Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ транспортных проблем в мегаполисах
1.1. Системный анализ транспортного комплекса 20 1.1.1. Взаимодействие подсистем "город", "население", "пассажирский транспорт" 28
1.2. Плотность городской деятельности и стоимость поездок 34
1.2.1. Технико-экономические показатели функционирования 54 традиционных и новых видов ГПТ
1.3. Городская структура и видовое распределение транспорта 58
1.4. Комплексная система научных исследований по развитию новых видов транспорта71
1.4.1. Проектные решения по применению трубопроводного транспорта в России и за рубежом 91
1.5. Методология разделения наземной транспортной коммуникации для перехода к эстакадной транспортной артерии в мегаполисе 99
1.5.1. Разработка новых типов транспортной коммуникаци 121
Выводы по I главе 127
Глава 2. Разработка методологии проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской скоростной транспортной артерии в мегаполисе 129
2.1. Разработка вопросов организации движения городской массовой пассажирской перевозки трубопроводным способом 129
2.2. Создание моделей надземного универсального трубопроводного пассажирского скоростного персонального транспорта XXI века от двери к двери в мегаполисах 135
2.3. Моделирование кинематики движения транспортной капсулы универсального трубопроводного скоростного транспорта142
2.4. Разработка методики проектирования и определения пропускной способности надземного универсального трубопроводного пассажирского транспорта с использованием теории массового обслуживания (СМО) 150
2.5. Разработка системы автоматического управления и регулирования скорости движения транспортными капсулами в трубопроводной пассажирской транспортной артерии 166 Выводы по II главе 172
Глава 3. Оптимизация выбора надземных трубопроводных пассажирских трасс в мегаполисе 174
3.1. Область оптимальной конфигурации трубопровода, предпроектная оценка условий прокладки трасс 174
3.2. Разработка методов оптимизации трассы для универсального трубопроводного транспорта 179
3.3. Проведение эксперементального исследования по выбору оптимальной трассы трубопроводного скоростного транспорта для г. Москвы 195
3.4. Методология оптимизации решений по компановочной схеме трассирования трубопровода - 198
Выводы по III главе 203
Глава 4. Разработка методологии конструирования трубопроводного пассажирского транспорта 205
4.1. Конструкция трубопроводов, технологическая унификация 205
4.2. Разработка метода аэродинамического расчета трубопроводов 209
4.3. Движение транспортной капсулы в горизонтально расположенной кривой переменного радиуса 216
Выводы по IV главе 229
Глава 5. Разработка методов расчета трубопроводной пассажирской скоростной транспортной артерии в мегаполисе 231
5.1. Классификационный анализ висячих трубопроводов и их конфигурации 231
5.2. Методика расчета напряженного состояния трубопровода различных трасс, ограничения и способы их соблюдения 237
5.3. Анализ методов расчета пространственных трубопроводов 241
Выводы по V главе 246
Глава 6. Разработка и обоснование выбора пневмо-системы, конструкции движителя, гибридных транспортных капсул и модулей для надземной трубопроводно-пассажирской трассы с возобновляемыми источииками энергии 249
6.1. Выбор пневматических машин и оборудования для создания рабочих давлений воздуха и ее элементов 249
6.2. Разработка схемы равномерной раздачи воздуха воздуховодами в модулях продольной щелью в перфорированную стенку 256
6.3. Разработка конструкции движителя и гибридных транспортны капсул 266
6.4. Разработка макета трассы трубопроводной пассажирской транспортной артерии в мегаполисе с применением инженерной программы ЗД студия 273
6.5. Разработка критериев оценки эффективности проектирования и функционирования надземных универсальных трубопроводных пассажирских транспортных систем как новый вид транспортной артерии в мегаполисах- 283
Основные выводы по работе 296
Список использованной литературы 300
- Плотность городской деятельности и стоимость поездок
- Создание моделей надземного универсального трубопроводного пассажирского скоростного персонального транспорта XXI века от двери к двери в мегаполисах
- Разработка методов оптимизации трассы для универсального трубопроводного транспорта
- Разработка метода аэродинамического расчета трубопроводов
Введение к работе
Одним из эпицентров сосредоточения множества транспортно-дорожных проблем являются мегаполисы. Если учесть, что 63 % населения Земного шара гравитируется, так или иначе, в мегаполисные центры, то современную цивилизацию можно с полным правом назвать городской.
Мегаполисные центры уже сегодня переживают моменты эволюционного обновления с позиции удобства проживания, с учетом изменения контуров архитектуры города^ появления новых, городов-спутников, реконструкции старого жилого фонда с высвобождением, таким образом, пространства для трассировки оптимальных уличных и дорожных развязок разного типа, эстакад, специальных транспортных зон, мостов, связывающих мегаполисные жилые и общественные центры с окраинами мегаполиса.
В связи с этим очень важно предельно точно дать оценку и перспективу будущему распределению транспорта, в том числе значимости для индивидуума качественно новых видов транспортно-дорожных комплексов или иных нововведений в сложившейся черте города и в приращиваемой части градостроения, чтобы в будущем не проводить реконструкцию, а эволюционно совершенствовать организацию и развитие техники и технологии транспортного процесса для обслуживания промышленности и населения.
Ускоренный рост больших городов, высочайшие темпы урбанизации, увеличение подвижности населения и объемов пассажирских перевозок предъявляют все возрастающие требования к совершенствованию городского пассажирского транспорта в мегаполисах.
В связи с этим возникла необходимость расширения транспортных и маршрутных сетей, увеличение выпуска подвижного состава и интенсивности движения на маршрутах, что привело к существенному усложнению процессов организации, планирования, управления и координации пассажирскими и сопутствующими малопартионными
грузовыми перевозками в мегаполисах. Даже в этих положительных тенденциях, существующие традиционно сложившиеся транспортные системы не в состоянии выполнить свою важнейшую социально-экономическую функцию - сокращение затрат времени доставки людей и малогаборитных скоропортящихся грузов, а также обеспечение безопасности и комфортного передвижения населения, которые удовлетворяются различными видами пассажирского транспорта: автомобильными; железнодорожными; водными; воздушными; городскими электроспециальными видами транспорта.
Все это, несмотря на колоссальные капитальные затраты в развитии всей традиционной транспортной инфраструктуры в мегаполисном городе не дает существенного изменения эффективности управления наземным транспортом и качественного использования метро; транспортные средства частного назначения.
Так из общего колличества подвижного населения оперативно перемещаемых индивидуальных персон с сопутствующим им грузом в мегаполисе 27 % - пользуются высокоскоростными индивидуальными средствами различных типов и назначения, 43 % - метрополитеном, остальные другими видами транспорта.
Известно, что 95 % двигающихся и летающих объектов на Земле используют не возобновляемые виды энергии. Это неэффетивно, и расточительно. Выброс вредных веществ в атмосферу в процессе их накопления, кроме прямых и косвенных экологических нарушений, приводит к нарушению психической и иммунной системы человека, к глобальным климатическим изменениям связанным с созданием искусственного парникового эффекта, появлению в крупных городах смога и мутагенных болезней, увеличению фоновой радиации. Движение автотранспорта сопровождается недопустимо высоким уровнем шума, вибрацией, образованием многочасовых пробок, что резко снижает скорость движения автомобилей в большом городе.
Современный легковой автомобиль реализует техническую скорость до 350 км/час и выше, а его реальная скорость в часы пик на улицах Москвы, Нью-Йорка, Лондона, Парижа, Токио, Гонконга и других крупнейших городах не превышает скорости среднего пешехода 2 ч- 4 км/час. Чрезмерно мала (8 ч- 12 км/час) скорость сообщения наземного городского массового пассажирского транспорта (ГМПТ), что создает крупные наземные транспортные и экологические проблемы в мегаполисах.
Нет необходимости убеждать^ кога бьг то^ ни было в том, что персональный и общественный транспорт большой вместимости, подземное метро в очень скором времени в своем развитии достигнут предела технического совершенства, как с точки зрения оптимальности конструкции, так и технологичности автомобиля, совместимости различных конструкций, применяемых материалов. Так же будут достигнуты предельные границы энергоемкости применяемых видов биологического топлива для двигателя внутреннего сгорания.
Несомненно, такой объем перевозки людей и сопутствующих грузов для комфортного следования к местам назначения, требует особых подходов в организации и подборе оптимальных средств перемещения, отказа от существующих традиционных транспортных средств и применения различных видов возобновляемых экологически чистых видов энергии.
Формирование качественно новой транспортной системы способствует выработке новой формы управления транспортными комплексами в мегаполисах, базирующейся на применении новейших технологий: гибридной транспортной техники с использованием солнечной энергии; электровентиляторных двигателей; вакуумно-воздушных каналов; гравитационных и переменных полей; электромобильных устройств и др.
В настоящее время существует граница понимания того, что великая наземная и подземная транспортные системы в процессе их развития и ускоренного перенасыщения частными и общественными транспортными средствами в мегаполисах создали огромные общечеловеческие проблемы,
касающиеся не только живых организмов, но и обуславливает негативные явления в области экологии и приводит к истощению биологической энергии, а так же влияет на изменение общего вида архитектуры города.
В связи с этим: к самым сложным, объемным и трудоемким по своей организации относятся эффективность технологии пассажирских перевозок; взаимодействие различных видов транспорта с альтернативными видами транспортных систем надземного типа (трубопровод, монорельс, PRT и др.), которые непосредственно связаны с обслуживанием населения города и спросом на скоропортящиеся малогаборитные грузовые перевозки в часы пик, связанные с производственной и социальной инфраструктурой мегаполиса.
В поисках ответов на проблему транспорта в больших городах, автор часто обращался к зарубежному мировому опыту. На основании анализа проблемы пришел к выводу, что знать и учитывать этот опыт необходимо, но копировать нельзя, так как различные объективные и субъективные причины и исходные позиции в зарубежных странах резко отличаются от российских. Тем более, что опыт зарубежья в некоторых вопросах, в частности по развитию надземного трубопроводного вида транспорта не приемлем. Относительно развития надземного трубопроводного транспорта ответ можно найти в историческом опыте собственной страны. Трубопроводный транспорт для перемещения грузов впервые в мировой практике был применен в СССР в 1935 году.
Теоретическое наследие ученых России в области трубопроводного транспорта бесценно. Оно давно стало достоянием мировой науки, но было невостребованным и долгое время оставалось неизвестным на своей родине.
Конечно, нет смысла искать в работах наших предшественников конкретные рецепты для решения всех сегодняшних задач в трубопроводной пассажирской транспортной теории, так как мы живем в другую эпоху, условия и техника кардинально изменились.
В диссертации предпринята попытка впервые изложить: проблемы и
перспективы развития надземного универсального трубопроводно-пассажирского скоростного транспорта; в виде проекта реализовать для мегаполисов эту идею; выполнить теоретические исследования в области проектирования трубопроводного транспорта для организации качественных перевозок пассажиров и малогабаритных грузов от двери до двери. Поскольку теория управления транспортом многомерная задача, она включает в себя вопросы: управления на хозяйственном и ведомственном уровнях; экономического анализа хозяйственной деятельности, отдельными видами транспорта и всей системы в целом; координирования и развития городского транспорта с жилищным и коммунальным строительством на научной основе и представляет собой один из главных элементов нормального функционирования городов мегаполисного типа.
Транспортная наука тесно связана с политикой. Реализация тех или иных технологий и экономических транспортных доктрин, концепций, даже отдельных разработок и предложений не в полной мере подвластна ученым. Развитие определяется заинтересованной организацией, инвестициями, деятельностью людей, их пониманием и воспитанием, а в конечном счете их интересами.
В диссертационной работе впервые разрабатывается новая транспортная концепция, решающая не только проблемы создания надземного универсального трубопроводного пассажирского транспортного комплекса, как объекта управления, имеющего определенные границы, но и подходы в конструировании модулей трубопроводов, гибридных транспортных капсул, а также обоснование использования различных видов возобновляемых энергий. Надземная трубопроводная пассажирская система представляет собой совокупность технологически, экологически и экономически взаимосвязанных производств, подчиненных разным владельцам, которые сосредоточенны в мегаполисе и используют их ресурсы и единую городскую инфраструктуру.
Эти системы создаются и функционируют в различных природно-
климатических условиях и зависящих не только от окружающей среды, но и от: контура города; температуры воздуха; площади застройки; численности и подвижности населения города мегаполисного типа.
В этой ситуации решение проблемы транспортного обслуживания мегаполиса разделяется на два основных комплекса: проектирование новых видов городских транспортных артерий; координации движения городского транспорта со сложившейся структурой.
Первая часть решается в общем комплексе задач градостроительного проектирования, вторая - транспортными отделами муниципалитета и пассажиро-транспортными предприятиями.
Разрабатываемое научное направление, обосновывающее общий
методологический подход к постановке и решению задач оптимизации
взаимодействия надземного трубопроводного транспорта с
градостроительством и наземным транспортом должно обеспечивать целенаправленный выбор наилучших его организационно-технических решений. Этот вид транспорта, имеет возможность рационального использования возобновляемых источников энергии (воздух, электричество, солнечная энергия и др.); перспективные условия эксплуатации в надземной форме и в связи с этим получило название организационно-технического проектирования надземного универсального трубопроводного пассажирского скоростного транспорта.
Такого рода автоматизированная транспортная артерия обеспечит полную автономию передвижения гибридной транспортной капсулы, перенос с одного маршрута на другой и в ней отсутствует водитель. Управление движением капсулы будет производится при помощи персональных компьютеров и адресных микрочипов (операторами).
Оценивая различные варианты транспортных систем необходимо принять во внимание ряд главенствующих факторов и, взвесив их в различных масштабах, определить уровень их эффективности, полезности, соответствие дизайна архитектуре города, удобство для посадки и высадки
пассажиров, малое расстояние подхода к встроенному в здание терминалу, экономичность с точки зрения условий их функционирования в будущем для мегаполиса.
Предлагаемая транспортная система на трубопроводной основе, не имеющая аналогов в мире, решит ту часть городских проблем, которые связаны с грузо-пассажирскими перевозками в часы пик в круглосуточном режиме в таких городах как Москва, Санкт-Петербург и др.
С такими сложными проблемами мы вступили в 21 век. Это требует новых идей и альтернативных решений. В связи с этим, если альтернативные транспортные концепции, как надземная трубопроводная пассажирская транспортная артерия с использованием возобновляемых видов экологически чистой энергии, с гибридными транспортными средствами будут внедряться в мегаполисах, то человечество сделает скачок в транспортной технологии, охране окружающей среды, обеспечит комфортность проживания людей.
Актуальность исследований. В настоящее время развитие проблемы нового вида транспортных систем необходимо увязывать со всей совокупностью политических, социальных, экономических и градостроительных факторов; разнообразием форм собственности; неравномерного развития инфраструктур отдельных районов мегаполиса, инфляционными процессами и состоянием экологии, а так же учесть неэффективность использования экономических методов в работе наземного вида транспорта.
До настоящего времени исследования обозначенных проблем рассматривалось только на отраслевом уровне транспорта наземного и подземного, а комплексно, с учетом концепции развития альтернативных транспортных систем эстакадного типа, используя чистые возобновляемые источники энергии, рыночные отношения ни в теоретическом, ни в прикладном плане еще не ставились.
Исходя из этого, актуальность работы заключается в нахождении оптимальной транспортной концепции для мегаполиса.
Цель и задачи исследования. Целью исследований является разработка новой транспортной концепции, основ теории и практических методов организационно-технического проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии с использованием возобновляемых экологически чистых видов энергии для мегаполиса.
Для достижения названной цели программа исследования потребовала решения следующих основных задач:
провести системный анализ влияния развития архитектурно-градостроительной и эксплуатационной инфраструктуры мегаполиса на организацию перевозок пассажиров и координацию альтернативного транспорта с общегородским пассажирским массовым транспортом;
провести технико-экономический анализ развития надземной универсальной трубопроводной транспортной системы, исследование и обоснование признаков и факторов, влияющих на эффективность выбора нового вида транспорта;
разработать научно обоснованную концепцию разделения наземной транспортной системы, оценить и дать прогноз факторов проектируемого нового типа эстакадной транспортной коммуникации в мегаполисе;
разработать методологию и методы определения числовых характеристик надземного универсального трубопроводного транспорта, создать систему экономико-математических моделей оптимизации провозных и пропускных способностей трассы, адекватно отражающих особенности применения новых видов гибридных транспортных капсул (ТК), кинематику движения внутри трубопровода, позволяющую количественно и качественно оценить эффективность его использования;
провести выбор и прокладку оптимальной схемы трубопроводных трасс для мегаполиса;
разработать и выбрать методы определения вида возобновляемой экологически чистой энергии, применяемой при перемещении гибридных
транспортных капсул;
провести проектирование организационно-технических решений по конструированию гибридных транспортных капсул и модулей трубопроводов с применением экологически чистых материалов отечественного производства;
провести проектирование организационно-технических решений надземного универсального трубопроводного транспорта в мегаполисах с использованием программ 3-Д студия, автокад;
провести технико-экономическую оценку эффективного функционирования надземного трубопроводного транспорта как транспорта ближайшего будущего;
разработать концепцию транспортного обслуживания пассажиров в часы пик в координации со всеми видами- общественного транспорта в мегаполисах.
Предмет исследования. В диссертационной работе реализована совокупность методических, экономических, организационно-технических, технологичес-ких решений. Они связанны с формированием механизма проектирования конструирования, строительства и функционирования нового вида транспортной артерии эстакадного типа в градостроительстве.
Объектом исследования является функционирование в мегаполисах надземного универсального трубопроводного транспортного комплекса с использованием возобновляемых экологически чистых видов энергии с гибридными транспортными капсулами.
Методология исследования. Методологической основой названного направления исследований является:
использованы фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых, практиков в области трубопроводного транспорта; детерминированный и вероятностностный подходы к технико-экономическим расчетам; системный анализ, закономерностей движения ГПТ в взаимосвязи специфического трубопроводного транспорта с другими инфраструктурами
городского хозяйства и социально-экономическими проблемами мегаполиса; основные положения теории городских пассажирских перевозок характеризующие применения в транспортных расчетах на ЭВМ, методов комбинаторики, теории массового обслуживания, кибернетики, системотехники, статистического анализа и различных видов программирования, обеспечивающих оптимальное управление процессами всего производства, его организации и достижения желаемого результата через эксперимент.
Исходной базой для исследования послужила транспортная революция в мегаполисе с ее технологическими и экономическими проблемами, пропорционально связанной с истощением потребляемой энергии. Поиск альтернативного решения транспортной проблемы, которая смогла бы обеспечить высокую технологическую и экономическую безопасность в часы пик при адресной доставке от двери до двери пассажиров и малопартионных грузов в мегаполисе.
Научная новизна диссертации заключается в создании основ теории новой транспортной концепции, совершенствовании теории городских пассажирских перевозок для проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии с использованием возобновляемых видов экологически чистой энергии.
Такая концепция предопределяет совместное развитие сети эстакадных транспортных артерий, архитектурно-градостроительных систем и взаимодействие с наземным и подземным транспортом в часы пик, с образованием оптимальных трасс и интермодальных перевозочных узлов работающих в круглосуточном режиме.
В рамках названного направления впервые разработаны и защищаются следующие положения:
разработаны теоретические и методолгические основы развития городских пассажирских перевозок для организационно-технического пректирования нового вида надземной трубопроводно- пассажирской
транспортной артерии;
выявлены закономерности развития архитектурно-градостроительных схем и эксплуатационной инфраструктуры мегаполиса для оптимизации расстояния перехода, пасадки и высадки пассажира от одного терминала к другому, и установленна зависимость между параметром плотности городской застройки и факторами, влияющими на критерий эффективности функционирования нового вида трубопроводной транспортной сети в мегаполисе;
разработан комплекс экономико-математических моделей для прогнозирования параметров организации дорожного движения при разделении наземной транспортной коммуникации для организации перевозок пассажиров трубопроводно-эстакадным способом;
разработана математическая модель кинематики движения транспортной капсулы и пропускной способности трубопровода для разного уровня управления и координации трубопроводно-пассажирского транспорта с другими видами наземного и подземного транспорта;
построена оптимизационная модель числовых характеристик и система экономико-математических моделей для выбора и прокладки оптимальной схемы трубопроводной трассы в мегаполисе;
предложена методология расчета для проектирования модулей трасс трубопроводных пассажирских пневмокапсульных систем с расчетами кривых переменного радиуса;
разработана методика решения блока задач оптимизации структуры гибридной транспортной капсулы для трубопроводной перевозки;
разработана нормативно-техническая документация и образцы технических заданий по проектированию трубопроводного транспорта;
представлены рекомендации для проектирования конструкции и узлов разрабатываемого трубопроводно-пассажирского вида транспорта эстакадного типа.
Достоверность результатов научных исследований при разработке теоретических основ проектирования, концепции, теоретических положений и экспериментов, обеспечивалась математической строгостью и обоснованностью применения методов теории вероятности и статистики, теории массового обслуживания, теории самоорганизации на основе метода группового учёта аргументов, экономико-математические модели с расчётами кривых переменного радиуса и др., давшие сходимость теоретических и экспериментальных результатов при моделировании. А также подтверждена материалами проведённых экспериментов при обдуве трубопроводов различными турбулентными ветровыми потоками при различных колебаниях и нагрузках, с учётом СНИПов и данных многолетних наблюдений за эксплуатацией трубопроводов различного назначения.
Теоретическая и практическая значимость и ценность работы состоит в строгом научном обосновании, на базе создания основ теории проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии и методов обеспечения надежности функционирования системы. Многие выводы и рекомендации использованы и могут быть использованы в практической деятельности научно-исследовательских и проектных институтов при проектировании и реконструкции новых транспортных систем, предприятиями и организациями, занимающимися перевозками пассажиров и малогабаритных грузов. Эти же выводы, рекомендации, расчёты были использованы при проектировании узловых чертежей, нормативно-технических документов и технических заданий по проектированию трубопроводного транспорта для мегаполиса, вытекающих из результатов решения конкретных задач и их опытного внедрения.
Основными результатами работы, полученными лично автором являются:
разработка поэтапного изменения проектно-градостроительных схем для сокращения расстояния подхода пассажиров для посадки-высадки и выбора маршрута движения, для автоматической переадресовки пассажиров с одного
маршрута на другой и подвозки к интермодальным станциям радиальной и кольцевой линий метро.
разработка комплекса программ для решения организационно-технологических задач и расчета при проектировании трубопроводного транспорта с конструированием гибридных транспортных капсул и модулей трубопровода.
разработка комплексной методики, алгоритма и программы построения динамических моделей трубопроводных трасс с учётом реальных характеристик рельефа местности, плотности застройки, климатических условий, плотности населения, плотности транспортного потока и уличных развязок и транспортных колец.
разработка комплекса предложений и рекомендаций по использованию трубопроводного пассажирского транспорта в Москве, которые одобрены проблемным научным советом в инженерном центре, занимающимся проблемами альтернативных транспортных систем в г. Сиэтле, штат Вашингтон в 2000 году.
Под руководством автора диссертации открыт специализированный веб-сайт по трубопроводному транспорту для консультации, рецензирования различных проектов и координации разработок по направлению трубопроводных исследований в области пассажирских перевозок с применением альтернативных возобновляемых экологически чистых энергий. Прикладные разработки по проекту представлены для рассмотрения в мэрию Москвы и Нью-Йорка для реализации.
Апробация основных результатов работы. Содержание и результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на зональной конференции по программе «Трубопроводный пневмотранспорт в промышленности» (1989 г.), на всесоюзном совещании по проблемам проектирования строительства и эксплуатации трубопроводного контейнерного транспорта для перевозки штучных грузов г. Львов (1990 г.), на республиканской научно-технической конференции «Развитие пневмо-
гидротранспортной системы в цветной металлургии» г. Нальчик (1990 г.), на научно-практической конференции в г. Днепропетровске (1994 г.), на научной конференции "Шаг в будущее". Дом правительства КБР Нальчик. (2000 г.), на международный симпозиуме по тематике "Альтернативные транспортные системы". Сан-Франциско. США. (2001 г.), на коллегии Министерства путей сообщения "Гибридное магистральное скоростное транспортное устройство". Москва. (2001 г.), на межведомственной научной конференции Минтрасса и МПС по рассмотрению альтернативных транспортных систем. Москва. (2001 г.)
Работа докладывалась на научно-техничеком совете в проектной компании «ТАИССИС» (2001-2003 гг.), на ученом совете ВНИИЖТ (2001 г.), на НТС ГУП НИиПИ Генплана Москвы (2003 г.), на совместном заседании кафедр «Организация перевозки и управление транспортом» и «Логистика» МАДИ (2003 г.)
Теоретические и практические разработки по этапам данной проблемы нашли отражение в научных монографиях: "Моделирование надземной универсальной трубопроводной транспортной артерии в мегаполисах" (Пятигорск, 2000 г.) и "Проектирование надземной универсальной трубопроводной пассажирской скоростной транспортной артерии в мегаполисах" (Москва, 2003 г.). Они являются основой при создании технических заданий, расчете технико-экономических обоснований для проектирования и конструирования узловых чертежей трубопроводного транспорта. Кроме того, в диссертации нашли отражение работы, опубликованные в 1985 - 2003 гг., общим объемом 55 печатных листов. По этой же теме под научным руководством и непосредственным участием автора выполнен проект для города Москвы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы и 6 приложений. Общий объем диссертации составляет 319 страниц, 53 рисунка, 18 таблиц, библиография 247 наименований.
Плотность городской деятельности и стоимость поездок
Цена мобильности меняется в зависимости от типа городской территории и использованных транспортных средств. В тех районах, где плотность населения и число рабочих мест выше среднего, общественный транспорт всегда дешевле автомобиля. Сочетание высокой плотности (как населения, так и рабочих мест) и развитой системы общественного транспорта с соответствующим дорожным обеспечением представляет собой наиболее рациональную застройку города Москва (рис. 1.З.). закрытой застройки Москвы Замысел проведенного в регионе Москвы исследования заключался в том, чтобы сравнить рентабельность структуры городской застройки с точки зрения затрат населения на ежедневные поездки. Город был разделен на четыре зоны различной плотности: центральная часть, внутренние пригороды, примыкающие к центральной части Москвы, внутренние пригороды, удаленные от центра и внешние пригороды (рис. 1.З., 1.4.).
Для нормального функционирования города необходимо, чтобы каждому жителю был обеспечен доступ к месту работы или получения образования и ко всем административным, медицинским, коммерческим или досуговым учреждениям, необходимым для ежедневной деятельности и благополучия людей. Поэтому в рассматриваемом методе за отправную точку берутся потребности жителей в поездках с точки зрения концепции достижимости. Работающее население мегаполиса должно иметь возможность доступа в разумное время на рынок труда. Для граждан важно найти подходящую работу, не требующую чрезмерно длинных поездок по маршруту дом-работа-дом.
Чем выше плотность использования городской территории, тем короче расстояния, которые жители города должны преодолевать от места постоянного проживания до работы. Пределы "зон доступа" были рассчитаны для определенных выше четырех зон. Для каждой из них можно рассчитать общественную стоимость поездок с учетом обратной поездки, причем протяженность равняется удвоенному радиусу "зоны доступа" (ее окружность имеет центр в точке постоянного местожительства и охватывает определенное число мест работы). Указанные оценки стоимости поездок были сделаны для проезда дом-работа и дом-торговый центр, выполненных на автомобиле и на общественном транспорте. Они позволяют сравнить затраты на поездки различными видами транспорта в каждой из зон и оценить рентабельность структур городской застройки в зависимости от плотности жизнедеятельности (измеренной как сумма числа проживающих Р и числа рабочих мест Е на гектар - см. график (рис. 1.5.).
Общественные затраты (относительная величина - по отношению к себестоимости парной поездки "Москва-метро")
Затраты на "оптимальные" виды общественного транспорта (в плотно застроенных зонах это метро, в зонах умеренной плотности — трамвай, идущий по наземной полосе отвода, а в зонах низкой плотности — автобус) возрастают втрое при уменьшении плотности в 10 раз. Затраты на поездку личным автотранспортом изменяются обратно пропорционально, но в гораздо меньшей степени (грубо говоря, они падают на 20% при уменьшении плотности с 200 до 20 единиц (Р+Е)/га, но остаются много выше затрат на общественный транспорт в зонах высокой плотности.
Развитие общественного транспорта, который движется по выделенным полосам (метро в плотных зонах первичного внутреннего кольца, трамвай во вторичном внутреннем кольце) дало бы возможность снизить общественные транспортные расходы.
Наиболее эффективными являются городские структуры, в которых общественный транспорт передвигается по специальным полосам отвода (за исключением внешних пригородов), поскольку автомобиль всегда менее
Следует отметить, что относительные общественные затраты на наиболее эффективные виды общественного транспорта (в застроенных зонах это метро, в зонах умеренной плотности - трамвай, использующий специальные наземные полосы отвода, а в зонах низкой плотности - автобус) возрастают втрое при снижении плотности. Она в три раза выше во внешних пригородах, чем в центральной части Москвы. С другой стороны, общественные затраты на личный автомобиль изменяются обратно пропорционально плотности, но в значительно меньшей степени. Они падают примерно на 20% при снижении плотности с 200 до 20 (Р+Е)/га (где Р - общее число жителей и Е - число наличных рабочих мест на рассматриваемой территории застройки), но остаются гораздо выше, чем затраты на общественный транспорт в зонах высокой плотности.
При высокой плотности городской застройки и наличии скоростной взаимосвязанной сети общественного транспорта достигаются самые низкие значения общественных затрат на перевозки пассажиров. Примером служит центральная часть Москвы, где благодаря метро и городской электричке обеспечен удобный доступ к рабочим местам с минимальными затратами. С другой стороны, использование автомобиля в Москве нерентабельно, так как это обходится в четыре-пять раз дороже, чем метро (рис. 1.6.).
Рис. 1.6. Схема московского метро. Застроенные внутренние пригороды, примыкающие к центральной части были бы почти так же эффективны, если бы они имели системы трубопроводного и легкорельсового транспорта или трамваи, передвигающиеся исключительно по специальным полосам отвода. Показатели дорожного транспорта здесь заметно хуже: автобусы и автомобили стоят более или менее на одном уровне, но отстают от трубопроводных и легкорельсовых сетей. Застроенные пригороды могут достичь высокого уровня эффективности (в смысле доступа к наибольшему числу желаемых мест назначения при наименьших транспортных затратах) лишь при условии, что они имеют взаимоувязанную сеть общественного транспорта, причем такого, который использует специальные полосы отвода. Внутренние пригороды, расположенные несколько дальше от Москвы; как выясняется, более эффективны, чем более застроенные зоны. Наиболее рациональные транспортные средства в этом секторе - трамваи или автобусы со специальными полосами отвода, у которых показатели пассажироперевозок выше, чем у автомобилей или автобусов, перемещающихся по обычным дорогам. Отсюда следует необходимость безотлагательного создания для внутренних пригородов Москвы сети общественного транспорта, использующей специальные полосы отвода.
Транспортное обслуживание рассредоточенной застройки внешних пригородов обходится в два-три раза дороже центра Москвы, независимо от вида транспорта - общественного или индивидуального. Рассредоточенное проживание жителей и размещение коммерческих предприятий во внешних пригородах делает неэффективным использование автобусов, которые могут обеспечить только нечастые рейсы по разбросанным маршрутам. Автомобиль с его скоростью и возможностью выполнения сквозных поездок (если стоимость парковки не чрезмерно высока) более эффективен, чем автобус, и может полностью компенсировать отрицательное влияние пространственного рассредоточения в ходе урбанизации. Достижимость объектов городской деятельности, плотность населения и рабочих мест.
Создание моделей надземного универсального трубопроводного пассажирского скоростного персонального транспорта XXI века от двери к двери в мегаполисах
Перемещения людей в городском пространстве связанные производственными и культурно-бытовыми нуждами, начинаются и заканчиваются в квартирах жилых домов, у рабочих мест заводов и фабрик, в магазинах и универмагах, в зрительных залах театров и кинотеатров, на трибунах стадионов, в местах массовою отдыха и т. д. Все эти объекты называют центрами тяготения или центрами транспортного тяготения. Перемещения людей между центрами транспортною тяготения можно представлять в общем случае в виде суммы передвижении, совершаемых внутри центров тяготения от точки их зарождения, например квартиры жилого дома, до выхода из них (двери пункта отправления, например, подъезда жилого дома), передвижения от двери пункта отравления (ПО) до двери пункта назначения (ПН), например проходной завода, и передвижения от двери ПН до цели передвижения, например рабочею места у станка, стола и т. д.
В теории городских пассажирских перевозок (ГПП) обычно рассматривают перемещения людей от двери ПО до двери ПН. Передвижения внутри центров тяготения до двери ПО или от двери ПН приходится принимать во внимание в домах повышенной этажности и объектах больших территориальных размеров, например на территориях больших заводов и фабрик, крупных стадионов, т.е. в тех случаях, когда затраты времени в них составляют существенную долю общих затрат времени на передвижение. Эти передвижения могут быть пешеходными и транспортными с использованием эскалаторов, движущихся тротуаров, лифтов и встроенных в зданиях микротерминалы для посадки и вывозки в транспортные капсулы трубопроводного транспорта не выходя из мегаполисного здания (рис. 2.1.), других видов внутреннего транспорта, но все они совершаются вне городских путей сообщения (ГПС) и не загружают их. Объектом изучения теории і 1111 являются обычно перемещения людей от двери ПО до двери ПН, накладывающиеся на ГПС. Затраты времени на передвижения внутри ПО и ПН учитывают иногда при необходимости уточнения доли общих затрат времени на передвижения, допустимых на ГПТ.
Основными понятиями теории 11111, характеризующими перемещения людей в городском пространстве, являются понятия передвижения и поездки. Передвижением (корреспонденцией) в теории ГПП называют перемещения людей от двери ПО к двери ПН центров тяготения (без посещения попутно каких-либо других промежуточных центров тяготения), где передвижение замещается действиями, составляющими его цель. Передвижения могут быть простыми, сложными, пешеходными, транспортными и составлять цепочки передвижений.
Транспортными называют передвижения с использованием различных видов ГПТ - ГМПТ или ИПТ. Простое транспортное передвижение, рассматриваемое как цикл от момента входа пассажира в транспортное средство на каком-либо остановочном пункте до момента выхода из него на другом остановочном пункте, называют маршрутной поездкой. Маршрутная поездка характеризуется, таким образом, несменяемостью транспортного средства, в котором она совершается. Транспортное передвижение между ПО и ПН, состоящее из одной или нескольких маршрутных поездок, одною или разных видов ГПТ (трамвая и троллейбуса, метрополитена и автобуса, трубопроводной и движущихся тротуаров и др.) называют сетевой поездкой.
Таким образом, сетевая поездка может быть простой и сложной. Сложные сетевые поездки отличаются от простых пересадочностью, т.е. наличием пересадок из одного транспортного средства в другое в пересадочных узлах. При этом неважно, осуществляются ли они в поездах разных маршрутов одного или разных видов ГПТ. Смена одного вида транспорта на другой (пересадка) означает всегда конец одной маршрутной поездки и начало другой.
Примеры простых и сложных передвижений показаны на рис. 2.2.а, б, в. Они осуществляются между ПО и ПН без посещения промежуточных ПН, поэтому каждое из них представляет собой одну сетевую поездку. На рис. 2.2.г показана цепочка из трех передвижений: пешеходного между ПО и ПН1 и двух транспортных между ПН1 и ПН2 и ПН2 и ПО. В этом случае одно передвижение отделяет от другого посещение ПН.
Основными характеристиками передвижений являются протяженность (длина), скорость сообщения и затраты времени на передвижение. Наиболее общая характеристика передвижения затраты времени на передвижение t(), которые определяются длиной передвижения 10 и приведенной скоростью сообщения в передвижении [63,209]:
Поэтому будем рассматривать в основном трубопроводные модели транспортных систем в целом, где отсутствуют трудности сообщения т.е. модели движения капсулы по маршрутной системе и отдельному маршруту. При разработке таких моделей, естественно, используются модели частных процессов, которые по мере необходимости также будут рассмотрены.
Изучение моделей движения капсулы внутри трубы на изолированном маршруте следует начать с простейших моделей.
Модель Ml. Предположим, что нам задан изолированный трубопроводный маршрут транспортной сети, состоящей из М остановок и М - 1 перегонов. На маршруте движется N капсульных единиц.
Самую простую модель такого маршрута можно получить, предположив, что время движения всех транспортных единиц но маршруту Тоб и одинаково и интервалы I между транспортными единицами равны.
Тогда справедливо соотношение Модель М2. В модели Ml мы совершенно не учитываем характеристики пассажиропотока н вместимости ТК. Простейшим образом это можно учесть, введя в модель Ml время стоянки ТК которое отражает в какой-то мере процесс взаимодействия потока ТК и пассажиропотока. Таким образом, получим модель М2: где Тст - суммарное время стоянок поезда на всех остановках. В свою очередь, в простейшем случае Тст = 1Рч С/К, где Рч— часовой пассажиропоток, чел.; С — время посадки-высадки, ч/чел.; К — вместимость ТК, чёл. Окончательно модель принимает вид где Тпр = Т пр— константа, не зависящая от N. Модель позволяет находить зависимость I = I(N) при числе поездов Модель МЗ. Так как Тпр на самом деле зависит от числа ТК на маршруте, то необходимо учитывать эту зависимость. Достаточно общей моделью такого вида является следующая: На основании этих моделей можно решать задачу оптимизации числа ТК на маршруте. Для решения задачи оптимизации элементов расписания нужны более сложные модели, учитывающие явно взаимодействие ТК между собой и пассажиропотоками на остановках. Одна из таких моделей, описанная в работе [18,19], основанная на представлении транспортного маршрута в виде циклической системы массового обслуживания (СМО). Рассмотрим пример, приведенный на рис. 2.3. Здесь показан маршрут, разделенный остановочными пунктами 1-6 на пять перегонов 1—2, 2—3, 3— 4 и т. д. Длина перегонов 11—2 =1,5 км; 12—3 = 1,0 км; 13—4 = 1,25 км; 14—5 = 1,85 км; 15—6 = 0,6 км. Общая длина маршрута Для простоты расчета принято, что поездки из всех остановочных пунктов отправления і к остановочным пунктам прибытия j одинаковы и составляют 200 пасс/ч. Тогда количество пассажиров, вошедших в транспортные капсулы маршрута на остановочных пунктах отправления, соответственно будет: Авхі = 1000 пасс/ч, Авх2 = 800 пасс/ч, АвхЗ = 600 пасс/ч и т. д. Количество сошедших пассажиров на остановочных пунктах прибытия - Acxl = 0, Асх2 = 200 пасс/ч, АсхЗ = 400 пасс/ч и т. д.
Разработка методов оптимизации трассы для универсального трубопроводного транспорта
Вопросам поиска оптимальной трассы, когда критерий оптимальности представляет собой монотонную функцию пути, посвящены работы [156, 176]. Из этих работ следует выделить алгоритм Ли [16], основная идея которого может быть использовало для решения весьма широкого класса задач.
Напомним вначале основную идею алгоритма Ли (для определенности будем считать, что целью является минимизация критерия оптимальности трассы), если критерий является векторным, то в принятом порядке минимизируются характеристики - координаты вектора.
Процесс проектирования универсальных магистральных транспортных трубопроводов включает решение ряда самостоятельных задач, таких как выбор трассы и расчет профиля трубопровода, расстановку насосных или компрессорных станций, обоснование конструктивных и технологических схем сооружения и др.
Естественно, что качественное проектирование, существенной частью которого является выбор трасс, возможно лишь при условии математического описания и решения возникающих проблем с использованием при необходимости соответствующих средств вычислительной техники.
В данном параграфе рассматриваются математические модели и методы, позволяющие получить оптимальные решения ряда задач, возникающих при проектировании трубопровода, и, в частности, задач выбора оптимальных трасс трубопроводов.
Удобной схематизацией проблемы выбора оптимального пути, позволяющей использовать для поиска ЭВМ, является сеточная формулировка.
Пусть имеется подробная карта местности, на которую нанесена сетка (рис. 3.1). Точки пересечения линий сетки назовем узлами. Отрезок между двумя смежными узлами назовем дугой. Сетка может быть любой конфигурации (рис. З.1., а, б), а каждое звено сетки может иметь диагонали (рис. З.1., в).
На карте указаны (в простейшем случае) два пункта А и В, которые должны быть соединены трассой трубопровода. Сетку всегда можно нанести на карту так, что эти пункты окажутся лежащими в ее узлах.
Любой путь на сетке, который может служить трассой трубопровода или ее частью, назовем допустимым путем. Все остальные пути будем называть недопустимыми (недопустимы, например, пути с самопересечениями). Задача состоит в том, чтобы найти допустимый путь на сетке между А и В, являющийся оптимальным. Рис. 3.1. Виды сеток, используемых при поиске оптимальных трасс, а - прямоугольная; б - криволинейная; в - прямоугольная с диагоналями.
Оптимальным будем считать путь (трассу), сооружение трубопровода вдоль которого даст максимальную или минимальную величину оценочного критерия. Назовем этот критерий критерием оптимальности.
Выбор критерия оптимальности зависит от обстановки, в которой возникает потребность в строительстве, и от целей, которые при этом преследуются.
Вследствие этого в критерий оптимальности иногда имеет смысл включать значения нескольких характеристик, в результате чего критерий оптимальности приобретает векторный характер.
Отметим, что все задачи по выбору трасс трубопроводов можно подразделить на два класса.
Первый класс включает те задачи, в которых критерий оптимальности определен для всех допустимых путей из начальной точки, а во второй класс включены задачи с ограничением высоты опор.
Методы решения задач первого класса разработаны и проверены на практике при расчете трасс в случае, когда критерий оптимальности является аддитивным. Если, например, целью является минимизация приведенных затрат, то при выбранном диаметре и способе укладки трубопровода задача может быть поставлена так. Каждой дуге сетки соответствует свое число а 1, приведенных затрат на этом участке. Требуется отыскать такой путь на сетке между А и В, вдоль которого сумма приведенных затрат минимальна.
На каждом шаге происходит осмотр всех пробных путей, построенных от начальной точки трассы, и установление пути с наименьшей стоимостью.
Этот путь в данный момент является «наиболее перспективным». Надстраиваем этот путь на одну новую дугу во всех допускаемых сеткой направлениях. Получаем несколько дополнительных путей, каждый из которых представляет собой увеличенный на одну дугу путь, который мы только что считали наиболее перспективным. Теперь среди всех построенных к настоящему моменту путей ищем новый наиболее перспективный и надстраиваем его на одну новую дугу во всех допускаемых сеткой направлениях. Этот процесс продолжается до тех пор, пока среди сформированных последовательной надстройкой путей не окажется путь, оканчивающийся конечной точкой трассы и имеющий минимальную стоимость по сравнению со стоимостями всех сформированных к этому моменту путей. Этот путь (таких путей может оказаться несколько) будет оптимальным.
Будем вести поиск с помощью двух списков. Каждый список содержит набор занумерованных строк.
В первую строку списка (1) помещаем координаты начальной точки трассы А. В первую строку списка (2) - координаты соседних А точек со стоимостями их достижений из А (в дальнейшем вместо слов «координаты точки» будем говорить просто точку). Количество заполненных строк после этого станет равным единице (см. приложение 2).
Пусть заполнено п строк, тогда: а) в списке (2) ищем точку, имеющую минимальную стоимость достижения по сравнению с другими точками, находящимися в списке (2). Если таких точек несколько, берем любую из них. Возможны два случая: 1) такая точка есть, 2) такой точки нет. В первом случае переносят эту точку в п + 1-ую строку списка (1) в виде М, пі, где М -координаты этой точки, - номер строки в списке (2), откуда она взята; в списке (2) эту точку зачеркивают. Во втором случае (если такой точки нет) выписывают номера всех строк из списка (2), в которых содержится точка В с минимальной стоимостью достижения, после чего по списку (1) восстанавливают все построенные пути, приводящие в В, концы которых указаны в этих строках. Набор этих путей и есть множество всех оптимальных путей. Если имеет место первый случай, то в список (2) записываем в (n + 1 )-й строке соседней точки из (n + 1)-й строки списка (1). Восстанавливаем путь из начальной точки А к каждой из соседних точек (восстановление идет по способу, описанному ниже). Проводим проверку, являются ли образовавшиеся пути допустимыми. Если путь является недопустимым, его концевую точку зачеркиваем, если же путь допустим, в (n + 1)-й строке списка (2) (кроме координат концевой точки этого пути) записываем также его стоимость.
LINK4 Разработка метода аэродинамического расчета трубопроводов LINK4 Рассмотрим обтекание кругового цилиндра плоскопараллельным потоком идеальной (невязкой) жидкости или газа (воздуха). Набегающий поток характеризуется скоростью и статическим давлением в бесконечно удаленной точке Ро. Циркуляция скорости вокруг цилиндра, определяемая по формуле , равна нулю. Возникающее при обтекании кругового цилиндра невязкой жидкостью симметричное распределение давления по его поверхности указывает на отсутствие сопротивления движению цилиндра со стороны потока. В реальных условиях при обтекании жидкостью или газом на цилиндр всегда будет действовать сила сопротивления — гидродинамическая сила. Это противоречие известно под названием парадокса Даламбера-Эйлера, сущность которого в не учете вязкости реальной жидкости или газа (воздуха). В действительности, благодаря вязкости потока, возникает пограничный слой, прилипающий на одних участках поверхности цилиндра и отрывающийся на других. Такое обтекание тел потоком называется отрывным. Позади тела возникает вихреобразное движение потока. Циркуляция скорости вокруг цилиндра не равна нулю, что обусловливает возникновение силы лобового сопротивления. Таким образом, учет вязкости реального потока вносит существенные качественные изменения в характер обтекания тел. При обтекании кругового цилиндра образуются вихри правого и левого вращения, которые, вследствие отрывного характера обтекания, срываются с поверхности цилиндра и уносятся потоком. Симметрично срывающиеся вихри — вихри Феппля — устойчивы при значениях чисел Рейнольдса Re 100. Вихри, попеременно срывающиеся в шахматном порядке [103,160], устойчивы при числах Рейнольдса Re 150 и наблюдаются даже при числах Рейнольдса Re = 1 Совокупность отрывающихся вихрей, постепенно рассеивающихся вдали от цилиндра, образует вихревую дорожку Кармана с устойчивым шагом вихрей вдоль нее. Частота срыва вихрей, играющая огромную роль в У_ аэроупругости, связана с числом Струхаля Sh соотношением n = Sh d t Гц, т. е. определяется геометрией тела и скоростью потока. Число Струхаля для кругового цилиндра Sh = 0,2. Срывающиеся вихри в перпендикулярном потоку направлении создают переменную (периодическую) силу, которая создает начальное возмущение упругого круглоцилиндрического тела, смещая его относительно положения равновесия. Когда частота срыва вихрей близка или равна одной из собственных частот упругого тела, обтекаемого потоком, наблюдаются интенсивные колебания [102,160,218]. В теории колебаний плохо обтекаемых тел в вихревом потоке сложились две концепции: вынужденных колебаний и автоколебаний. Наибольшее распространение для объяснения механизма колебаний цилиндрических тел в потоке газа (воздуха) получила концепция автоколебаний. Она наиболее правильно отражает действительный характер движения тела. Многочисленные наблюдения указывают на взаимодействие межд)г колебаниями и механизмом вихреобразовании, что несомненно подтверждает автоколебательный характер процесса. При вибрации круглоцилиндрических тел в тяжелой жидкости (воде) правдоподобен механизм вынужденных колебаний. В то же время, для цилиндров, колеблющихся в потоке воздуха, вибрации близки по типу к автоколебаниям.
Математическая модель аэроупругих колебаний круглоцилиндрических тел в ветровом потоке [160], как и математическая модель Г. А. Савицкого [166], рассматривает круглоцилиндрическое тело как механическую систему с одной степенью свободы, наделенную всеми упругими и неупругими свойствами, присущими исходной системе, т. е. рассматриваемому телу. Естественное дальнейшее развитие — рассмотрение эквивалентной механической системы с двумя степенями свободы и континуальной системы. В первом случае наиболее целесообразным представляется сообщить вторую степень свободы одномассовой системе в направлении потока. При этом возможно математическое описание пространственных форм движения круглоцилиндрического тела, связывающих колебательные движения вдоль потока с аналогичными движениями поперек него (см прилож. П.З — 3.8)
Во втором случае при рассмотрении континуальных систем необходимы новые гипотезы о распределении по длине тела сил вихревой природы, о внутреннем трении в таких телах, аэродинамическом демпфировании и др.
Для нормальной эксплуатации сооружений, расположенных в ветровом потоке, необходимо обеспечить аэродинамическую устойчивость в целом, а также отдельных их элементов. Действие ветра на гибкие сооружения круглоцилиндрической формы типа надземных и висячих трубопроводов носит двойственный характер. С одной стороны, ветровой поток вызывает изгиб трубопровода в направлении действия потока, т. е. в горизонтальной плоскости. С другой - в вертикальной плоскости наблюдаются колебания, обусловленные аэродинамическими силами [166]. Поэтому для анализа аэродинамической устойчивости надземных и висячих трубопроводов, помимо обычного расчета их на ветровую нагрузку с учетом порывистости ветра (см. прилож. П. 3.8), выполняют дополнительный расчет на ветровой резонанс, поскольку рассматриваемые сооружения гибкие, и в них возможно возникновение интенсивных колебаний в направлении, перпендикулярном ветровому потоку. В практике проектирования надземных и подвесных трубопроводов обычно используется эта же методика расчета [176,177,178]. Особого внимания заслуживает вопрос о назначении аэродинамического коэффициента подъемной силы (согласно терминологии [103]). Разброс значений этого коэффициента велик, однако в большинстве случаев находится в пределах 0,5...0,7 [166]. Амплитуды резонансных колебаний элементов конструкций поперек потока [117,177] связаны с логарифмическим декрементом колебаний соотношением где а — амплитуда колебаний, м; $ — логарифмический декремент колебаний; Уег — прогиб от статически приложенной аэродинамической нагрузки вихревого происхождения, м. Рассматривая случай шарнирного опирання упругого кругового цилиндра типа трубопровода, получим
Похожие диссертации на Теория проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии в мегаполисе
