Трансформанты Фурье (для решения плоской задачи) и Хан-келя (для решения осесимметричной задачи) ядер «невесомого» основания имеют одинаковый вид:

ξνξξ

EGG )1(2)(~)(~ 2

22−

==,

где E, ν – соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона мате-риала полупространства.

По формуле (4) определим трансформанту «тяжелой» полуплоскости:

)|(|)1(2)(~)(~1

2

22 −+−

==lE

GGξ

νξξ ρρ , (5)

где ρν g

El)1(2 2−

= – параметр, зависящий от физических свойств материала

основания, имеющий размерность длины. Для песчаных и глинистых грунтов оснований значения этого параметра лежат в диапазоне .10015 мlм <<

По трансформанте восстановим ядра. Для «тяжелой» полуплоскости об-ратное преобразование Фурье функции (5) дает [2]

[ ]||||sin||)cos()1(2)(2

xsixxcixE

xG +−

−=πν

ρ , (6)

где lxx = ; [ ]dxxxxCdxxxxci

x

x∫∫ −++== −

∞−

0

11 1)cos()ln()cos()( – интегральный

косинус; С = 0,577… – постояннаяЭйлера; ∫∞

−=x

dxxxxsi )sin()( 1 – интеграль-

ный синус.

106

Для «невесомой» полуплоскости ядро основания имеет вид:

|)|ln()1(2)(

0

2

xxC

ExG +

−−=

πν

, (7)

где x0 – произвольный параметр. Произвольность x0 в формуле (7) для «невесомой» модели подтверждает

невозможность определения абсолютных осадок. Сравнивая (6) и (7), отметим, что оба ядра имеют одинаковую логарифми-

ческую особенность, а в случае lx =0 поведение обоих ядер вблизи нуля оди-наково. В силу того, что [2] 0)]([lim =

∞→xcix

x

α ; 0)]([lim =∞→

xsixx

α ; при 1≤α функция

(6) затухает при ∞→x , причем скорость затухания достаточно высокая, поч-ти такая же, что и функции 1−x . Функция (7) монотонно возрастает и при

∞→x ∞→)(xG . Графики функций (6) и (7) приведены на рис. 3. Затухание ядра «тяжелой» по срав-

нению с ядром «невесомой» полуплос-кости свидетельствует в пользу моде-лей, учитывающих собственный вес ма-териала основания.

Определим перемещения поверхно-сти полуплоскости от нагрузки )(xp , при-ложенной на участке ),( RR− :

ξξξξπ ρ dxipGxw )exp()(~)(~

21)( −= ∫

∞

∞−.(8)

В качестве нагрузки примем давление

под абсолютно жестким штампом на «не-весомой» полуплоскости:

.|| ,)/(1

)(2

RxRxR

Pxp ≤−

=π

(9)

После подстановки в (8) трансформанты ядра (5) и трансформанты на-

грузки (9) получим перемещения )(xw в виде квадратуры, не берущейся в замкнутой форме. Однако перемещения под серединой штампа )0( =x и у его края )( Rx = выражаются через специальные функции:

[ ]

[ ],)()cos()()sin()1(2)(

;/ ,)()()1(2)0(

00

2

00

2

RNRRJRE

PRw

lRRRNRHE

Pw

−−

=

=−−

=

ν

ν

(10)

«невесомое»

«тяжелое»

x

G(x)

Рис. 3. Графики ядер «невесомо-го» и «тяжелого» оснований

107

где )( ),( ),( 000 xJxNxH – соответственно функции Струве, Неймана и Бесселя. Учитывая, что размеры реальных штампов мlR 15min =< , найдем прибли-

женное выражения для )( и )0( Rww при малых R. Подставив в (10) асимптоти-ки функций )( ),( ),( 000 xJxNxH при x << 1 [2] получим

[ ])2/ln()1(2)0()(2

RCE

PwRw +−

−≈=πν

, (11)

где С = 0,57721… – постоянная Эйлера. Формулы (10), (11) показывают, что перемещения под штампом при любых R > 0 конечны. Кроме того, из (11) вид-но, что при R << l перемещения в средней и крайних точках под штампом прак-тически одинаковы. Этот факт говорит о том, что распределение давления под жестким штампом при R << l на «тяжелой» и «невесомой» полуплоскостях при-мерно одинаково, а также о том, что формулу (11) можно использовать для приближенного определения осадок штампа на полуплоскости. Конечные зна-чения абсолютных осадок штампа на полуплоскости является еще одним сви-детельством в пользу гипотезы «тяжелого» упругого основания.

Определим контактные давления под жестким штампом на упругой полу-плоскости. Для этого используем формулы, полученные автором:

wanPw Aσ ,

1A 0,1Ar

T=

⋅==+⋅ , (12)

где jσ – среднее контактное напряжение на участке; n – количество участков,

на которые разбита контактная поверхность; a – размер контактной поверхно-сти; w – осадка штампа; P – сила, действующая на штамп, ][ ijr=r ,

)/)25.0(()/)25.0(( najiGnajiGrij +−+−−= – коэффициенты, вычисляемые

через ядро основания G, ][ iA=A – вектор определяемых коэффициентов, { }1,....1,1=1 – единичный вектор. По формулам (12) проведены вычисления средних контактных напряжений

на участках штампа. Приняты следующие исходные данные: сила, действую-щая на штамп P = 200 kH; модуль деформации грунта основания Е = 20 МПа; параметр l = 20 м. Расчет выполнен для количества участков n = 10 при раз-мерах штампа a = 10 м и a = 30 м. Результаты приведены на рис.4.

108

Анализ результатов расчета показывает, что контактные напряжения для двух моделей отличаются друг от друга. Различия растут с ростом размера штампов. При малых размерах штампов различие контактных напряжений незначительно. Осадка штампа на «тяжелом» основании w = 10,38 мм при a = 10 м и w = 5,77 мм при a = 30 м. Относительные осадки штампа на «не-весомом» основании при x0 = l w = 10,6 мм при а = 10 м и w = 4,09 мм при а = 30 м.

В заключение отметим, что учет собственного веса грунта основания сни-мает недостатки модели упругого полупространства (полуплоскости), связан-ные с определением перемещений поверхности. Абсолютные осадки невесо-мой полуплоскости можно определять как относительные при x0 = l и малых размерах штампов a << l.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горбунов-Посадов, М. И. Расчет конструкций на упругом основании / М. И. Горбунов-

Посадов, Т. А. Маликова, В. И. Соломин. – М. : Стройиздат, 1984. 2. Градштейн, И. С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И. С.Градштейн,

И. М. Рыжик. – М. : Наука, 1971.

Рис. 4. Контактные давления под штампом, н/м2

-45000

-40000

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

-16000

-14000

-12000

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

б a = 30 ма a = 10 м

«тяжелое» «невесомое»

109

УДК 699.86 В.А. Езерский*, П.В. Монастырев** *Белостокский политехнический институт

Белосток, Республика Польша

**Тамбовский государственный технический университет Тамбов, Россия

ПРОЦЕДУРА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛИРУЕМОГО ФАСАДА

В работе рассмотрены актуальные вопросы оптимизации вентилируемых фасадов зданий различного назначения. Произведён анализ факторов влияющих на изменение термического сопротивления утепленных наружных стен при воздействии ветра, увлажнении теплоизоля-ционного слоя атмосферными осадками через стыки облицовочных панелей и увлажнение утепленных наружных стен диффундирующей парообразной влагой. Для нахождения наи-лучших значений параметров вентилируемого фасада, удовлетворяющих одновременно ус-ловиям требуемой теплозащиты, и условиям влажностного состояния наружных стен, в рабо-те рассмотрена процедура многокритериальной оптимизации применяемой конструкции.

Вентилируемые фасады все чаще стали использовать при реконструкции зданий. Данная конструкция включает в себя три слоя:

1) теплоизоляционный – в виде прикрепляемых к реконструируемой стене минераловатных плит;

2) защитно-декоративный – выполненный из облицовочных панелей; 3) вентилируемую воздушную прослойку, образуемую в результате раз-

мещения облицовочных панелей на относе от утеплителя. Вентилируемая воздушная прослойка, с одной стороны, позволяет умень-

шить влажность материала стены, а с другой – может привести к продольной фильтрации воздуха через утеплитель и снижению тем самым его теплоза-щитных способностей. На теплоизоляционный материал через устраиваемые между облицовочными панелями открытые стыки, необходимые для циркуля-ции воздуха в прослойке, может попадать дождевая влага, способствующая намоканию утеплителя.

Проведенные авторами исследования [1, 2] влияния параметров вентили-руемого фасада на изменение термического сопротивления утепленных наруж-ных стен при воздействии ветра, увлажнение теплоизоляционного слоя дожде-вой водой через стыки облицовочных панелей и увлажнение утепленных на-ружных стен диффундирующей парообразной влагой позволили выделить для каждой функции области наилучших значений параметров, повышающих экс-плуатационные качества стен. Однако интегральное использование результа-тов исследований применительно к конкретной конструкции оказалось затруд-нительно, что связано с различной степенью влияния каждого из параметров на теплозащитные и влажностные характеристики наружной стены.

С целью нахождения наилучших значений параметров вентилируемого фасада, удовлетворяющих одновременно условиям требуемой теплозащиты, и условиям влажностного состояния наружных стен, в данной работе показана процедура многокритериальной оптимизации.

Оптимизировались следующие параметры вентилируемого фасада:

110

– ширина открытого стыка между облицовочными панелями δ (Х1) (рис. 1); – расстояние между тыльной поверхностью облицовочной панели и теп-

лоизоляционным материалом S (Х2); – отношение числа горизонтальных стыков между

облицовочными панелями (n) к высоте (h) утепленной части стены здания N (Х3) (рис. 1).

Каждый из факторов варьировался на трех уров-нях. Области определения факторов приняты следую-щие: фактора Х1 = 3 (–1), 7 (0), 11 (+1) мм; фактора Х2 = 20 (–1), 50 (0), 80 (+1) мм; фактора Х3 = 0,667 (–1), 1,333 (0), 2(+1).

В качестве откликов рассматривались: – величина снижения термического сопротивления

слоя минераловатных плит при воздействии ветра ∆Rk, (Y∆R) м2 ·°С/Вт;

– количество влаги, попадающей через стыки обли-цовочных панелей на 1 м2 утеплителя, q(Ydvу), м3;

– максимальная влажность слоя утеплителя, образующаяся в результате диффузии парообразной влаги, wmax (Yw), % по массе.

Величины снижения термического сопротивления слоя минераловатных плит при воздействии ветра (Y∆R) в зависимости от указанных выше факторов приняты в соответствии с данными исследования [1]. Количество влаги, попа-дающей через стыки облицовочных панелей на 1 м2 утеплителя, при измене-нии рассматриваемых факторов (Ydv у) принято по данным исследования [2]. Значения максимальной влажности слоя утеплителя в результате диффузии водяного пара (Yw) в зависимости от выбранных факторов определялись путем соответствующих расчетов с использованием программного продукта [3]. Мат-рица рассматриваемых факторов и значения откликов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Величины откликов Y∆R, Ydvу, Yw и функций желательности

d1, d2 , d3 , D в зависимости от рассматриваемых факторов Х1, Х2, Х3

Значения частной функции желательности №

п/п Х1 Х2 Х3 Y∆R Ydv у Yw d1 d2 d3

D

1 –1 –1 –1 0,377 0,00003 1,065 0,6313 0,823987 0,5668 0,6656 2 –1 –1 0 0,454 0,00005 1,128 0,4305 0,822091 0,5100 0,5651 3 –1 –1 +1 0,633 0,00008 1,191 0,0319 0,819212 0,4500 0,2274 4 –1 0 –1 0,366 0,00000 0,725 0,6558 0,826797 0,7976 0,7562 5 –1 0 0 0,443 0,00000 0,757 0,4616 0,826797 0,7814 0,6681 6 –1 0 +1 0,622 0,00000 0,789 0,0425 0,826797 0,7642 0,2993 7 –1 +1 –1 0,271 0,00000 0,725 0,8188 0,826797 0,7976 0,8143 8 –1 +1 0 0,348 0,00000 0,726 0,6934 0,826797 0,7971 0,7702

δ

γ

S

N=n/h

1

2

nh

Рис. 1. Исследуемые параметры: 1 – мине-раловатные плиты; 2 – облицовочные панели

111

Окончание табл. 1

Значения частной функции желательности №

п/п Х1 Х2 Х3 Y∆R Ydv у Yw d1 d2 d3

D

9 –1 +1 +1 0,527 0,00000 0,727 0,2239 0,826797 0,7966 0,5283 10 0 –1 –1 0,414 0,00244 1,065 0,5404 0,446950 0,5668 0,5154 11 0 –1 0 0,491 0,00487 1,128 0,3238 0,033720 0,5100 0,1773 12 0 –1 +1 0,67 0,00731 1,191 0,0100 0,000001 0,4500 0,0014 13 0 0 –1 0,403 0,00151 0,725 0,5687 0,628390 0,7976 0,6581 14 0 0 0 0,48 0,00301 0,757 0,3555 0,323622 0,7814 0,4480 15 0 0 +1 0,659 0,00452 0,789 0,0146 0,063557 0,7642 0,0892 16 0 +1 –1 0,308 0,00099 0,725 0,7654 0,710641 0,7976 0,7570 17 0 +1 0 0,385 0,00197 0,726 0,6127 0,543424 0,7971 0,6426 18 0 +1 +1 0,564 0,00296 0,727 0,1351 0,334438 0,7966 0,3301 19 +1 –1 –1 0,451 0,00487 1,065 0,4390 0,033720 0,5668 0,2032 20 +1 –1 0 0,528 0,00974 1,128 0,2213 0,000000 0,5100 0,0000 21 +1 –1 +1 0,707 0,01461 1,191 0,0021 0,000000 0,4500 0,0000 22 +1 0 –1 0,44 0,00344 0,725 0,4700 0,233425 0,7976 0,4440 23 +1 0 0 0,517 0,00688 0,757 0,2507 0,000015 0,7814 0,0142 24 +1 0 +1 0,696 0,01032 0,789 0,0035 0,000000 0,7642 0,0000 25 +1 +1 –1 0,345 0,00237 0,725 0,6993 0,461789 0,7976 0,6363 26 +1 +1 0 0,422 0,00474 0,726 0,5193 0,043335 0,7971 0,2618 27 +1 +1 +1 0,601 0,00712 0,727 0,0687 0,000003 0,7966 0,0053

Для многокритериальной оптимизации процессов, характеризующихся не-

сколькими откликами, наиболее удобно использовать обобщенную функцию желательности D, предложенную Харрингтоном [4]. Для ее построения необ-ходимо преобразовать измеренные значения откликов Y в безразмерную шка-лу желательности.

При построении шкалы желательности, которая устанавливает соотноше-ние между значением отклика Y и соответствующим ему значением частной функции желательности d, используется метод количественных оценок с ин-тервалом значений желательности от 0 до 1. Значение d = 0 (или D = 0) абсо-лютно неприемлемому значению данного отклика, а d = 1 (или D = 1) - самому лучшему значению отклика, причем дальнейшее улучшение его или невоз-можно, или не представляет интереса. Промежуточные значения желательно-сти и соответствующие им числовые отметки показаны в табл. 2.

Таблица 2

Базовые отметки шкалы желательности

Количественная отметка на шкале желательности d Желательность значения отклика

0,80 … 1,00 очень хорошее 0,63 … 0,80 хорошее 0,37 … 0,63 удовлетворительное 0,20 … 0,37 плохое 0,00 … 0,20 очень плохое

112

Для преобразования Y в d используются экспоненциальные зависимости. В случае, когда для отклика существует верхний или нижний пределы, кото-рые являются единственными и не допускающими изменений критериями ка-чества (отклик имеет одностороннее ограничение), то удобной формой пре-образования Y в частную функцию желательности d является экспоненциаль-ная зависимость:

d = exp[–exp(–Y*)], (1)

где Y* = b0 + b1Y. (2) Коэффициенты b0 и b1 можно определить, если для двух значений свойст-

ва Y задать соответствующие базовые значения желательности d предпочти-тельно в интервале 0,2 < d < 0,8. При выборе этих значений d для Y∆R, Ydvу, Yw принято, что снижение инерционности ограждения под воздействием ветра на 5 % соответствует плохому значению отклика (d = 0,37), а на 3 % – хорошему (d = 0,8). Для этих условий найдены пороговые значения Y∆R, считающиеся плохими (0,475 м2·°С/Вт) и хорошими (0,285 м2·°С/Вт).

При определении пороговых значений количества влаги, попадающей через стыки облицовочных панелей на 1 м2 утеплителя, (Ydvу) учитывалось время, за которое влажность слоя утеплителя, подвергнувшегося увлажнению дождем, уменьшится до первоначального влажностного состояния. Было принято, что если на поверхность минераловатной плиты попадет 0,00027 м3 дождевой вла-ги, то это хорошо (d = 0,8), а если 0,0015 м3 – удовлетворительно (d = 0,63).

Оценка максимальной влажности утеплителя Yw в результате диффузии водяного пара при нестационарных температурно-влажностных условиях про-изводилась исходя из предположения, что очень плохим состоянием минера-ловатных плит считается то, при котором в их любом сечении влажность пре-вышает максимальное сорбционное значение, а хорошим – когда влажность не выше сорбционного значения утеплителя при относительной влажности воздуха, соответствующей максимальному среднемесячному значению за отопительный период. Можно принять значение Yw очень плохим (d = 0,2), ес-ли оно равно 1,45 % и хорошим (d = 0,8) – 0,72 %. Более подробно выбор по-роговых значений описан в работе [5].

Принятые пороговые значения и соответствующие им базовые отметки на шкале желательности показаны в табл. 3.

Таблица 3

Пороговые значения Y∆R, Ydvу, Yw, соответствующие

базовым отметкам d на шкале желательности

Y∆R Ydv у Yw Значение свойства 0,285 0,475 0,00027 0,0015 0,72 1,45

Числовая отметка по шкале желательности d 0,8 0,37 0,8 0,63 0,8 0,2

113

Подставим принятые значения d (табл. 3) в уравнение (1): 0,8 = exp[–exp(–Y1*)]; 0,63 = exp[–exp(–Y2*)]; 0,37 = exp[–exp(–Y3*)];

0,2 = exp[–exp(–Y4*)]. После двойного логарифмирования получим: Y1* = 1,500; Y2* = 0,7725; Y3* = 0,0057; Y4* = –0,4759. Далее, подставляя значения Y* и Y∆R, Ydvу, Yw в уравнение (2), запишем:

для Y∆R ⎩⎨⎧

=⋅+=⋅+

0057,0475,05000,1285,0

1101

1101

bbbb

; для Ydvу ⎩⎨⎧

=⋅+=⋅+

7725,00015,05000,100027,0

1202

1202

bbbb

;

для Yw ⎩⎨⎧

−=⋅+=⋅+

4759,045,15000,172,0

1303

1303

bbbb

.

Откуда получаем: b01 = 3,7415, b11 = –7,8647; b02 = 1,6597, b12 = 591,4634; b03 = 3,4488, b13 = 2,7067.

Тогда формулы для преобразования откликов Y∆R, Ydvу, Yw в частные функции желательности d1, d2, d3 имеют вид:

для Y∆R d1 = exp[–exp(–3,7415 + 7,8647·Y∆R)]; для Ydvу d2 = exp[–exp(–1,6597 + 591,4634·Ydv у)]; для Yw d3 = exp[–exp(–3,4488 + 2,7067·Yw)]. На рис. 2 показаны функции желательности для рассматриваемых откли-

ков Y∆R, Ydvу, Yw. Обобщенную функцию желательности можно записать в виде:

( )[ ( ) ( )] .7067,24488,3exp4634,5916597,1exp8647,77415,3exp31exp1

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ +−++−++−−= ∆ wdvyR YYYD

-2 -1 0 1 4 Y*

Y 10

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0 1,0

0,00

0,20

0,37

0,63

0,8

d

2 3 5

очень плохое

плохое

удовлетворительное

хорошее

очень хорошее

0,7 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 Y

6 4 2 0

Y1,5 1,1 0,9 0,7 0,5

∆R

dv y

w

0,5

*-3

135

1,31,7

Рис. 2. Частные функции желательности для рассматривае-мых откликов Y∆R, Ydvу, Yw

Результаты расчетов частных и обобщенной функций желательности, приведенные в табл. 1, показали, что максимального значения D = 0,8143 обобщенная функция желательности достигает в 7-м опыте. Это означает, что

114

в этой точке факторного пространства находятся оптимальные значения ис-следуемых факторов с учетом трех выбранных критериев оптимизации. При этом оптимальная ширина открытого стыка между облицовочными панелями оказалась равной δ = 3 мм; оптимальное расстояние между тыльной поверх-ностью облицовочной панели и теплоизоляционным материалом S = 80 мм; оптимальное отношение числа горизонтальных стыков между облицовочными панелями к высоте утепленной части стены здания N = 0,667.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Езерский, В. А. Влияние вентилируемого фасада на теплозащитные качества утеплите-

ля / В. А. Езерский, П. В. Монастырев // Жилищное строительство. – 2003. – № 3. – С. 18–20. 2. Езерский, В. А. Вентилируемый фасад и утеплитель / В. А. Езерский, П. В. Монасты-

рев // Жилищное строительство. – 2005. – № 5. – С. 27–29. 3. Монастырев, П. В. Расчет баланса влагонакопления в вентилируемых ограждающих

конструкциях зданий при нестационарных условиях (TW-VENT-CONS) / П. В. Монастырев, А. Н. Гузачев, В. А. Езерский / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610237. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 30 марта 2005 г.

4. Harrington, E. C. Industr. Quality Control / E. C. Harrington. – 1995. – 21. – № 10. – Р. 494–498. 5. Езерский, В. А. Многокритериальная оптимизация параметров вентилируемого фаса-

да / В. А. Езерский, П. В. Монастырев // Вопросы современной науки и практики. – Универси-тет им. В. И. Вернадского. – 2006. – № 1(3). – С.13–20.

УДК 624.15.131. П.Я. Григорьев, А.В. Островский Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВОГО ЗДАНИЯ ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО НА НАПРЯЖЁННОЕ

СОСТОЯНИЕ ГРУНТА ПОД НИМИ

Предложена методика оценки влияния строительства новых зданий вблизи существую-щих на напряжённое состояние грунта и конструктивных элементов их надземной части.

При строительстве зданий (со-оружений) в условиях плотной за-стройки возникают ситуации, когда приходится строить новое здание II вблизи ранее построенных I. На ри-сунке 1 показана такая ситуация.

Под каждым зданием на контак-те с грунтом возникают давления σст и σнов, которые уравновешивают действия внешних нагрузок (веса, полезных нагрузок и т. д.).

При строительстве нового зда-ния сложившееся равновесие под

Рис. 1. Схема расположения зданий

115

ранее построенным зданием начинает нарушаться, происходит изменение стабилизировавшихся эпюр давлений и как следствие появляются деформа-ции в конструкциях старых зданий (а иногда и новых).

В сечении 0-0 показанном на схеме напряжения σст и σнов накладываются. Стабилизировавшиеся ранее до постройки нового здания напряжение σст, в силу того, что грунт не способен работать на растяжение при действии новых напряжений σнов будут отрывать грунтовый массив под старым зданием, т. е. уменьшать ранее сложившиеся давление под старым зданием.

Если в сечении 0–0 σст–σнов > 0, то влияние нового здания будет незначи-тельно. При σст –σнов = 0, произойдёт разгружение грунта на контакте, здание потеряет в этом сечении контакт с грунтом, начнётся процесс перераспреде-ления напряжений под старым зданием. А в случае если σст–σнов < 0, процесс нарушения контакта грунта с подошвой фундамента приведёт к тому, что зда-ние начнёт лишаться опоры, оно повиснет на этом участке, т. е. станет рабо-тать по схеме консоли с защемлением в массиве оставшейся в стабильном положении части здание за пределом сечении 0–0. В надфундаментной части здания (стенах, каркасе) возникнут внутренние усилия M и Q компенсирующие действие потерянного отпора грунта. Как следствие в материале этих конст-рукций возникнут растягивающие напряжения в верхних частях, касательные напряжения и главные напряжения в средних участках стен по высоте здания и так как каменные материалы плохо воспринимают растяжения и срез, появ-ляются трещины. Обследование зданий работающих в таких условиях под-тверждают этот прогноз работы здания [1].

Исходя из такого представления процесса взаимодействия новых зданий построенных вблизи существующих (ранее построенных) можно создать ме-тодику оценки влияния новых зданий на поведение старых зданий.

Прежде всего, надо уметь оценивать напряжённое состояние в грунте от действия внешних сил на грунт. Такая оценка излагается в механике грунтов при разных видах внешних сил от сосредоточенных и распределённых нагрузок.

В грунте от сосредоточенной силы Р, приложенной на его поверхности воз-никает объёмное напряжённое состояние. На глубине Z от горизонтальной плоскости ограничивающей упругое полупространство появляются напряжения нормальные и касательные. На рис. 2 приведена схема такого воздействия.

Рис. 2. Составляющие напряжений для площадки, параллельной ограни-чивающей плоскости

Рис. 3. Схема действия равно-мерно распределённой нагрузки Р в условиях плоской задачи

116

При действии внешней нагрузки расположенной согласно этой схеме в координатах X, Y, Z возникают напряжении и деформации, определённые по формулам:

βπ

σ cos23

2 ⋅⋅=R

PR 5

2

23

R

XZPZX ⋅⋅=

πτ

5

2

23

R

PZZ

πσ ⋅= o

oZ RE

PW

πµ )1( 2−⋅

=

5

2

23

R

YZPZY ⋅⋅=

πτ

Здесь σR – нормальное напряжение к плоскости перпендикулярной радиу-су R (расстояние от точки М до точки приложения силы P на поверхности); σZ – нормальное сжимающее напряжение в точке М перпендикулярное по-верхности параллельной поверхности ограничения полупространства на глу-бине Z от неё; τzy, τzx – сдвигающие напряжения в точке М в плоскостях Zy, Zx; Wz – перемещение точки в направлении Z. Эти напряжения справедливы для однородного линейно-деформируемого полупространства. В случае неодно-родного основания они будут зависеть от модулей деформации E0 и коэффи-циента Пуассона µ.

Если сделать преобразования с учётом геометрических зависимостей R, r, z можно для определения напряжения σZ получить формулу удобную для практических расчётов.

KZ

P

ZrZ

PZ ⋅=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⋅

⋅= 22522

]1[2

3

π

σ.

Для коэффициента К составлена таблица, что облегчает определение нормативных напряжений σZ при практических расчётах.

При распределённой нагрузке р по нагруженной поверхности в [2] разрабо-тана аналогичная методика угловых точек, которая, кстати используется в нормах [3].

При плоской задаче, когда напряжения распределяются в одной плоскости, например ZOY, когда они в перпендикулярном направлении будут отсутство-вать или будут постоянными, определение напряжений упрощается. Для такой задачи удобно определять только нормальные напряжения σZ, σY и касательные напряжения τzy. Ниже на рис. 3 приведена схема действия напряжений.

Величины напряжений не зависят от деформативных характеристик ли-нейно-деформируемого полупространства, т. е. будут справедливы для всех тел с линейной зависимостью между напряжениями и деформациями.

117

В соответствии с приведенной схемой составляются зависимости для оп-ределения составляющих напряжений в точке под нагруженной площадкой:

)2cossin( βααπ

σ ⋅+⋅=P

Z

)2cossin( βααπ

σ ⋅−⋅=P

Y

βαπ

τ 2sinsin ⋅⋅=P

Так как выражения в формулах поддаются табулированию, то для вычис-ления напряжений используют коэффициенты влияния KZ, KY и KYZ и выше приведенные формулы записывают в виде:

PK zZ ⋅=σ PK yY ⋅=σ

PK yz ⋅=τ По изложенной методике можно для плоской задачи определить напря-

жения на интересующей нас глубине Z и вертикальных плоскостях парал-лельных оси рассматриваемой загруженной площади. Это позволяет оцени-вать напряжённое состояние массива грунта под нагруженной площадью (под фундаментом).

Можно для определения напряжений в грунте использовать современные методы расчёта на базе стандартного программного комплекса «Лира» или аналогичных ему.

Расчёты следует делать отдельно для каждого здания, определяя напря-жения в намеченных точках. Особенно важно определять напряжения в рай-оне контакта ранее построенного здания с новым зданием, на поверхности ка-сания грунта с подошвой фундамента до оси зданий. На рис. 4 показан при-мер схемы примыкания старого здания I к новому зданию II с разбивкой мас-сива грунта на отдельные участки по длине и глубине.

Рис. 4. Схема примыкания нового здания к старому

118

Последовательность расчёта при решении плоской задачи может быть представлена в следующем виде.

Оценка планировочной структуры, выбор расчётной модели фундамента и основания. При продольных несущих стенах и ленточных фундаментах целе-сообразно рассматривать ленту на длине участка застройки b. Надо оценить крайние ленты и средние. Естественно принять к расчёту наиболее нагружен-ную ленту. Можно привести ширину ленты к единой для здания. Нагрузки от поперечных стен следует передать на ленты в виде дополнительной распре-делённой нагрузки.

Определение расчётной нагрузки Р на уровне подошвы (на контакте с грунтом) для крайней и средней ленты или приведённой.

Определение расчётной схемы и расчленение массива грунта вертикаль-ными и горизонтальными плоскостями на участке контакта, до средины длины зданий b (до осей).

Для каждой схемы I и II надо определить изобары. В первую очередь надо определить σZ под подошвами фундаментов, так как по ним следует оцени-вать результат расчёта. Этот расчёт можно делать с использованием таблиц или на ЭВМ по программе «Лира».

Анализ результатов расчёта σZнов и σZст под строениями с определением возможного снижения отпора ∆σZ : ∆σZ= σZнов – σZст, и построение фактической эпюры отпора под старым зданием. Можно использовать для ориентирован-ного расчёта эпюру отпора по схеме просадки грунта под одной стороной (схема 6) [4].

Проверка напряжённого состояния в сечениях стен на участке bст/2 от тор-ца со стороны примыкания к новому зданию. По величине усилий М и Q в се-чениях на этом участке по схеме консоли загружённой эпюрой от нагрузки Р и эпюрой отпора σZст , уменьшенной на ∆σZ. По этим усилиями определяют на-пряжения в стенах. Если они превысят расчётные сопротивления, то надо произвести расчёт усиления надфундаментной части постановкой поясов или применить другие приёмы.

Изложенная методика была применена при анализе деформаций старых домов № 92 и 96 после постройки нового здания № 94 по ул. Калинника в Ха-баровске [5]. На рис. 5 показан внешний вид этих зданий. Расчётная нагрузка на подошву фундаментов составляет для нового здания 23,78 т/м2 и сущест-вующих зданий № 96 – 21,36 т/м2 и № 92 – 15 т/м2.

На контакте зданий № 96 и 94 напряжение под подошвой нового здания ока-залось больше, чем под старым зданием (№ 96), т. е. произошел отрыв подош-вы от грунта, здание повисло в этом сечении. Проверка напряжений в кладке стен в старом здании показала, что напряжения составили 3,84 кг/см2, при рас-чётном сопротивлении кладки на растяжение Rtw = 2,5 кг/см2 должны были поя-виться трещины в карнизной части стен. При осмотре они были зафиксированы.

119

1800

035

00

3500

1680

0

640

640

6030

6030

6755

510

6755

640

5500

510

5500

640

217003144034400

Здание №92Здание №94

Здание №96

Таким образом, рассмотренная в статье методика позволяет оценивать

напряжённые состояния в грунте и конструкциях зданий при строительстве новых зданий вблизи существующих в условиях стеснённой городской за-стройки уже на стадии проектирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений / С. Н. Сотников [и др.]. – М. : Стройиздат, 1986.

2. Цытович, Н. А. Механика грунтов (краткий курс) : учеб. для вузов / Н. А. Цытович. – 3-е изд., доп. – М. : Высш. Шк., 1979.

3. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений / Госстрой России. – М., 1995. 4. Вопросы проектирования зданий с обеспеченной надёжностью в условиях случайных

деформаций оснований : учеб. пособие / П. Я. Григорьев [и др.]. – Хабаровск, 2002. 5. Отчёт о научно-исследовательской работе «Обследование технического состояния

здания по ул. Калинина, 95 в г. Хабаровске и примыкающих к нему зданий № 94 и 92, тема № 4538 (06). – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2007.

Рис. 6. Схема внешнего вида комплекса зданий (со стороны ул. Калинина)

120

УДК 624.04/624.08 П.Я. Григорьев, А.В. Островский Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

БЕЗОПАСНЫЙ ОТСТУП ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ ОТ СУЩЕСТВУЮЩИХ СТРОЕНИЙ

В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ЗАСТРОЙКИ

В работе приводится методика определения отступа нового здания от существующего, при котором исключается негативное воздействие нового здания.

В условиях плотной городской застройки важным вопросом проектных ра-бот является оценка влияния вновь проектируемого здания на техническое состояние существующих вблизи строений. Это обусловлено тем, что допол-нительное воздействие на грунты основания под существующими фундамен-тами может вызвать изменение напряжённого состояния в них и дополни-тельную осадку, появление трещин в стенах.

В связи с этим очень важно предварительно оценить это влияние, сопос-тавить его с требованиями норм [1] и рекомендаций, например [2, 3].

Если влияние окажется существенным, то может возникнуть необходи-мость усиления ранее построенных зданий (сооружений) до строительства новых зданий или потребуется сделать отступ от ранее построенных на безо-пасную величину, если это возможно по архитектурно-планировочным усло-виям застройки.

Характерными дефектами зда-ний в условиях строительства зда-ний вблизи существующих являет-ся дополнительные осадки зданий, трещины в стенах, крены, переко-сы. На рисунке показана эпюра на-пряжений в грунте под зданиями 1 и 2, которые накладываясь создают условия для дополнительных оса-док грунта в зоне примыкания (за-штрихованный участок).

По отношению площадей накла-дываемых эпюр ко всей площади можно оценить влияние зданий друг на друга. Если обозначить площадь эпюры в пределах участка ас через fс, а площадь всей эпюры на участке Ас через Fс, то отношение

KFf

c

c =

покажет численное влияние нового здания на старое. Выразим fс и Fс через геометрические размеры, приняв наклон эпюр под углом естественного отко-

Рисунок. Схема влияния напряженного со-стояния грунта под новым зданием 2 на суще-ствующее здание 1

121

са φ. Просадку зданий учтём в пределе глубины сжимаемой толщи Нс, кото-рая определяется исходя из геометрического строения основания по [1], прил. 2.

Сделаем ряд преобразований для определения коэффициента К влияния нового здания на старое.

21

21

21 2 ⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅= ϕϕ tghhtghhaf cccccc ;

21

21

21 2 ⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅= ϕϕ tgHHtgHHAF cccccc .

Тогда 2

2c

c

hKH

= (1) согласно рисунку при спокойном рельефе можно увязать

используемые геометрические размеры с отступом а нового здания от старого. ϕtghHa cc ⋅−⋅= )(2 .

Из этого выражения определим ϕtg

aHh cc ⋅−=

2 и далее подставив его в фор-

мулу (1), получим, функциональную зависимость для коэффициента влияния зданий друг на друга.

2

2 2

2 2 2 2

21 ;

4

cc

c c c

aHtgh a aK

H H H tg H tgϕ

ϕ ϕ

⎛ ⎞−⎜ ⎟⋅⎝ ⎠= = = − +

⋅ ⋅ ⋅ (2)

Выражение для коэффициента К многофункциональное поэтому можно только путём конкретного анализа получить предложение по его практическо-му использованию. Сделаем такой анализ для конкретного примера. Здания проектируются на суглинистых грунтах с углом внутреннего трения φ = 24° (среднее значение), глубиной сжимаемой толщи 10 м. Проведём расчёт ко-эффициента К при отступах а с градацией через метр. Результаты расчёта К по формуле (2), сведем в таблицу:

Hc(м) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 а(м) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 К 1 0,788 0,6 0,44 0,313 0,193 0,107 0,045 0,01 0,0013 Анализ результатов расчёта показывает, что с увеличение отступа а про-

исходит резкое снижение коэффициента К, т. е. влияние нового здания на ра-боту ранее построенного становится не опасным. Причём это наступает при величине а равной 6-7 м, когда коэффициент К уменьшается примерно в 10 раз. Это подтверждается наблюдениями за зданиями, построенными с такими отступами приведёнными в публикации [3] и ряде других источников.

Если принять К = 0, т. е. отступ между зданиями делать более 2Нсtgφ, то воздействие нового здания на старое проявляться не будет.

При строительстве нового здания без отступа от старого, т. е. при К = 1 будет в полной мере проявляться воздействие нового здания на старое пу-тём наложения дополнительного давления грунта от нового здания на ста-рое. Последствиями такого воздействия будут неравномерные осадки, крены,

122

деформации подземной части особенно в старом здании (в виде трещин, сколов и т. д.).

При проектировании надо прежде всего провести расчёт изменений в на-пряжённом состоянии грунтов под зданиями, разработать конструктивные ме-ры по сохранению конструкций зданий или применять приёмы исключающие воздействие нового здания на старое путём установки шпунтовых стенок ме-жду зданиями, устройством глубоких свай под новым зданием и некоторых других мер.

Использование конструктивных мер по стабилизации напряжённого со-стояния грунта путём установки шпунтов и других сложных приёмов часто оценивать затруднительно, поэтому качественный анализ напряжённого со-стояния грунта, позволяет выявить дополнительные воздействия, разрабо-тать приёмы усиления конструктивных элементов здания и обеспечить их на-дёжную работу, не прибегая к сложным техническим мероприятиям, которые при своём воплощении могут негативно воздействовать на подземные части зданий (забивка шпунта, бурение скважин под сваи)

Предложения по анализу напряжённого состояния в грунтах, под здания-ми при строительстве рядом новых зданий приведено в нашей статье в дан-ном сборнике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений / Госстрой России. – М., 1995. 2. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при воз-

действии зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в г. Москве / Моском-архитектура. – М., 1999.

3. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений / С. Н. Сотников [и др.] – М., Стройиздат, 1986.

УДК [69+699.841] (083.74) П.В. Муха Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО ЭФФЕКТА ПРИ РАСЧЁТЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

В работе рассмотрен концептуальный подход к моделированию ударно-волнового эф-фекта возникающего при сильных сейсмических воздействиях. Предлагаемая методика ос-новывается на общей теории удара и является дополнением к существующей колебатель-ной методике расчёта.

Проектирование зданий и сооружений в особых условиях всегда являлось и является трудной задачей. В частности, при решении задач обеспечения сейс-мостойкости различных объектов проверку землетрясением проходят далеко не все сооружения. Причиной такого положения вещей является недостаточ-ный уровень развития сейсмологии, из-за чего нет чёткого представления о

123

процессе землетрясения и его воздействия на здания и сооружения. Таким об-разом, есть основания полагать, что расчётные модели, принятые в современ-ных расчётах не учитывают (или не в полной мере учитывают) всех воздейст-вий, проявляющихся при землетрясении, что описано в [1–3] и других публика-циях. В этих статьях также приводится обоснование необходимости учёта ударно-волнового эффекта, возникающего при сейсмических воздействиях.

Суть ударно-волнового эффекта заключается в возникновении волны на-пряжений в несущих элементах зданий при скачкообразном изменении на-правления действия ускорения движения земной поверхности. Для более на-глядного представления рассмотрим упрощенную модель здания в виде мас-сивного упругого тела защемленного в грунтовом массиве (рисунок а).

Рисунок. Ударная модель сейсмического воздействия В следующий после пика ускорения момент времени (t+d) при d стремя-

щемся к нулю (где d – приращение времени) ускорение изменяет направление действия, т. е. происходит почти мгновенная остановка грунтового массива и начинается его движение в другом направлении. В результате этого в уровне обреза фундамента возникает локальная сдвиговая деформация, приводя-щая к появлению напряжений. Эта деформация передвигается вверх по кон-струкциям, сохраняя при этом свой локальный характер, т. е. это воздействие можно рассматривать как плоскую волну напряжений локализующихся во фронте этой волны (рисунок б и в).

Напряжения, вызванные ударной волной, могут быть определены по фор-мулам:

= ⋅ ⋅уд V Eσ ρ и = ⋅ ⋅уд V Gτ ρ , (1)

где удσ и удτ – соответственно нормальные и сдвигающие напряжения; V – скорость частиц во фронте волны напряжений; ρ , E и G – плотность, мо-дуль упругости и модуль сдвига материала конструкций.

Для определения параметров рассматриваемого ударного воздействия (в первую очередь скорости удара) необходимо воспользоваться фактическими записями землетрясений: акселлерограммами и сейсмограммами. После ста-тистической обработки этих материалов для каждого уровня сейсмической ак-тивности, измеряемой, как правило, в баллах, будет свой диапазон скоростей

направление

волны сдвига

V(t) = V V(t+d) = 0 удар

силы инерции движение частиц

во фронте волны

а б в

124

смешения частиц во фронте волн напряжения и диапазон частот появления этих волн.

Таким образом, моделирование ударно-волнового воздействия сводиться к приложению готовых напряжений к конкретному сечению в конструкции. Положение сечения определяется в зависимости от скорости распростране-ния волны напряжения в материале (которая зависит от характеристик мате-риала: плотности и упругости материала) и начального времени приложения этих напряжений. Кроме этого необходимо учесть существенных факторов, обуславливающих снижение величины напряжений. Затухание интенсивности напряжений происходит за счёт снижения интенсивности локальной дефор-мации, которое происходит из-за сопротивления материала (его упругих свойств), резкого изменения деформируемого сечения (как правило, увеличе-ние площади сечения в уровнях перекрытий), изменения свойств материала и смещения конструкций друг относительно друга в местах их соединений. Учёт каждого их этих факторов является отдельной сложной задачей, решение ко-торой требует как теоретической, так и экспериментальной работы, поэтому для концептуального решения задачи были приняты условные зависимости для определения влияния этих факторов.

Напряжения от ударного воздействия (ударные напряжения) полученные в результате должны быть суммированы с напряжениями стандартного сейсми-ческого расчёта (на колебания), при этом расчёты должны вестись в единой временной шкале. Общая обработка этих результатов позволит определить наиболее опасные сечения (по нашему мнению это будит сечения в уровне 1-2 этаже, поскольку из опыта землетрясений известно, что именно там проис-ходит наиболее интенсивное разрушение) и предусмотреть их усиление. Опыт землетрясений и произведённые приблизительные расчёты показывают, что лучшим материалом для конструкций первых этажей является металл, поскольку он хорошо работает на срез и позволяет волне напряжений «пробе-гать» по конструкции не причиняя особого вреда.

Как видно из вышеизложенного, сложность расчёта на ударно-волновое воздействие заключается в постоянном изменении параметров этого воздей-ствия, его динамичности. Естественно, как и при расчётах на другие воздейст-вия здесь необходимо активно использовать возможности современных ЭВМ. Рассмотренный подход не позволяет использовать существующие программы САПР, основанные на методах конечных элементов. Для учёта рассматри-ваемых ударных напряжений необходимо разработать специализированный программный комплекс. Общий порядок разработки и расчёта электронной модели предлагается следующий:

1. Расчёт на колебательные сейсмические нагрузки (в соответствии с дейст-вующей методикой) с использованием существующих программных продуктов.

2. Определение исходных данных для ударного расчёта (частота появления и скорость частиц во фронте волн напряжения, свойства материалов конструкций).

3. На основании исходных данных определяется закон изменения положе-ния (движения) волн напряжений, параметры их затухания.

4. Расчёт на ударные воздействия, сводящийся к определению положения во времени и интенсивности напряжений.

125

5. Статистический анализ результатов, полученных в результате двух рас-чётов, на основании которого определяются максимальные напряжения на различных участках здания или сооружения.

В данной статье представлена лишь концепция моделирования ударно-волнового эффекта. В настоящее время ведётся работа по сбору и обработке сейсмограмм и акселлерограмм, что позволит получить исходные данные в виде диапазонов частот возникновения волн напряжения и скоростей во фронте волн напряжения (для данной территории), а также ведутся исследо-вания зависимостей затухания волн напряжения в материалах. Предлагаемы подход должен стать дополнением к колебательной методики расчёта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Смирнов, С. Б. Почему провалилась наука о сейсмостойком строительстве / С. Б. Смир-

нов // Жилищное строительство. – 1996. – № 2. – С. 20–22. 2. Муха, П. В. Учет ударного эффекта при расчете зданий и сооружений на сейсмиче-

ское воздействие / П. В. Муха, П. Я.Григорьев // Научно-техническое и экономическое со-трудничество стран АТР в XXI веке : тр. Т. 2. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2005.

3. Муха, П. В. Ударный эффект сейсмического воздействия / П. В. Муха, П. Я. Григорьев // Современные технологии – железнодорожному транспорту и промышленности : тр. т. 2. – Ха-баровск : Изд-во ДВГУПС, 2006.

4. Григорьев, П. Я. Оценка напряжённого состояния конструкций здания на ударном эта-пе сейсмического воздействия / П. Я.Григорьев, П. В. Муха // Совершенствование методов расчёта строительных конструкций : сб. науч. тр. Сб. 4. – Хабаровск : Изд-во ХГТУ, 2005. УДК 625.142.4:006.354 А.Ф. Серенко

Петербургский государственный университет путей сообщения Санкт-Петербург, Россия

КОМПЛЕКСНЫЕ ДОБАВКИ ПАВ КАК ОСНОВА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

В статье обоснована целесообразность применения комплексных добавок для произ-водства сборного бетона и железобетона. Перечислены составляющие экономической эф-фективности. По результатам опытно-промышленного внедрения на Хабаровском заводе ЖБШ сделан расчет экономической эффективности, который может составить от 42 до 70 млн руб. в год.

В условиях рыночной экономики в строительном комплексе можно выде-лить действие двух тенденций, связанных с повышением конкурентоспособ-ности предприятий. Первой является повышение качества и долговечности изделий, вторая тенденция связана с внедрением ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий и снижением на этой основе себестоимости продукции. Оба направления требуют внедрения новых технологий, что, в свою очередь, вызывает необходимость крупных инвестиций в производст-венный процесс.

126

Развитие научных достижений в области направленного формирования структуры и свойств бетонов позволяет сегодня сформулировать пути совер-шенствования технологии производства конструкций из предварительно на-пряженного железобетона [1]. Наиболее перспективным из них является вне-дрение беспрогревной или малопрогревной технологии, так как это направле-ние потребует наименьших инвестиций и способно быстро дать ощутимый экономический эффект за счет экономии энергоресурсов.

За длительный период применения конструкций из предварительно на-пряженного железобетона, в России накоплен большой опыт по их производ-ству и эксплуатации. Вместе с тем, технология производства преднапряжен-ных железобетонных конструкций практически не изменилась, что на фоне быстро развивающихся научных достижений в области направленного фор-мирования структуры и свойств бетонов является препятствием как в повы-шении долговечности и качества изделий, так и в снижении энергоемкости и себестоимости производства. Около 85 % объема сборного железобетона в России производится с применением паропрогрева. Выбор такой технологии производства был совершенно обоснован в свое время, так как позволил обеспечить быстрый набор передаточной прочности бетона и высокую обора-чиваемость форм. Вместе с тем, названная технология имеет ряд недостат-ков, связанных с ухудшением структуры цементного камня и снижением ко-нечной прочности и морозостойкости бетона, большими энергозатратами, ос-лаблением контактной зоны цементного камня с преднапряженной арматурой и полимерными закладными элементами [2].

Развитие в последние десятилетия научных представлений о бетоне, осо-бенно в части применения модификаторов его структуры, позволяет сегодня обеспечить высокую раннюю прочность при беспропарочной или малопро-гревной технологии. Появление добавок-суперпластификаторов, а в послед-нее десятилетие и гиперпластификаторов, произвело революцию в науке о бетоне, позволило ввести термин «модифицированный бетон» [3]. Снижая до 30–35 % расход воды при обеспечении равной подвижности бетонной смеси, они существенно увеличивают класс бетона по прочности или позволяют эко-номить 15–20 % цемента.

К сожалению, все пластифицирующие добавки увеличивают индукцион-ный период твердения портландцемента, т. е. замедляют набор прочности портландцемента в ранний период. Только комплексные добавки полифунк-ционального действия, способствующие снижению водоцементного отноше-ния и не увеличивающие индукционный период твердения, способны решать задачу достижения высокой прочности бетона в раннем возрасте без приме-нения тепловлажностной обработки (ТВО).

На кафедре «Строительные материалы и технологии» Петербургского го-сударственного университета путей сообщения разработана комплексная до-бавка «Петролафс», предназначенная для внедрения беспропарочных и ма-лопрогревных технологий производства бетона.

Очевидно, что в условиях рыночной экономики непременным условием внедрения новых технологий должно быть получение экономического эф-фекта. Экономическая эффективность при внедрении беспропарочных тех-

127

нологий производства сборного железобетона будет складываться из сле-дующих составляющих.

1. Снижение затрат на энергоносители. Затраты на тепловлажностную об-работку составляют 9–15 % от себестоимости изделий. В Петербурге при стоимости 1 гикаллории 578 руб. (с НДС) затраты на энергоносители на 1 м3 бетона в среднем составляют 0,4*578 = 231,2 руб. В дальневосточном регионе и северных районах России затраты на ТВО могут быть существенно выше.

2. Экономия цемента. Так как большинство комплексных добавок-модифи-каторов содержит эффективный пластификатор, то при их использовании про-является пластифицирующий или водоредуцирующий эффекты. Поэтому по-является возможность увеличить подвижность бетонной смеси либо снизить водоцементное отношение и увеличить прочность бетона или уменьшить рас-ход цемента. Действующие линии по производству сборного железобетона имеют отлаженную технологию по выпуску бетона заданных классов по проч-ности, следовательно, не нуждаются в увеличении подвижности бетонной смеси или повышении прочностных показателей бетона. Таким образом, ос-новным направлением реализации водоредуцирующего эффекта при исполь-зовании комплексных добавок-модификаторов является уменьшение расхода цемента. Это направление становится особенно актуальным при выраженном росте стоимости портландцемента в настоящее время. Ожидаемая стоимость портландцемента марки ПЦ 500 Д0 в 2007 г. составляет 3200 руб. за т и выше.

3. Повышение производительности труда. Достигается за счет снижения трудозатрат на обслуживание и ремонт пропарочных камер и паропроводов, в том числе, трудозатрат операторов пропарочных камер. При наличии своей котельной уменьшаются затраты на ее содержание, увеличиваются межре-монтные сроки, возможно полное отключение котельной на летний период. Дополнительным источником средств может послужить реализация высвобо-дившихся энергоносителей другим организациям и населению.

В стоимостном выражении эту составляющую можно рассчитать только для конкретного предприятия с учетом особенностей его функционирования.

4. Улучшение условий труда. В цехах с пропарочными камерами, особенно в летний период, температура воздуха часто превышает 30 °С, что создает некомфортные условия и противоречит требованиям охраны труда. Внедре-ние беспропарочных технологий полностью снимает данную проблему.

5. Повышение качества и долговечности продукции. Внедрение беспропа-рочных технологий позволяет отказаться от тепловлажностной обработки бе-тона и железобетона, а, значит, от присущих ей недостатков, указанных выше. Как следствие, повышается качество и долговечность бетонных и железобе-тонных изделий. Хотя в стоимостном выражение эту составляющую оценить трудно, повышение качества и долговечности продукции является мощным аргументом в пользу внедрения беспропарочных технологий.

6. Затраты на комплексные добавки-модификаторы. Приобретение добавок является единственной затратной составляющей беспропарочных технологий производства бетонных и железобетонных конструкций. В настоящее время стоимость суперпластификаторов и комплексных добавок на их основе состав-ляет около 35 руб. за кг. При введении добавки в количестве 1,25 % от массы

128

вяжущего и расходе цемента 480 кг, на кубометр бетона потребуется 6 кг до-бавки. В стоимостном выражении затраты на добавку составят 6 * 35 = 210 руб. на 1 м3 бетона. Если пластифицирующие добавки уже применяются, то увели-чение затрат на добавку составит 3,6 * 35 = 126 руб. на 1 м3 бетона.

Исходя из высказанных предпосылок, на Хабаровском заводе ЖБШ. изго-товлена опытно-промышленная партия шпал с добавкой Петролафс, разрабо-танной в ПГУПС. Опытные шпалы в количестве 30 шт. изготовлены на типо-вой технологической линии Хабаровского завода ЖБШ. Подбор состава бето-на произведен исходя из реального соотношения материалов в заводских со-ставах для изготовления предварительно напряженных железобетонных шпал с применением цемента ПЦ 500 Д0 Теплоозерского цементного завода. Рас-ход цемента по сравнению с заводским составом был уменьшен на 61 кг/м3.

Расчет экономической эффективности по результатам опытно-производст-венного внедрения беспрогревной технологии производства шпал на Хаба-ровском заводе ЖБШ, без учета снижения трудозатрат и повышения качества и долговечности изделий, приведен в таблице.

Расчетная экономическая эффективность внедрения

беспропарочной технологии на Хабаровском заводе ЖБШ

Затраты на добавку

Экономия энергии

Экономия цемента

Добавка и ее расход от

массы цемента, %

На 1 м3 без учета С-3 (10 шпал), руб.

На 750 тыс. шпал,

млн руб.

На 1 м (10

шпал) руб, без

прогр. прогрев до 40 °С

На 750 тыс. шпал,

млн руб.

На 1 м3 (10

шпал) руб.

На 750 тыс. шпал,

млн руб.

Итого экономический

эффект на 750 тыс.

шпал, млн руб. без прогрева прогрев до

40 °С

Петролафс 1,25 %

35 * 3,6 = 126

9,45 864 544

64,8 40,8

0,061 * 2520 = = 154

11,55 66,9 42,9

Расчетный экономический эффект, даже без учета ряда компонентов, для

Хабаровского завода железобетонных шпал мощностью 750 тыс. подрельсо-вых конструкций в год составляет от 42 до 67 млн руб., что доказывает эконо-мическую привлекательность внедрения беспропарочных технологий на осно-ве применения комплексных добавок поверхностно-активных веществ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Серенко, А. Ф. О совершенствовании технологии производства железобетонных шпал

[Текст] / А. Ф. Серенко// Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб. : ПГУПС, 2006. – (№ 1). – С. 107–111.

2. Петрова, Т. М. Ресурсосберегающие технологии при изготовлении шпал [Текст] / Т. М. Петрова, А. Ф. Серенко, В. Н. Егоров // Путь и путевое хозяйство. – 2006. – (№ 9). – С. 2–3.

3. Батраков, В. Г. Модифицированные бетоны [Текст] / В. Г. Батраков. – М. : Стройиздат, 1998. – 768 с.

129

УДК 628.16.067.3 Е.В. Сошников Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

О ВЫБОРЕ И ПОДГОТОВКЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ

Для контактных осветлителей следует использовать тяжелые фильтрующие материалы, обеспечивающие достаточную скорость восходящего фильтрования без взвешивания филь-трующего слоя. На Дальнем Востоке успешно применяется гранодиорит, обладающий высо-кими технологическими свойствами. Гранулометрический состав фильтрующего слоя дол-жен обеспечивать равное количество зерен разных размеров во всем диапазоне фракции.

Контактные осветлители (КО) предназначены для очистки маломутных (не более 120 мг/л), малоцветных (до 120 градусов) вод в одну ступень без пред-варительного их отстаивания. Такие сооружения должны обеспечивать глубо-кую очистку воды и обладать высокой грязеемкостью.

Высокий эффект осветления воды достигается применением контактной коагуляции, основным достоинством которой является установленная законо-мерность, что агрегация частиц загрязнений и прилипание образовавшихся мельчайших хлопьев к поверхности зерен фильтрующего материала происхо-дит быстрее, стабильнее и при меньших дозах реагентов, чем при коагуляции в свободном объеме. Для увеличения грязеемкости КО фильтрование осуще-ствляется в направлении убывающей крупности зерен – снизу вверх.

Значительная для фильтровальных сооружений грязевая нагрузка и вос-ходящее направление потока предъявляют особенные требования к фильт-рующей загрузке. Прежде всего это касается плотности фильтрующего мате-риала. Согласно СНиП [1] плотность загрузки для КО должна быть более 2,5 г/см3, поскольку при меньшей происходит псевдоожижение фильтрующего слоя при расчетной скорости фильтрования. Из известных отечественных фильтрующих материалов такой плотностью обладают кварцевый песок, ме-таллургические шлаки, габбро-диабаз, гранодиорит.

Для КО используют более крупную, чем обычно в скорых фильтрах, фильтрующую загрузку – 0,7–2,0 мм. Выделение такой фракции из речного песка затруднительно и часто экономически нерентабельно.

Гранодиоритовый песок корфовского месторождения, производства ООО «Гран-ДВ», отличаясь необходимой плотностью (2,7 г/см3), значительной меж-зерновой пористостью (48–54 %) и развитой поверхностью зерен, наиболее удобен для загрузки КО, так как является побочным продуктом при производ-стве щебня и может быть получен любой фракции.

Попытки использовать более легкие, высокопористые материалы, напри-мер, керамзит, выявили проблемы при эксплуатации и потребовали внесения изменений в конструкции КО: дополнительный верхний дренаж для отвода очищенной воды, фиктивные желоба для промывки и т. д. [2].

На Дальнем Востоке КО широко применяются лишь в Приморье, где водо-снабжение часто осуществляется из водохранилищ. Многолетний опыт экс-плуатации здесь КО показал их невысокую надежность в периоды резкого

130

ухудшения качества воды в водохранилищах из-за тайфунов. Во многом это связано с неудовлетворительной фильтрующей загрузкой.

Первоначально на всех КО Приморья использовали кварцевый песок фи-ларетовского месторождения и бухты Анны, однако фильтрующая загрузка из этих песков промышленно не выпускается. На НФС АГУ, поставляющей воду во Владивосток, часть КО была загружена целлитом (точнее, цеолитизиро-ванным туфом) чугуевского месторождения. Многолетний опыт эксплуатации цеолитовых КО показал их низкую санитарную надежность. Уже при скорости фильтрования 4,5 м/ч наблюдается псевдоожижение загрузки и, как следст-вие, проскок загрязнений. Особенно неэффективно цеолитовые КО работают в периоды повышенной мутности исходной воды.

Сравнительная оценка работы песчаных, цеолитовых и гранодиоритовых КО, проведенная ВНИИ ВОДГЕО [3], показала, что набольшей грязеемкостью обладает гранодиоритовая загрузка, а наименьшей – цеолитовая. Надежды на то, что целит, обладая некоторой сорбционной способностью, обеспечит углубленную очистку воды не оправдались, поскольку коагулянт, введенный перед КО, обволакивает зерна загрузки, ограничивая доступ к ее внутренним порам. Сейчас на водопроводных станциях Приморья идет повсеместная за-мена цеолитовой и песчаной загрузки на гранодиоритовую.

Контактные осветлители выполняются с поддерживающими гравийными слоями и без поддерживающих слоев. Поддерживающие слои предназначены для защиты распределительной системы от попадания в трубы фильтрующе-го материала и равномерного распределения воды, как в период промывки, так и во время фильтрования. Поддерживающие слои при промывке не рас-ширяются из-за значительного веса частиц и поэтому в них не должны накап-ливаться загрязнения. В КО без поддерживающих слоев слой крупнозернисто-го песка размером 2–5 мм также выполняет функцию распределителя воды.

Рабочую часть загрузки, обеспечивающую нужный эффект осветления во-ды в КО, составляют зерна размером от 2 до 0,7 мм. Поэтому обычно в лите-ратуре, в проектах, именно рабочая часть загрузки называется фильтрующей загрузкой КО. Рабочий фильтрующий слой КО должен содержать набор круп-ных, средних и мелких зерен, т. е. обладать большей, чем принято в фильтрах неоднородностью. Это и обеспечивает его высокую грязеемкость.

Известно, что размеры поровых каналов фильтрующей загрузки зависят от диаметра зерен – наибольшие каналы в крупнозернистом нижнем слое. В то же время наибольшая суммарная поверхность зерен, наоборот, наблюдается в слое из зерен малого размера – в верхних слоях загрузки. Эти обстоятель-ства создают наилучшие условия для повышения грязеемкости загрузки за счет фильтрования снизу вверх. При таком движении вся масса загрязненной воды проходит сначала нижний крупнозернистый слой загрузки (ориентиро-вочно размером зерен от 2,0 до 1,5 мм), что предотвращает закупорку поро-вых каналов крупными примесями – явление, часто наблюдаемое в скорых фильтрах. При незначительной суммарной поверхности зерен крупнозерни-

131

стого слоя в нем задерживается основная часть загрязнений, некоторое ко-личество проникает выше – в среднезернистый слой (ориентировочно разме-ром зерен от 1,5 до 1,2 мм) и мелкозернистый слой (ориентировочно разме-ром зерен от 1,2 до 0,7 мм). В верхнюю, мелкозернистую, часть загрузки про-никают самые мелкие и устойчивые загрязнения, а также агрегаты, оторван-ные и вынесенные потоком из нижележащих крупнозернистых и среднезер-нистых слоев.

Таким образом, при фильтровании снизу вверх загрязнения глубоко прони-кают во всю толщу загрузки и более равномерно, чем при нисходящем фильт-ровании, насыщают поровое пространство. Это обстоятельство, с учетом боль-шой толщины слоя в КО (не менее 2 м), делает сооружения очень грязеемкими.

Особенный процесс задержания и накопления загрязнений в КО благопри-ятно сказывается на потерях напора в фильтрующей загрузке. Известно, что темп прироста потерь напора тем медленнее, чем крупнее зерна фильтрую-щей загрузки. Крупнозернистые и среднезернистые, самые насыщенные за-грязнениями слои дают незначительный рост потерь напора. В верхнем, мел-козернистом слое загрязнений задерживается меньше, поэтому потери напо-ра в них также невелики. Таким образом, в контактных осветлителях продол-жительность фильтроцикла по времени достижения предельных потерь напо-ра значительна.

Гранулометрическую характеристику фильтрующей загрузки удобно оцени-вать по гранулометрической кривой, составленной на основании ситового ана-лиза. Согласно СНиП [1] поставка и засыпка КО фильтрующим материалом должна производиться по фракциям – 0,7–1,2 и 1,2–2,0 мм. Исходя из выше-описанных особенностей работы КО, оптимальной загрузкой (с наилучшими технологическими качествами) будет такая, в которой содержится примерно равное количество зерен разного размера во всем диапазоне рабочей части загрузки – 0,7–2,0 мм, назовем ее объединенной фракцией (линия 1 на рису-нок). Как видим линия гранулометрической характеристики оптимальной за-грузки почти прямолинейная в целом и прямолинейная для каждой фракции – 0,7–1,2 и 1,2–2 мм – в отдельности. Оптимальная загрузка обеспечивает высо-кую степень санитарной надежности КО. Для такой загрузки коэффициент не-однородности составляет 2,1, а эквивалентный диаметр – 1,2 мм. В объеди-ненной фракции оптимальной загрузки весовое соотношение отдельных фрак-ций должно быть следующим: 0,7–1,2 мм – 40–45 % и 1,2–2,0 мм – 60–55 %.

В реальных условиях дробления и рассева фильтрующего материала по-лучить оптимальную загрузку затруднительно, но следует понимать, что лю-бые отклонения от эталона ухудшает технологические параметры работы КО. Так, если гранулометрическая кривая имеет вид линии 2 на рисунке, то в за-грузке явно обнаруживается малая доля крупных зерен – 1,5–2 мм. Для такой загрузки следует ожидать сокращение фильтроцикла из-за быстрого роста по-терь напора. При излишне большом содержании крупных зерен (линия 3 на рис. 2) наоборот, сократится время защитного действия КО.

132

Рисунок. Примеры графиков ситового анализа рабочей части фильт-рующей загрузки – объединенной фракции 0,7–2,0 мм

Можно сделать вывод, что критериями оптимальности фильтрующей за-

грузки для контактных осветлителей могут служить: близкий к линейному ха-рактер графика рассева, как во всем диапазоне диаметров зерен, так и от-дельных фракций, эквивалентный диаметр зерен в пределах dэ = 1,1–1,3 и ко-эффициент неоднородности в пределах Кн = 2–2,2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 2.04.02-84∗. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения : изд. офиц. / Гос-

строй России. – М., 1997. – 128 с. 2. Дробленый керамзит – новый фильтрующий материал для водоочистных фильтров :

учеб. пособие / В. Н. Мартенсен [и др.]. – Куйбышев : КуИСИ, 1976. – 168 с. 3. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Модернизация очистных соору-

жений Артемовского гидроузла г. Владивостока. Технологическое обоснование коррекции проекта». – М. : ФГУП «НИИ ВОДГЕО», 2004.

133

УДК 628Л.Д. Л.Д. Терехов, Г.И. Воловник, Е.В. Сошников Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ДВГУПС – МУП «ВОДОКАНАЛ» Г. ХАБАРОВСКА – ПОЛВЕКА ПЛОДОТВОРНОГО, ВЗАИМОВЫГОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА

С момента своего создания кафедра «Гидравлика» активно и плодотворно сотруднича-ет с хабаровским Водоканалом как в области подготовки специалистов высокой квалифика-ции, так и в решении научно-технических проблем. Кафедра принимает участие в обсужде-нии текущих сложных технических вопросов, в формировании стратегии развития систем водоснабжения и водоотведения города.

С момента своего создания в 1958 г. в ХабИИЖТе (ныне ДВГУПС) кафед-ра «Гидравлика и водоснабжение» установила творческие связи с хабаров-ским Водоканалом. Сначала они носили характер обмена мнениями по от-дельным вопросам эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения г. Хабаровска, консультаций, выполнения небольших научных исследований по заказу Водоканала.

После открытия в 1968 г. в ХабИИЖТе специальности «Водоснабжение и канализация» сотрудничество приняло постоянный и взаимозаинтересован-ный характер. Построенные в 80-е гг. новые головные сооружения водопрово-да (ГОСВ) и городские канализационные очистные сооружения становятся ба-зовыми объектами практического обучения студентов. Был заключен двусто-ронний договор о сотрудничестве в области подготовки специалистов, по ко-торому основные объекты водоканала получили статус учебных центров Ха-бИИЖТа. Студенты 3–5 курсов посещают эти объекты, изучают устройство сооружений и технологического оборудования и особенности их эксплуатации. Для Водоканала такие взаимоотношения тоже приносят пользу, поскольку по-зволяет многим из своих будущих сотрудников, еще на студенческой скамье изучить объекты предстоящей трудовой деятельности. Хабаровский Водока-нал, являясь безусловным лидером по внедрению новых технологий в облас-ти водоснабжения на Дальнем Востоке, предоставляет возможность ознако-миться с новейшими разработками отечественных и зарубежных фирм.

Научное сотрудничество кафедры и Водоканала активизировалось в 80-е гг., когда на кафедру пришла группа молодых ученых. В 1970–75 гг. под руководством доцента Воловника Г.И. выполнены исследования по уменьше-нию глубины заложения водопроводов для г. Хабаровска. Рекомендации, раз-работанные на основании исследований, были утверждены Госстроем СССР и рекомендованы к внедрению.

В 1973 г. сотрудниками кафедры Сошниковым Е.В. и Чайковским Г.П. на-чато исследование нового местного фильтрующего материала – гранодиорита корфовского месторождения. Актуальность этой работы была вызвана острым дефицитом на Дальнем Востоке традиционной фильтрующей загрузки – волж-ского кварцевого песка. Полномасштабные всесторонние исследования, длив-шиеся в течение 5 лет, показали, что гранодиорит отличается физической и химической стойкостью, а также отвечает санитарно гигиеническим требова-

134

ниям, предъявляемым к фильтрующим материалам. Обладая высокой порис-тостью и развитой поверхностью зерен, гранодиорит имеет лучшие, чем пе-сок, технологические свойства – большую грязеемкость, повышенную ско-рость фильтрования.

Завершение основных исследований по гранодиориту удачно совпало со строительством первой очереди водоочистных сооружений г. Хабаровска, для которых требовалось значительное количество фильтрующего материала. Таким образом, фильтры ГОСВ стали первым крупным объектом внедрения гранодиорита. Гранодиоритовая загрузка успешно эксплуатируется на ГОСВ более 20 лет.

Удачное апробирование гранодиорита способствовало его широкому рас-пространению на Дальнем Востоке и в Сибири. В настоящее время гранодио-рит успешно используется более чем на 50 водоочистных сооружениях Кам-чатки, Сахалина, Приморского и Хабаровского краев, Амурской, Читинской, Иркутской и Томской областей.

В 1980–85 гг. сотрудниками кафедры Воловником Г.И., Стадник Т.М., Ци-унчик О.Б. разработаны и, после утверждения администрацией города, приня-ты к использованию нормы качества сточных вод для системы городской ка-нализации Хабаровска. В этот же период выполнены работы по определению эксплуатационных норм водопотребления для Хабаровска (Воловник Г.И., Стадник Т.М., Терехов Л.Д., Коробко М.И., Акимов О.В., Юдин М.Ю.).

В 90-х гг. кафедра при содействии ученых СЭИ освоила и адаптировала современные программы компьютерного расчета водопроводных сетей в ре-жиме реального времени. На базе этих технологий преподавателем кафедры В.Н. Соколовым (ныне сотрудником Водоканала) была создана база данных, а затем и программа расчета водопроводных сетей г. Хабаровска.

Резкое ухудшение качества амурской воды, начавшееся в 80-х гг., постави-ло под сомнение перспективы дальнейшего использования р. Амур для водо-снабжения такого крупного города, как Хабаровск. Начались поиски альтерна-тивного источника, в качестве которого были выбраны подземные воды Тунгус-ского месторождения. Этот источник имеет громадные запасы, но качество во-ды в нем не отвечает питьевому стандарту из-за чрезмерно высокого содержа-ния железа и марганца. В 1993 г. были выполнены исследования по разработке технологии обезжелезивания и деманганации воды. Работы велись по двум направлениям – подземная очистка воды с использованием шведской техноло-гии «Виредокс» и обезжелезивание традиционными технологиями.

Технология подземной очистки разрабатывалась исследовательской груп-пой ДВП «Дальгеология» под руководством доктора технических наук Кулако-ва В.В. кафедра «Гидравлика и водоснабжение» (научный руководитель Г.П. Чайковский) изучала возможность обезжелезивания и деманганации во-ды в наземных сооружениях.

135

Качество исходной воды характеризовалось следующими, наиболее важ-ными для удаления железа и марганца показателями: железо общее – 15,2–19,2 мг/дм3; марганец – 0,62–1,12 мг/дм3; рН – 5,2–6,1; диоксид углерода – 210–250 мг/дм3; общая минерализация – 110–130 мг/дм3.

Экспериментальными технологическими исследованиями на источнике водоснабжения было установлено, что значительная концентрация железа и марганца при чрезмерном содержании диоксида углерода и малой величине рН, делает невозможным совместное извлечение железа и марганца. Обез-железивание воды Тунгусского месторождения до стандарта на питьевую во-ду достигается упрощенной аэрацией и двухступенчатым фильтрованием. Необходимым условием для деманганации воды является повышение рН до 8–8,5, а Eh до 210–250 мВ.

Опытная проверка различных методов удаления марганца из воды пока-зала, что надежного эффекта очистки воды можно добиться озонированием с последующим фильтрованием.

Разработанная в ходе исследований технология очистки воды приведена на рисунке.

Вода от скважин первоначально аэрируется в простейшем сооружении пу-тем излива её с высоты не менее 1 м. При аэрации в воду поступает кислород из воздуха и в небольшой мере удаляется углекислота. Далее поток воды на-правляется на две ступени фильтров обезжелезивания.

Фильтр первой ступени рекомендуется с восходящим потоком воды, вто-рой ступени – с нисходящим. Это решение делает более удобным высотное расположение сооружений и позволяет в большей степени загрузить фильтр первой ступени.

В обоих фильтрах рекомендуется применить местный фильтрующий ма-териал – песок гранодиоритовый с диаметром зерен 0,7–2,0 мм и высотой слоя 2,0 м в фильтрах первой ступени и 1,2 м – в фильтрах второй ступени. Предусмотрена водовоздушная промывка фильтров. Расчетная скорость фильтрования рекомендуется в пределах 5–7 м/ч. В обоих фильтрах предла-гается применить щелевые дренажи без поддерживающих слоев.

После фильтров обезжелезивания для повышения рН воды производится ее дегазация и подщелачивание. На дегазатор вода подается насосом из промежуточной емкости объёмом на 5–10 мин производительности станции.

В качестве дегазатора рекомендуется декарбонизатор с насадком боль-шой удельной поверхности. Остаточное содержание свободной углекислоты в воде после декарбонизатора должно составлять не более 5–7 мг/л. Из декар-бонизатора вода поступает в контактную камеру, в нижнюю часть которой че-рез пористые диффузоры подается озон. Расчетная доза озона не менее 5 мг/л, время контакта озона с обрабатываемой водой – 5–7 мин.

136

Рисунок. Технологическая схема очистки подземных вод Тунгусского место-рождения: 1 – аэратор; 2 – фильтр обезжелезивания воды 1-й ступени; 3 – фильтр обезжелезивания воды 2-й ступени; 4 – резервуар обезжелезен-ной воды; 5 – насос подкачки; 6 – дегазатор; 7 – контактная камера; 8 – озона-тор; 9 – фильтр деманганации воды 3-й ступени; 10 – РЧВ; 11 – насос 2-го подъема

В воду после контактной камеры для повышения рН добавляется щелочь с

примерной дозой 0,4 мг-экв/л и флокулянт. Из контактной камеры вода насо-сом или самотеком, при соответствующем высотном положении сооружений, подается на фильтры деманганации.

Фильтры деманганации представляют собой обычные скорые фильтры. Поскольку марганец удаляется труднее, чем железо, фильтры должны иметь меньший размер зерен и большую высоту загрузки, в качестве которой реко-мендован песок гранодиоритовый с диаметром зерен 0,6–1,6 мм и высотой слоя 1,6–1,8 м.

Из фильтров деманганации вода поступает в резервуар чистой воды и да-лее насосами второго подъема подается в сеть. Необходимость хлорирова-ния очищенной воды для создания остаточного бактерицидного эффекта ре-шается органами Госсанэпиднадзора. Вода после станции очистки будет иметь высокое значение рН, ничтожное содержание свободной углекислоты и обладать слабо коррозионными свойствами.

В настоящее время начаты подготовительные работы по строительству первой очереди водозабора из Тунгусского месторождения подземных вод.

137

По договору с МУП «Водоканал» специалистами кафедры Тереховым Л.Д., Коробко М.И. и Тереховой Е.Л. выполнена научно-внедренческая работа по оптимизации процессов обезвоживания осадка на канализационных очистных сооружениях города Хабаровска.

К 2004 г. на очистных сооружениях канализации возникла острая проблема нехватки площадей иловых карт. Строительство новых иловых карт требовало больших капиталовложений, поэтому для увеличения нагрузки на иловые пло-щадки было принято решение об обработке осадка раствором флокулянта.

Совместно с работниками лаборатории предприятия на эксперименталь-ной лабораторной установке были проведены исследования двадцати видов флокулянтов (неионогенных, анионактивных, катионактивных), из которых вы-брали наиболее эффективные по показателям влагоотдачи. Затем эти фло-кулянты использовали в опытах на модели иловой площадки. Эксперименты на модели позволили определить оптимальные дозы флокулянтов и модерни-зировать конструкцию водоприемных колодцев.

Дальнейшие исследования проводились на действующей иловой карте, где изучались условия формирования иловой воды, работа дренажной систе-мы и устройства для удаления воды, раздельное и совместное заполнение иловой площадки осадком и активным илом. Было установлено, что в обрабо-танном флокулянтом осадке жидкость концентрируется в виде линз. На на-чальной стадии формирования иловой воды происходило переполнение сети дренажных вод, что потребовало ее реконструкции. Климатические условия оказывают заметное влияние на обезвоживание осадка.

На основании результатов исследований была разработана новая эффек-тивная конструкция системы удаления иловой воды, предназначенная для работы в условиях Дальнего Востока. Это позволило в 2006 г. в течение пяти месяцев использовать для обезвоживания осадка всего три иловых карты общей площадью 3,97 га.

К юбилею Водоканала было принято решение о реконструкции первых во-доочистных сооружений города – центральной насосно-фильтровальной стан-ции (ЦНФС). Доценты кафедры Сошников Е.В. и Чайковский Г.П. разработали предложения по рациональному переустройству фильтров и внедрению в вер-тикальные отстойники тонкослойных модулей типа «НОРДИК ВОТЕР».

Сотрудники кафедры принимают активное участие в обсуждении и фор-мировании политики Водоканала в области развития систем водоснабжения и водоотведения, оказывают содействие в решении сложных технических проблем. Водоканал оказывает всестороннее содействие в оснащении учеб-ной базы кафедры и предоставлении рабочих мест для практической подго-товки студентов.

138

УДК 628.167 А.З. Ткаченко Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

В работе проанализирована технология очистки бытовых сточных вод при помощи по-гружных мембран.

Способ разложения растворённых в воде органических веществ с помо-щью аэробных микроорганизмов с последующим осаждением взвешенных веществ широко используется для очистки бытовых и промышленных сточ-ных вод. Однако в случае низкой седиментации крупнодисперсных загрязне-ний происходит снижение качества очищенной воды, и поэтому требуется особый контроль.

Принцип работы подводных мембран из пустотелого волокна представля-ет собой погружение в аэрационный резервуар с очищаемой жидкостью мо-дуля полупроницаемой мембраны, и фильтрацию воды через мембрану. При этом осадок остаётся в отстойнике. Таким образом, вне зависимости от осаждения грубодисперсных примесей качество очистки воды будет неизмен-но хорошим.

На Дальнем Востоке метод очистки сточных вод при помощи мембран был применен на очистных сооружениях поселка Де-Кастри Ульчского района. Канализационные очистные сооружения производительностью 300 м3/сут предназначены для приема и переработки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод от жилых и общественных зданий и предприятий п. Де-Кастри.

Технология очистки бытовых сточных вод предусматривает: 1) полную биологическую очистку стоков на основе переработки органиче-

ских загрязнений аэробными бактериями на модульных канализационных очи-стных сооружениях производства Южной Кореи, имеющих сертификат соответ-ствия Российской Федерации. Канализационные очистные сооружения пред-ставляют собой компактные установки заводского изготовления, полностью укомплектованные необходимым оборудованием, соединительными трубами, задвижками и всеми электрическими кабелями и контрольными устройствами;

2) обеззараживание сточных вод ультрафиолетом; 3) удаление осадка из резервуаров вакуумным насосом. Модульные канализационные очистные сооружения обеспечивают на вы-

ходе следующие показатели качества очистки бытовых сточных вод:

139

Сточные воды на входе Сточные воды на выходе

Расход 300 м3/сут Расход 299,65 м3/сут

Показатели мг/л кг/сут Показатели мг/л кг/сут

БПК 240,0 72,0 БПК 3,0 0,9

ХПК 250,0 75,0 ХПК 10,0 3,0

ВВ 210,0 63,0 ВВ 2,0 6,0

Азот 25,0 7,5 Азот 8,0 2,4

Фосфор 8,0 2,4 Фосфор 1,5 0,4

Технологическая схема очистки бытовых сточных вод включает следую-щие сооружения.

Здание решеток и песколовок → Первичный отстойник → Резервуар ус-реднитель → Барабанная решетка → Резервуар удаления азота → Резервуар удаления фосфора → Резервуар полупроницаемых мембран → Фильтр с за-грузкой из активированного угля → Ультрафиолетовая лампа → Резервуар очищенной воды.

Поступление сточных вод – самотечное к зданию решеток. В здании уста-новлены решетки с ручным удалением отходов. Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды.

Функции и значение каждой стадии очистки сточных вод. 1. Первичный отстойник. Происходит осаждение крупнодисперсных загрязнений. Крупнодисперсные

загрязнения осаждаются и удаляются, при этом излишек осадка разлагается анаэробным способом, и его объем сокращается.

2. Резервуар-усреднитель. Усреднение колебаний количества поступающей воды, и подача усред-

ненного расхода воды с помощью насоса в резервуар сброса воды 3. Барабанная решетка (сито). Оборудование представляет собой барабанный фильтр с двойным ситом

вращающегося типа, где барабан сделан из клиновидного провода, обмотан-ного стальной нержавеющей сеткой. Используется мелкоячеистая сетка, ко-торая может эффективно удалять очень мелкие частицы (50–100 мкм). При этом используется функция автоматической очистки, эксплуатация оборудо-вания происходит без закупорки и не требует ручной очистки.

4. Резервуар удаления азота. В резервуаре в анаэробных условиях азотсодержащие сточные воды под-

вергается реакции денитрификации микроорганизмами, а окисленный азот выделяется и выпускается в атмосферу в виде азотного газа (время пребыва-ния сточной жидкости 1 ч).

5. Резервуар удаления фосфора. Микроорганизмы, поступающие вместе со сточными водами из резервуара

денитрификации осадка в анаэробной среде, удаляют ¾ фосфора по сравне-нию с его концентрацией на входе (время пребывания 2 ч).

140

6. Мембранный биореакторный резервуар. Органические вещества разлагаются на углекислый газ и воду путем био-

логической метаболической реакции, аэрация обеспечивает кислород, необ-ходимый для метаболизма, затопленный мембранный фильтр отделяет очи-щенную жидкость от взвешенных веществ и микробов путем фильтрования. Погружные мембраны KMS помещаются в аэрационный резервуар и очищают жидкость от смеси воды и твердых частиц.

Модуль состоит из каркаса (материал каркаса – АБС-смолы) и мембраны (материал мембраны – полиэтилен), перпендикулярное расположение мем-бран в модуле уменьшает трение, вызываемое поднимающимися пузырьками воздуха или водой. Аэрация воздухом со дна резервуара предотвращает за-сорение и закупорку биореактора.

Мембрана обладает системой пор. Размер пор должен быть одинаковым и должен пропускать только планируемый размер загрязнений. Диаметр пор не превышает 0,4 микрон, которые пропускают только воду и относительно не-большое количество очищенных органических веществ. Поверхность мембра-ны должна быть гидрофильной и стойкой к засорению. Надежность и устойчи-вость к химическим препаратам гарантирует долгий срок службы мембран. Материал мембраны является химически и биологически стойким, имеет вы-сокую механическую прочность.

7. Фильтр с активированным углем. Фильтр предназначен для сорбционной доочистки биологически очищен-

ных сточных вод активированным углем при сбросе очищенной воды. В про-цессе адсорбционной доочистки активированный уголь удаляет из воды не-окисленные органические вещества, ионы тяжелых металлов, нефтепродук-ты, ПАВ, бактериальные и другие загрязнения.

9. Ультрафиолетовая лампа. Установка для обеззараживания воды удаляет бактерии из сточных вод и

состоит из УФ-камеры, УФ-лампы, УФ-барабана, УФ-аппаратуры обнаружения и панели управления.

10. Резервуар очищенной воды. Очищенная вода самотеком сбрасывается из резервуара в существующий

колодец канализационного коллектора с выпуском в море. Высокий эффект очистки и вышесказанные преимущества говорят о пер-

спективности применения мембранных технологий не только для водоподго-товки, но и для очистки бытовых сточных вод.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Wastewater Treatment Principles and Regulations, AEX-768-96. – Режим доступа :

http://ohiolihe.osu.edu/aex-fact/0768.html 2. Химия – традиционная и парадоксальная / Д. Ю. Ступин [и др.] ; под ред. Р. В. Богда-

нова. – Л. : Изд-во Ленинградского ун-та, 1985. – 312 с.

141

УДК 624.072.2.011.14 В.А. Танаев, Е.В. Поличка Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ОЦЕНКА ЖЁСТКОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ С ВОЛНИСТОЙ СТЕНКОЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЁТНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА НА ПЭВМ

На основании проведённого многофакторного расчётного эксперимента с использова-нием метода Д. Брандона получена величина коэффициента понижения жёсткости при изги-бе клеефанерной балки с волнистой стенкой по сравнению с балкой, имеющей прямую стен-ку, в виде аналитической зависимости от параметров поперечного сечения и волны балки, что позволяет определить момент инерции сечения и жёсткость при изгибе балки с волни-стой стенкой в зависимости от момента инерции сечения при изгибе и жёсткости балки с прямолинейной стенкой.

Клеефанерные балки с волнистой стенкой являются наиболее экономич-ными по расходу материалов. Так как в этих балках устойчивость фанерной стенки обеспечивается её волнистостью, нет необходимости устройства рё-бер жёсткости. Поэтому эти балки являются одними из самых лёгких, что осо-бенно важно для покрытий в сейсмических районах.

В настоящее время расчёт балки с волнистой стенкой в соответствии с ре-комендациями [1] следует выполнять как составной на податливых связях. Роль податливых связей здесь играет волнистая стенка. Расчёт выполняется из предположения, что фанерная стенка, складываясь или распремляясь, не может воспринимать нормальные напряжения. Однако следует отметить, что способность стенки складываться и распремляться (т. е. быть податливой) за-висит от соотношения высоты f и длины l полуволны гофра (рисунок). Если в стальных балках с гофрированной стенкой это соотношение изменяется от 0,2 до 0,6, то в клеефанерных балках оно находится в пределах 0,1 … 0,2, т. е. по-датливость фанерной стенки меньше и, следовательно, возрастает значение стенки при восприятии сечением балки нормальных напряжений при изгибе.

Если в расчёте клеефанерную балку с волнистой стенкой рассматривать не как составной стержень на податливых связях, а как балку с учётом волни-стости и податливости стенки, возникает необходимость определять геомет-рические характеристики сечения, некоторые из которых затруднительно вы-числить аналитически.

К такой геометрической характеристике относится момент инерции сечения

балки с волнистой стенкой при изгибе âJ . Величину этого момента инерции

можно получить, вычислив момент инерции сечения с прямолинейной стенкой

ïJ , по формуле âJ = ïè Jk . Здесь èk – коэффициент понижения изгибной

жёсткости балки с волнистой стенкой, аналитическую формулу которого в зави-симости от геометрических параметров сечения балки можно получить по ме-тодике ранее применённой А.Н. Степаненко при исследовании стальных балок

142

с волнистой стенкой [2]. В соответствии с этой методикой формулу коэффици-

ента èk можно получить неполным трёхуровневым многофакторным расчёт-ным экспериментом с использованием способа Д. Брандона на 144 (из 729) па-рах балок с использованием программного комплекса «ЛИРА 9». В каждой паре одна балка принималась с плоской стенкой, другая – с волнистой. С целью уменьшения искажений результатов расчёта, обе балки в каждой паре прини-мались с одинаковыми размерами элементов сечения и длиной, а также с оди-наковым числом конечных элементов.

За факторы влияния принимались: высота полуволны f, длина полуволны l , высота балки h, толщина стенки tw,ширина полки bf, толщина полки tf в диапазоне размеров, применяемых при проектировании балок: f = 40 … 100 мм, l = 300 … 500 мм, h = 600 … 1200 мм, tw = 6 ... 14 мм, bf = 180…300мм, tf = 60 … 120 мм. Эти факторы влияния назначались в трёх уровнях принятого диапазона.

Коэффициент понижения жёсткости балки с волнистой стенкой при изгибе

èk в эксперименте определялся как отношение прогибов балок с волнистой и

плоской стенками: ï

â

ï

âè f

fEJEJk == .

Величина èk представляется в виде множественной дробно-степенной регрессии в зависимости от относительных безразмерных величин парамет-ров сечения балки:

765432

1

a

w

f

a

f

a

f

fa

w

a

f

a

è tt

bh

bt

th

bffak ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=l ,

где −ia коэффициенты регрессии.

Линиаризуя регрессию, получаем линейные уравнения с неизвестными ко-эффициентами, которые находятся методом наименьших квадратов из пере-определённой системы уравнений (144×7), составленной с учётом величин

èk , полученных из расчётного эксперимента и решённой с использованием средств программы MathCad.

Получаем: 023.0008.0038.0

018.0031.002.0

933.0f

wè thf

tbk l= .

Анализ изменения величины коэффициента èk по данным примеров про-ектирования балок с волнистой стенкой, приведённых в [3–5], показал, что ко-

эффициент èk изменяется в пределах 0,923 … 0,948.

143

144

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Конструкции из дерева и пластмасс : учеб. для вузов / Ю. В. Слицкоухов [и др.]. – М. :

Стройиздат, 1986. – 543 с. 2. Безносько, С. Н. Определение жёсткости металлической вертикально гофрированной

балки двутаврового сечения при чистом кручении / С. Н. Безносько, А. Н. Степаненко // Со-вершенствование методов расчёта строительных конструкций зданий и сооружений. – Ха-баровск : Изд-во ХГТУ, 1997. – С. 11–15.

3. Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций. – М. : ЦНИИСК, 1977. – 189 с.

4. Гринь, И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Про-ектирование и расчёт / И. М. Гринь. – Киев : Вища школа, 1975. – 280 с.

5. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования / под ред. Ю. В. Слицкоухова. – М. : Стройиздат, 1991. – 256 с.

УДК 691.54:620.17 А.М. Харитонов Петербургский государственный университет путей сообщения

Санкт-Петербург, Россия

РАСЧЕТ УСАДКИ С-S-H КАК ЭЛЕМЕНТ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ

Приводятся экспериментальные данные по усадке цементных композиций, твердевших в различных условиях. Сравниваются полученные в ходе экспериментов данные с диффе-ренцированной усадкой, полученной расчетным путем.

Современный уровень развития строительных технологий обусловливает необходимость строгого и обоснованного математического описания физико-механических свойств материалов в зависимости от внешних и внутренних факторов, воздействующих в заданных условиях эксплуатации конструкций. Такое описание позволяет на этапе проектирования оценить долговечность и надежность зданий и сооружений без длительных и дорогостоящих натур-ных экспериментов.

Наибольшую сложность в этом отношении представляют цементные ком-позиции. Структура растворов и бетонов является чрезвычайно сложной и многокомпонентной системой. Ввиду этого традиционные аналитические ме-тоды обычно изначально непригодны для установления количественной связи между структурой и свойствами материала.

Преодолению указанных выше проблем может способствовать разработка имитационных компьютерных моделей структуры цементных композиций, под которыми мы подразумеваем расчетные модели структуры на интересующем масштабном уровне, основанные на использовании вычислительных алго-ритмов, дающих возможность относительно точно установить параметры фи-зико-механических свойств исследуемой структуры [1].

Первым этапом наших исследований в данном направлении явилась раз-работка наноструктурной модели цементного геля (в возрасте 28 сут), пред-ставляющая собой двухуровневую систему [2]. Первый уровень представля-ет совокупность частиц диаметром 4,4 нм, второй – 50 нм. Такое разделение позволяет максимально точно отразить распределение пор данного мас-штабного уровня. При этом пористость уровней составляет 24 и 36 % соот-

145

ветственно, что соответствует последним данным физико-механических ис-следований C-S-H [3].

Для теоретической оценки собственных деформаций к данным моделям последовательно был использован механизм влажностной усадки, реализую-щий зависимость капиллярного давления и поверхностной энергии от измене-ния относительной влажности среды [4, 5]. Следует отметить, что результаты, полученные на первом уровне, учитываются в исходных данных модели вто-рого уровня. Суммарные деформации обоих уровней представлены на рис. 1.

Численное моделирование дает возможность разделить общую деформа-цию на две составляющие – капиллярную усадку и усадку за счет поверхност-ной энергии. При этом влияние капиллярной усадки ограничено в области от-носительной влажности ϕ = 0,35÷1,0, а наибольшее влияние данная состав-ляющая оказывает в диапазоне ϕ = 0,85÷1,0. Анализируя степень влияния усадки от поверхностной энергии можно отметить резкий прирост деформа-ций при влажности ϕ = 0,3÷0,35, что соответствует осушению пор радиусом 0,75–1 нм, превалирующих в модели первого уровня.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

Относительная влажность

Деф

ормация

усадки,

мм

/м

Общая усадка

Усадка от капиллярного давления

Усадка от поверхностной энергии

Рис. 1. Общие усадочные деформации

Таким образом, степень влияния поверхностной энергии на деформации

влажностной усадки весьма значительна и не ограничивается диапазоном от-носительной влажности 20–40 %, как предполагалось ранее. Так как капил-лярная усадка не превышает 0,5 мм/м и наблюдается только при достаточно высоких значениях относительной влажности, то она не может рассматри-ваться как определяющая деструкцию структуры. Следует отметить, что предложенные модели не учитывают наличие фаз, ограничивающих усадку, поэтому абсолютные величины деформаций значительно превышают экспе-риментально определенные значения.

Напрямую сопоставить расчетные и экспериментальные данные при рас-смотрении структуры такого масштаба, к сожалению, не представляется воз-можным. Однако косвенно это можно сделать на основе данных о влажност-ной усадке цементного камня (в возрасте 28 сут).

146

Определение деформаций влажностной усадки осуществлялось на образ-цах призмах размеров 4×4×16 см с реперами на торцевых гранях. Образцы вы-держивались до равновесной массы в эксикаторах над растворами серной ки-слоты, концентрация которых подбиралась таким образом, чтобы давление во-дяных паров над поверхностью растворов соответствовало требуемому значе-нию относительной влажности. Усадка определялась для 10 значений относи-тельной влажности: 0,9, 0,79, 0,71, 0,63, 0,52, 0,42, 0,34, 0,23, 0,11 и 0,03. На рис. 2 в графическом виде представлены результаты исследования влаж-ностной усадки цементного камня различных составов, приведенных в таблице.

Исследованные составы цементного камня

Номер состава В/Ц Условия твердения Вид цемента Вид и количество

добавки, %

1 0,28 НВУ –

2 0,30 НВУ –

3 0,28 ТВО –

4 0,30 ТВО –

5 0,24 НВУ С-3 (0,5)

6 0,24 НВУ

Белгородский ПЦ500Д0

С-3 (0,5)+ТФ* (0,5) 7 0,28 НВУ – 8 0,30 НВУ – 9 0,28 ТВО –

10 0,30 ТВО

Оскольский ПЦ500Д0

–

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

00,20,40,60,81Относительная влажность

Деформации усадки

, мм/м

12349107856

Рис. 2. Деформации влажностной усадки

147

Как следует из рис. 2, существует заметная разница в величине усадки беспропарочных составов (составы 1, 2, 5, 6, 7, 8) и составов, подвергнутых тепловлажностной обработке (составы 3, 4, 9 и 10). Данная разница особенно ощутима в диапазоне относительной влажности от 0,7 до 0,1. Это объясняет-ся, во-первых, меньшим объемом пор с радиусом более 5,1 нм, обусловли-вающих капиллярное давление в данном диапазоне влажности, а во-вторых, высокой жесткостью каркаса матрицы ввиду большей закристаллизованности гидросиликатов кальция. Последнее обстоятельство представляется домини-рующим. Подтверждением сказанному служат данные по изменению массы (влагопотери) образцов, приведенные на рис. 3. Согласно этим данным про-паренные образцы теряют не меньше влаги, чем беспропарочные, а в ряде случаев и больше.

Тем не менее, сравнивая величину усадки при минимальной влажности (0,03), различие между составами нормально-влажностного твердения и про-паренными составами незначительно (1,0 и 0,8 мм/м соответственно).

Среди беспропарочных составов выделяется цементный камень, характе-ризуемый пониженным в/ц (составы 5 и 6). Особенность этих составов явля-ется высокая величина усадки при влажности 90 %. По-видимому, это связано с большим объемом пор радиусом свыше 60 нм. Это предположение под-тверждается высокой влагопотерей при данном значении влажности (рис. 3).

Кроме того, упомянутые составы характеризуются более низкой влагопо-терей при влажности свыше 90 %, но при этом их усадка достаточно велика. Причиной этому является, по всей видимости, малая жесткость матрицы.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

00,10,20,30,40,50,60,70,80,91Относительная влажность

Влагопотеря

, %

12349781056

Рис. 3. Влияние относительной влажности на влагопотерю образцов

148

В целом, для всех составов тенденция развития усадочных деформаций прослеживается одинаковая. Различия в абсолютных величинах обусловлены не нано-, а микроуровнем структуры материала (не охватываемом предло-женной моделью).

Для сравнения расчетных и экспериментальных данных удобнее всего воспользоваться представлением зависимости усадки от относительной влажности в дифференцированном виде (рис. 4).

Из рис. 4 следует, что для всех составов характерно наличие двух основ-ных пиков. Первый пик соответствует влажности 0,7÷0,8, а второй – 0,3÷0,4. Причем у пропаренных составов первый пик смещается ближе к 0,8, а у бес-пропарочных – 0,7. Для составов с пониженным в/ц (составы 5 и 6) наблюда-ется дополнительный пик при влажности 0,9.

Сравнение с графиком дифференцированной усадки, полученным по рас-четным данным (рис. 5), позволяет сделать вывод о наличии явных признаков, подтверждающих адекватность модели: наблюдаются два характерных пика.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Относительная влажность

Диф

ференциальная усадка

, ∆ε/∆ϕ

12349107856

Рис. 4. Дифференциальная усадка по экспериментальным данным Следует иметь в виду, что расчетные данные не отражают присутствие в

системе фаз, ограничивающих усадку (зерна клинкера и кристаллогидраты), что приводит к превышению максимальной расчетной усадки относительно экспериментальной в 3 раза. Данные фазы должны быть учтены в моделях следующих масштабных уровней (100–500 нм). Тем не менее, качественное сравнение результатов позволяет сделать вывод о том, что модель достаточ-но адекватно воспроизводит величину влажностной усадки в исследованном диапазоне относительной влажности. Особенно наглядно это видно по харак-терным пикам при ϕ ≈ 0,3 на дифференциальных кривых усадки.

149

Некоторое расхождение расчетных и экспериментальных данных в облас-ти первого пика можно объяснить большей степенью влияния ограничиваю-щих усадку фаз, которые не учитываются моделью. Подтверждение этому служит тот факт, что для составов с наименьшей жесткостью матрицы (соста-вы 5 и 6) также наблюдается пик при влажности 90 %, а у составов с наиболее жесткой матрицей (составы 3, 4, 9, 10) пик сдвигается в область влажности около 70 %. У составов с матрицей средней жесткости (1, 2, 7, 8) упомянутый пик занимает промежуточное положение (80 %).

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

00,20,40,60,81

Относительная влажность

Диф

ференциальная

усадка,

∆ε/ ∆

ϕ

Рис. 5. Дифференциальная усадка согласно расчетным данным

Таким образом, учитывая то, что модель описывает только наноразмер-

ный уровень, расчетные данные в качественном отношении адекватны экспе-риментальным результатам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Комохов, П. Г. Математическое моделирование структуры и свойств цементных ком-

позиций : сб. тр. / П. Г. Комохов, А. М. Харитонов // Мат. Всеросс. науч.-практ. конф. «Строи-тельное материаловедение – теория и практика». – М. : СИП РИА, 2006. – С. 80–81.

2. Харитонов, А. М. Наноструктурная модель цементного камня / А. М. Харитонов // По-пулярное бетоноведение. – 2007. – № 2(16). – С. 41–43.

3. A multi-technique investigation of the nanoporosity of cement paste / H. M. Jennings [and others] // Cement and Concrete Research. – 2007. – Vol. 37. – Рp. 329–336.

4. Комохов, П. Г. Моделирование структуры и усадки цементных композиций / П. Г. Комо-хов, А. М. Харитонов / Матерiали до 46-го мiжнародного семiнару з моделювання i оптимiзацii композитiв – МОК’ 46. Одесса 26-27 квiтня 2007. – Одесса : Астропринт, 2007. – С. 3–6.

5. Харитонов, А. М. Теоретическая оценка величины влажностной усадки цементного ге-ля / А. М. Харитонов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб. : Пе-тербургский гос. ун-т путей сообщения, 2007. – Вып. 1(10) – С. 176–183.

150

УДК 691+666.94 П.С. Красовский, М.А. Любомский Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ВЛИЯНИЕ СОВМЕСТНОГО ВВЕДЕНИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА И УСКОРИТЕЛЕЙ ТВЕРДЕНИЯ

НА ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА

В статье изложены результаты исследований контракции цементов, кинетики пластиче-ской прочности цементного теста в присутствии различных химических добавок.

Сегодня использование цементных бетонов без применения химических добавок принято считать нецелесообразным. Вводимые в незначительных ко-личествах они оказывают существенное влияние на процессы гидратации и кристаллизации, морфологию новообразований и в целом на структуру твер-деющего цементного камня, изменяя тем самым свойства бетонов.

Однако, несмотря на определенные успехи в создании теоретической ба-зы и накопленный практический опыт, важнейшие физико-химические аспекты воздействия добавок до настоящего времени еще неизвестны и требуют до-полнительных экспериментальных работ. Это обусловлено и большим разно-образием компонентов, применяемых для разработки модификаторов, и раз-нообразием местных материалов, используемых для приготовления бетона.

Структура твердеющего цементного камня представлена гидросиликатным гелем и другими новообразованиями коллоидных размеров, неколлоидными частицами Ca(OH)2 и эттрингита, непрореагировавшими зернами клинкера и порами, среди которых выделяют поры геля и капиллярные поры.

Использование суперпластификаторов в технологии бетона приводит к значительному уменьшению доли капиллярной пористости, а переход к вяжу-щим низкой водопотребности практически может свести ее к самым незначи-тельным объемам. Правда, доля гелевой пористости достаточно велика и со-ставляет примерно 28–40 % объема геля [1], причем до 1/3 (т. е. 7–12 %) ее составляет контракционная пористость.

Контракции (стяжению) – явлению уменьшения абсолютного объема систе-мы цемент+вода в процессе гидратации в исследованиях, как правило, не уде-лялось много внимания, поскольку гелевая пористость считается благоприят-ной для цемента, но ее можно использовать для косвенного определения ак-тивности цемента, а главное – характеристики степени гидратации цемента.

Контракция свойственна каждому минералу портландцемента, и может сильно изменяться из-за различной способности минералов к адсорбции до-бавок из раствора. Самая большая контракция происходит при гидратации трехкальциевого алюмината – 27,79 % [1], минерала растворяющегося интен-сивнее остальных и известного своей высокой способностью к адсорбции ПАВ из раствора. Правда, введение гипса может снизить ее до 6,14 % за счет об-разования эттрингита, но как себя С3А поведет в присутствии различных су-перпластификаторов, изучено пока недостаточно.

В ранних исследованиях [2], установивших связь между величинами кон-тракции и степенью гидратации, водоцементное отношение находилось в пределах 0,48–0,53, однако, введение пластификаторов и особенно супер-пластификаторов позволяют снизить В/Ц, а в случае использования ВНВ до-вести его до 0,16 в цементном тесте и 0,2 в бетонах. Это тотчас поставило однозначность выводов [2] под вопрос.

151

Последовательное снижение исходного значения водоцементного отно-шения замедляет процесс гидратации. При В/Ц = 0,33–0,35 соответствующе-му бетонам, используемым при производстве железобетонных шпал, практи-чески вся вода сосредотачивается в цементном камне. Поэтому важным было исследовать влияние различных добавок на величину контракции цемента именно в этом диапазоне В/Ц. В связи с этим нами была принята методика приготовления цементного теста равной пластичности [3]. В работе использо-вались низкоалюминатный цемент Теплоозерского и среднеалюминатный це-мент Спасского заводов, марки М500 ДО и те же цементы, подвергаемые в дальнейшем домолу в присутствии суперпластификатора С-3 (практически получение ВНВ на базе тех же цементов). Поскольку в общих исследованиях преследовалась цель выбора добавок для ускорения твердения, контракци-онные наблюдения проводились в течение 7 сут.

Результаты наблюдений приведены в таблице. Контракция цемента Спасского завода М 500 ДО мл/1000 г цемента

и ВНВ, полученного на его основе

Величина контракции через, час (сутки) Вид добавок В/Ц

1 ч 3 ч 24 ч 2 сут 3 сут 5 сут 7 сут Цемент Спасского завода

без добавок 0,34 0,69 1,79 17,3 – 19,0 22,32 26,81 0,6 % С-3 0,25 1,55 2,15 16,1 – 18,48 21,72 22,43 0,6 % С-3+0,5% NaF 0,267 1,07 1,9 18,9 – 22,44 24,16 25,03 0,6 % С-3+1% Na2CO3 0,292 1,24 1,99 15,94 – 18,9 20,63 21,42 0,6 % С-3+2% Na2CO3 0,312 1,78 2,90 20,65 – 25,44 27,84 28,63 0,6 % С-3 + 1 % Al2(SO4)3 0,272 1,2 1,93 15,62 – 18,24 20,3 20,72 0,6 % С-3 + 2 % Al2(SO4)3 0,277 1,49 2,74 17,99 – 20,85 22,98 23,66 ВНВ 0,16 1,3 2,0 9,4 – 10,5 10,85 11,15 ВНВ + 0,5 % NaF 0,19 1,76 2,54 13,7 – 15,7 16,25 16,88 ВНВ + 1 % Al2(SO4)3 0,17 1,74 2,86 10,03 – 11,0 11,7 12,07 ВНВ + 2 % Al2(SO4)3 0,19 2,08 3,22 13,0 – 14,5 15,3 15,78 ВНВ + 1% Na2CO3 0,18 2,49 3,26 11,25 – 12,7 23,29 14,36 ВНВ + 2% Na2CO3 0,21 2,38 3,54 13,38 – 15,27 16,22 17,04

Цемент Теплоозерского завода Цемент без добавки 0,3 – 1,17 18,33 23,83 26,67 – 29,37 С добавкой 0,7 % С3 0,24 – 2,23 15,83 19,13 2,47 – – 0,7 % С3 + 2 % Na2SO4 0,25 – 2,17 16,27 18,63 20,33 – – 0,7 % C3 + 2 % Al2(SO4)3 0,25 – 4,1 13,2 14,53 15,23 – – 0,7 % C3 + 1 % Kal(SO4)2 0,24 – 4,03 15,83 18,1 19,03 – – ВНВ 0,18 – 2,73 13,4 15,8 16,63 – – 0,7 % ПФМ 0,20 – 2,9 16,53 19,43 21,0 – – ВНВ + 2 % Na2SO4 0,16 – 2,63 12,87 14,33 14,97 – –

152

Введение С-3, как и других ПАВ, существенно затрудняет образование фазовых контактов между кристаллами, что связано с появлением на поверх-ности тел (в результате адсорбции и хемосорбции) двухмерных структур, со-стоящих из моно или полимолекулярных слоев, ориентированных поляри-зующими группами к активным гидрофильным центрам поверхности. Такая ориентация может протекать с частичным вытеснением адсорбционной воды с поверхности твердой фазы с существенным замедлением гидратационного процесса. Правда, в случае с суперпластификатором С-3 этот эффект сгла-живается, по-видимому, за счет ионов SO4, присутствующих в СП благодаря технологии его получения. Однако и в этом случае процесс растворения ис-ходных веществ и выделение новых фаз определяется помимо химической природы СП, его дозировкой к массе цемента, которая определяет толщину экранирующих пленок, и водосодержанием в системе, которое регулирует равновесие между количеством СП в жидкой фазе и адсорбционных слоях. В нашем случае при концентрации СП – 0,6 % его с избытком хватает на то, чтобы покрыть цементные частицы цемента полимолекулярным слоем и за-медлить этим процесс гидратации, а водосодержание (В/Ц = 0,25÷0,34) по-зволяет предполагать, что оно приближается к тому минимуму, который явля-ется границей содержания воды в системе, не способствующей эффективно-му набору прочности по традиционной схеме.

Но низкая степень гидратации не всегда определяет низкую прочность. Особенно это проявляется в прессованных бездобавочных цементах водного твердения [4]. Авторами отмечено, что добавка СП в некоторых цементах не столь сильно, как дефицит воды, замедляет гидратацию и блокирует форми-рование суточной прочности. Убедительно показано, что при введении до 1 % СП С-3 гидратная фаза может образовываться в достаточном количестве, но находится в виде субмикроскопических зародышей, сращивание которых бло-кируется адсорбционными пленками на них, в результате чего формирование прочности не происходит.

И все же эффекты водоредуцирования, пластификации и сохранности, по-казателей удобоукладываемости однозначно связываются с замедлением гидратации и низким темпом нарастания ранней прочности. Обращаясь к дан-ным таблицы, следует отметить, что в первые три часа в смесях с С-3 гидра-тация идет значительно быстрее, чем в бездобавочном цементе, что вероятно можно объяснить пептизацией флокул и быстрым накоплением субмикроско-пических зародышей и объединяющихся в систему тоберморитового геля с увеличенным объемом контракционных пор.

К 8-часовому периоду гидратации разница зафиксирована еще большей, однако к суточному возрасту и далее до 7 сут объем контракционных пор ста-новится большим в цементах без добавок СП.

Попытка устранить или хотя бы ослабить замедляющее действие СП за счет дополнительного использования добавок электролитов при первона-чальном смешении Спасского цемента с СП, а затем с электролитами, рас-творенными в остатке воды затворения, привели к повышению контракции в возрасте до 5 сут при использовании 0,5 % NaF, 2 % Na2C03 и 2 % AI2(S04)3, хотя к 7 сут положительный эффект сохранился лишь в случае 2 % Na2C03.

153

В пробах на Теплоозерском цементе ни один из ускорителей не привел к повышению контракции.

Активизация цемента за счет домола (давно известный прием), сдержива-лась увеличением удельной поверхности цемента, сопровождающейся увели-чением водопотребности. Введение суперпластификаторов в цемент при его помоле позволило снять эту проблему. Но получение ВНВ при расходах СП в количестве, как правило, вдвое большем, чем при введении суперпластифи-катора в бетоносмеситель еще сильнее обостряет вопрос о скорости гидра-тации цемента в раннем периоде.

Полученные результаты позволяют утверждать, что введение суперпла-стификаторов типа С-3, ПФМ и др. приводит к замедлению гидратации цемен-та, снижаемому в помощью добавок электролитов, но окончательное влияние добавок на прочность бетона предсказать трудно, так как там может сказаться ряд факторов и прежде всего снижение В/Ц и уменьшение общего объема пор. Во всяком случае, для окончательных выводов необходимы дополни-тельные исследования тепловыделений цемента, изменения пластической прочности цементного теста и других.

Дело в том, что процессы, происходящие в твердеющем цементном камне, в начальной стадии твердения во многом предопределяют получение тех или иных структур цементного камня и в значительной мере влияют на их свойст-ва. Для твердеющего цементного камня характерно в начальной стадии твер-дения образование коагуляционной структуры, переходящей в дальнейшем в кристаллизационную. В начальной стадии твердения процессы структурооб-разования в цементных пластах определяются изменением реологических и структурно-механических констант τк, tgα, Рmк во времени [5].

Для всех кривых пластической прочности (рисунок), полученных с помо-щью конического пластометра МГУ [6], характерно наличие периодов, харак-теризующих определенные физико-механические процессы, происходящие в твердеющей цементной суспензии.

Первый период – неустановившейся скорости нарастания пластической прочности оказался очень коротким. В этот момент происходит интенсивное увеличение поверхности твердой фазы (до 200–300 м2/г) концентрированной суспензии вследствие образования новой тонкодисперсной субмикрокристал-лической фазы выделяющихся продуктов. При низких константах растворимо-сти продуктов гидратации и высоких пересыщениях развивается большая ско-рость выделения новой фазы и, следовательно, в единице объема выделяют-ся большее число частиц новообразований. Этот период так короток, что пока длится перемешивание теста, размещение его в кольце прибора Вика и уста-новка на рабочем столике пластометра (примерно 10 мин) тесто уже успевает пройти эту стадию, и мы фиксируем его начальную прочность.

Во втором периоде структурообразования происходит интенсивное выде-ление образований в виде отдельных кристаллов в тонко дисперсном состоя-нии с одновременным ростом кристаллов, что замедляет рост удельной по-верхности твердой фазы. Пластическая прочность также возрастает с малой скоростью, так как при этом удельная поверхность не изменяет характера кон-тактов твердой фазы через водные оболочки. Количество адсорбционно-

154

связанной воды увеличивается за счет связывания иммобилизованной воды вновь образующимися поверхностями твердой фазы. В этот период структура сохраняет тиксотропные свойства.

Рисунок. Кинетика пластической прочности цементно-го теста на Спасском цементе: 1 – без добавок; 2 – с добавкой 1 % Na2CO3; 3 – 1 % Al2 (SO4)3; 4 – 1 % мо-чевина; 5 – 0,5 % NaF; 6 – 1 % NaF

В цементном тесте без добавок этот период занимает примерно 2 ч 00 мин

и его конец совпадает с началом схватывания цемента. В третьем периоде коагуляционная структура начинает постепенно приоб-

ретать свойства жесткого геля. Однако в его начале все еще преобладают контакты, характерные для коагуляционной структуры, и поэтому в данный период система сохраняет тиксотропные свойства твердеющего теста. Посте-

155

пенно коагуляционные процессы начинают уступать приоритет кристализаци-онным. Прочность системы начинает интенсивно увеличиваться, и конец третьего периода совпадает с окончанием схватывания цемента. В четвертом периоде интенсивно нарастает пластическая прочность цементного камня, причем скорость ее развития постоянна.

В зависимости от вида вводимых добавок второй и третий периоды фор-мирования пластической прочности цементного теста изменяются. При вве-дении суперпластификатороа С-3 прочность теста во втором периоде по сравнению с «чистым» тестом увеличивается довольно быстро, что можно объяснить разрушением флокул и быстро увеличивающейся поверхностью частиц, однако, в дальнейшем переход в кристаллизационную структуру за-медляется. Конец схватывания наступает позже, да и дальнейшее упрочнение системы идет гораздо медленнее, чем в тесте без добавок. Резкое увеличе-ние поверхности за счет формирования новообразований при введении доба-вок мочевины и соды практически приводит к стиранию границ всех выделен-ных четырех этапов твердения теста.

Это интенсивное нарастание прочности на втором и третьем этапах сви-детельствует о формировании крупнокристаллических структур цементного камня в присутствии добавок, сопровождающимся созданием крупнопоровой структуры на этих этапах. Положительное влияние введения С-3 сказывается на четвертом этапе. Тангенс угла наклона кривых для теста с добавками ста-новится ниже тангенса угла теста без добавок. Это снижает возможность воз-никновения опасных напряжений в структуре, приводящих к появлению де-фектов в цементном камне с добавкой С-3, свидетельствует о формировании более тонкокристаллической структуры камня в дальнейшем и в этом кроется положительная функция суперпластификатора в комплексе добавок.

К этому периоду структура цементного камня оказывается в основном сформированной. На дальнейшей стадии твердения цементного камня про-цессы образования новых фаз и перекристаллизации продуктов гидратации могут происходить лишь в поровом пространстве цементного камня. Сечение капилляров при этом будет уменьшаться, но принципиально геометрия поро-вого пространства остается без изменений. Развитие таких процессов в более позднем возрасте оказывается более интенсивным в цементном тесте с до-бавками С-3.

Все это отлично подтверждается данными исследований контракции, ко-гда высказывалось предположение об активном разрушении флокул и уско-рении гидратации в первые часы твердения теста. В дальнейшем контракция замедлялась, правда, это обнаруживалось позднее, чем при исследовании пластической прочности. Но не будем забывать, что пластическая прочность цемента определялась при еще более низком В/Ц чем контракция.

При введении добавок С-3 и затем NaF (1 %) и AI2(S04)3 (1 %) пластиче-ская прочность во втором периоде уже начинает превышать прочность теста без добавок, и сам период при введении СП С-3 можно принять равным 2,5 ч, как и в цементе без добавок, но характер третьего периода меняется. Он рас-тягивается во времени до 6 ч вместо 4 и превращение тиксотропной структу-ры в структуру жесткого геля идет при более высоких прочностях системы.

156

При добавлении в тесто добавок ускорителей 1, 2, 3 периоды сливаются в одно целое, что свидетельствует об интенсивных процессах увеличения удельной поверхности частиц цемента и новообразований в присутствии су-перпластификатора и ускорителей и именно в этот период можно предпола-гать образование в тесте достаточно крупнопоровой системы. В четвертом периоде темпы формирования структуры и прочности системы замедляются, и угол наклона прямых в этот период свидетельствует о более благоприятных процессах формирования структуры бетона в присутствии добавок. В конеч-ном итоге два этих процесса: раннее и более позднее формирование структу-ры твердеющего цементного теста и определяют конечную структуру цемент-ного камня, которую можно исследовать методом водопоглощения или более точными методами исследования структуры.

Исследование пластической прочности теста без добавок суперпласти-фикатора С-3 при введении тех же ускорителей показало, что все этапы формирования прочности системы проходят намного быстрее, чем в присут-ствии пластификатора.

Исследования теста на ВНВ показали, что домол привел к настолько вы-сокой «активизации» формирования прочности цементным тестом, что на этот процесс не смогла оказать замедляющего влияния даже высокая концентра-ция С-3 (2 %). Весь период набора прочности до 60 кгс/см2 уложился в преде-лы 1 ч.

Аналогично ведут себя пробы и на низкоалюминатном Теплоозерском цементе. На таком фоне и 1 % соды, и 1 % мочевины не смогли показать никакого

дополнительного улучшения. Тем более что сама технология подготовки пробы к испытанию заключается первоначально в перемешивании цемента с супер-пластификатором, разбавленным частью воды затворения. Только затем с ос-татками воды вводятся ускорители твердения. За это время суперпластифика-тор настолько плотной пленкой экранирует частицы цемента, что пробиться к нему ускорителям чрезвычайно трудно, да и плотность системы, формирую-щейся из разрушенных флокул, также, по-видимому, оказывает свое влияние на процессы, протекающие в таком тесте. Очевидно, утверждение о зависимо-сти роста прочности системы от степени гидратации в данном случае пришло в явное несоответствие с процессами, протекающими в таких условиях.

Подводя итоги, следует отметить, что результаты исследования пласти-ческой прочности подтвердили полностью результаты исследований кон-тракции цемента и показали необходимость дополнительных исследований структуры порового пространства, формируемого в присутствии добавок, по-скольку видимо именно эти данные помогут окончательно установить эф-фективность добавок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пауэрс, Т. С. Физическая структура портландцементного теста / Т. С. Пауэрс // Химия

цементов. – М. : Стройиздат, 1969. 2. Сборник контракционных методик ускоренного определения основных свойств це-

ментных материалов. – М. : ГНМЦ ГП «ВНИИФТРИ», 2002. – 109 с. 3. Калашников, В. И. Особенности процесса гидратации и твердения цементного камня с

модифицирующими добавками [Текст] / В. И. Калашников, В. С. Демьянова, И. Е. Ильина // Известия вузов. Строительство. – 203. – № 6. – С. 26–29.

4. Ребиндер, П. А. / П. А. Ребиндер, Н. А. Семененко // ДАН СССР. – 1949. – Т. 64. – № 6. 5. Калмыкова, Е. Е. / Е. Е. Калмыкова, Н. В. Михайлов // Бетон и железобетон. – 1957. – № 4.

157

УДК 624.0:534 А.И. Антонов*, А.В. Головко**, В.И. Леденев*, А.М. Макаров*

*Тамбовский государственный технический университет Тамбов, Россия

**Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ШУМОВЫХ ПОЛЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

В статье рассмотрены актуальные вопросы расчёта звуковых полей в помещениях про-изводственных зданий. В качестве расчётной модели принят комбинированный статистиче-ский энергетический метод, учитывающий смешанную картину отражения звука от огражде-ний помещения. Достоинством такой расчетной модели является возможность ее примене-ния для расчетов уровней звукового давления в помещениях сложной формы. Реализация модели выполняется с использованием современной вычислительной техники. В настоящее время разработана компьютерная программа, обеспечивающая выполнение расчетов уров-ней звукового давления в помещениях любой сложной формы. В работе произведено срав-нение теоретических и экспериментальных значений уровней шума в производственном по-мещении при использовании различных моделей отражения звука. Рассматриваемая мо-дель обеспечивает более высокую точность результатов расчетов.

Одним из компонентов процесса проектирования шумозащиты в произ-водственных помещениях является расчет энергетических параметров шума. Выбор расчетной модели во многом определяется характером отражения зву-ковой энергии от поверхностей ограждений. Отражение звука от ограждений помещения происходит по сложным пространственным зависимостям, опре-деляемым формой поверхности, структурой материала ограждений, углом па-дения и частотой звуковых волн. Описание таких зависимостей в общем виде достаточно сложно. В связи с этим при практических расчетах в основном ис-пользуются две идеализированные модели отражения, а именно, модели с зеркальным или диффузным характерами отражения звука (рис. 1, а, б).

Как показывает практика, методы расчета с использованием зеркальной модели отражения звука занижают уровни звукового давления в ближней и источнику зоне и существенно завышают их в дальней. Наоборот, при диф-фузной модели отражения расчетные уровни в дальней зоне, как правило, оказывается более низким по сравнению с реальными значениями. Таким об-разом, при разработке расчетных методов необходимо использовать более

Рис. 1. Характер отражения звуковой энергии от поверхностей с раз-личными свойствами: а – зеркальное (направленное) отражение; б – диффузное (рассеянное) отражение, в – смешанное отражение

б

θ

а

θ

в

θ θ

158

объективные модели отражения звука, и в частности, модель смешанного от-ражения (рис. 1, в), при которой часть энергии отражается зеркально, а ос-тальная энергии распределяется диффузно.

Рис. 2. Экспериментальные и расчетные уровни отра-женной энергии в производственном помещении разме-рами 198×15×12.5 м (среднегеометрические частоты 1 и 4 кГц): – экспериментальные данные; 1 – расчет при зеркальной модели отражения; 2 – расчет при диффуз-ной модели отражения; 3 – расчет при смешанной моде-ли отражения, в случае 70 % перехода энергии из зер-кальной в диффузную

80

75

60

105

70

95

100

90

L, дБ

4 8 16 32 64 80 128 r, м

65

75

55

85

80

1

3

2

1

3

2

Lp = 106 дБ αср = 0,15

Lp = 127 дБ αср = 0,26

159

При таком характере отражения для оценки распределения звуковой энер-гии нами предложен комбинированный метод расчета. В предложенном мето-де распределение зеркально отраженной звуковой энергии описывается ме-тодом прослеживания (ray tracing) [1], а диффузная составляющая оценивает-ся численным статистическим энергетическим методом [2].

Достоинством такой расчетной модели является возможность ее примене-ния для расчетов уровней звукового давления в помещениях сложной формы. Реализация модели выполняется с использованием современной вычисли-тельной техники. В настоящее время нами разработана компьютерная про-грамма, обеспечивающая выполнение расчетов уровней звукового давления в помещениях любой сложной формы. Программа дает возможность моделиро-вать любой характер отражения звука в соответствии с указанными выше на рис. 1 схемами. При идеальной зеркальной модели отражения (рис. 1, а) рас-чет уровней звукового давления в программе выполняется методом просле-живания лучей. При диффузной модели отражения (рис. 1, б) расчеты произ-водятся численным статистическим энергетическим методом. В случае ис-пользования смешанной модели отражения (рис. 1, в) зеркально отражаемая часть энергии описывается методом прослеживания лучей. При этом учиты-вается, что в процессе отражения часть зеркально направленной энергии пе-реходит в диффузно отраженную энергию, расчет которой выполняется чис-ленным статистическим энергетическим методом. При этом прослеживание лучей в программе производится до тех пор пока их энергия за счет поглоще-ния на ограждениях, перехода зеркальной части энергии в диффузную и по-глощения в воздушной среде не уменьшится в 106 раз.

Сложным и достаточно неопределенным моментом при использовании смешанной модели отражения является установление степени распределения отраженной энергии между зеркальной и диффузной составляющими. Для вы-явления соотношения зеркальной и диффузной составляющих была произве-дена серия расчетов для реальных производственных помещений с после-дующим сравнением результатов расчетов с экспериментальными данными. Установлено, что с достаточной для практики точностью в реальных производ-ственных помещениях на зеркальную отраженную составляющую приходится 30 % энергии. Остальную энергию можно считать диффузно рассеянной. В мо-дельных помещениях с гладкими отражающими поверхностями (оргстекло, ЦСП и т. п.) доля зеркальной отраженной энергии может достигает 50 %.

Пример расчета уровней шума в производственном помещении при раз-ных моделях отражения звука дан на рис. 2. Видно, что комбинированная мо-дель обеспечивает более высокую точность расчетов при смешанном отра-жении звука.

Таким образом, предложенный комбинированный метод и его программ-ная реализация дают возможность решать задачи по проектированию средств шумозащиты в помещениях сложной геометрической формы с учетом реаль-ного характера отражения звука от поверхностей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Schroeder, M. R. Computer models for concert hall acoustics / M. R. Schroeder // Amer. J.

Phys. – 1973. – Vol. 41. – № 4. – Р. 461–471. 2. Леденев, В .И. Статистические энергетические методы расчета шумовых полей при

проектировании производственных зданий / В. И. Леденев. – Тамбов, 2000. – С. 156.

160

УДК 69.001.76+005.336.3 А.А. Пиотрович, К.Е. Левушкина Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

НАПРАВЛЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА

В СТРОИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

В статье охарактеризованы и выявлены основные направления и проблемы внедрения системы менеджмента качества в строительных организациях Дальнего Востока. Раскрыты актуальность темы, исторические этапы развития системы менеджмента качества в России; приведен анализ результатов практического применения, разработки и внедрения системы менеджмента качества на примере крупной строительной организации Дальнего Востока.

Человечество стоит на пороге перехода в новую цивилизацию – «цивили-зацию качества». XXI в. объявлен многими международными организациями, в частности, организацией по стандартизации (ИСО), веком качества. Качест-во стало показателем высокой эффективности труда в обществе, источником национального богатства и, что особенно важно, фактором выхода из соци-ального и экономического кризисов.

Для обеспечения требуемого качества в различных областях жизни Рос-сии необходимо перейти к новой системе, гармонически сочетающей исполь-зование механизмов рыночной конкуренции, целевых инвестиций, совершен-ствования форм организации производства, стандартизации, сертификации и др. Необходима также кропотливая и последовательная работа организаци-онного и научно-исследовательского плана. Потребителям необходима про-дукция, характеристики которой удовлетворяли бы их потребности и ожида-ния. Поскольку потребности и ожидания потребителей меняются, организации также должны постоянно совершенствовать свою продукцию и свои процессы.

Историю развития управления качеством продукции в России можно про-следить, начиная со времен правления Ивана Грозного (введены калибры для измерения пушечных ядер), Петра I (элементы стандартизации и взаимозаме-няемости, госконтроля и госнадзора). В 1926 г. был утвержден первый обще-союзный стандарт, а к 1975 г. их действовало уже около 20 тысяч.

Стандарты ИСО серии 9000:2000, разработанные Международной органи-зацией по стандартизации, содержат требования к системе менеджмента ка-чества (СМК), основанные на опыте передовых организаций многих стран ми-ра. Наличие сертификата, подтверждающего соответствие организации меж-дународному стандарту ИСО 9001:2001 [4], характеризует предприятие как надежного партнера.

Реализация требований стандарта ГОСТ Р ИСО 9001:2000 в отечествен-ных организациях в большинстве случаев не получила ожидаемого результа-та, а именно – повышения уровня удовлетворенности потребителей. Получи-лось это потому, что почти на всех предприятиях системные принципы в ком-плексе реализованы не были. К разработке систем подходили формально. Руководство предприятий не возглавляло эту работу и не оказывало сущест-венной поддержки тем, кто ее проводил. Сущность управления качеством за-

161

ключалось в определении и регламентации требований к уровню качества продукции, в контроле реализации этих требований. Такое управление было единственно возможным в условиях планово-распределительной системы управления народным хозяйством, основу которой составляли командно-административные методы. Это обстоятельство обусловило «нажимной» ха-рактер распространения и внедрения КСУКП (комплексные системы управле-ния качеством продукции), что привело в основном к формальному подходу в создании систем.

Реальная ситуация, сложившаяся в настоящее время на отечественном строительном рынке, резко изменила подход к проблеме качества. Сегодня уже мало гарантировать качество только на этапе контроля готовой продук-ции. Проблема качества должна решаться на протяжении всего жизненного цикла строительной продукции: при проектировании, изготовлении строитель-ных материалов, строительстве и эксплуатации объекта, что приведет к по-вышению дохода за счет уменьшения непроизводительных затрат на исправ-ление дефектов, снижению штрафных санкций за низкое качество, расходов на ремонт.

В современных условиях для многих строительных организаций создание системы качества на базе стандартов ИСО серии 9000 становится чрезвы-чайно актуальной задачей и практически выполнимой, что способствует ак-тивному внедрению в менеджмент организации системного и процессного подходов, ориентации менеджмента на потребителей и учету интересов всех заинтересованных в деятельности организации сторон.

Опыт внедрения системы менеджмента качества в строительной отрасли выявили ряд проблем и нерешенных задач:

– формальное отношение к внедрению СМК (готовятся документы, оформ-ляется сертификат и все);

– нереализованность одного из основных принципов вовлеченности каждо-го работника в процессе улучшения качества продукции, что является неотъ-емлемой частью работоспособной СМК предприятия в целом. Решение этого вопроса является актуальной задачей, как теоретической, так и практической.

Любое производство состоит из многих процессов, за конечный результат которых должен отвечать руководитель конкретного процесса (хозяин процес-са), что является основой процессного подхода. В ходе жизненного цикла по-являются внутренние потребители, определяющие требования к продукции внутренних поставщиков (мини-рынок). В результате получается полный и де-тальный контроль качества на всех этапах производства. Международный опыт свидетельствует о действенности этого подхода. В Российской Федера-ции решение этой проблемы не менее актуально на сегодняшний день.

Считается, что управление качеством начинается с подготовки кадров и заканчивается подготовкой кадров. Кадры являются главным ресурсом в сис-теме качества, поскольку факторы, создающие условия для обеспечения и улучшения качества, в первую очередь, не технические и даже не экономиче-ские, а социальные.

Наш опыт работы по разработке и внедрению СМК в строительных орга-низациях Дальнего Востока позволяет сделать некоторые выводы по основ-ным проблемам и направления их решения.

162

С позиций мотивации разработки и внедрения СМК можно выделить три типа предприятий, работающих на строительном рынке Дальнего Востока (см. рисунок).

1 группа 2 группа 3 группа

Рисунок. Типы предприятий: – строительное предприятие;

– внешняя среда; – вектор мотиваций предприятия на раз-работку и внедрение СМК

К первой группе (см. рисунок) мы относим передовые предприятия, которые

активно расширяют свою деятельность в целях достижения успеха на строи-тельном рынке. Эти предприятия по собственной инициативе разрабатывают и внедряют СМК, подтверждают свое качество органам сертификации междуна-родного и федерального уровня, в том числе имеют сертификат соответствия стандартов ГОСТ Р ИСО серии 2000. Количество таких предприятий невелико, в основном к ним относятся строительные компании с высоким уровнем про-фессионального авторитета в отрасли, работающие на опережение.

Вторая группа – это предприятия, которых ситуация, складывающаяся на строительном рынке, рост требований к продукции, конкуренция заставляют разрабатывать и внедрять СМК. С такими предприятиями заказчики готовы работать при условии прохождения ими сертификации по СМК. В качестве примера можно привести строительные предприятия о. Сахалин, где основ-ными заказчиками являются зарубежные фирмы, требующие наличие серти-фиката соответствия.

Третья группа – предприятия, работающие на прежнем уровне и «не видя-щие смысла» во внедрении СМК. В основном это происходит из-за отсутствия конкуренции. Для таких строительных предприятий пока не сложились усло-вия, создание мотивов для разработки и внедрения СМК.

Тенденция развития отношений между строительными предприятиями и их заказчиками показывает, что факторы мотивации к разработке и внедре-нию СМК будут усиливаться из-за роста конкуренции на строительном рынке, повышения требований к качеству продукции со стороны заказчика.

Следует отметить некоторые особенности практического опыта по разра-ботке и внедрению СМК на примере крупного дальневосточного предприятия строительной механизации. На протяжении двух лет консалтинговая фирма проводила работу по подготовке предприятия к сертификации. На основе по-лученных данных нами был проведен диагностический аудит, который пока-зал следующие группировки проблем внедрения СМК:

163

По структуре стандарта ГОСТ Р ИСО 9001-2001: – по разделу 5 «Ответственность руководства»: наличие устаревшей до-

кументированной политики в области качества, т. е. корректировка ее не про-водилась и не была запланирована; отсутствие целей в области качества;

– по разделу 4 «Управление записями»: записи по качеству (методологи-ческая инструкция «Управление записями») существуют, но не ведется их хранение, идентификация, защита, отсутствует порядок управления записями, а также не назначены ответственные за выполнение соответствующих запи-сей. Практическая работа с записями по качеству не налажена;

– по разделу 8 «Измерение, анализ, улучшение»: проведение и анализ корректирующих действий не реализуется, предупреждающие действия по СМК отсутствуют, нет контроля за несоответствующей продукцией и ответст-венного за управлением продукцией;

Документация СМК разработана не в полном объеме (около 80 %). Подго-товлены в основном документы, требуемые стандартом при создании СМК, но отсутствуют документы, сопутствующие непосредственно самой работе сис-темы на низовом уровне (разделы СМК в должностных инструкциях, проведе-ние внутренних аудитов, оперативная документация по СМК). Именно эти до-кументы позволят работать всей системе.

Подготовка кадров по внедрению СМК проведена только на уровне руково-дства, а не для низовых ступеней работников предприятия. Важна не только внешняя, но и внутренняя мотивация по СМК, необходимо назначить уполно-моченного по качеству в низовых подразделениях. Принцип вовлеченности ка-ждого сотрудника является основополагающими на стадии внедрения и работы СМК. Обеспечение вовлеченности в низовом уровне остается большой про-блемой. Без реализации этого невозможно ждать положительных результатов.

Отсутствие проведения внутренних аудитов. Проведение аудитов являет-ся составляющей частью работы системы, так как включает в себя обучение аудиторов и систему проведения (планирование аудита, его проведение, вы-явление отступлений от норм стандарта и соответственно планирование кор-ректирующих действий, отчет по устранению несоответствий, анализ прове-денной работы и, главное, результат). Недостаточно только провести серти-фикацию предприятия, важно контролировать «изнутри» работу предприятия в области обеспечения качества постоянно.

Выводы Необходимость внедрения и сертификации системы менеджмента качест-

ва в предприятиях строительной отрасли диктуется предстоящим вступлени-ем России в ВТО (участием во всемирном процессе торговли, глобализацией экономики), а также растущей конкуренцией на строительном рынке.

Уровень предприятий первого типа может служить эталонным образцом в области качества. Количество предприятий второго типа (внедряющих СМК) с каждым днем увеличивается за счет перехода в него предприятий третьего типа в связи с постоянно растущими требованиями, конкуренцией, знаниями в этой области, а также объективной необходимостью работать «в духе времени».

В процессе внедрения СМК можно выделить ряд проблем, характерных практически для каждого предприятия. Ввиду малого опыта применения СМК в

164

строительных предприятиях Дальнего Востока, много вопросов в этой области не решены и требуют дальнейших разработки, анализа и исследования. Необ-ходима разработка новых методик, планов, превентивных мер для того, чтобы СМК была работоспособной на основе реализации принципа вовлеченности с начала внедрения, а не исправление и корректировка «ошибок» после.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ефимов, В. В. Управление качеством : учеб. пособие / В. В. Ефимов. – Ульяновск :

Ульяновский гос. техн. ун-т, 2000. – 123 с. 2. Розова, Н. К. Управление качеством / Н. К. Розова. – СПб. : Питер, 2003. – 224 с. –

(Серия «Краткий курс»). 3. Аблатыпов, Т. Г. Разработка эффективной системы менеджмента качества / Т. Г. Аб-

латыпов // Развитие регионального туризма в городах всемирного культурного наследия: опыт и перспективы : мат. междунар. науч.-практ. конф. – Казань : Изд-во Академии управ-ления «ТИСБИ», 2005.

4. ГОСТ Р ИСО 9001-2001. Системы менеджмента качества. Требования. – М. : ИПК Из-дательство стандартов, 2001. – 26 с.

5. Белобрагин, В. Я. Региональная экономика: проблемы качества / В.Я. Белобрагин. – М. : СМС, 2001. – 282 с.

УДК 624.04 А.В. Шестаков Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

ФОРМИРОВАНИЕ МАТРИЦ ПОДАТЛИВОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕ-НИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМАХ ПРИ НЕ-ЛИНЕЙНЫХ ГРУЗОВЫХ И ЕДИНИЧНЫХ ЭПЮРАХ УСИЛИЙ И

ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ СТЕРЖНЯ НА ИЗГИБ

Приводится формирование матрицы податливости для стержневых систем со стержня-ми переменной жесткости с криволинейными эпюрами усилий. Функции усилий и жесткости

представлены квадратичными зависимостями.

При решении этой задачи в матрич-ной форме, криволинейная эпюра уси-лий в пределах участка разделяется в работе [1], на линейную трапециевид-ную и криволинейную параболическую со средней ординатой f (рис.1). Алго-ритм Аргироса [1]

Si расч = [S0 – (Si

’GSj)–1Si’GS0]p. (1)

При этом переменная жесткость на

изгиб определяется в зависимости от формы поперечного сечения (прямо-угольная, круглая) при линейном из-

165

менении размеров сечения h, b, d в пределах участка. При перемножении матриц в алгоритме Аргироса сформированных из подобных эпюр по длине всего пролета общая матрица податливости G формируется из трех обособ-ленных блоках, поскольку перемножается при вычислении перемещений, бу-дут три разных сочетания эпюр.

( ) ( )( )∑ ∫=

l jiij ,d

DSS∆

ξξ

ξξδ

0

( ) ( )( ) .d

DSSl i∑ ∫=

∆ξ

ξξξ∆

0

010 (2)

Рассмотрим другой вариант представления криволинейных эпюр Si(ξ),

Sj(ξ), S0(ξ), D(ξ) (рис. 2). Каждая эпюра, входящая в подинтегральное выра-жение в формуле Мора (2), представляется полиномом второй степени.

( ) ,aaaS 2

210i ξ⋅+ξ⋅+=ξ

( ) ,bbbS 2210j ξ⋅+ξ⋅+=ξ (3)

( ) ,cccD 2210 ξ⋅+ξ⋅+=ξ

Коэффициенты a, b, c в этих интерполяционных полиномах вычис-

ляются по формулам (4)

a0 = S1i, a1 = –3S1i + 4S2i – S3i, a2= 2S1i – 4S2i + 2S3i. (4) Аналогичные значения имеют коэффициенты bi, ci.

Интеграл ∫1

0

)()(

)()(ξ

ξξξ

dD

SS ji с учетом выражений (4), представим следую-

щим образом

=+−+−+−+

=

=++++

=

∫

∫∫

ξξ

ξξ

ξξ

ξξξξξ

ξξξ

dD

SSSSSSS

dD

bbbaaаd

DSS

iiiiiiij

ji

1

0

22321321

1

0

2210

2210

1

0

)(])242()43([

)())((

)()(

)()(

(5)

∫∫ ∫

∫∫ ∫

∫ ∫∫

+−+−+−++−+

++−+−+−+−+−+

++−+−+−+=

1

0

4

321

1

0

1

0

3

321

2

1321

1

0

3

321

1

0

1

0

2

3211321

1

0

1

0

2

321

1

032111

])(

)242()(

)43()(

)[242(

)(}242(

)()43(

)()[43(

)])(

)242()(

)43()(

[

ξξξ

ξξξ

ξξξ

ξξξ

ξξξ

ξξξ

ξξ

ξξξξ

ξξ

DdSSS

DdSSS

DdSSSS

DdSSS

DdSSS

DdSSSS

dD

SSSdD

SSSDdSS

jjjjjjjiii

iiijjjjiii

jjJjjjji

166

обозначив в выражении (5)

∫=

=1

0)(ϕ

ξξ

Dd

, (6)

∫=

=1

1)(ϕ

ξξξ

Dd

, (7)

∫=

=1

2

2

)(ϕ

ξξξ

Dd

, (8)

∫=

=1

3

3

)(ϕ

ξξξ

Dd

, (9)

∫=

=1

4

4

)(ϕ

ξξξ

Dd

, (10)

учитывая (6)–(10), сгруппируем, раскрывая произведения в выражении (5) следующим образом

∫1

0

)()(

)()(ξ

ξξξ

dD

SS ji =

++−+−+−+−= )46269323([ 43232121011 ϕϕϕϕϕϕϕϕϕji SS ++−−++−+−++−−+ )]42632()88121244( 43322134332212 ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ jj SS

+−+−+−+ )81248124([ 43232112 ϕϕϕϕϕϕji SS +−++−++−−+ )]8484()16161616( 4332343322 ϕϕϕϕϕϕϕϕ jj SS

++−+−+−+ )46223([ 43232113 ϕϕϕϕϕϕji SS )]422()8844( 4332343322 ϕϕϕϕϕϕϕϕ +−−+−++−+ jj SS . (11)

После преобразования выражения (11) можно представить так:

∫1

0

)()(

)()(ξ

ξξξ

dD

SS ji =

++−+−= )412136([ 4321011 ϕϕϕϕϕji SS ++−+−+−+−+ )]485()820164( 4321343212 ϕϕϕϕϕϕϕϕ jj SS

+−+−+ )820164([ 432112 ϕϕϕϕji SS +−+−++−+ )]8124()163216( 43234322 ϕϕϕϕϕϕ jj SS

++−+−+ )485([ 432113 ϕϕϕϕji SS )]44()8124( 43234322 ϕϕϕϕϕϕ +−+−+−+ jj SS . (12)

167

Обозначая выражения в круглых скобках через

4321011 412136 ϕϕϕϕϕψ +−+−= ,

432112 820164 ϕϕϕϕψ −+−= , 432113 485 ϕϕϕϕψ +−+−= ,

432121 820164 ϕϕϕϕψ −+−= ,

43222 163216 ϕϕϕψ +−= , 43223 8124 ϕϕϕψ −+−= ,

432131 485 ϕϕϕϕψ +−+−= ,

43232 8124 ϕϕϕψ −+−= , 43233 44 ϕϕϕψ +−= . (13)

Замечаем, что 2112 ψψ = , 3113 ψψ = , 3223 ψψ = . В выражениях (13) kϕ может быть представлено в общем виде так

∫=1

0 )(ξ

ξξϕ d

D

л

k (14)

и зависит от закона изменения жесткости при рассматриваемой деформации на данном участке.

Принимая интерполяционный полином любого вида для зависимости )(ξD в выражении (14), можно вычислить значения функций mnψ по формулам (13).

Теперь интеграл (2) представим с учетом полученного выше результата так:

)()(

)()()(

)()(

33332231132332222112

1331221111

1

0

ψψψψψψ

ψψψξξ

ξξ

jjjijjji

jjjiji

SSSSSSSS

SSSSdD

SS

++++++

+++=∫

. (15)

Или в матричной форме

jTi SfS ⋅⋅=∫

1

0

)()(

)()( ξ

ξξξ

dD

SS ji ,

где

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

i

i

i

SSS

3

2

1

iS , ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

j

j

j

j

SSS

3

2

1

S , ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

333231

232221

131211

ψψψψψψψψψ

f . (16)

Таким образом,

[ ] .)()(

)()(

3

2

1

333231

232221

131211

1321

1

0 ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⋅

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⋅=∫

j

j

j

iiiji

SSS

SSSdD

SS

ψψψψψψψψψ

ξξ

ξξ (17)

168

Матрица f в общем случае симметрична относительно главной диагонали. Элементы этой матрицы могут быть определены по формулам (13) с учетом (14).

Однако, как будет показано ниже, для ряда частных случаев симметрия относительно главной диагонали не соблюдается.

Принимая для описания переменной жесткости в пределах участка интер-поляционный полином вида

2210)( ξξξ CCCD ++= ,

в котором 10 DC = , 3211 43 DDDC −+−= , 3212 242 DDDC +−= , где 1D – жест-кость в начале участка при 0=ξ ; 2D – жесткость в середине участка при

5,0=ξ ; 3D – жесткость в конце участка при 1=ξ . Функция kϕ при этом будет определяться так:

∫ =+−+−+−+

=1

02

3213211 )242()43(ξ

ξξξϕ d

DDDDDDD

k

k

∫ +−+−+−+=

1

02

313112 )242()43(1 ξ

ξααξαααξ d

D

k

. (18)

Здесь 2

11 D

D=α ,

2

33 D

D=α – отношение жесткостей на границах участка к же-

сткости в среднем сечении его. Элементы матрицы податливости по предлагаемому методу при расчете

арок переменной жесткости формируются непосредственно в машине по про-грамме, реализующей приведенные выше выражения. Однако при необходи-мости расчета сооружений элементами переменной жесткости при неполной автоматизации всех операций представляется желательным иметь таблицу функций mnψ , позволяющую формировать матрицу податливости в зависимо-сти от значений 1α и 3α . Для этого по специальной программе на ЭВМ были вычислены таблицы функций mnψ при 0,201 −=α (через интервал 0,05). При этом для каждого значения 1α , 3α меняется в пределах от 0 до 2,0 через 0,05. Использование их в расчетах с применением линейной интерполяции обеспе-чивает высокую точность результатов.

При определении перемещений в арочных конструкциях матрица податливо-сти может формироваться с учетом влияния продольных и поперечных сил [7].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лащенников, Б. Я. Применение матричных алгоритмов при решении некоторых задач с помощью интеграла Мора. Тр. МИИТа. Вып. 155 / Б. Я. Лащенников. – М. : Трансжелдориз-дат, 1962.

2. Здор, В. С. Определение перемещений стержней с произвольным законом изменения моментов инерции в матричной форме / В. С. Здор. – Хабаровск, 1963.

169

3. Здор, В. С. Матричная формула для определения перемещений в плоских стержнях произвольной формы. Тр. ХабИИЖТа. Вып. ХVII / В. С. Здор, А. В. Шестаков. – Хабаровск, 1964.

4. Расчет сооружений с применением вычислительных машин / А. Ф. Смирнов [и др.]. – М., 1964.

5. Шестаков, А. В. Расчет бесшарнирных мостовых сводов в матричной форме с ис-пользованием электронных вычислительных машин. Тр. ХабИИЖТа. Вып. ХVIII / А. В. Шес-таков. – Хабаровск, 1966.

6. Шестаков, А. В. Расчет бесшарнирных арок с применением ЭВМ. Раздел 1. Формиро-вание матрицы податливости при определении перемещений в элементах переменной же-сткости / А. В. Шестаков. – Хабаровск : ДВГУПС, 1974.

7. Пиковский, А. А. Учет продольных и поперечных сил при расчете арок по классиче-ской теории. Тр. ХабИИЖТа. Вып. 3 / А. А. Пиковский, Б. А. Деревянкин. – М. : Трансжелдор-издат, 1951. УДК 624.131 С.А. Кудрявцев*, Т.Ю. Вальцева*,

Ю.Б. Берестянный**, А.Ж. Жусупбеков*** *Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Хабаровск, Россия

**Научно-производственная компания «ДВ-Геосинтетика» Хабаровск, Россия

***Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Астана, Казахстан

ОБОСНОВАНИЕ НАСЫПЕЙ, УСИЛЕННЫХ ГЕОМАТЕРИАЛАМИ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ

Одной из возможностей современных геотехнологий является обоснование изменения проекта и технологий конструкции земляного полотна насыпей усиленных геоматериалами на слабых основаниях из текучих илов.

Строительство участка автодороги Раздольное – Хасан было начато в 2001 г. по результатам выполненных инженерно-геологических изысканий, приуроченных, в основном к пересечениям трассой водотоков.

Геолого-литологический разрез долины реки представлен озерно-аллюви-альными и аллювиальными отложениями русловой и пойменной фаций.

В озерно-аллювиальных отложениях выделяются илы, суглинки, супеси, глины, имеющие преимущественно текучую консистенцию. Русловой аллювий представлен гравийно-галечниковыми и песчаными отложениями.

В основании насыпи до глубины 10–13 м залегают пере увлажненные грун-ты: илы глинистые, суглинистые с преобладанием текучей и текучепластичной консистенцией и природной влажностью 38–66 %. Для всех грунтов характер-но наличие высокой пористости (е. = 0,97–1,39), низкие структурные связи, предопределяющие характер их механических свойств, высокая сжимаемость под нагрузкой.

170

Деформации насыпи После постройки мостовых переходов и отсыпки первого слоя земляного

полотна строительные работы были приостановлены. Дальнейшее строи-тельство продолжено было только в 2004 г.

В августе–сентябре 2005 г. после отсыпки земляного полотна на высоту выше 3,0 м на участке строительства локально стали происходить деформа-ции основания с местными разрушениями отсыпки земляного полотна и при-грузочных берм (рис. 1).

Рис. 1. Деформации насыпи

По результатам дополнительного инженерно-геологического обследова-ния, рекомендовано усиление нижней части земляного полотна грунтовыми обоймами из высокопрочного тканного геотекстиля.

В августе 2006 г. после устройства конструкционных мероприятий и отсып-ки земляного полотна на 4–5 м по высоте на отдельных участках автодороги произошли деформации разрушения земляного полотна с выпором грунта ос-нования, и разрушением конструкций обойм с разрывами высокопрочного тка-ного геотекстиля.

Для детального изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также для определения физико-механических свойств грунтов, за-легающих в основании насыпи, были проведены полевые работы и лабора-торные исследования грунтов.

Из дополнительных исследований было установлено: 1. Пойма реки сложена слабыми грунтами, которые служат основанием

существующей насыпи. Процессы деформации земляного полотна периоди-чески продолжаются. Разрушение основания и земляного полотна происходит

171

по круглоцентрической поверхности скольжения с выпорами грунта у основа-ния насыпи.

2. Исходя из анализа поперечных инженерно-геологических разрезов оче-видно, что наибольшая просадка грунтов происходит по оси насыпи с образо-ванием валов выпора, пригрузочные призмы недостаточно просчитаны. Процесс консолидации основания происходит вследствие отсыпки насыпи на максимальную высоту.

Таким образом, технические решения по устройству «плавающей» насыпи на особо слабом основании, предлагаемые ранее, не оправдали своего на-значения уже на начальном этапе строительства данной автодороги.

Требуются другие конструктивные решения, чтобы на всем протяжении заданного участка обеспечивалась безопасность и бесперебойность движе-ния транспорта не только в строительный период при работе строительной техники, но и в период эксплуатации.

Конструктивные решения, предлагаемые для усиления насыпи

Для решения таких задач наиболее целесообразным является и использо-вание Российского и зарубежного опыта проектирования и строительства земляного полотна на слабых основаниях, на основе методов геотехнического моделирования с использованием в конструкциях современных геосинтетиче-ских материалов.

Геотехническое моделирование конструкций усиления земляного полотна и слабого основания для строительства участка автомобильной дороги Раз-дольное – Хасан проводилось на программном комплексе «FEM models». Основой данного комплекса является метод конечных элементов, позволяю-щий исследовать теплофизическое и напряженно-деформированное состоя-ние сооружений и их оснований в пространственной постановке.

Для описания работы земляного полотна автомобильной дороги Раздоль-ное – Хасан на слабых основаниях текучей консистенции на данном этапе проектирования применена упругопластическая модель с предельной поверх-ностью, описываемой критерием Кулона-Мора. В данную модель были вклю-чены свойства современных геосинтетических материалов – интегральных георешеток. Свойства интегральных геоматериалов исследованы и подтвер-ждены результатами крупномодельных экспериментальных исследований российскими и зарубежными специалистами.

Принцип работы интегральных георешеток состоит в укреплении несвя-занных между собой слоев дорожных одежд. Когда гранулированный матери-ал уплотняется над георешеткой, его частицы проникают сквозь отверстия георешетки и фиксируются, создавая эффект «блокировки». Обладая высокой жесткостью, георешетка SS позволяет выдерживать высокие нагрузки при очень низких деформациях.

Используемая методика и программный комплекс реализованы авторами на строящихся объектах в России. Применение методов и подходов для рас-четов и проектирования геотехнических сооружений при использовании при-ложений программного комплекса «FEM-models» показало, что он позволяет в наилучшей степени достоверно и объективно выполнять подбор и расчеты наиболее рациональных геотехнических конструкций.

172

Геотехническое моделирование выполнено для разных нагрузок и основа-ний. В расчетах рассмотрено по несколько вариантов. Определены их основ-ные параметры напряженного и деформированного состояний.

Одним из вариантов является конструкция, которую предлагается выпол-нить в виде двух рядов свай с определенными размерами, установленными вдоль насыпи по бермам. Шаг свай и их параметры определяются расчетами при геотехническом моделировании.

Между оголовками свай устанавливается попарно в рядах друг напротив друга одноосная интегральная георешетка высокой прочности с жестким за-креплением в оголовках. Количество слоев георешетки определяется величи-ной нагрузок и геологических особенностей, прочности грунтов дна опирания свай в каждой расчетной задаче.

Для всех расчетных случаев предполагается, независимо от мощности слабых грунтов основания, опирание концов свай на прочные грунты с за-глублением в них не менее чем на 1,5 м.

На рис. 2–7 в качестве примера приведена расчетная схема земляного по-лотна и основания на ПК 17+00, схема разрушения, конструкция усиления и результаты моделирования.

Рис. 2. Расчетная схема земляного полотна и основания № 3-24 – расчетные слои грунтов: 3 – ил глинистый, текучий; 6, 8 – ил суглинистый, текучий; 9 – ил суглинистый, текучепластичный; 10 – суглинок тяжелый мягкопластичный; 14 – галечник с супесью твердой; 24 – гравийный грунт с песком

Рис. 3. Деформированная схема земляного полотна

173

Для снижения деформации земляного полотна предложена конструкция усиления (рис. 4).

Рис. 4. Схема усиливающей конструкции: 1 – тканый гео-текстиль; 2 – одноосная интегральная георешётка 160RE в два слоя; 3 – забивные сваи сечением 0,25×0,25 м

Рис. 5. Изолинии вертикальных перемещений в сооружении

Рис. 6. Изолинии горизонтальных перемещений в сооружении

174

В результате численного моделирования вертикальные деформации по оси земляного полотна достигают до 0,182 м (рис. 5), а горизонтальные де-формации развиваются в основании до 0,037 м.

Рис. 7. Изолинии горизонтальных напряжений (кПа) в сооружении

При этом горизонтальные напряжения составляют в теле земляного по-

лотна до 114 кПа. Результаты моделирования показали, что для условий, где высота насыпи

более 8,0 м, а мощность текучих илов в основании более 14,0 м строительст-во земляного полотна возможно только на сплошном свайном основании с распределяющей платформой и усилением откосной части насыпи из инте-гральных георешеток (рис. 8).

Рис. 8. Схема усиливающей конструкции для малоосадочного основания сооружения

В результате геотехнического моделирования разработаны технические решения использования рассмотренных конструкций для различных грунто-вых условий основания и мощности сооружений. На рис. 9 представлен гра-

175

фик расчетных параметров конструкций усиления основания, соответствую-щих пределам высоты насыпи.

Рис. 9. Расчетные параметры конструкций усиления основания соответствующие пределам высоты насыпи

Как видно из графика для определения типа конструкции, использование

облегченной конструкции, предполагающей осадки в период эксплуатации, допустимо при нагрузках от веса насыпи высотой не более 8,3 м.

При высоте насыпи на участке более 8,3 м обеспечение прочности, на-дежности и долговечности сооружения для заданных параметров возможно только при применении в качестве основания свайного поля с ростверком из геокомпозита грунта и интегральной двуосной георешетки.

Полученные результаты моделирования земляного полотна автодороги для различных инженерно-геологических условий позволяют подобрать ра-циональную конструкцию с допустимыми величинами деформации.

Выводы

1. Получено, что в конструкциях автомобильной дороги на заданном участ-

ке с особо слабыми основаниями при высоте сооружений более 4,0 м без уси-ления, уже при первоначальном нагружении, реализуются деформации не со-вместимые с требуемыми параметрами для дорог II категории, включая на-чальные стадии разрушения.

2. Выполненное геотехническое моделирование состояний сооружений по-зволило установить наиболее рациональные конструкции, способные обеспе-чить безопасное и бесперебойное движение транспорта в строительный и экс-плуатационный периоды.

176

3. Конструкция усиления основания в виде свайного поля с гибким рост-верком из интегральных двуосных георешеток типа SS по своим деформа-тивным свойствам способна обеспечить эксплуатационную надежность со-оружения без дополнительных деформаций уже практически сразу после окончания строительства.

4. При высоте насыпей более 6,0 м растягивающие напряжения в её верх-ней части и откосах достаточно высоки и близки по величинам к напряжениям в зонах разупрочнения основания. Для обеспечения надёжности сооружений и безопасности движения транспорта предлагается частичное армирование растянутых зон тела насыпей и откосных частей.

5. На участках строительства, где конструктивно предполагаются осадки земляного полотна в период эксплуатации, следует предусмотреть строи-тельный запас по ширине насыпи. Предполагаемая осадка в период эксплуа-тации составит 70–100 % от расчетной величины для строительного периода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Developing design variants while strengthening roadbed with geomaterials and scrap tires

on weak soil. International workshop on scrap tire derived geomaterials / S. A. Kudryavtsev [and others]. – Yokosuka, Japan : «Opportunities and challenges» National Institute for Land and Infra-structure Management, 2007. – P. 117.

2. Kudryavtsev, S. A. Practice of use of positive properties of geosynthetic materials on building objects in severe climatic conditions of the Far East of Russia / S. A. Kudryavtsev, U. B. Berestyanyy, T. U. Valtseva // 1st International conference on new developments in geoenvironmental and geo-technical engineering. November 9–11, 2006. – Korea : University of Incheon. – P. 423–427.

УДК 327.009; 339.9 А.П. Хоменко, М.Ю. Богатов Иркутский государственный университет путей сообщения

Иркутск, Россия

СВОБОДНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗОНЫ И ТРАНЗИТНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ КОРИДОРЫ –

ВАЖНЕЙШИЕ ФАКТОРЫ УСКОРЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИБИРИ

Рассматриваются вопросы, связанные с реализацией транспортной политики России в Сибири и на Дальнем Востоке. Развитие транспортного коридора на основе Транссиба ста-вит вопрос об усилении связи региона с отраслью, поиске новых способов активизации эко-номической деятельности, что приводит к обсуждению свободных экономических зон, учи-тывающих специфику экономических связей в Сибири.

Глобализация уже давно рассматривается как процесс мирового разделе-ния труда и специализации по географическим признакам. В этом плане Китай и Юго-Восточная Азия имеют существенные преимущества претендовать на свою нишу в мировой экономической интеграции – стать мировым «сбороч-ным» цехом. Современные технологии в этих странах покупаются и осваива-ются в формах, обеспечивающих товарную отдачу на рынок. Несколько иную позицию занимает Индия, которая покупает и дорабатывает технологии, до-водит их до практического внедрения и продает. Серьёзную долю доходов

177

Индии составляют, в отличие от Китая, интеллектуальные продукты – про-граммные разработки. Государства мира используют для своего экономиче-ского роста два основных способа: последовательное фронтальное эволюци-онное развитие, хотя и с ускоренным темпом, и формирование особых ло-кальных центров, точек, зон экономического развития со стратегией прорыва на новый экономический, технологический и управленческий уровень. На таких экспериментальных площадках отрабатываются пилотные проекты и рациональные организационные формы.

Эти зоны, получившие название свободных по сути и по участию государ-ства в их формировании и стратегическом контроле, все же больше отвечают понятию «особых экономических зон», хотя оперативное административное, экономическое управление находится в руках частного капитала и автономной администрации. Они являются практическим примером для остальных разви-вающихся территорий. Первоначально подобные локальные центры возникли в США, распространились во всех развитых государствах и уже затем стали использоваться в развивающихся странах Азии, Латинской Америке. Класси-фикация СЭЗ содержит достаточно много типов и форм. К тому же во многих из них зачастую присутствуют признаки различных типов.

I. Создание свободных экономических зон в разных странах в настоящее время предполагает достижение следующих целей:

◊ формирование «полюсов» ускоренного экономического роста, способных активизировать это движение в регионах и стране в целом;

◊ обеспечение более полной занятости рабочей силы как непосредственно в экономической зоне, так и за ее пределами;

◊ ускоренное технологическое перевооружение промышленности; ◊ повышение инвестиционной активности; ◊ подъем депрессивных регионов (что широко используется как в развиваю-

щихся, так и в развитых странах, в том числе Англии, Ирландии, США и др.); ◊ активизация внешнеэкономической деятельности; ◊ формирование своего рода учебного центра профессиональной подго-

товки национальных кадров, распространение навыков по современным ме-тодам управления предприятиями.

Экспериментирование с новыми для национальной экономики средствами и методами технологического, организационного и юридического содержания, апробация их на ограниченном территориальном пространстве (с тем, чтобы внедрить такой инструментарий более широко в случае его успешности, или, наоборот, избежать ошибок в рамках всей национальной экономики). Важ-нейшим моментом для формирования СЭЗ, как правило, являлось их форми-рование на оживленном транспортном и особенно международном маршруте. Это является желательным, однако, не обязательным условием. Так США, Англия успешно использовали эти зоны для экономического возрождения де-прессивных регионов.

Другой, не менее важной, особенностью СЭЗ промышленного профиля является экспортная ориентация выпускаемой в зоне продукции. Однако и здесь наблюдается широкий спектр творческого подхода, и, как результат, по-являются СЭС, ориентированные в стратегическом плане на развитие обшир-

178

ных, малоосвоенных и слабозаселенных регионов. Наиболее наглядным в этом является интенсивно развивающиеся Бразилия и тот же Китай.

II. Россия с 1970 г. сделала ставку на получение доходов от продажи за рубеж дешёвой западносибирской нефти. На сегодняшний день около 40 % экономически деятельного населения России, так или иначе, связано с сырь-евыми отраслями, т. е. добычей, транспортировкой и продажей невосполни-мого российского сырья. Под эту задачу выстроены города, миллионы людей получили соответствующее образование, на этой основе построены экономи-ческие связи, которые в мировом экономическом сообществе определены квотами и долгосрочными соглашениями.

Внутренняя логика развития событий в стране постоянно подталкивает к мысли – а не предстоит ли России стать транзитно-сырьевой державой?! Вопросы о стратегии и также реализации транспортной политики достаточно детально уже рассматривались в работах [1, 2], однако, представляет интерес взглянуть на это с несколько иных позиций, в плане более реалистичного от-ношения к идеям создания международных транзитных транспортных коридо-ров и их связи со свободными экономическими зонами.

Важным для решения поднятых проблем обстоятельством должно стать понимание возможности экономической активизации в регионах, через кото-рые пройдут транспортные коридоры: рынки услуг, условия для подъёма про-мышленности (переработки сырья, сборочные производства). А это, в свою очередь, уже сейчас рождает проблему – недостаток профессиональных ра-бочих рук в Сибири. Возможно, что точки роста экономики будут связаны с созданием логистических центров, в которых концентрируются огромные ма-териальные средства, энергетические и информационные потоки. По сущест-ву, Международный транспортный транзитный коридор в России, с большей долей вероятности, будет представлен системой крупных узлов, связываю-щих железные дороги с сетью автомобильных дорог с приданием на первых стадиях развития таким центрам статуса (специальных) свободных экономи-ческих зон (СЭЗ). Такова, между прочим, и международная практика. Может быть, было бы целесообразно от чрезмерной централизации страны перейти к выстраиванию горизонтальных связей на основе транспортных коммуника-ций. Транссиб как форма международного коридора имеет, в связи с этим, две стороны рассмотрения;

– в целом, на уровне транспортно-транзитной политики России; – в частности, с учетом сибирских особенностей – Восточно-Сибирская

железная дорога с выходом на Дальний Восток и Китай. Европейская часть России обладает большими возможностями для реализации идей МТК. Многое сделано, однако наши «державные» партнёры больший интерес про-являют к ресурсно-сырьевым возможностям России. Не получится ли в такой ситуации, что Сибирь, так и останется «кладовой» для более развитых стран, за работу в которой Европейская часть России получит откупные. А ведь речь идёт о судьбе около 30 млн людей, проживающих между Уралом и Тихим океаном. Политика России в Сибири и на Дальнем Востоке должна иметь свои достаточно ощутимые особенности.

179

III. Россия советского периода системно готовилась развивать локальные точки роста на основе богатого мирового опыта, который должен был быть продуктивно использован в специфических условиях. Нужно сказать, что ни од-на экономическая зона не делается по трафарету, местная специфика учиты-вается везде и в обязательном порядке. Без этого не может быть успешным применение важного экономического механизма со сложным взаимодействием государства и частного капитала. Однако в переходный период эти подготови-тельные работы были приостановлены, и Россия значительно экономически проиграла, не используя этот, широко применяемый во всем мире механизм интенсивного развития. За рубежом создано несколько тысяч СЭЗ. Они дина-мично развиваются, постоянно корректируют направления своей деятельности.

Исходя из целей, поставленных при формировании той или иной свобод-ной зоны, предъявляются соответствующие требования и к их размещению. К наиболее общим требованиям относятся:

∗ благоприятное транспортно-географическое положение по отношению к внешнему и внутреннему рынкам и наличие транспортных коммуникаций;

∗ развитый производственный потенциал; ∗ наличие производственной и социальной инфраструктуры; ∗ существенный по запасам и ценности природно-ресурсный потенциал (в

первую очередь – запасы углеводородного сырья, цветных металлов, лесных ресурсов и т. д.).

Поэтому территории, наиболее благоприятные для размещения СЭЗ, имеют, как правило, приграничное положение по отношению к зарубежным странам, а также располагают торговыми портами и магистральной транс-портной сетью (железнодорожной, автодорожной, аэропортами), сложивши-мися научными и культурными центрами, районами концентрации наиболее ценных природных ресурсов.

В отдельных случаях создание СЭЗ оказывается целесообразным и в рай-онах нового освоения, не располагающих изначально развитой промышлен-ностью, производственной и социальной инфраструктурой, но позволяющих решать важные долгосрочные общегосударственные программы (укрепление национальной безопасности, развитие топливно-энергетической и минераль-но-сырьевой базы страны и др.).

Что касается России, то, несмотря на неоднократные попытки создания реально функционирующих СЭЗ (ОЭЗ), они долгое время оставались в отече-ственной экономике явлением скорее «экзотическим», вокруг которого на про-тяжении долгих лет ведутся активные, но не приносящие реальных плодов дискуссии. Последние годы Российское правительство начало проводить не-сколько более активную инвестиционную политику по развитию инфраструк-турного, и, в первую очередь, транспортного комплекса страны. Принято ре-шение о создании особых экономических зон. Очевидно, что расширению это-го процесса будет способствовать и принятие Федерального закона «Об осо-бых экономических зонах». По мнению главы Федерального агентства по управлению особыми экономическими зонами (РосОЭЗ) Жданова, особые экономические зоны появятся в России уже к концу 2007 – началу 2008 г.

180

Согласно этому закону будут создаваться два вида особых экономических зон (ОЭЗ) – технико-внедренческие и промышленно-производственные. В дальнейшем предполагается создавать в России также туристско-рекреаци-онные и портовые зоны.

IV. В практике работы по созданию и реализации программы социально-экономического развития Иркутской области упомянутые специальные эконо-мические зоны уже нашли отражение.

Развёртывание свободных и специальных экономических зон (СЭЗ) может стать важным элементом совершенствования хозяйственного механизма в России. Во всем мире СЭЗ – это инструмент и механизм государственной по-литики. С одной стороны, чаще всего, свободная экономическая зона пред-ставляет собой ограниченный участок территории страны, характеризующей-ся универсальностью своего географического положения и обладающий пе-ред другими территориями рядом преимуществ, или льгот, которые позволя-ют выполнить специфические задачи. С другой стороны, СЭЗ – это не столько обособленная географическая территория, но, скорее, часть национального экономического пространства, где введена и применяется система льгот и стимулов, не используемых в других его частях [4]. Транспортные коридоры в Сибири – могут стать катализаторами экономики и поддержать идею СЭЗ.

Для СЭЗ характерна отмена на территории целого ряда действующих в остальной части страны законов: визовых, земельных, административно-трудовых, экспортно-импортных, налоговых законов и инструкций. Вместо них устанавливается специальный административный порядок, записанный в ус-таве СЭЗ и утверждённый в специальном законе [5]. Как нам представляется, особые экономические зоны целесообразно формировать в пределах терри-тории Азиатской России в зоне влияния следующих транспортных коридоров:

1. По линии Северо-Сибирской магистрали и БАМ, на специально отве-денных территориях, в имеющихся населенных пунктах местами базирования должны явиться перспективные интегрированные промышленно-транспорт-ные зоны, представленные выше. Производственный профиль должен ото-ждествляться с местными сырьевыми ресурсами, выпуском высококачествен-ной готовой продукцией как на экспорт, так и для нужд внутреннего рынка в Северного экономического пояса с распространением дальше на другие ре-гионы Дальнего Востока и Сибири.

2. В полосе восточного участка МТК «Транссиб» от Улан-Удэ и до Владиво-стока с формированием локальных экспортноориентированных производств по выпуску готовой продукции, с привлечением трудоспособного населения более западных регионов России и частного капитала, в том числе компаньонов.

3. По линии комбинированного российского Лено-Якутского коридора – ло-кальные территориальные образования в Сковородино, Тынде, Якутске, Тик-си. Кроме того, необходимость ускоренного развития этого региона на основе местных сырьевых ресурсов, обусловливают формирование транспортно-логистических узлов в Магадане и Певеке.

4. Учитывая возможности, местную специфику и стратегическое местопо-ложения Особая экономическая зона промышленного типа с разнообразным экологическим чистым производством должна быть развернута в г. Чита.

181

Требованием России к компаньонам при создании совместных предпри-ятий должно стать не только заимствование готовых технологий, и импорт готовой продукции и продуктов питания. Основным является построение на новом технологическом уровне полного товарного цикла от обоснования и проектирования образцов перспективной товарной продукции, технологиче-ской подготовки производства, до организации производственного цикла с по-следующим сбытом готовой продукции на внешнем рынке. В этом случае оте-чественная школа проектирования и производства в кратчайшие сроки освоит мировой передовой опыт на каждой стадии создания и реализации продукции на внешнем рынке. Только выполнение требований конкурентоспособности на мировом рынке обеспечит восстановление позиций отечественного товаро-производителя и на внутреннем рынке в условиях его открытости.

V. Для повышения эффективности участия иностранного капитала и соз-дания конкурентной среды целесообразно создавать в Сибири совместные предприятия с привлечением капитала различных азиатских и европейских стран (российско-итальянских, российско-корейских, российско-германских, российско-японских и т. д.). При этом следует предусмотреть максимальное привлечение трудовых ресурсов самих регионов, в пределах которых форми-руются СЭЗ.

Принципиальным для формирования СЭЗ в Азиатской России является реализация стратегической для отечественной науки и инновационных цен-тров задачи по созданию и промышленной отработке «малолюдных» техноло-гий. Такие технологии должны стать одним из «продуктов» экспорта России.

Целесообразность создания той или иной экономической зоны аргументи-руется тем, что данная территория подходит для этого по ряду географиче-ских, экономических и социальных причин, которые позволяют выполнять специфические задачи.

Попытаемся выделить основные факторы, определяющие местоположе-ние СЭЗ.

1. Создание СЭЗ желательно вблизи индустриальных центров. Это снижа-ет государственные расходы на инфраструктурное обустройство СЭЗ. Кроме того, вокруг зоны оказывается соответствующая экономическая среда, в кото-рой могут существовать или появиться в будущем эффективные поставщики местной продукции.

2. Относительная изолированность района расположения СЭЗ, которая характеризуется недостатком промышленных структур, с серьезными транс-портными проблемами и т. д., делает для иностранных инвесторов невыгод-ным использование местных поставок. Поэтому СЭЗ целесообразно разме-щать в городских регионах с относительно развитой, во всяком случае, в от-ношении транспорта, инфраструктурой. Сюда относится и близость к между-народным транспортным линиям и развитая система коммуникаций, и т. д.

3. Размещение СЭЗ обуславливается также наличием в данном районе каких-либо «деформаций», для устранения которых, собственно, и создается СЭЗ. Но здесь следует учитывать ряд факторов, связанных с оценкой пер-спективности региона и его значения для экономики страны.

182

VI. Мировой опыт создания СЭЗ достаточно серьёзно обсуждается в раз-личных профессиональных сообществах. Наиболее интересным и полезным для России является опыт Китая. В 1978 г. КНР начала проводить политику «открытых дверей», были созданы четыре специальные экономические зоны для привлечения иностранных инвестиций и содействия передачи профессио-нальных навыков и технологий. Сейчас в Китае намного больше СЭЗ, и именно являются для страны районами, притягивающими экспортную продукцию.

Главной особенностью правового и хозяйственного регулирования дея-тельности китайских СЭЗ является изъятие из ведения центрального прави-тельства вопросов функционирования этих зон и передача этих вопросов в среду компетенции.

Изучение опыта создания и функционирования СЭЗ в Китае имеет три важных аспекта – теоретический, практический и прикладной.

В теоретическом плане рассмотрение китайского опыта связано с перспек-тивной и ещё далеко не полностью разработанной в экономической науке проблемой места и роли СЭЗ Китая в преодолении слаборазвитости страны, ускорении экономического роста и улучшении социального положения.

В практическом плане актуальным представляется изучение получаемых Китаем как позитивных, так и негативных результатов в создании и развитии СЭЗ, в решении ряда правовых, экономических и социальных проблем с тем, чтобы максимально использовать все рациональные моменты в интересах оптимальной перестройки внешнеэкономического механизма России.

Концепция СЭЗ в этой связи должна быть не абстрактной, а по возможно-сти конкретной. В известной степени, можно говорить о том, что для каждой создаваемой зоны необходима своя концепция, увязывающая стратегию анк-лава с его географическим положением, природными ресурсами, возможными иностранными инвесторами и т. д. Об этом убедительно свидетельствует опыт развития китайских СЭЗ. Кроме того, этот опыт интересен и с более уз-кой точки зрения – как возможность анализа методики формирования непо-средственно в СЭЗ благоприятного инвестиционного климата. Прикладная значимость анализа китайских СЭЗ заключается в том, что подобные зоны могут оказаться активными катализаторами проводимых государством эконо-мических реформ. Уже на начальной стадии преобразований эти зоны могут явиться как бы «шагом через ступеньку», и их впечатляющие успехи, равно как и неудачи, дают конкретный материал для постепенного осуществления реформы экономики страны и выбора оптимальных вариантов включения страны в международное разделение труда. В широком смысле слова сво-бодные экономические зоны могут послужить объективными индикаторами, указывающими место страны в международном разделении труда и тем са-мым оказывающими определённое влияние на выбор приоритетов её внут-ренней экономической политики. В связи с этим заслуживают внимание неко-торых международные проекты, например, планируется создать совместную российско-китайско-корейскую СЭЗ в устье реки Туманган, где сходятся гра-ницы трёх стран. Формирование таких зон не только выгодно для укрепления внешне экономических связей с другими странами, но и позволяет объеди-нить финансовые, трудовые, сырьевые ресурсы и несколько восполнить не-достаток средств [6].

183

VII. Вопрос о связи с СЭЗ с МТК заслуживает особого внимания, если иметь в виду транссибирскую магистраль в ее участках ВСЖД и затем на Дальнем Востоке, принимая во внимание усилия Китая по созданию парал-лельного Транссибу транспортного коридора. Учитывая положительный опыт Китая в создании и развитии СЭЗ, невольно напрашивается вопрос о возмож-ности совмещения логистических центров и СЭЗ. Инициативы, предприни-маемые ОАО «РЖД», особенно активные в последнее время, определяют широкие масштабы создания логистических центров на железных дорогах Сибирского федерального округа. Если ранее в специальной литературе, в обсуждениях на конференциях и формах [7], фигурировал только Новоси-бирск, то сейчас уже в достаточно реалистичных тонах рассматриваются гг. Иркутск, Чита. Совмещение СЭЗ и МТК нам представляется достаточно инте-ресным. Восточно-Сибирская железная дорога не представляет больших ва-риативных возможностей для оптимизации перевозок, обладает многими не привлекательными свойствами: длинные перегоны, трудности обеспечения безопасности транспортных систем, уязвимость энергетических и информа-ционных систем. Обжитость дороги могла бы способствовать решению многих проблем. ОАО «РЖД» как «монополия», способная диктовать свои условия для контейнерных перевозок, может оказаться в ситуации отсутствия ощути-мых выгод функционирования международного транспортного коридора из-за конкуренции со стороны Китая, к примеру, или из-за высоких ставок страхова-ния перевозок по дороге, работающей в условиях повышенного риска. Можно предполагать, что оживление перевозок будет создавать условия для повы-шения тарифов на электроэнергию, при отсутствии реальных возможностей иметь в этом направлении какие-либо ресурсы. В ряде работ [8] высказыва-лись соображения о целесообразности строительства вдоль Транссиба теп-ловых электростанций. В такой ситуации логистические центры вполне могли бы стать основой СЭЗ, возможности которых были ранее рассмотрены.

Таким образом реализация идей создания свободных экономических зон поднимает за собой многие другие проблемы, возникающие из-за комплекс-ности и взаимной зависимости принимаемых решений от параллельного ре-шения других. Если прорабатываются вопросы поддержки создания СЭЗ вдоль дорог, что вполне обоснованно при концентрации вдоль дороги энерге-тических, материальных и кадровых ресурсов, то распространение идей на неподготовленные территории, без целевой поддержки государства, должно хотя бы учитывать собственный накопленный опыт.

Как уже отмечалось, важным условием СЭЗ является создание полноцен-ной рыночной инфраструктуры – бирж, банков, рынка ценных бумаг, аудитор-ских служб и др. Пока она находится в начальной стадии формирования.

Вопросы, поднятые нами, дают представление о том, каким образом идет процесс создания СЭЗ, формирования их социальной структуры, развития возможностей взаимодействия в нормативно-правовых, социокультурных, финансово-экономических и организационно-технических средах.

Безусловно, большое значение имеет соответствующая подготовка спе-циалистов, участвующих в работе СЭЗ и обеспечивающих ее эффективность. Вопросы подбора и подготовки кадров неоднократно поднимались и в области

184

теоретических подходов и в практической деятельности, затрагивая интересы представителей бизнеса, предпринимательства и органов исполнительной власти. По существу, меняются основы ментальности, социализации лично-сти, вовлекаемой в технологию рыночных отношений, со всеми вытекающими из этого последствиями. Поэтому, если ориентироваться на реалистичные ва-рианты развития СЭЗ, необходимо предусмотреть серьёзное упреждение в кадровой политике регионов. Отечественный опыт, накопленный на первых шагах, предоставил возможность в полной мере ощутить значимость челове-ческого фактора и готовности власти, бизнеса и населения региона к совме-стной деятельности, сотрудничеству.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богатов, М. Ю. Геополитические аспекты формирования международных транспорт-

ных коридоров в новой модели мира : дис. ... канд. полит. наук по специальности 22.00.02. / М. Ю. Богатов. – Чита : Читинский гос. ун-т, 2006. – 170 с.

2. Современные геополитические и социально-экономические условия формирования международных транспортных коридоров : моногр. Т. 1, 2 / А. П. Хоменко [и др.]. – Иркутск : ИрГУПС, 2005. – 999 с.

3. Бейдина, Т. Е. Геополитические и социально-экономические аспекты формирования концепции транспортных коридоров / Т. Е. Бейдина, М. Ю. Богатов // Современные техноло-гии. Системный анализ. Моделирование. – № 1 (9). – 2006. – С. 134–149.

4. Бабленкова, И. В. Социально-экономический анализ налоговых систем свободных экономических зон России и Китая Волохова А. А. : дис. ... канд. экон. наук по специальности 22.00.03 / И. В. Бабленкова. – М. : МГУ, 1998. – 155 с.

5. Гневко, В. А. Проблемы кадрового обеспечения местного самоуправления: повыше-ние квалификации муниципальных служащих / B. А. Гневко. – СПб., 1996. – 216 с.

6. Чжан Цинцзе. Роль и место свободных экономических зон в социально-экономиче-ском развитии КНР : автореф. дис. ... канд. экон. наук / Чжан Цинцзе. – М., 2001. – 26 с.

7. Бурлаков, В. А. Теоретические и методологические аспекты процесса формирования геополитических интересов стран Северо-Восточной Азии на юге Приморского края (на при-мере проекта «Туманган») : дис. ... канд. полит. наук по специальности 23.00.01. / В. А. Бур-лаков. – Владивосток : ДВГУ, 2001. – 180 с.

8. Исаева, Н. В. Социально-экономические проблемы развития предпринимательства в период трансформации Российского общества : дис. ... канд. соц. наук по специальности 22.00.03. / Н. В. Исаева. – Уфа : Уфимский государственный авиационный технический уни-верситет, 2004. – 168 с.

9. Сюй, Цзоше. Специальные экономические зоны Китая / Цзоше Сюй, Женьцюнъ Цап. –Новосибирск, 1993. – 191 с.

10. Исаева, Н. В. Социально-экономические проблемы развития предпринимательства в период трансформации Российского общества : дис. ... канд. соц. наук / Н. В. Исаева. – Уфа : Уфимский государственный авиационный технический университет, 2004. – 168 с.

12. Ткач, А. В. Качественные и количественные модели социальной структуры и страти-фикации : автореф. дис. ... канд. соц. наук / А. В. Ткач. – Новочеркасск, 2004. – 28 с.

13. Сюй, Цзоше. Специальные экономические зоны Китая / Цзоше Сюй, Женъцюнь Цай. – Новосибирск, 1993. – 191 с.

185

УДК 621.791.75 А.П. Степанов, В.Н. Саломатов Иркутский государственный университет путей сообщения

Иркутск, Россия

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОСВАРКИ МЕТАЛЛОВ

Приводится способ контроля качества электросварки металлов непосредственно в про-цессе электросварки, может быть использован при создании высококачественных систем контроля и управления технологическими процессами, связанными с электродуговой свар-кой металлов, а также для повышения квалификации электросварщиков.

В сфере производства связанного с железнодорожным транспортом широ-ко используется электродуговая сварка металлов, высокое качество которой является залогом безопасности движения подвижного состава. Основным ди-агностическим приемом проверки качества электросварки металлов является проверка швов после их получения, что при больших объемах и продолжи-тельности сварочных работ приводит к существенным материальным и вре-менным затратам. Практика выбора и реализации режимов электросварки учитывает в каждом частном случае различные формы сочетания характер-ных параметров процесса (длина дуги, форма и сила тока, марка и диаметр электрода, и т. п.), в основе выбора которых лежит богатый опыт выполнения сварочных работ с участием различных материалов [1]. При всём многообра-зии способов и приемов электросварки металлов, им присущ общий недоста-ток – это отсутствие обобщенной мгновенной оценки качества электросварки непосредственно в ходе процесса электросварки. Ясно, что при отклонении процесса электросварки от заданного, качество такой сварки будет отличать-ся от требуемого. При этом возникает вопрос: «зачем варить дальше, если после окончания такой электросварки будет брак?» В настоящее время ответ на этот вопрос целиком зависит от электросварщика, от его квалификации, добросовестности и т. п.

На способ контроля процессом электросварки авторами доклада была по-дана заявка на получение патента (регистрационный № 2005136650 от 24.11.2005 г.). Предложенный способ позволяет мгновенно осуществить инте-гральную оценку качества процесса электросварки, что дает возможность управлять процессом электросварки в реальном масштабе времени. Сущ-ность способа заключается в использовании способности частотного спектра электрического тока электросварки интегрально характеризовать плазменный процесс электросварки. Нормальный процесс электросварки металлов выте-кает из цели достижения требуемого качества сварки, следовательно, обоб-щенная оценка процесса электросварки однозначно связана с качеством сварки. Сварочный ток и напряжение дуги, образованной любым сварочным источником питания, электродом и свариваемым металлом связаны между собой нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ), присущей только этой дуге. Следовательно, по ВАХ дуги можно судить о состоянии дуги. При разных условиях электросварки рабочая точка находится на соответствующих участках ВАХ. Подавая на электрод, например, синусоидальное напряжение, ток электросварки будет несинусоидальным в силу нелинейности ВАХ, следо-

186

вательно, в его спектре появляются высшие гармоники, зависящие от поло-жения рабочей точки на ВАХ дуги. Для достижения требуемого качества элек-тросварки материалов необходимо создать и выдерживать определенный процесс электросварки. К этому стремятся производители сварочного обору-дования, а также система подготовки персонала. При заданном источнике пи-тания, электроде и материале, длины дуги, величины тока сварки выбранный требуемый процесс сварки будет характеризоваться своей рабочей точкой на ВАХ и, следовательно, соответствующим спектром тока. Из полученного спек-тра тока исключаем гармоники связанные с источником питания, оставшиеся гармоники будут характеризовать данную дугу и, следовательно, процесс электросварки, обеспечивающий требуемое качество электросварки. Проводя эталонные процессы электросварки, и запоминая спектры процессов электро-сварки, обеспечивающих требуемое качество электросварки, создается база эталонных спектров для каждого сварочного источника питания. Эталонный спектр в дальнейшем используется, как образец выбранного процесса элек-тросварки, отклонения от которого позволяют контролировать реальный про-цесс и вносить соответствующие коррективы для уменьшения рассогласова-ния между эталонным и реальным спектрами, в целях приближения реально-го процесса электросварки к эталонному. Современная цифровая аппаратура и вычислительная техника позволяют практически мгновенно снимать и обра-батывать информацию о форме кривой сварочного тока, в частности, полу-чать спектр, показывать его на экране мониторов, вырабатывать и реализо-вывать управляющие воздействия. Во временном процессе электросварки при съеме и обработки информации соблюдается теорема Котельникова, по-этому можно говорить о практически мгновенной оценке процесса электро-сварки, что позволяет контролировать процесс электросварки, образовывать обратные связи для регулирования, например, изменять длину сварочной ду-ги, силу и форму сигнала тока. Покажем примеры на основе проведенных экс-периментов с использованием типовых сварочных аппаратов для ручной ду-говой сварки металлов марки ВДМ1001 (постоянный ток), марки ТД 300 (пе-ременный ток), марки Cadu (производство фирмы ESAB, импульсный ток) и цифрового двухканального осциллографа марки DSO 3202A (производство фирмы Agilent Technologies) для снятия кривых тока электросварки и падения напряжения на дуге с мгновенным получением их спектров. Результаты экс-периментов приведены на рис. 1–9.

Сварка постоянным током (выходное напряжение с трансформатора вы-прямляется и подается на электрод через балластное сопротивление), рис. 1–3. При коротком замыкании электрода на металл (без образования дуги) спектр то-ка характеризует источник питания, рис. 1. При дальнейшем анализе этот спектр будем исключать из спектра тока электросварки. При тех же начальных услови-ях, сравнивая работу двух сварщиков – с малым опытом работы (рис. 2) и с большим опытом работы (рис. 3), – по спектрам тока видно, что у обоих сварщи-ков появились колебания с наименьшей частотой около 10 Гц (маркер А), свя-занные с колебаниями их электродов. Кроме того, у сварщика с малым опытом работы доля высших гармоник значительно больше, чем у опытного сварщика. Отсюда видно, что колебание длины дуги находит отражение в спектре свароч-ного тока. Если спектр опытного сварщика принять за эталонный (рис. 3), то,

187

сравнивая его со спектром (рис. 2), можно судить о качестве процесса сварки, в частности о качестве шва.

а – ось X: 5 мс/дел; Ось Y: 10 В/дел

б – ось Х: 500 Гц/дел; ось Y: 2 В/дел

Рис. 1. Источник питания для сварки постоянным током. Короткое замыкание источника питания, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 125А: а – осциллограмма напряже-ния пропорционального току короткого замыкания источника питания; б – спектр тока короткого замыкания

а – ось X: 50 мс/дел; ось Y: 20 В/дел

б – ось Х: 50 Гц/дел; ось Y: 4 В/дел

Рис. 2. Источник питания для сварки постоянным током. Сварщик с малым опытом работы. Режим сварки, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 125А: а – осциллограмма напря-жения пропорционального току дуги электросварки; б – спектр тока дуги электросварки

а – ось X: 50 мс/дел; ось Y: 20 В/дел

б – ось Х: 50 Гц/дел; ось Y: 4 В/дел

Рис. 3. Источник питания для сварки постоянным током. Сварщик с большим опытом рабо-ты. Режим сварки, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 125А: а – осциллограмма на-пряжения пропорционального току дуги электросварки; б – спектр тока дуги электросварки

а – ось X: 10 мс/дел; ось Y: 20 В/дел

б – ось Х: 250 Гц/дел; ось Y: 4 В/дел

Рис. 4. Источник питания для сварки переменным током. Короткое замыкание источни-ка питания, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 100А: а – осциллограмма на-пряжения пропорционального току короткого замыкания источника питания; б – спектр тока короткого замыкания

188

а – ось X: 10 мс/дел; ось Y: 20 В/дел

б – ось Х: 250 Гц/дел; ось Y: 4 В/дел

Рис. 5. Источник питания для сварки переменным током. Режим электросварки, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 100А: а – осциллограмма напряжения пропорциональ-ного току электросварки; б – спектр тока электросварки

m

Масштаб: канал 1: ось X: 10 мс/дел; ось Y: 50 В/дел; канал 2: ось X: 10 мс/дел; ось Y: 50 В/дел; спектр канала 1: ось Х: 250 Гц/дел; ось Y: 10 В/дел. Рис. 6. Источник питания для сварки пере-менным током. Режим электросварки, элек-трод марки МНЧ диаметром 4 мм, ток 100 А: 1 – осциллограмма напряжения пропорцио-нального току электросварки; 2 – осцилло-грамма падения напряжения на дуге; m – cпектр тока электросварки

m Масштаб: осциллограмма: ось X: 5 мкс/дел; ось Y: 5 В/дел; спектр: ось Х: 500 кГц/дел; ось Y: 1 В/дел. Рис. 7. Источник питания для сварки им-пульсным током. Режим короткого замыка-ния, электрод МР3 диаметром 4 мм, ток 100 А; 1 – осциллограмма напряжения про-порционального току короткого замыкания; m – спектр тока электросварки

189

Масштаб: канал 1: ось X: 5 мкс/дел; ось Y: 5 В/дел; канал 2: ось X: 5 мкс/дел; ось Y: 5 В/дел; спектр канала 1: ось Х: 500 кГц/дел; ось Y: 1 В/дел. Рис. 8. Источник питания для сварки им-пульсным током. Режим электросварки, электрод марки МРЗ диаметром 4 мм, ток 100 А: 1 – осциллограмма напряжения про-порционального току электросварки; 2 – ос-циллограмма падения напряжения на дуге; m – спектр тока электросварки

Результаты экспериментов электросварки переменным током представле-

ны на рис. 4–6. На рис. 4 показан спектр тока короткого замыкания, характери-зующий сварочный трансформатор, в частности, спектр этого тока связан с намагниченностью стального сердечника трансформатора для выбранного значения тока. В дальнейшем, гармоники спектра тока короткого замыкания исключаются из спектров сварочного тока при разных условиях сварки, кото-рые, согласно рис. 5 и 6, несут информацию о режимах сварки. В частности, смена электрода марки МРЗ (рис. 5) на электрод марки МНЧ (рис. 6) дает от-личные спектры сварочного тока, т. е. можно создавать эталонные спектры для соответствующих электродов и режимов электросварки.

Источник питания для сварки импульсным током дает форму кривой тока короткого замыкания с более широким спектром гармоник, рис. 7, чем в пре-дыдущих опытах с другими источниками питания. При электросварке на спектр тока влияет не только тип электрода (что было отмечено выше), но и его диаметр при прочих равных условия, рис. 8 и 9.

190

Масштаб: канал 1: ось X: 5 мкс/дел; ось Y: 5 В/дел; канал 2: ось X: 5 мкс/дел; ось Y: 5 В/дел. Рис. 9. Источник питания для сварки им-пульсным током. Режим электросварки, электрод марки МРЗ диаметром 3 мм, ток 100 А: 1 – осциллограмма напряжения про-порционального току электросварки; 2 – осциллограмма падения напряжения на дуге; m – спектр тока электросварки

Таким образом, для конкретных источников питания дуги, выбранного ре-

жима сварки (длины дуги, формы и силы тока), пар «электрод-материал» экс-периментально создаётся эталонная база частотных спектров, характери-зующих оптимальный процесс электросварки пар свариваемого материала разнообразного сочетания, что в дальнейшем позволяет контролировать про-цесс электросварки и управлять им в реальном масштабе времени на различ-ных объектах сварки. Критерии оптимальности процесса электросварки уста-навливаются в зависимости от поставленных целей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сварка. Резка. Контроль : справ. / под ред. Н. П. Алёшина. – М. : Машиностроение,

2005. – 437 с.

УДК 502.51(282.257.5) Б.А. Воронов

Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН Хабаровск, Россия

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БАССЕЙНА РЕКИ АМУР

Дана всесторонняя характеристика экосистемы р. Амур. Описаны негативные влияния антропогенных загрязнений на водные и прилегающие лесные экосистемы. Предложены меры по снижению экологической напряжённости в регионе и улучшению экологической об-становки в бассейне Амура.

Бассейн Амура – огромная мегаэкосистема, охватывающая площадь бо-лее 1850 тыс. км2 в пределах различных географических районов с разными природными условиями, степенью облесенности, обводненности и заболо-

191

ченности. Он расположен в умеренном климатическом поясе, с муссонными чертами в восточной, и с высокой степенью континентальности в западной частях. Протяженность Амура (вместе с Аргунью) 4444 км, ширина русла до 5 км, глубина до 56 м. Он входит в десятку крупнейших рек мира. Основными его притоками являются р. Сунгари, Зея, Уссури, Шилка, Аргунь и Бурея. В Приамурье более 60 тыс. озер, крупнейшими из которых являются Ханка, Чукчагирское, Болонь, Удыль, Большое Кизи, Эворон и Чля.

Для Амура характерны активные русловые процессы, когда скорость раз-мыва берегов может достигать 15–20 и даже 50 м в год. Река легко форми-рует и размывает осередки и острова и ежегодно выносит в море более 20 млн т взвесей. В пойме реки ярко выражены эоловые процессы, в резуль-тате которых образуются протяженные песчаные гряды (релки) высотой до 10–12 м, зарастающие впоследствии зональной древесной и травянисто-кустарниковой растительностью.

Бассейну Амура свойственны богатые генетическое, видовое и экосистем-ное биологическое разнообразие, в том числе и за счет интенсивного и дли-тельного смешения различных флор и фаун, взаимопроникновение которых происходило преимущественно по долинам Амура и его крупных притоков и по водораздельным участкам горных систем. Это делает исключительно высокой биогеографическую значимость Приамурья для всей Восточной Азии. Здесь встречаются представители берингийской, ангарской, маньчжурской (с индо-малайскими элементами) флор и фаун, а также фаун открытых ценозов и вы-сокогорий Приамурья. Местная флора насчитывает около 9000 видов сосуди-стых растений, а фауна – не менее 700 видов наземных позвоночных животных и 135 видов рыб, включая самую крупную пресноводную рыбу в мире – калугу.

Население Приамурья по разным оценкам насчитывает более 80 млн чело-век, из которых около 5 млн человек проживают на территории России, свыше 75 млн человек – в КНР, менее 50 тыс. человек – в МНР и непостоянно – в КНДР. Бассейн Амура является местом исторического проживания многих ко-ренных малочисленных народов – нанайцев, ульчей, негидальцев, эвенков, эвенов, нивхов, орочей, удегейцев, до настоящего времени во многих местах продолжающих вести традиционное национальное хозяйство, в основе которо-го охота, рыбная ловля, собирательство и оленеводство. В целом природный ресурсно-экологический потенциал Приамурья способен обеспечить реализа-цию очень широкого спектра различных типов природопользования. Однако в регионе существует ряд экологических проблем, формирующихся на фоне ес-тественных природных предпосылок под воздействием антропогенных факто-ров, ухудшающих состояние природных экосистем и условий жизни человека.

К природным предпосылкам, определяющим также и экологическую спе-цифику региона, в дополнение к уже упомянутым, следует отнести: 1) значи-тельную амплитуду колебаний в Амуре расходов воды (например, у Хабаров-ска от минимальных 600 м3/с до максимальных 40000 м3/с) и уровней воды (до 14 м в горах Хингана и 5-6 м на равнинах); 2) ярко выраженные многолетние изменения водности Амура (чередование маловодных и многоводных перио-дов продолжительностью 10–17 лет); 3) особенности водного питания реки, около 80 % которого составляет дождевое питание; 4) особенности качества природных вод Амура (например, естественно повышенный «фенольный»

192

фон); 5) сезонные изменения направлений распределения амурских вод в Та-тарском проливе (летом преимущественно на север – в Охотское море, зимой на юг – в Японское море); 6) высокая пирогенная уязвимость территории; 7) естественно высокое число видов животных и растений, находящихся в Приамурье на границах своих ареалов (с выраженными предпосылками к их природной и антропогенной динамике); 8) значительная уязвимость биоты к внешнему воздействию в связи с наличием в ее составе консервативных, ма-лочисленных, эндемичных, реликтовых, а также редких и исчезающих видов, внесенных в Красные книги регионов, России, Китая и Международную, и не-которые другие предпосылки.

Основными антропогенными факторами, обусловливающими экологиче-ские проблемы в бассейне Амура, являются: 1) высокая и неравномерная по странам численность населения; 2) развитие селитебных (в том числе урба-низированных) ландшафтов, промышленного и сельскохозяйственного произ-водства, гидростроительства, недропользования, лесопользования, охоты и рыбной ловли; 3) экологически неадаптированные экономика и природополь-зование; 4) лесные и луговые пожары; 5) загрязнение экосистем бассейна (прежде всего водных) неочищенными либо недостаточно очищенными про-мышленными, сельскохозяйственными, коммунальными и иными сбросами и выбросами как результат безответственности, низкого уровня экологической и природопользовательской культуры населения; 6) недостаточно развитая сеть охраняемых природных территорий.

К главным экологическим проблемам бассейна Амура, определяемым эти-ми факторами, можно отнести: 1) преобразование и разрушение исторически сложившихся природных экосистем, снижение их экологических функций, продуктивности, биологического разнообразия и степени устойчивости к внеш-ним воздействиям; 2) общее снижение качества и экологической емкости при-родного ресурсно-экологического потенциала и усиление экологической на-пряженности в пределах рассматриваемого региона.

Исторически большая часть Амурского бассейна формировалась в преде-лах лесной зоны. В результате широкомасштабных лесных рубок и сопутст-вующих им пожаров произошла существенная трансформация лесных экоси-стем: более чем на 50 % площади в российской части бассейна и 80 % – в ки-тайской. Девственных лесов осталось немногим более 20 % в российской час-ти и 7 % – в китайской. Высокопродуктивные хвойные и смешанные леса за-менены в основном низкопродуктивными пирогенными лиственничными, обедненными мелколиственными и восстанавливающимися производными. При этом существенно снизилось растительное разнообразие, а некоторые реликтовые и эндемичные виды (прежде всего, лекарственные и декоратив-ные, такие как женьшень, тис остроконечный, гастродия высокая, лотос Кома-рова и многие другие) оказались на грани исчезновения. Например, в Хаба-ровском крае уже 310 видов, или более 10 % флоры внесены в краснокниж-ный список, а вместе с Приморским краем, Амурской и Еврейской автономной областями таких видов насчитывается 625.

Резко сократили свою численность наиболее консервативные представи-тели таежной фауны, такие как амурский лесной кот, рысь, росомаха, кабарга,

193

черный аист, тетеревятник, каменный глухарь, дикуша, черный журавль и многие другие. Некоторые виды, по-видимому, уже исчезли из фауны бассей-на (красный волк, амурский горал), либо оказались на грани исчезновения (амурский тигр, дальневосточный леопард).

Сокращение лесов и снижение их качества вынудили Китай отказаться от рубок главного пользования в бассейне Амура и заняться лесовосстановле-нием. Дефицит в деловой древесине покрывается им преимущественно за счет поставок российского леса.

Ежегодно в Приамурье случается в среднем около 1500 лесных и луговых пожаров, которыми охватывается около 800 тыс. га, а в катастрофические по горимости годы, повторяющиеся через каждые 22-23 года, – до нескольких миллионов гектаров (в китайской части Приамурья – до 2 млн га, в россий-ской – в 1976 г. – более 2 млн га, в 1998 г. – более 5 млн га). Они охватывают не только лесные, но и открытые пространства, уничтожая их растительные и животные комплексы. Под их воздействием существенно изменяются не только луговые, но и болотные экосистемы.

В результате в местах регулярных пожаров как на китайской, так и на рос-сийской сторонах исчез красноногий ибис, исчезают дальневосточный аист, японский и даурский журавли, сокращают численность косуля, лисица, птицы водного и околоводного комплексов. Пожары уничтожают исторически сло-жившуюся среду обитания, нарушают естественные функции экосистем, влия-ют на динамику почвенно-климатических условий, формируют специфические обедненные пирогенные сообщества.

Пожары приводят к изменению уровня грунтовых вод, их химизма и тем-пературного режима, из экосистемы теряется до 30 % общего количества пи-тательных элементов. С 1 га улетучивается в атмосферу в среднем: Р – 10 кг (18 %), К – 51 кг (17 %), Са – 100 кг (12 %), Мg – 37 кг (29 %). Из лесной под-стилки в результате фронтального или низового пожаров улетучивается от 27 до 64 % азота. В водную вытяжку из обожженной подстилки почв сразу же по-сле пожара переходит в 20 раз больше кальция, в 10 раз – магния, в 2 раза – калия, натрия, азота и фосфора [1].

Из золы сгоревшей хвои и листвы в водотоки вместе с поверхностными водами поступают с 1 га гарей около 286 кг зольных элементов, в том числе 66,4 кг калия, 19,7 кг кальция, 13,9 кг фосфора [2]. Обогащение воды этими элементами на больших площадях приводит к нарушению экологического рав-новесия в водоемах и их значительной эвтрофикации. Изменение химическо-го состава и состояния донных отложений является причиной гибели икры рыб на нерестилищах. Сильное заиление нерестилищ нерастворимыми про-дуктами пирогенеза, повышенная мутность водотоков наносят большой урон нерестилищам и местам нагула молоди рыб. В бассейне Амура за последние 20 лет по самым скромным подсчетам утрачено 1,75 млн м2 нерестового фон-да лососевых [3]. Водные экосистемы бассейна Амура и, прежде всего, самого Амура испытывают исключительно мощное комплексное воздействие со сто-роны человека. Нижнеаргуньский, Сунгарийский и Комсомольский участки Амура являются самыми загрязненными. Общий объем сбросов неочищенных или недостаточно очищенных промышленных и коммунальных стоков в водо-

194

токи и водоемы бассейна Амура составляет с российской стороны около 800 млн м3 в год, а с китайской стороны, по разным экспертным оценкам, до 15 млрд м3. Только в одной провинции Хэйлунцзян общий объем сброса сточ-ных вод в 2000 г. составил почти 11 млрд 750 млн м3 в год [4].

Более того, в условиях резкого снижения применения российской стороной пестицидов, гербицидов и минеральных удобрений, в китайской части бассейна их применение растет. Например, внесение минеральных удобрений возросло с 8–10 кг/га в 60-х гг. прошлого столетия до 200 кг/га в 90-х. Только в 2000 г. в восьми уездах провинции Хэйлунцзян было внесено на поля 258 615 т мине-ральных удобрений [4], значительная часть которых поступила в водоемы и водотоки Амурского бассейна. В озеро Ханка в 1991–1998 гг. ежегодно в сред-нем поступало 1752 т химических и 686 т биохимических поглотителей кисло-рода, 10,8 т – растворенного фосфора [5]. Главным загрязнителем амурских вод является р. Сунгари, которая выносит в Амур аномально высокие концен-трации целого ряда веществ, в том числе ионов натрия, хлоридных и гидрокар-бонатных ионов, а также нитратных и фосфатных. В конце октября 1998 г., уже на спаде осеннего паводка, суточный сток фосфора и нитратов у г. Хабаровска составлял соответственно 215 и 9500 т, что почти в 4 раза больше того их ко-личества, которое поступило в Амур со сточными водами всех предприятий Хабаровского края за весь 1992 г. [6].

После аварии в г. Цзилинь в ноябре 2005 г. в Амуре стали находить и та-кие летучие органические вещества как хлороформ, тетрахлорметан, бензол, этилбензол, толуол и др. В настоящее время, помимо упомянутых веществ, в Амуре ниже устья р. Сунгари обнаружен и широкий спектр полиароматических углеводородов: пирен, бензоантроцен, флуорантен, бензо(а)антрацен, гомо-логи бензофлуорантена, нафталин, аценофтален. Среди стойких органиче-ских соединений особую опасность представляют хлорсодержащие органиче-ские вещества, самыми токсичными из которых являются полициклические тетрахлоризомеры, относящиеся к дибензодиоксинам и дибензофуранам. Все эти вещества накапливаются в организмах гидробионтов и человека, вызывая мутагенные, канцерогенные и тератогенные эффекты.

Обнаружены в Амуре и легкоокисляемые органические вещества, нефте-продукты, фенолы, железо, медь, цинк, кадмий, свинец, ртуть. Высоки уровни загрязнения воды и по микробиологическим показателям.

Крупные водохранилища ГЭС (два в Китае в бассейне р. Сунгари и два в России – Зейское и Бурейское) не только существенно меняют летний и зим-ний водные режимы Амура, но и являются источниками поступления в нижние бьефы биогенных соединений. Кроме того, залповые сбросы в Амур токсич-ных веществ периодически происходят по причине техногенных аварий в Ки-тае (20 только за последние 2 года).

В результате суммы всех воздействий воды Амура сильно загрязнены и на различных участках оцениваются по качеству от 3 (умеренно загрязненные) до 6 (очень грязные) класса из семи принятых в России [7]. Это, в свою оче-редь, сказывается и на состоянии ихтиологического комплекса, который суще-ственным образом изменился и качественно и количественно. Загрязнение воды, интенсивный лов рыбы и браконьерство привели к тому, что за послед-

195

ние 110 лет рыбные запасы сильно сократились: по ценным видам лососевых и осетровых – в 50–80 раз. Ранее весь нерестовый для лососей бассейн Аму-ра сохранил лишь 20 % нерестовых площадей, заполнение которых лососями не превышает 10–15 % их потенциальной емкости. Качество выловленной в Амуре рыбы бывает настолько низким, что сама она опасна для здоровья че-ловека, и в отдельные годы и сезоны лов ее запрещен.

Таким образом, состояние природных экосистем в бассейне Амура вызы-вает серьёзное беспокойство и должно быть объектом кристального внимания со стороны исследователей. Вместе с тем, уже сейчас возникает вполне обоснованная потребность в разработке и реализации ряда мер конструктив-ного характера, направленных на снижение экологической напряжённости в регионе. В частности, для стабилизации, а впоследствии и улучшения эколо-гической обстановки в бассейне Амура необходимы:

1. Скорейшие разработка, принятие и реализация программы по экологи-ческому оздоровлению бассейна р. Амур.

2. Принятие Федерального закона «Об охране бассейна р. Амур». 3. Активизация усилий правительств и ученых России, Китая и Монголии в

области координации действий, направленных на рациональное природо-пользование и снижение уровня экологической опасности в бассейне р. Амур (заключение межправительственных соглашений).

4. Приоритетное финансирование региональных правительств и научных учреждений в области изучения и решения экологических проблем бассейна р. Амур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фуряев, В. В. Глобальные изменения экологических функций бореальных лесов Евра-

зии вследствие нарушенности их пожарами / В. В. Фуряев, Л. П. Злобина // Сиб. экол. журн. – 2001. – № 6. – С. 661–665.

2. Бабурин, А. А. Динамика состояния лесной растительности Амурско-Комсомольского ТПКа / А. А. Бабурин // География и природные ресурсы. – 1980. – № 1. – С. 151–158.

3. Кондратьева, Л. М. Экологический риск загрязнений водных экосистем / Л. М. Кондра-тьева. – Владивосток : Дальнаука, 2005. – 299 с.

4. Ганзей, С. С. Трансграничные геосистемы Дальнего Востока России и Северо-Востока КНР / С. С. Ганзей. – Владивосток : Дальнаука, 2004. – 231 с.

5. Diagnostic analysis of the Lake Khanka Basin (Peoples republic of Cina and Rassian Fed-eration) / A. H. Kachur et al. // UNEP / CRAES / PGI FEBRAS. – Kenya : Nairobi, 2001. – 136 p.

6. Шестёркин, В. П. О влиянии р. Сунгари на качество вод Амура // Переход Хабаровского края на модель устойчивого развития. Экология. Природопользование : сб. работ науч.-тех. совета при Крайкомэкологии / В. П. Шестёркин. – Хабаровск : ИВЭП ДВО РАН, 2000. – 145 с.

7. Крюков, В. Г. О современном экологическом состоянии и стратегии природопользова-ния в бассейне р. Амур / В. Г. Крюков, Б. А. Воронов // Азиатско-Тихоокеанский регион в гло-бальной политике, экономике и культуре XXI века. – 2002. – Вып. 4. – С. 3–9.

196

УДК 625.172 В.А. Начигин Восточно-Сибирская железная дорога – филиал ОАО «РЖД»

Иркутск, Россия

ТЕКУЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ – ОСНОВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. РАЗВИТИЕ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИИ

В статье рассмотрены основные проблемы текущего содержания пути и развития путе-вого хозяйства на примере Восточно-сибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД».

На сегодняшний момент ярко выражены четыре временных периода. Период с 1850 по 1930 гг. был характерен следующим: паровозная тяга, ма-лая грузонапряженность, применение ручного труда.

В период с 1930 по 1990 гг. начался интенсивный путь развития: индуст-риализация страны, переход на электрическую и тепловозную тягу, резко по-высилась грузонапряженность (в 1989 г. производительность достигла 85 % от уровня США). Осуществлялась практически полная механизация капи-тального ремонта пути, применялись результативные, но не эффективные методы производства.

С 1990 по 2000 г. наблюдался резкий спад объемов перевозок при одно-временном поступлении передовой высокоэффективной путевой техники, вне-дрялись ресурсосберегающие технологии.

С 2001 г. начался рост объемов перевозок, стало невозможно эффективно использовать технику. Снизилась производительность труда.

При продолжении роста перевозок и сохранении существующей организа-ции работ это может привести к самым негативным последствиям. А именно: к невозможности своевременно осуществлять капитальный ремонт пути, дегра-дации верхнего строения пути. Уже сегодня наступила стагнация.

В путевом хозяйстве накопились проблемы, решение которых привело бы к повышению надежности и экономической эффективности. На его долю при-ходится более четверти расходов. Необходим путь совершенствования, на-правленный на эффективное ведение путевого хозяйства.

В последнее десятилетие в путевом хозяйстве произошли значительные количественные изменения. Выросла мощность верхнего строения пути, уве-личился парк машин, механизмов и средств диагностики. Это не привело к ка-чественно новому уровню надежности пути, не внесло улучшения в систему его технического обслуживания. Современные путевые машины повышают качество, безопасность и эффективность путевых работ на текущем содержа-нии и капитальном ремонте. Они обладают высокой надежностью и произво-дительностью, но их применение ограничено временными ресурсами.

Основной проблемой является выполнение работ по текущему содержа-нию и ремонту пути в предоставляемые технологические окна.

В докладе предлагается возможное решение этой проблемы за счет при-менения высокоэффективных методов организации производства.

Для понимания остроты ситуации приведу данные из технической харак-теристики путевого комплекса ВСЖД.

197

Развернутая длина главных путей дороги – 6212,7 км. Протяженность кри-вых составляет 45,4 %, в том числе 25,6 % – радиусом 650 м и менее, с укло-нами более 85 %. За 7 лет возросла грузонапряженность с 20 млн т брутто/км до 40 млн т брутто/км за 2006 г. Только в главном пути просрочено капиталь-ным ремонтом – 1186 км. Износ фондов близок к 70 %.

Проблемы путевого комплекса 1. Несоответствие норм в содержании пути и вагона нормам ПТЭ. 2. Недостаток финансовых средств на ремонт. 3. Потери рабочего времени на пропуск поездов и доставке к месту работ. 4. Низкая укомплектованность дистанций пути персоналом. 5. Неэффективная работа средств диагностики. 6. Не возможность комплексного использования путевой техники. 7. Низкое качество ремонтно - путевых работ всех видов. 8. Инерционность мышления управленцев среднего звена. 9. Несовершенство нормативной базы. 10. Применяемые программные продукты в путевом хозяйстве имеют ло-

кальный характер. Они не объедены в единый управляющий комплекс. 11. Отсутствие возможности маневрирования ресурсами. К вышеперечисленным соображениям добавляется следующее: основная

проблема – необходимость совершенствования и перераспределения внут-ренних источников финансирования, поиск нетрадиционных решений за счет повышения внутренней эффективности управленческих действий и изменения производственных процессов.

Настало время проведения кардинальных изменений, определяющих ус-ловия успешного функционирования путевого комплекса.

1. Организовать работу в технологические перерывы между поездами не ме-нее двух часов ежедневно. Работать укрупненными бригадами (30–40 человек).

2. Изменить графики работы средств диагностики. 3. Укомплектовать путевые бригады за счет передачи работ капитального

характера на аутсорсинг или на исполнение в путевые машинные станции. 4. Использование технологических перерывов работы всех оператив-

ных служб. 5. Организация работы передвижными комплексами. 6. Перейти на систему равномерного восстановления эксплутационной на-

дежности пути за счет селективности проведения ремонтов. 7. Изменить принципы организации в планировании и обеспечении путе-

вых работ. Уйти от гашения пожаров, строить систему не подверженную им. 8. Перераспределить ресурсы с эксплуатации в капитальный ремонт пути. 9. Оптимизировано вкладывать финансовые средства. 10. Специализация дистанции пути. Рассмотрим возможные пути реализаций этих решений. Организация работы в технологические перерывы Изменить ситуацию в лучшую сторону поможет системный подход. Реали-

зация начата за счет использования внутренних резервов с повышением эф-фективности в текущем содержании пути (ПЧ-8, ПЧ-21, ПЧ-2).

198

Перераспределения расходов с текущего содержания пути на капиталь-ные ремонтные работы

Из ежегодно выделяемых 12 млрд руб. на путь в пользу капитального ре-монта необходимо выделять 8 млрд руб., а в эксплуатацию – 4 млрд руб., что позволит предотвратить рост числа просроченных километров перейти на но-вую организацию ремонта (селективную).

Специализация дистанций пути Производственные базы дистанций пути на сегодняшний день не соответ-

ствуют современным условиям. Переход на участковую систему работы, рост объемов перевозок требуют нового качественного подхода в организации те-кущего содержания путевого хозяйства – повышение производительности тру-да, совершенствование технологии работ на всех этапах жизненного цикла. Подтверждение этому высказывание топ-менеджмента Компании.

1. Проработать вопрос о пересмотре до конца 2007 г. системы планирова-ния затрат на текущее содержание пути, предусмотрев при необходимости гибкую методику планирования расходов с учетом фактической стоимости со-держания одного километра пути в зависимости от грузонапряженности и ус-тановленных скоростей движения, а также затрат на устранение недостатков по результатам весеннего и осеннего осмотров технического состояния пути.

2. Предусмотреть при переходе на участковую систему текущего содержа-ния пути усиления мотивации труда путем введения прогрессивных систем оплаты труда, а также проведения мероприятий по сокращению потерь рабо-чего времени за счет оперативной доставки бригад к месту производства ра-бот, организации, при необходимости, работ вахтовым методом с обеспече-нием необходимых бытовых условий на местах их производства.

Базовые дистанции, занимающиеся текущим содержанием пути, ренова-цией материалов ВСП, стажировкой назначаемых руководителей до замести-теля ПЧ. Линейные дистанции – содержащим пути с выполнением неотлож-ных работ.

Механизированные дистанции – эксплуатация и текущий ремонт путевой техники с выдачей её в работу по заявкам дистанций пути.

Специализированные дистанции – лесонасаждений, тоннельные и т. д. Выделение средств диагностики в отдельное предприятие. В настоящее время необходимо развить и обновить инфраструктуру дис-

танций пути, которые призваны стать базовыми, выполняющими ремонт путе-вого инструмента, эксплуатацию средств диагностики, утилизацию отходов производства, реновацию материалов верхнего строения пути, будут зани-маться стажировкой назначаемых руководителей. Концентрация производст-венных мощностей на базовых предприятиях позволит также минимизировать эксплуатационные расходы линейных предприятий, сократив в первую оче-редь, транспортные расходы, повысить качество ремонтно-восстановитель-ных работ.

Интеграция АСУ-П на дороге В ряду мер особое место занимает автоматизированная система управле-

ния путевым комплексом – АСУ-П в масштабах дороги.

199

Внедрение комплекса АСУ – Путевого хозяйства необходимо на дорогах. Для принятия управленческих решений необходимо информационное обеспе-чение с доступом к техническим данным всего персонала.

Автоматизированные системы в путевом хозяйстве на данном этапе яв-ляются только лишь информационными, не обладая никакими аналитически-ми и управляющими функциями. Для дальнейшего развития АСУ в хозяйстве необходимо создание абсолютно новых технологий управления.

Без современных информационных технологий нельзя обеспечить необ-ходимый уровень централизации управления, планирования, контроля и на-дежности работы путевого комплекса.

Для реализации подобных задач необходимо решить ряд проблем: – создать единую информационную среду для ликвидации многообразия

локальных баз данных, несогласованных между собой, это позволит обеспе-чить достоверность информации и принимаемых на ее основе решений;

– синхронизовать базы данных инфраструктуры; – выполнить анализ всех получаемых данных во взаимосвязи друг с другом,

и подготовки информации для принятия управляющих решений или решения. Требования должны включать следующее: – система должна обеспечивать получение и хранение информации (ха-

рактеристики пути, результаты осмотров, «паспорта километров» указанием визуальных дефектов пути, промеры, проверки путеизмерительными средст-вами, наличие дефектных рельсов, проведенная работа и т. д.);

– мониторинг состояния путевой инфраструктуры как совокупности систе-матических процессов оценки, анализа и прогноза изменений состояния объ-ектов эксплуатируемого железнодорожного пути, основанных на данных, по-лучаемых при их диагностировании, с учетом их конструкции, условий экс-плуатации и ремонта.

По словам одного из корифеев пути В.Б.Каменского, «мониторинг со-стояния пути составляет основу ресурсосберегающей системы ведения пу-тевого хозяйства».

Проведение комплексного анализа информации для определения причин-но-следственных связей.

На основе данных мониторинга и комплексного анализа, которые можно назвать информационными процессами подготовки управляющих решений по содержанию пути и сооружений, должна функционировать система принятия решений по технической эксплуатации пути. Функции системы могут быть до-вольно разнообразны, но наиболее приоритетные:

– определение потребности проведения основных видов ремонта путевой инфраструктуры с раскладкой по видам, срокам проведения, очередности и т. п.;

– выдача рекомендаций по проведению работ текущего содержания пути после проверки пути путеизмерительными средствами, осмотров и т. д.;

– подготовка адресных планов оздоровления участков пути; – рекомендации по дополнительным осмотрам, и диагностике; – прогнозирование вероятности отказов технических средств и рекомен-

дации по проведению профилактических работ на определенных участках;

200

– оптимизация распределения людских, финансовых и материальных ре-сурсов с целью повышения эффективности выполняемых работ;

– координация принимаемых решений с организацией перевозочного про-цесса и другими оперативными службами.

К сожалению, нет интегратора в выработке предложений на основе объек-тивной информации для принятия решений.

Необходимо объединить локальные информационные системы хозяйств пути в общий комплекс с единой базой данных о состоянии всех объектов пу-тевой инфраструктуры.

Необходимо выделить несколько приоритетных направлений и далее де-тально разрабатывать рабочие модели эволюционных преобразований.

1. Работа в технологические перерывы укрупненными бригадами. 2. Специализация дистанции пути. 3. Перераспределение расходов с эксплуатации в капитальный ремонт пути. 4. Существенно сократить потребляемые ресурсы за счет сосредоточения

их в одном месте в минимально необходимом объеме (селективный ремонт). 5. Изменить оплату труда, разделив ее на следующие составляющие: 7. Формирование бюджета и возможность его корректировки внутри пред-

приятия. Надо по новому посмотреть на путь – это не «пожиратель» ресурсов, а

точка приложения творческого потенциала и место возникновения прибыли. Это даст возможность повысить эффективность путевого комплекса на

длительную перспективу.

УДК 656.222:504.6 Tao Xiaxin*,**, Xing Qiang*

*,**Harbin Institute of Technology Harbin, China

*Institute of Engineering Mechanics Harbin, China

A VIRTUAL INVERSION OF VIBRATION SOURCE FUNCTION OF RAIL TRAFFIC IN URBAN AREA

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПЕРЕДАЮЩИХСЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ ОТ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА

In order to deal with the possibility to inverse the source function from ground observation, in en-vironment vibration caused by rail traffic urban area, a virtual inversion is carried out. Vertical vibra-tion at a ground point on half space surface from a pulse is synthesized, and is taken as the objective function. The intensity of the source function is inversed by means of the Genetic algorithm. As the result of virtual inversion, the final results of five inversions are all very close to the input.

Городские постройки подвержены влиянию колебаний земной поверхности, вызванных движением железнодорожного транспорта. В статье предложена математическая модель и алгоритм расчета характеристик колебательного процесса. Результаты моделирования хо-рошо согласуются с реальными данными.

201

INTRODUCTION The vibration caused by rail traffic in urban area is emphasized these years as a

big environment problem. In the simplest case, it is mainly from the bump between the steel wheel and rail discontinuity such as joint. In most environment vibration studies, the vibration source is modeled as a random vibration at the nearest point from the rail, and the effect on buildings and human beings is calculated by a two dimensional analysis of the attenuation from the source (Bahrekazemi, 2004), as shown in the following figure.

Fig. 1. The sketch map of the idea on vibration attenuation in tradi-tional analysis

However it is far away from the fact that the vibration is come from many joints

along the rail while the wheels move through rapidly. The most difficult is that no one can observe the pulse clearly even at a very near point from rail, since the mix-ture of pulses before and after this pulse. The recorded vibration is always the combination of many pulses among which the nearer the stronger, the farther the weaker. A new idea is presented in this paper, to detect the pulse from each joint along the railway. The vibration time history at a point is synthesized from a se-quence pulses with same time lags. The shape and triggering time of individual pulse are determined by the encounter of wheel and joint, and the wave propaga-tion path from the joint to the point. The former depends on the given length of rail segment, the length between wheels and the velocity of the train. The latter de-pends mostly on the ground velocity structure at that site. In order to deal with the feasibility to inverse the source function from ground observation, a virtual inversion is presented in this paper. The source function at each joint is preset as rectangular pulse. Then the vertical vibration at a ground point at half space surface is synthe-sized from analytical solution, and It is taken as the objective function. The intensity of the source function is inversed by means of the Genetic algorithm. Finally the in-versed result is checked by the preset intensity.

THE PRESET SOURCE FUNCTION The basic idea of virtual inversion is to remove the effect of ignorance on the in-

put of the inversion, and can check the result by the preset input (Tao and Shi, 2002). Therefore it is called virtual, since the input is known, but never be consid-

202

ered in the inversion process. From a test on impact vibration between wheel and rail joint, given axile load as 107 KN and velocity of the train as 54 Km/h, the pulse at the joint is similar to a rectangular pulse, as shown in fig. 2.

Fig. 2. A test result of impact vibra-tion between wheel and rail joint (af-ter Zhai, 1999)

The source function is taken as the following.

)]()([)( 0ttHtHPtP m −−= . (1)

in which and 0t are the intensity and the duration of the pulse, and )(⋅H is the Heaviside function. The two parameters are determined from the basic parameters in the given case. 20 cars in the train are assumed, the length of each car is 25.5 m, the length between the hooks is 27.0 m, the length of wheel pair set is 20.0 m, the fix length between the two wheel pairs in each set is 1.75 m. 15 rail segments are considered, the length of each is 25.0 m, the gap width between two segments next to each other is 0.02 m. The velocity of the train is taken as 52 Km/h, and axile load is 105 KN. One can see that 0t is about 0.0014 s and mP is 200 KN.

THE MOTION ON HALF SPACE SURFACE CAUSED BY A RECTANGULAR

PULSE The motion equation, initial and boundary condition of the vibration problem in

half space excited by rectangular pulse are follows.

2

, ( )r zu u rr r z z r r rφ η φ η∂ ∂ ∂ ∂ ∂

= + = −∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

; (2)

( ) ( ) ( ).. ..

2 22 2, , , , , 0 , , 0d s

r z t r z t r z tc cφ ηφ η∇ = ∇ = ≤ < ∞ > ; (3)

203

( ). .

0, 0 , , 0r z tφ φ η η= = = = ≤ < ∞ = ; (4)

[ ]00( , 0, ) 0, ( , 0, ) ( ) ( ) ( )

2zr zPr t r t r H t H t t

rσ σ δ

π= = − − , (5)

where ( )rδ is the Dirac fuction; ,φ η are scalar potential functions 标量势函数; ,r zu u are the displacement components; ,z zrσ σ are the stress components, respectively.

The Laplace transform of vertical displacement can be obtained, after Laplace and Hankel transform of the above equations, solving of two algebraic equations, and an inverse Hankel transform, as follows.

0 2 2 2

002 2 2 2 20

2 exp( ) ( )exp( )1( , , ) ( )2 ( )( 2 ) 4

std s d s d

zs d d d s

P x z x zer z s xJ xr dxs x k x

η η η η ηµπ η λ µη µ η η

− ∞ − − + −−= ⋅

+ + −∫ . (6)

Let 0, sz x k ξ= = , the equation can be solved by means of Cagniard-Hoop

method (Liu, 2004). The solution for Poisson ratio ν = 0.25, is shown as the follow-ing equation.

( )

( )

( )

( )

12

2 20

12

2

12

02

0

0, ( 1/ 3)

3 3 3 56 ( )1/ 4 3/ 4 3 / 4

, 1/ 3 132

3 3 5,0, 3 / 4 3/ 4

3 3 56 , 116 3/ 4 3 / 4

3 ,8

Pr

u r

Pr

Pr

τ

τ ττ

µπ

τ τ

τ γµπ τ

τ γµπ

⎧ <⎪

⎡ ⎤⎪ ⎛ ⎞+⎢ ⎥⎪ − −⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎪ − + −⎝ ⎠⎢ ⎥⎪ ≤ <⎢ ⎥⎪⎛ ⎞−⎢ ⎥⎪ +⎪ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟= ⎨ + −⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦⎪

⎡ ⎤⎪ ⎛ ⎞+⎢ ⎥⎪ − ≤ <⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎪ + −⎝ ⎠⎢ ⎥⎪ ⎣ ⎦⎪⎪ ≥⎪⎩

, (7)

where 0 0/ , /s sc t r c t rτ τ= = , sC is the shear wave velocity, µ is the shear modulus,

2/)33( 21

+=γ . VIBRATION AT A GROUND POINT EXCITED BY THE TRAIN The vibration at a ground point excited by one after the other encounter of the

four wheel-pairs under a car and one joint is calculated The ground vibration at the point excited by the train passed along the rail from

the right to the left can be synthesized by means of superposition of all vibration from each car in turn in time domain. The time lag depends on the velocity of the train and the length between the wheel-pairs, one can see is about 1.87 s for one car. For the two pints shown in fig. 3, the vibration time histories are synthesized, as shown in fig. 4 and 5.

204

Figure 3. The sketch map of the two point positions

Figure 4. The vertical displacement time history at point 1

Figure 5. The vertical displacement time history at point 2 From the two figures, one can see that there is a vibration increasing segments

at the beginning, after that a stable vibration segments, and finally a decreasing segment, showed three stages that the train is getting in the 375 m rail, totally in the rail and is getting out the rail respectively.

205

THE INVERSION STRATEGY FOR THE GENETIC ALGORITHMS The Genetic Algorithms (GA) is adopted for the intensity inversion of the source

function. GA is nonlinear global searching and optimizing method for inversion (Melanie, 1999), and is developed very fast these years. In nature, the inversion by GA is a process to search a optimal solution in the given solution space. The GA strategy for the inversion in this paper includes the following items.

(1) The object function is selected as ( ) ( )2

1

N

j ji

f i f iφ=

⎡ ⎤= −⎣ ⎦∑ for the jth intensity

value, )(⋅f and )(⋅f are the expected displacement time history and the calculated ones from the jth intensity value, respectively. (2) The fitness function is selected as

jeFjφ2.0−= , to assure a high probability that the most fitted individual is copied to the

next generation. (3) The binary coding is adopted for its simplicity and to make more searching pattern. (4) Selection operator is the league matches, cross opera-tor is the consistent cross, and also usual aberrance operator and strategy to re-strain prematurity are applied. (5) Population size is 100, cross probability is 0.6, aberrance probability is 0.08, the maximum genetic generation is 50.

THE RESULT OF THE VIRTUAL INVERSION AND THE CONCLUSIONS In order to deal with the feasibility the virtual inversion, the intensity of the

source function is inversed for five times. ACKNOWLEDGEMENT This research is supported by the National Natural Science Foundation under

Contract № 50538030.

REFERENCES 1. Bahrekazemi, M.Train induced ground vibration and its prediction, Division of soil and rock

mechanics, Dept. of civil and architectural engineering / М. Bahrekazemi. – Stockholm Royal Insti-tute of Technology, 2004.

2. Melanie, M. An introduction to Genetic Algorithms / М. Melanie. – The MIT press, 1999. 3. Tao, X. Virtual inversion of site shear wave velocity structure by means of microtremors ob-

servation at a dense array (in Chinese), Proceedings of earthquake engineering and disaster re-duction in new century / X. Tao, L. Shi. – China, Beijing : Seismological press, 2002.

4. Zhai, W. Simulation and test of impact vibration between wheel and rail joint / W. Zhai // Journal of calculation mechanics. – 1999. – 16(1):93–99.

206

УДК 624.001.6 Zhao Maocai, Li Xiufeng

Harbin Institute of Technology Harbin, China

APPLICATION OF INFRARED THERMAL IMAGE TECHNOLOGY IN CIVIL ENGINEERING

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ В ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Infrared thermal imaging detection technology began in the 1960s. It is gradually maturing a nondestructive testing method. It has been widely used in aerospace, aviation, medical, construc-tion, power, metallurgical, petrochemical, and materials and medical diagnostics, and other fields. In this paper, it introduced the status quo of infrared thermal imaging technology to detect in the field of civil engineering at home and abroad, given cases of using infrared imaging detection in the field of civil engineering technology.

Исследование тепловизионной технологии началось в 60-х гг. ХХ в. Дан-ное исследование постепенно вылилось в развитие неразрушающего метода тестирования, который начал широко использоваться в космической промыш-ленности, авиации, медицине, строительстве, энергетике, металлургии, неф-техимии, медицинской диагностике и других сферах. В данной статье рас-сматривается статус кво тепловизионной технологии, предназначенной для использования ее в гражданском строительстве, как в нашей стране, так и за рубежом, приводятся примеры использования инфракрасного излучения в гражданском строительстве.

INTRODUCTION Infrared radiation is the object of all natural phenomena. In 1800 WILL ION

HERCHELL British scientists first discovered the existence of the infrared. In the early 1950s, International industrial countries developed infrared temperature measurement material detection technology. In the early 1960s, the United States developed the first infrared thermal imaging technology and equipment. And it was the first application in the military field. Subsequently, infrared detection technology has been used widely and development in the aerospace, aviation, medical, con-struction, power, metallurgical, petrochemical, and materials and medical diagnos-tics, and other fields [1, 2]. The major application areas of Infrared technology in-cluding five aspects: infrared temperature measurement, infrared thermal imaging, infrared remote sensing, infrared alarm and infrared heating. In addition, infrared technology is also widely applied in infrared gas analysis, infrared spectrometry, in-frared measuring wetlands etc.

Infrared thermal imaging is from the point of real-time display of the measured surface temperature distribution of infrared temperature measurement technology. And it is a major development of infrared temperature measurement technology. Currently in the world, a variety of infrared thermal imaging equipment is sold. American Society of Nondestructive Testing has been included as a formal special nondestructive testing method, and has embarked I, II, III NDT personnel training

207

and assessment work. In industrial nondestructive testing equipment, people mainly use infrared thermal imaging technology for the monitoring of electrical equipment, power plant equipment and high-temperature operation of the equipment for the early detection of hidden dangers fault [3–7].

Currently, in the field of civil engineering major regional, infrared thermal imag-ing technology is used for finding mildew regional, insulation adverse regional, rapid detection of buildings, enhancing construction quality, identifying leakage detection assess structural deficiencies, observing and controlling paver temperature, detect-ing hidden defects under the pavement, and so on.

DOMESTIC INFRARED THERMAL IMAGING TECHNOLOGY RESEARCH

STATUS In China, infrared detection technology began in the early 1970s. The technology

has been growing widely used in the domestic through 30 years of research and de-velopment efforts [8]. China's power system research is earlier NDT industry in de-velopment and application of infrared thermal imaging technology. In 1975 by Xi'an Thermal Institute and Kunming Physics Institute, and other units jointly developed the country's first -HRD21 infrared thermography instrument. In Suzhou Thermal Insti-tute, the HSY201 thermometer of infrared scanning is successful development in 1996. Nearly 20 years to the power system introduced about 50 infrared imaging system, widely used in fluid power equipment exposed to heat and joint testing.

Special equipment of the Chinese Research Center the Chinese Academy of Sciences in Shenyang coherer institute, Tianjin Petrochemical Company and other units investigated in the metal specimen, pressure vessels and pressure piping heat conduction defect analysis, stress analysis and fracture mechanics aspects of research work, and developed the successful application of infrared thermal imag-ing work in liquefied petroleum gas storage tank, reactor, and the furnace high tem-perature and pressure piping equipment.

In China, housing hot diagnosis technology has begun applications. Using infra-red detection technology can diagnose buildings outside the walls stripped away, mortar hollow, condensation, water leakage, wallboard take water leakage routes and large buildings lose heat systems and heat loss. In addition, infrared thermal imaging technology applied in printed circuit board fault detection, industrial ceram-ics, machinery and processing industries too.

In the setting of detection standards, China and abroad still lags far behind. Only has there basic standards GB / T 12604. 9-1996 «NDT Terminology infrared detection» and application GB 8174–1987 standard «equipment and piping insula-tion testing and evaluation of the effectiveness». And Testing in Civil Engineering are blank yet.

THE TYPICAL CIVIL ENGINEERING INFRARED THERMAL IMAGING DE-

TECTION CASE Civil engineering construction quality has become a concern. Infrared detection

technology can process on the ground for a non-contact detection, and scan large areas of targets, both comprehensive and rapid safe and convenient. The current application of the following areas includes:

208

1. Used to evaluate whether new buildings meet the design specifications insu-lation requirements.

Fig. 1 is visible light images of a roof of the first floor, windows. We do not know what causes the poor state of the room holding temperature. From fig. 2 of infrared images, that cold air leaking ceilings leads into the building within the main reason.

Fig. 3 and 4 are a brick wall infrared image. From that we can see Smooth sur-face detection masonry wall thermal difference.

2. Detection of wall or roof of the building structure of the humid conditions.

Fig. 1. The roof panels, windows visible image

Fig. 2. The roof panels, window infrared image

Fig. 3. Infrared images brick wall Fig. 4. Infrared images brick wall

Fig. 5. Indoor ground visible imageFig. 6. Indoor ground infrared image

209

Fig. 5 about an indoor surface visible image can not be the ground moist conditions, fig. 6

shows a clear image that the naked eye could not detect the ground in humid regions. 3. For testing door, window Sealing. Fig. 7 is the insulation of windows sealed infrared images. From the map can

see clearly that the insulation of the windows sealed. 4. Road, bridge and underground channel detection. Fig. 8, 9 and 10 are the infrared image of the Asphalt Paving. Fig. 8 is road paver

for a particular scene. The temperature below 170 °F asphalt relatively more hard, more and more rolling resistance, thermal density lower than the regional, so will be easier to premature failure. We found that infrared images 70.9 °C (159.6 °F), hot and visualization images of the road damage is associated.

Fig. 7. Indoor windows infrared image Fig. 8. Asphalt Paving the scene infra-red image

Fig. 9. Asphalt Paving the scene in-frared image

Fig. 10. Asphalt Paving the scene infrared image

Fig. 11. Asphalt pavement visible defects photo

Fig. 12. Asphalt pavement defi-ciencies Infrared photo

210

Fig. 9 shows the red image in the same road after the paving machine at about 50 °F temperature difference. The low temperature adhesion regional is poor. It can also be rolling smoothly. However, this error is not allowed for paving the way for the highway in some parts of the United States.

Fig. 10 shows that only 3 °F temperature difference. This cooling infrared image of the asphalt is the average thermal distribution. The density of fine asphalt pave-ment is 2.205 kg/m3, the maximum density is 2.247 kg/m3, the minimum density is 2.179 kg/m3. One year after the shooting from the road visual image shows that the road is still intact.

From the contrast of fig. 11 and 12 we can see that defects pavement tempera-ture differences are more apparent. Therefore, we can use infrared imaging tech-nology for detecting hidden defects auxiliary road detection evaluation.

THE CONCLUSIONS In the field of civil engineering, imaging infrared detection technology receive

support a successful application in the structure of the sealed test evaluation, Paver quality control and evaluation of road conditions. It can use less labor and expendi-ture on buildings and structures static or dynamic, short-term or long-term meas-urement or monitoring.

Building temperature changes due to the complexity of building surface tem-perature difference by many external factors, such as: when the wind is strong cool-ing trend in the building conceals the surface temperature changes, and if the rain after detecting defects near the surface of the water there is when it will affect the image of shooting. Therefore infrared imaging detection technology need further improvement and development on many issues.

ACKNOWLEDGEMENT This research is supported by the Harbin City Government Science Foundation

under Contract № 2006RFLXS016.

REFERENCES 1. Maldague, Xavier. Nondestructive Testing Monographs and Tracts. Vol. 7 / Xavier Malda-

gue // Infrared Methodology and Technology [M]. – Gordon and Breach Science Publishers, 1992. 2. Nondestructive Testing Handbook. Vol. 9 / Roderic K. Stanley [et al.] // Special Nondestruc-

tive Testing Methods [M]. – American Society for Nondestructive Testing, 1995. 3. Russell, S. S. Vibrothermographic inspection of a glass2fiber epoxy machine part [J] /

S. S. Russell, E. G. Henneke // Materials Evaluation. – 1991. – 49(7):870–874. 4. Balageas, D. L. Characterization and nondestructive testing of carbon2epoxy composites by

a pulsed photothermal method [J] / D. L. Balageas, A. A. Deom, D. M. Boscher // Materials Evalua-tion. – 1987. – 45 (4) :461–465.

5. Thermal nondestructive testing of carbon2epoxy composites: detailed analysis anddata processing [J] / V. Vavilov [et al.] // NDT & E International. – 1993. – 26(2):141.

6. Mcmullen, P. C. Masonry building envelope analysis, thermosense XV [A] / P. C. Mcmullen // An International Conference on Thermal Sensing and Imaging Diagnostic Ap-plications. Vol. 1, 933 [C]. – USA, Bellingham, 1993.

7. ASTM Standard D4788. Test Method for Detecting Delaminations in Bridge Decks Using In-frared Thermography [S] .

8. Mei, Lin. Nondestructive Testing Infrared thermal imaging technology and its application [J] (in Chinese) / Mei Lin, Zhang Guangming, Wang Yuwen // Nondestructive Testing. – 1999. – 21.

211

УДК 625.111 В.А. Подвербный, О.В. Подвербная, Д.И. Драчев, О.Л. Чернигов

Иркутский государственный университет путей сообщения Иркутск, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА CARD/1 В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Рассмотрен вопрос применения программного комплекса CARD/1 немецкой фирмы A+S Consult GmbH Forschung und Entwicklung в проектировании железных дорог.

Актуальность работы обосновывается тем, что современный высоко-эффективный программный комплекс CARD/1 (разработка компании A+S Consult FuE) применяется не только в Германии, но и в Китае, Венгрии, Индии, Перу, США и Канаде.

С использованием комплекса CARD/1 были запроектированы планы и схематические продольные профили двух вариантов трассы с руководя-щими уклонами 13 и 15 ‰ от промежуточной станции А до заданного на-правления Б.

Топографическая карта – учебная, масштаба 1:50 000, сечение рель-ефа горизонталями через 10 м, четвертая категория сложности рельефа.

Трассирование было выполнено по карте, отсканированной и оцифро-ванной в Easy Trace.

Трассирование вариантов, проектирование планов и профилей, раз-мещение раздельных пунктов и водопропускных сооружений выполнено в соответствии с действующими нормами СТН Ц-01-95.

На основании технико-экономического сравнения показателей про-трассированных вариантов был выбран второй вариант с более крутым руководящим уклоном 15 ‰.

Разработана технология проектирования плана, продольного и попе-речных профилей в программном комплексе CARD/1.

Программный комплекс CARD/1 позволяет проектировать трассу и все элементы железных дорог графически интерактивно.

Была создана цифровая модель местности в CARD/1. Одним из пре-имуществ CARD/1 является возможность при проектировании проектной линии постоянно контролировать суммарный объем земляных работ на-сыпей и выемок.

Были запроектированы различные поперечные профили. При созда-нии чертежей были использованы различные шаблоны CARD/1.

Для помощи в освоении программного комплекса был подготовлен учебный фильм в формате avi, в котором подробно раскрыта технология проектирования в CARD/1 (консультант С.Давыдов ООО «А+С Консалт Исследования и разработки», г. Санкт-Петербург).

212

Кроме того, был записан файл визуализации проекта и имитации дви-жения поезда по запроектированной трассе.

Подробнее о программном комплексе CARD/1. При запуске «CARD/1» появляется стартовая рабочая область, кото-

рая состоит из шапки (верхняя строка), выпадающего меню и области отображения параметров (нижняя часть экрана). В шапке указывается на-звание выбранного проекта, выпадающие меню обеспечивают доступ ко всем установленным модулям. В области отображения параметров ука-зывается название выбранного проекта и пояснение к нему.

При обработке данных рабочая область расширяется и дополняется новыми элементами.

В шапке появляется информация об активном, обрабатываемом элементе. С правой стороны окна появляется панель, которая содержит все дос-

тупные в данном модуле функции, относящиеся к определенным группам. В области актуальных значений (верхний правый угол) выводятся зна-

чения, соответствующие выбранной функции и положению перекрестия. Это могут быть координаты точки, радиус элемента, расстояние, уклон, пи-кет и т. д. в зависимости от того, какая функция в данный момент активна.

В области отображения параметров выводится вся информация о вы-бранном или редактируемом элементе.

В строке комментариев (нижняя строка) отображаются указания для дальнейших действий.

Область ввода значений (нижний правый угол) позволяет вводить парамет-ры с клавиатуры, минуя координатную привязку с использованием перекрестия.

В некоторых случаях в самом низу панели отображается подсвеченная желтым цветом кнопка «Опций», открывающая дополнительные возможности.

Для создания нового проекта в поле «Имя проекта» вводится имя проекта. В поле «Название проекта» указывают пояснения к проекту.

Программа «CARD/1» позволяет импортировать оцифрованные рас-тровые изображения созданные в других программах, если они представ-лены в виде файла формата «*.dxf». Для этого необходимо скопировать импортируемый файл в папку с проектом.

Затем следуют этапы: 1. Расчет границ проекта и просмотр результата импорта. 2. Создание и оценка цифровой модели местности. 3. Трассирование в плане (рис. 1). В CARD/1 ось в плане прокладыва-

ется отдельными элементами. Основным принципом является установка двух фиксированных элементов и подгонка между ними третьего. Напри-мер, для изменения радиуса следует выбрать функцию «Радиус» и ука-зать на экране элемент плана трассы – кривую, затем графически инте-рактивно на экране либо вручную задать новое значение радиуса.

213

Рис. 1. Проектирование плана трассы в CARD/1 Для построения проектной линии в продольном профиле необходимо

сначала получить линию местности. Данная операция производится в моду-ле Модели.

Создание вершин (точек перелома проектной линии продольного профи-ля) производится в два приема – указание пикетажного положения и указа-ние высоты.

Кроме исключительно графического конструирования можно вводить чи-словые значения, также есть возможность привязки вершин к точкам местно-сти или плану трассы.

При проектировании проектной линии эти способы необходимо комбини-ровать (рис. 2).

Для редактирования положения вершин используются группы функций «Переместить», «Переместить на тангенсе» и «Переместить систему».

После ввода вертикальных кривых положение проектной линии также мож-но редактировать.

При построении поперечного профиля необходимо использовать задание, которое подключает и использует все данные об оси. Это может быть линия местности, проектная линия в продольном профиле и т. д.

При создании чертежей возможно вывести всю необходимую информа-цию, согласно требованиям заказчика.

Программный комплекс позволяет определить суммарные объемы насыпи и выемки, учитывая площадь поперечного профиля земляного полотна.

Программа «CARD/1» позволяет сымитировать и оценить условия движе-ния на уровне глаз машиниста по спроектированной трассе.

214

Рис. 2. Проектирование продольного профиля в CARD/1 Имитация выполняется в меню «Поперечный профиль». Используя кнопки «Область диаграммы включить или выключить» и «Вклю-

чить или выключить данные» могут быть выведены на экран дополнительные панели, на которых будут изображены план и продольный профиль, а также данные о текущем пикете, элементе плана, проектной отметке, уклоне.

Полученную имитацию движения можно записать в виде фильма, исполь-зуя меню «Модули» >> «Экспортировать», затем – в появившемся окне сде-лать необходимые настройки на вкладках «Изображение» и «Фильм» (рис. 3).

В CARD/1 имеется возможность экспортировать чертежи плана, продоль-ного и поперечного профиля в другие программы, используя файл формата «*.dxf» (рис. 4).

Рис. 3. Имитация движения в CARD/1

215

Рис. 4. Продольный профиль, экспортированный из CARD/1 в AutoCAD В целом программный комплекс CARD/1 – современный высокоэффектив-

ный программный продукт для проектирования железных дорог.

УДК 656.1 В.С. Шварцфельд, В.В. Баранова, А.В. Соколов, А.Е. Кононенко

Дальневосточный государственный университет путей сообщения Хабаровск, Россия

АНАЛИЗ И ВЫБОР МАРШРУТОВ СЛЕДОВАНИЯ ГРУЗОВ В ПРЕДЕЛАХ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

В статье рассмотрены вопросы формирования и ранжирования альтернативных маршру-тов следования грузов для задачи анализа региональной сети железных дорог. Представлен пример расчета по одному из алгоритмов поиска оптимальных маршрутов – методу Флойда.

Для проведения системного анализа (РСЖД) и проектирования ее разви-тия помимо параметров облика и связности необходимо иметь также инфор-мацию, отражающую значение длины транспортных связей между узлами, на-правления движения поездов по звеньям, результирующую пропускную спо-собность кратчайших и альтернативных маршрутов между заданными узлами и т. п. Такую возможность предоставляет пространственно-параметрическая модель РСЖД [1].

216

Если говорить о маршрутах следования грузов, то маршрут ijµ из узла iyz в узел jyz представляет собой упорядоченную последовательность звеньев, которая начинается в iyz и заканчивается в jyz . Причем, звенья, входящие в состав одной и той же магистрали или железнодорожной линии, должны иметь одинаковый признак специализации пути по направлению движения по-ездов и номер железнодорожного пути. Этими ограничениями обеспечивается условие не прохождения маршрута дважды через один и тот же узел. Ранг или длина маршрута )( ijL µ представляет собой физическую длину по данно-му пути ijµ , т. е. расстояние из узла iyz в узел jyz . В отдельных случаях, в зависимости от постановки и целей сетевого анализа, «ранг маршрута» может представлять собой показатели: стоимость перевозок, время доставки груза, пропускная или провозная способность и т. п.

Все возможные маршруты из узла iyz в узел jyz образуют множество

маршрутов }{M kijij µ= . Каждый маршрут k

ijµ k,K,k( 1= – порядковый номер) будем описывать перечнем звеньев, входящих в данный маршрут:

hjsdpsiphjsdpsipkij zv,...,zv,zv,zv,...,,, =µµµµ=µ , (1)

или упорядоченным перечнем узлов:

jspikij yz,...,yz,yz,yz=µ . (2)

В реальных условиях, как правило, для связи между заданными узлами

РСЖД используются не все возможные маршруты, а только те, которые удовле-творяют определенным условиям или обладают определенными свойствами.

Множество маршрутов, обладающих определенным свойством, обозначим *ijM . С учетом этого при анализе РСЖД, могут быть найдены: допустимые

маршруты *ij

допij MM ⊆ ; оптимальные маршруты доп

ijопij MM ⊆ ; маршруты

задLij

Lij MM ≤⊆ , имеющие ранг, значение которого не превышает заданной ве-

личины и т. п. Частным случаем является поиск кратчайшего маршрута по за-данному показателю, т. е. маршрута с минимальным рангом *)( ijij ML ∈minµ .

В некоторых случаях необходимо рассматривать независимые (по узлам и звеньям) маршруты, т. е. такие маршруты, в состав которых не входят одни и те же звенья или узлы. Нахождение таких маршрутов требуется, например, при анализе надежности и живучести РСЖД.

Выбор (поиск) допустимых *ij

допij MM ⊆ или оптимальных доп

ijопij MM ⊆

маршрутов между заданными узлами iyz и jyz может осуществляться по различным критериям. Такими критериям могут быть максимально допусти-мые значения: длины маршрута, стоимости перевозки грузов, эксплуатацион-

217

ных затрат, какого-либо технического параметра (число двухпутных или одно-путных участков) и т. п. В некоторых случаях на маршрут могут накладываться ограничения по соображениям надежности и живучести. Например, маршрут следования грузов не должен проходить через районы, подверженные раз-личным природным воздействиям или вблизи государственной границы и т. д.

В общем случае определение критериев может осуществляться различ-ными способами. Остановимся на критериях, обладающих свойством адди-тивности, к которым относятся: стоимость перевозки грузов, эксплуатацион-ные расходы, протяженность маршрута и т. п. Подобные критерии определя-ются как сумма частных критериев звеньев, образующих маршрут:

∑

µ∈∀δ=µ∂=∂

kijijzv

ijkij

kij )( , (3)

где ijδ – частный критерий звена ijzv .

Условием поиска допускаемых маршрутов, как было отмечено выше, мо-жет выступать критерий ij∂ , значение которого не превосходит некоторой за-данной величины ∂′ . В других случаях границей допустимости может служить не превышение значения заданного критерия или оптимального критерия на величину ε , т. е.

ε+∂≤∂ оп

ijдопij . (4)

Критерий узла iiδ в общем случае будем считать равным 0. В тех случаях,

когда при нахождении маршрута необходимо учесть критерии узлов, их вклю-чают в критерий звеньев, которые проходят через соответствующие узлы.

Ниже излагается один из алгоритмов поиска оптимальных маршрутов – метод Флойда [2] применительно к исследуемой проблеме.

Определение оптимальных маршрутов )( minLijµ между всеми парами уз-лов, входящих в расчетную модель РСЖД, при использовании матричного представления исходных данных покажем на следующем примере. Пусть за-дана расчетная модель облика структуры РСЖД (рис. 1). Исходные данные приведены в табл. 1, представляющую собой матрицу ijG δ= . Критерий

∞=ijδ между узлами ji и , которые не соединены между собой участками ма-гистралей или железнодорожными линиями.

Воспользуемся операцией ∆ над квадратными матрицами ijA α= и

ijB β= порядка N . Операция ∆ над матрицами A и B сводится к определению минимума из

сумм вхождений каждого члена i -й строки матрицы A и j -го столбца матри-цы B . В результате операции ∆ получается матрица ijBAC γ=∆= того же порядка. Значения ijγ определяются как:

218

),,...,,...,,( 2211 NjiNlhiljijiij βαβαβαβαγ ++++=min

,,,1,,1 jiNjNi ≠== (5)

где ilα – значения k -й строки, Nl ,1= ; lhβ – значения l -го столбца, Nh ,1= .

Таблица 1

Значения рангов звеньев РСЖД ( ijG δ= )

1 2 3 4 5 6 7

1 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ 2 7 0 4 9 5 ∞ ∞ 3 ∞ 4 0 4 5 ∞ 4 4 ∞ 9 4 0 ∞ ∞ 7 5 6 5 5 ∞ 0 3 ∞ 6 8 ∞ ∞ ∞ 3 0 6 7 ∞ ∞ 4 7 ∞ 6 0 Параллельно с расчетом значений ijγ производится определение прохож-

дения маршрута из i в j через промежуточные узлы. Им соответствуют но-мера столбцов, в которых ijγ имеет минимальное значение.

Выполнять операцию ∆ над матрицей ijG δ= требуется по шагам

maxττ ,...,2,1= . На каждом шаге τ получают матрицу τijD ∂= . При некото-

ром значении 1)−< N(maxτ изменение членов матрицы прекращается, т.е.

1

2

5

6

3 4

7

6

7

8 3

5

5

6

9

4

4

47

Рис. 1. Пример структуры РСЖД

i j

219

будет получена матрица опij

опD ∂= , значение каждого члена которой соот-ветствует минимальному расстоянию между узлами i и j

))( min(min Lijij ijопij µ∂=∂=∂ .

Для рассматриваемого примера после проведения первого шага, матрица рангов приведена в табл. 2.

Таблица 2

Значения рангов маршрутов РСЖД ( 1ijD ∂= ) после первого шага расчета

1 2 3 4 5 6 7

1 0 7 11 16 6 8 14 2 7 0 4 8 5 9 8 3 11 4 0 4 5 8 4 4 16 8 4 0 9 13 7 5 6 5 5 9 0 3 9 6 8 8 8 13 3 0 6 7 14 8 4 7 9 6 0

Приведем расчет значений ij∂ для первой строки. Ячейка 1–2 (маршрут из узла 1 в узел 2):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ 7 0 4 9 5 ∞ ∞ 7 7 ∞ ∞ 11 ∞ ∞

Минимальное значение 712 =∂ находится во 2-м столбце. Следовательно,

кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–2 с рангом 712 =∂ .

Ячейка 1–3 (маршрут из узла 1 в узел 3):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ ∞ 4 0 4 5 ∞ 4 ∞ 11 ∞ ∞ 11 ∞ ∞

Минимальное значение 1113 =∂ находится во 2-м и 5-м столбцах. Следо-

вательно, кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–2–3 и 1–5–3 с рангом 1113 =∂ .

Ячейка 1–4 (маршрут из узла 1 в узел 4):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ ∞ 9 4 0 ∞ ∞ 7 ∞ 16 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞

i j

+

+

+

220

Минимальное значение 1614 =∂ находится во 2-м столбце. Следователь-но, кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–2–4 с рангом

1614 =∂ . Ячейка 1–5 (маршрут из узла 1 в узел 5):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ 6 5 5 ∞ 0 3 ∞ 6 12 ∞ ∞ 6 11 ∞

Минимальное значение 615 =∂ находится во 5-м столбце. Следовательно,

кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–5 с рангом 615 =∂ .

Ячейка 1–6 (маршрут из узла 1 в узел 6):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ 8 ∞ ∞ ∞ 3 0 6 8 ∞ ∞ ∞ 9 8 ∞

Минимальное значение 816 =∂ находится во 6-м столбце. Следовательно,

кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–6 с рангом 816 =∂ .

Столбец 1–7 (маршрут из узла 1 в узел 7):

1 2 3 4 5 6 7 0 7 ∞ ∞ 6 8 ∞ ∞ ∞ 4 7 ∞ 6 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 14 ∞

Минимальное значение 1417 =∂ находится во 6-м столбце. Следователь-

но, кратчайший путь для первой итерации расчета составляет 1–6–7 с рангом 1417 =∂ .

Аналогичным образом осуществляется расчет для остальных строк мат-рицы. Расчет завершается для рассматриваемого примера на 4-м шаге. Окончательный результат определения оптимальных маршрутов приведен в табл. 3 и 4.

+

+

+

221

Таблица 3

Оптимальные маршруты )( minLijµ

1 2 3 4 5 6 7

1 0 1-2 1-2-3 1-5-3

1-2-3-4 1-5-3-4 1-5 1-6 1-7

2 2-1 0 2-3 2-3-4 2-5 2-5-6 2-3-7

3 3-2-1 3-5-1 3-2 0 3-4 3-5 3-5-6 3-7

4 4-3-5-1 4-3-2-1 4-3-2 4-3 0 4-3-5 4-3-5-6 4-7

5 5-1 5-2 5-3 5-3-4 0 5-6 5-3-7 5-6-7

6 6-1 6-5-2 6-5-3 6-5-3-4 6-5 0 6-7

7 7-6-1 7-3-2 7-3 7-4 7-3-5 7-6-5 7-6 0

Таблица 4

Значения рангов оптимальных маршрутов ( оп

ijопD ∂= )

1 2 3 4 5 6 7

1 0 7 11 15 6 8 14 2 7 0 4 8 5 8 8 3 11 4 0 4 5 8 4 4 15 8 4 0 9 12 7 5 6 5 5 9 0 3 9 6 8 8 8 12 3 0 6 7 14 8 4 7 9 6 0

Вышеприведенный метод поиска оптимальных и альтернативных маршру-

тов применительно к реляционному представлению расчетной модели РСЖД может быть программно реализован в геоинформационной аналитической системе (ГИАС) РСЖД.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шварцфельд, В. С. Пространственно-параметрическая модель региональной сети

железных дорог / В. С. Шварцфельд. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, препринт № 21. – 26 с. 2. Филипс, Д. Методы анализа сетей : пер. с англ. / Д. Филлипс, А. Гарсиа-Диас. – М. :

Мир, 1984. – 496 с.

i j

i j

222

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 3 Левинталь А.Б., Ефременко Б.Ф. ПОЛИТИКА ПРАВИТЕЛЬСТВА ХАБАРОВСКОГО КРАЯ ПО РАЗВИТИЮ ИННОВАЦИОННОЙ ЭКОНОМИКИ............................................. 4 Заиченко М.М. ТРАНССИБИРСКАЯ МАГИСТРАЛЬ: ПРОБЛЕМЫ, ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ...12 Осин Е.И. «СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДО 2030 ГОДА» ОБ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТАХ РАЗВИТИЯ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА.............................. 16 Клыков М.С., Конюхов В.И., Полоз В.Н., Симонов К.В. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ МАССОВЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ.........................21 Потапова И.В. ОПТИМИЗАЦИЯ ПОТРЕБНОСТИ В МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСАХ ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ ВРЕМЕННОГО РЕЗЕРВА ОТНОСИТЕЛЬНО ЗАПЛАНИРОВАННЫХ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ...............................25 Клыков М.С., Потапова И.В. К ВОПРОСАМ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОМПЛЕКТАЦИИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА .............................................31 Дороган А.С. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ СО ЛЬДА ..................34 Панченко А.А., Тен Е.Е. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВЕСОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗМЕРЕНИЯ.............................................................................39 Панченко А.А. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕРЯЕМУЮ МАССУ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПО ВЕСАМ .........................45 Федоренко Е.В., Шестернина В.В. К ВОПРОСУ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭГП ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ...................................................48

223

Левченко О.А. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНЫХ НОРМ МАССЫ И ДОПУСКАЕМЫХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ...............51 Вальцева Т.Ю., Кудрявцев С.А., Берестяный Ю.Б. ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАСЫПИ, УСИЛЕННОЙ ГЕОМАТЕРИАЛАМИ В ЛОТКЕ......................................................57 Боровик Г.М. МОДЕЛИРОВАНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО ИХ ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ.. 61 Михайлин Р.Г., Федоренко Е.В. ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ С ГЕОЯЧЕИСТОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ В ОСНОВАНИИ .......................................67 Данильянц Е.С/ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ............................................70 Кудрявцев С.А., А.В. Кажарский МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ...................................................................74 Пупатенко В.В., Сухобок Ю.А. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ФОМИРОВАНИЯ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ................................80 Стоянович Г.М., Пупатенко В.В., Данильянц Е.С., Паженцев Я.В. Шабалин В.В. КОМПЛЕКСНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКЕ ТОММОТ-КЕРДЕМ ЯКУТСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ...............84 Стоянович Г.М., Пупатенко В.В. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ В КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА НА ПЕРЕВАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ ПРИ ПРОХОДЕ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ПОЕЗДОВ ...................................................87 Рудых О.Л., Бырканов В.А. ФОРМУЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦ МАСС СУПЕРЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ СООРУЖЕНИЙ ........................................91 Волков А.С., Плотников Ю.Г. ДИНАМИКА УПРУГИХ СИСТЕМ...........................................................................94

224

Плотников Ю.Г. УЧЕТ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИЛ ПРИ РАСЧЕТЕ КОНСТРУКЦИЙ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ ...................................................102 Езерский В.А., Монастырев П.В. ПРОЦЕДУРА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛИРУЕМОГО ФАСАДА.109 Григорьев П.Я., Островский А.В. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВОГО ЗДАНИЯ ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО НА НАПРЯЖЁННОЕ СОСТОЯНИЕ ГРУНТА ПОД НИМИ 114 Григорьев П.Я., Островский А.В. БЕЗОПАСНЫЙ ОТСТУП ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ ОТ СУЩЕСТВУЮЩИХ СТРОЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ЗАСТРОЙКИ .......120 Муха П.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО ЭФФЕКТА ПРИ РАСЧЁТЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ...............122 Серенко А.Ф. КОМПЛЕКСНЫЕ ДОБАВКИ ПАВ КАК ОСНОВА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА...........125 Сошников Е.В. О ВЫБОРЕ И ПОДГОТОВКЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ ...............................................................129 Терехов Л.Д., Воловник Г.И., Сошников Е.В. ДВГУПС – МУП «ВОДОКАНАЛ» Г. ХАБАРОВСКА – ПОЛВЕКА ПЛОДОТВОРНОГО, ВЗАИМОВЫГОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА ..................133 Ткаченко А.З. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД......................................................138 Танаев В.А., Поличка Е.В. ОЦЕНКА ЖЁСТКОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ С ВОЛНИСТОЙ СТЕНКОЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЁТНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА НА ПЭВМ ...141 Харитонов А.М. РАСЧЕТ УСАДКИ С-S-H КАК ЭЛЕМЕНТ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ ....................................................144 Красовский П.С., Любомский М.А. ВЛИЯНИЕ СОВМЕСТНОГО ВВЕДЕНИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА И УСКОРИТЕЛЕЙ ТВЕРДЕНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА.....150

225

Антонов А.И., Головко А.В., Леденев В.И., Макаров А.М. КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ШУМОВЫХ ПОЛЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ .......................................................157

Пиотрович А.А., Левушкина К.Е. НАПРАВЛЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА В СТРОИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА .... 160

Шестаков А.В. ФОРМИРОВАНИЕ МАТРИЦ ПОДАТЛИВОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМАХ ПРИ НЕЛИНЕЙНЫХ ГРУЗОВЫХ И ЕДИНИЧНЫХ ЭПЮРАХ УСИЛИЙ И ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ СТЕРЖНЯ НА ИЗГИБ .................................................................. 164

Кудрявцев С.А., Вальцева Т.Ю., Берестянный Ю.Б., Жусупбеков А.Ж. ОБОСНОВАНИЕ НАСЫПЕЙ, УСИЛЕННЫХ ГЕОМАТЕРИАЛАМИ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ .......................................... 169

Хоменко А.П., Богатов М.Ю. СВОБОДНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗОНЫ И ТРАНЗИТНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ КОРИДОРЫ – ВАЖНЕЙШИЕ ФАКТОРЫ УСКОРЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИБИРИ...176

Степанов А.П., Саломатов В.Н. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОСВАРКИ МЕТАЛЛОВ................185

Воронов Б.А. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БАССЕЙНА РЕКИ АМУР...................................190

Начигин В.А. ТЕКУЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ – ОСНОВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. РАЗВИТИЕ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИИ ....................................................196

Tao Xiaxin, Xing Qiang A VIRTUAL INVERSION OF VIBRATION SOURCE FUNCTION OF RAIL TRAFFIC IN URBAN AREA МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПЕРЕДАЮЩИХСЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ ОТ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА ..................200

Zhao Maocai, Li Xiufeng APPLICATION OF INFRARED THERMAL IMAGE TECHNOLOGY IN CIVIL ENGINEERING ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ В ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ............................................................... 206

Подвербный В.А., Подвербная О.В., Драчев Д.И., Чернигов О.Л. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА CARD/1 В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ..................................................... 211

Шварцфельд В.С., Баранова В.В., Соколов А.В., Кононенко А.Е. АНАЛИЗ И ВЫБОР МАРШРУТОВ СЛЕДОВАНИЯ ГРУЗОВ В ПРЕДЕЛАХ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ........................... 215

226

Научное издание

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – ТРАНСПОРТУ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

INNOVATION TECHNOLOGIES FOR TRANSPORT AND INDUSTRY

Том 1

Труды 45-й Международной научно-практической конференции

ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки

7–9 ноября 2007 г.

Под редакцией Ю.А. Давыдова

Технический редактор С.С. Заикина

Отпечатано методом прямого репродуцирования ————————————————————————————

План 2007 г. Поз. 11.18. Сдано в набор 27.09.2007. Подписано в печать 09.10.2007.

Формат 60х841/16. Бумага тип. № 2. Гарнитура «Arial». Печать RISO. Уч.-изд. 9,6. Усл. печ. л. 11,6. Зак. 337. Тираж 200 экз.

———————————————————————————— Издательство ДВГУПС

680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

227

228