Введение к работе
Развитие капитального строительства и модернизация предприятий лесопромышленного комплекса, интенсивное использование новейших машин и механизмов при освоении лесных массивов требуют решения многих задач, связанных с динамическим расчетом конструкций и сооружений, как проектируемых, - так и существующих.
Актуальность темы. Действие периодических сил, вибрации, вызываемые работой тяжёлых механизмов, лесопильных рам, эксцентриковыми виброконвеерами, при транспортировке хлыстов в раскряжевочной линии, использование вибрационных разделителей хлыстов и брёвен из пачки, работа подъёмно- транспортного оборудования могут вызывать серьёзные повреждения не только элементов самих механизмов и фундаментов, но и элементов конструкций, производственного и лесопильного оборудования, снижая качество продукции, производственные мощности и эффективность оборудования.
Применение в лесопромышленном комплексе оборудования с вибрационным принципом работы в резонансных режимах с частотами в диапазоне от f=5,0 до 10,0 Гц требует учитывать колебания не только при расчетах опор и фундаментов под механизмы и станки, но и рассматривать систему «основание - фундамент - надежная конструкция» в целом.
Вибротранспортировка хлыстов в раскоряжевочной линии, эксцентриковые внброконвееры различного назначения, окорочные машины и другие механизмы создают влияющие на эксплуатационную надежность не только фундаментов, но и всего сооружения или конструкции.
Действие периодических сил при эксплуатации подъемно-транспортных механизмов и мостовых кранов, предназначенных для подъема сортимента с воды, зачастую приводит к повреждениям не только подводных частей и деталей, но и конструкций подкрановых балок и опор и других элементов оборудования.
Многообразие форм колебаний и вибрационного воздействия, изучение и учет сложных явлений динамического характера, требует рассмотрения каждой частной задачи с помощью трудоемких вычислений.
Применение интегральных характеристик анализа пространственной жесткости конструкций и сооружений в качестве дополнительного и необходимого критерия оценки, объектов проектируемых по существующим нормам проектирования, в условиях работы сооружения на слабых грунтах, при динамических воздействиях, предназначено к эксплуатации в районах с сезонными изменениями температуры, позволяет обеспечить требуемую долговечность и надежность конструкции.
В данном направлении было проведено большое количество исследований в нашей стране и зарубежными учеными.
Актуальность рассматриваемой проблемы, в частности, подчеркивалась на международных конгрессах по вибродинамике в г. Чикаго (США, июнь 2000 г.), в Китае (август, 2003 г.), в Денвере (США, апрель 2002 г.).
Основной целью диссертации является разработка метода оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение - основание» при неравномерных осадках опор в условиях вибродинамической нагрузки и рекомендации по обеспечению надежной эксплуатации механизмов и конструкций на предприятиях лесопромышленного комплекса (ЛПК), обычно расположенных на слабых грунтах в поймах рек.
Задачи исследования:
определить величину статической и динамической нагрузки от работы грузоподъёмного оборудования при подъёме сортимента с воды.
разработать математическую модель работы конструкции крановой эстакады при эксплуатационных нагрузках.
провести экспериментальные исследования на физической модели крановой эстакады и моделирование действия периодических сил на грунт основания для определения действительного характера работы системы «конструкция-основание», величины прогибов и перемещении, составление тождественной расчетной схемы деформации конструкции.
сопоставить данные статических и динамических расчётов с наблюдениями в натуре и результатами модельных испытаний.
произвести анализ и дать оценку полученных результатов, применяя отношение ускорений колебаний наземной конструкции оборудования и величины ускорения колебаний грунтов, соответствующих основным собственным частотам.
разработать практические рекомендации по устранению опасного влияния динамических воздействий, применительно к типам промышленного оборудования, используемого в лесопромышленном комплексе.
Научная новизна работы заключается в том, что:
на основе теоретических, экспериментальных исследований и натурных наблюдений сделаны новые выводы об изменении частоты колебаний грунта в зависимости от его сезонного состояния в условиях работы подъёмно-транспортного оборудования крановых эстакад предприятий ЛПК.
используется новый критерий для оценки жесткости системы «сооружение-основание» - величина критического ускорения колебаний в отношении Ха = КОНСтр и неравенства Ка < К^ит.
Иосн
теоретически обоснована методика расчета величин критического ускорения колебаний для грунтов (акрит) основания и сооружения, учитывающая не только интенсивность статической нагрузки и частоту колебаний.
определение коэффициента критического ускорения Ко. Для сис" темы «сооружение-основание» следует производить с учетом влияния присоединенной массы грунта и направления вектора результирующей возмущающей силы и ее частоты.
Научные положения, выносимые на защиту:
исследования совместной работы наземной конструкции крановой эстакады и грунтов основания от действия поперечных и продольных сил, возникающих от динамических и ударных воздействий при эксплуатации грузоподъемного оборудования.
математическая и физическая модель зависимости перемещений и осадок фундаментов крановой эстакады открытого типа от величины динамического воздействия при различном состоянии грунтов.
методика оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение-основание» в условиях вибродинамической нагрузки.
Методы исследования:
оценка достоверности результатов теоретических исследований путем сравнения их с результатами экспериментальных исследований, полученных на натурной конструкции;
математическое моделирование и программирование напряженно деформированного состояния конструкции подъемно-транспортного оборудования и грунтов основания;
интегральное и дифференциальное исчисление в расчетах собственных частот и определения форм колебаний.
Объектом исследования является система: «сооружение - основание», подъемно-транспортные эстакады большой грузоподъемности предприятий ЛПК, в условиях работы при подъеме пакетов сортимента, с воды; главное значение придается исследованию напряженно-деформированного состояния таковой системы, т.к. оно зависит от напряжений, вызываемых внешними нагрузками и воздействием на элементы наземных конструкций, неравномерными деформациями грунтов оснований фундаментов этих сооружений.
Практическая ценность исследований. Предложены рекомендации по снижению опасного вибродинамического воздействия на конечную жесткость здания конструкции с учетом коэффициента критического ускорения колебаний системы «сооружение - грунт основания».
При проектировании конструкций подъемно-транспортного оборудования, машин и механизмов, применяемых в ЛПК, при действии периодических сил учитывается влияние не только частоты и амплитуды колебаний, но и влияние присоединенной массы грунта на работу системы «сооружение-основание».
Расчет конструкций производится с учетом направления возмущающей силы, пространственной жесткости сооружения и неравномерности осадок основных фундаментов и опор при вибродинамическом воздействии.
Установлено, что частота вынужденных колебаний и логарифмический декремент загасання колебаний зависит от сезонного промерзания грунта и, следовательно, от величины «присоединенной массы».
Рекомендации использовались для оптимизации крановых нагрузок подъемно-транспортной эстакады ЦБК (г. Сыктывкар). В процессе длительной эксплуатации конструкция эстакады получила значительные деформации.
Оценка динамического воздействия от подъема сортимента с воды в летний и зимний период показало, что при оттаивании грунта (изменении характеристики основания) наземная конструкция находится близко к резонансным режимам, при работе крана с максимальными эксплуатационными характеристиками. Полученная информация позволила выявить причину неравномерных осадок фундаментов колонн крановой эстакады - разуплотнение водонасыщеннного грунта основания. Практические рекомендации по устройству шпунтовой стенки по периметру фундамента, применение демпфирующих соединений на дополнительных растяжках в плоскости главных балок, снижение крановой нагрузки при максимальном вылете стрелы в летний период обеспечили безопасную работу кранового оборудования при сохранении проектных мощностей производства.
На Колпинском деревообрабатывающем комбинате (ДОК) при возведении железобетонной монолитной трубы экономайзера при работающем оборудовании, рекомендации по обеспечению режима производства работ позволили выполнить требования проекта реконструкции предприятия. Методика оценки влияния вибродинамического воздействия с использованием интегральных характеристик работы системы (К^) успешно применялось при проектировании усиления междуэтажных перекрытий в ус-
ловиях вибраций от работы окорочных станков на Ижорском ДОК в Санкт-Петербурге.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались (на пленарных и секционных заседаниях ЛТА) и обсуждались на конференциях по итогам научно-исследовательских работ. На 51— научной конференции в СПбГАСУ, Санкт-Петербург 1994 г. на секции «Конструкции из дерева и пластмасс» по теме: «Учет влияния просадки фундаментов на несущую способность деревянных перекрытий при реконструкции зданий». Аи научная конференция молодых ученых СПбЛТА, 2001 г. Научная конференция, секция геодезии и строительного дела «Исследование совместной работы зданий и грунтов оснований». СПбЛТА, 2002 г. «Оценка динамических воздействий от подвижного состава на насыпи лесовозных дорог». Научная конференция по итогам 2002 г., секция геодезии и строительного дела. «Расчет конструктивных элементов каркаса промышленного здания с учетом деформации фундаментов грунтов основания», там же «Усиление деревянных балок жилых зданий при их реставрации».
Пленарное заседание ЛИФ, СПбГЛТА, научно-технической конференции по итогам НИР 2006 г. «Оценка пространственной жесткости системы "подъемно-транспортная эстакада - грунт основания" в условиях вибродинамического воздействия при подъеме сортимента из воды».
Методика оценки состояния существующих конструкций и сооружений при случайных многократных динамических воздействиях обсуждалась на пленарном заседании ЛИФ, СПбГЛТА в рамках научно-технической конференции, посвященной итогам НИР 2007 г. «Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции крановой эстакады в динамических условиях с учетом работы основания».
Публикации. По материалам выполненных исследований в научно-теоретических изданиях опубликовано 11 работ.
Объем работы. Диссертация общим объемом 150 стр., содержит: введение, пять глав, заключение, выводы, литературный обзор, 38 рисунков, 18 таблиц, 3 приложения.
Похожие диссертации на Повышение надежности подъемно-транспортного оборудования при вибродинамическом воздействии в условиях лесопромышленного комплекса
