Введение к работе
Актуальность темы. Вывозка древесины является важной фазой технологического процесса лесозаготовительного производства, объемы которой в значительной степени определяются наличием и состоянием лесных дорог круглогодового действия Совершенствование лесовозных дорог является одной из важнейших задач В «Основных направлениях развития лесной промышленности», утвержденных распоряжением Правительства РФ от 1 ноября 2002 г №1540-р, констатируется, что к основным факторам, сдерживающим ее развитие, относится недостаточное количество лесных дорої круглогодового действия, что особенно осложняет вывозку древесины в весенне-летний период
Зарубежный опыт показывает, что оптимальная для лесов Европейского Севера протяженность лесных дорог составляет примерно 20 метров на 1 гектар По данным Федерального агентства лесного хозяйства РФ, в России на 1 тыс га леса приходится 1,2 км лесовозных дорог, однако строящиеся дороги редко бывают с твердым покрытием Одним из возможных вариантов решения существующих проблем является применение сборных колейных покрытий из железобетонных плит Данные покрытия применялись при строительстве лесовозных дорог в Архангельской, Вологодской, Ленинградской областях, республике Карелия В случае использования сборных покрытий жесткость стыковых соединении должна быть достаточно большой, чтобы уменьшить величину взаимного смещения торцов плит при движении лесовозного автопоезда Разработка надежного стыкового соединения железобетонных плит сборного покрытия представляет собой достаточно сложную проблему и, несмотря на работы предшественников, требует дальнейшего изучения
Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена необходимостью улучшения условий круглогодичной вывозки древесины путем совершенствования проектных решений сборных покрытий лесовозных дорог из железобетонных плит Это решение невозможно без применения достаточно универсальных методик расчета в сочетании с современными информационными технологиями Анализ публикаций показывает, что при исследовании сборных покрытий лесовозных автомобильных дорог не в полной мере используются возможности численных методов, прежде всего — метода конечных элементов Поэтому, совершенствование методики расчета и разработка проектных решений колейных покрытий для улучшения условий круглогодичной вывозки древесины является актуальной проблемой и требует проведения в данной области дальнейших исследований
Цель диссертационной работы Повышение эффективности вывозки древесины по сборным колейным покрытиям лесовозных автомобильных дорог путем уменьшения взаимных смещений торцов плит при нагрузках от лесовозного автопоезда
Объектом исследования является сборное колейное покрытие лесовозной автомобильной дороги, взаимодействующее с основанием земляного полотна Однако, в отличие от часто используемого предположения о том, что жесткость основания во всех точках контакта плиты с основанием одна и та же, в данной работе учитывается, что материал основания неоднороден по площади контакта Кроме этого модель объекта исследования усложняется и вследствие того, что при действии нагрузки на плиту возможен ее отрыв от основания В зависимости от проектного решения жесткость стыков плит сборных покрытий лесовозных дорог также может быть различной
Предмет исследования. Вертикальные перемещения плит и систем плит колейного покрытия на основании переменной жесткости с определением требуемой толщины подстилающего слоя при различной податливости стыковых соединений
Методы исследования. В работе использованы элементы теории конструкций на упругом основании и конструкций с односторонними связями, а также методы математического моделирования, реализованные в программных комплексах конечно-элементного анализа
Научная новизна:
Впервые предложено локальное усиление области основания под стыковыми соединениями плит колейного покрытия, что ведет к уменьшению взаимных смещений торцов плит при движении лесовозного автопоезда и, как следствие, к увеличению его скорости
Разработана с использованием возможностей программного комплекса конечно-элементного анализа методика расчета сборных колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог с учетом жесткости стыковых соединений плит, возможного их отрыва и переменной жесткости основания
Исследовано влияние размеров и жесткости локального усиления основания и жесткости стыковых соединений на взаимные смещения торцов плит при технологических нагрузках от лесовозного автопоезда
Установлены закономерности влияния податливости стыкового соединения и переменной жесткости основания на толщину и материал подстилающего слоя для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог
Научные положения, выносимые на защиту:
Результаты анализа исходной информации и расчетных схем взаимодействия плиты (системы плит) колейного покрытия с основанием земляного полотна
Методика и результаты расчета сборных колейных покрытии лесовозных автомобильных дорог с учетом жесткости стыковых соединений плит, возможного их отрыва и переменной жесткости основания
Результаты исследования влияния жесткости сварных стыковых соединений на толщину и модуль упругости материала подстилающего слоя колейного покрытия
Выводы и рекомендации по практическому использованию результатов исследования с целью улучшения работы колейных покрытий из железобетонных плит
Достоверность результатов исследования подтверждена данными известных экспериментальных исследований и обусловлена корректным применением численных методов механики твердого деформируемого тела и математическою моделирования, реализованных в программных комплексах конечно-элементного анализа
Практическая значимость. Использование предлагаемой методики позволяет научно обосновывать размеры и материал локального укрепления грунта под стыковыми соединениями, жесткость стыков, требуемую толщину и модуль упругости материала подстилающего слоя колейных покрытий Методика зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) Государственного координационного центра информационных технологий (свидетельство № 6859 от 18 09 2006)
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на XXV Российской школе по проблемам науки и технологий (Миасс, 2005), международной конференции «Новые технологии и устойчивое управление в лесах Северной Европы» (Петрозаводск, 2005), Республиканской научно-практической конференции «Структурная перестройка лесного комплекса в республике Карелия» (Петрозаводск, 2006), международной конференции «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2006), VII Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (Кисловодск, 2006 г), семинаре лесоин-женерного факультета ПетрГУ (2006)
Публикации. Материалы диссертации отражены в семи работах, из них одна статья и тезисы одного доклада опубликованы в двух журналах, указанных в перечне ВАК (п 2 и 3 в списке публикаций) Две работы выполнены в соавторстве, вклад соискателя составляет 30 %
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе и рекомендаций, 5 приложений, списка использованной литературы из 122 наименований Общий объем работы 157 страниц машинописного текста, в том числе 44 рисунка, 10 таблиц
