У статті розглядається вплив навантажень, викликаних рухом судів в камері шлюзу, на нижні двостулкові ворота шлюзу.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Богатирьов Владислав Григорович


The article considers the impact loads on the lower double-leaf lock gate caused by ship traffic in the lock chamber.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник державного університету морського і річкового флоту ім. адмірала С.О. Макарова

    Наукова стаття на тему 'Аналіз впливу судів на ворота шлюзу'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз впливу судів на ворота шлюзу»

    ?випуск З

    УДК 626.422.21 В. Г. Богатирьов,

    аспірант,

    СПГУВК

    АНАЛІЗ ВПЛИВУ СУДІВ НА ворота шлюзів ANALYSIS OF VESSELS IMPACT ON LOCK GATES

    У статті розглядається вплив навантажень, викликаних рухом суден в камері шлюзу, на нижні двостулкові ворота шлюзу.

    The article considers the impact loads on the lower double-leaf lock gate caused by ship traffic in the lock chamber.

    Ключові слова: шлюз, навантаження, суду.

    Key words: gate, loads, ships.

    ІАСЧЕТ воріт гідротехнічних споруд є відповідальним завданням, в якій важливо врахувати всі силові дії на ворота. Згідно з рекомендаціями різних джерел [1; 2; 11; 14] ворота нижньої голови шлюзу розраховуються на тиск води, обумовлене максимальним рівнем верхнього б'єфу і мінімальним судноплавним рівнем нижнього б'єфу. При цьому не враховуються хвильові фактори, обумовлені проведенням суден в шлюзах і рухом суден в підхідних каналах, і навал судна на ворота. Відсутність в розрахунку будь-який з перерахованих вище навантажень може призвести до позаштатних ситуацій, аварій. Як наслідок, завдається шкода від простою флоту і судопропускного спо-

    ПА

    вання, від пошкодження конструкцій шлюзу і судна. Події 2004 року на Пермських шлюзах (руйнування воріт від хвильового впливу) і в 2002 р на Сайменском каналі (вибита стулка судном) ще раз доводять необхідність врахування навалу судна, хвильового впливу і серйозності наслідків, викликаних ними.

    1. Хвильовий вплив

    Аналіз досвіду експлуатації судноплавних споруд показує, що при русі судів в підхідних каналах і при проводці їх в шлюзі можуть виникати хвилі, що призводить до збільшення навантаження на нижні ворота шлюзу (рис. 1).

    Розглянемо проблему докладніше:

    Мал. 1. Хвильові впливу на нижні ворота

    Проводка суден у верхньому б'єфі призводить до виникнення хвиль підвищення (зниження).

    Амплітуда хвилі може складатися:

    - з хвилі поршневого ефекту;

    - хвилі, зумовленої зміною режиму руху судна, при зменшенні швидкості руху відбувається відрив хвилі від судна;

    - хвилі, що виникає при кільової хитавиці судна.

    В цей же момент в нижньому б'єфі також можливо волнообразованіе від відповідних до шлюзу суден, гальмування яких призводить до виникнення рухомих хвиль попереду судна. Ці хвилі також відбиваються від нижніх воріт, але в підхідному каналі нижнього б'єфу [12].

    Таким чином, може виникнути момент, коли у верхньому б'єфі виникає хвиля підвищення, а в нижньому б'єфі - хвиля зниження. Такий стан призводить до збільшення хвильової навантаження на ворота, що дорівнює величині

    Н - Н + І, + І,,

    Про I 1о '

    (1)

    де (І + ПЗ) - динамічна складова хвильової навантаження.

    При русі судна в камерах шлюзів спостерігається утворення довгих хвиль, обумовлених стисненням поперечного перерізу камери входять судном. Це явище, зване «поршневим ефектом», викликало опір руху судна і призводило до додаткової посадці судна.

    Вивченням явища «поршневого ефекту» при вході судна в шлюз займалися С. С. Кір'яков [7], Г. І. Мелконян, В. В. Дорофєєв [5], А. А. Атавин, А. П. Яненко [3; 15], проте все результати виконаних досліджень були спрямовані тільки на оцінку гідродинамічного опору при вході судна в шлюз і додаткову осадку судна. Питання гідродинамічного впливу на ворота судноплавного шлюзу не вивчались. У процесі вивчення була встановлена ​​суть явища, яка полягала в тому, що при вході судна в шлюз відбувається підйом рівня води перед носом судна, який викликає появу довжиною хвилі в момент,

    коли на судні скидаються обороти гвинтів і ніс його «пірнає», так як гідродинамічні сили на гвинтах зменшуються, що сприяє збільшенню амплітуди хвилі.

    Під час входу судна в камеру з боку верхнього б'єфу висота хвилі буде визначатися стисненням поперечного перерізу шлюзу в районі верхньої голови, а швидкість поширення хвилі - глибиною води в камері. Тому не випадково саме найбільш високу хвилю з високою швидкістю руху в бік нижньої голови можна спостерігати при вході в камеру з верхнього б'єфу.

    Силовий вплив довгих хвиль на вертикальні стінки гідротехнічних споруд вивчалося в основному в лабораторних умовах [4]. На підставі дослідів і аналізу раніше виконаних досліджень [6; 10; 13] встановлено, що при зустрічі хвилі з вертикальною перешкодою відбувається запліску. Також потрібно відзначити, що момент максимального тиску на вертикальну стінку не відповідає моменту максимального сплеску хвилі. Рівень, який відповідає максимальному тиску на стінку, визначається за формулою

    ПР - 1.56 • І. (2)

    Для визначення величини ординат максимального тиску можна скористатися формулами:

    - на рівні спокійної води:

    Г г, Л0'82

    на рівні дна:

    {Р Л0,84

    й

    (3)

    (4)

    Ротах = 0'97 Р-8-й

    Vм у

    2. Навал судна

    У практиці експлуатації судноплавних шлюзів не виключається вплив навантажень, на які конструкції воріт не розраховуються, а саме навал судна при вході великотоннажних суден в камеру шлюзу.

    Навал судів на ворота шлюзів - на- Про иболее небезпечне подія в шлюзі. Як правило, кожен навал судна призводить до пошкоджень елементів воріт, зупинці шлюзу через необхідність виконання ремонту.

    Не виключається можливість прориву на-

    випуск 3

    порно фронту. Найбільш часті пошкодження - руйнування прогонової будови воріт, пошкодження містка, верхніх ригелів, обшивки. Відзначаються випадки пошкодження механізмів (штоки гідроциліндрів, верхні блоки канатних механізмів).

    Для захисту воріт від навалів судів будівельні норми [1] передбачають установку на шлюзах запобіжних пристроїв, проте, незважаючи на цю вимогу, більшість судноплавних шлюзів на внутрішніх водних шляхах Росії таких пристроїв не мають. Навіть останні шлюзи, побудовані в Росії (Нижнекамский на р. Камі, шлюз № 8 на Волго-Балтійському каналі) не мають захисту воріт.

    Необхідність такого захисту в шлюзах особливо зросла в останні роки, так як

    події в

    рівень професійної підготовки судноводіїв знижується, що, в свою чергу, обумовлено приватизацією флоту і збільшеним числом судноплавних компаній [9].

    Дані табл. 1 [8] свідчать, що найбільш часто зустрічається в практиці навал на нижні ворота шлюзу при русі судна зверху в наповнену камеру. Такий навал найбільш небезпечний, так як в момент навалу верхні ворота відкриті і пошкодження нижніх воріт призведе до скидання в нижній б'єф всій зливний призми шлюзу і судна. Крім того, якщо робочі ворота верхньої голови або аварійно-ремонтні ворота будуть не в змозі перекрити потік води, що надходить з водосховища через камеру шлюзу, то спрацювання останнього неминуча.

    Таблиця 1

    судноплавних шлюзах

    Найменування ГБУВПіС Роки Число подій в шлюзі

    нижня голова верхня голова камера шлюзу

    Канал ім. Москви 1985-1998 59 28 33

    Волго-Балтійський 1985-1997 21 18 10

    Волго-Донське 1985-1997 34 13 3

    Волзьке 1985-1996 19 11 6

    Камское 1985-1997 13 - 7

    Біломорсько-Онезьке 1986-1993 14 1 14

    Разом 160 71 70

    Аналіз табл. 1 показує, що події на нижній голові складають більше 50% всіх пригод, при цьому з 160 подій 98 складають навали на стулки воріт нижньої голови. Події на верх-2 ній голові пов'язані зазвичай з навалами на опу-

    е щенние під поріг ворота або навали на пази

    і стулки відкритих ремонтних воріт, події в камері в основному включають навали на рими або зависання судна на парапетах.

    Причиною навалу судна на ворота шлюзу є помилки команди, які полягають в запізнілому включенні двигунів в гальмівній режим (67,8%), несправність на

    ш

    судні дистанційного керування (24,3%), помилка персоналу шлюзу або відмови в системах шлюзу (7,9%) [8].

    Виходячи з викладеного, актуальним є питання розрахунку наслідків навалу на ворота для об'єктивної оцінки наслідків навалу. Енергію, яку має судно або склад при навалі на ворота, можна оцінити за такою формулою:

    V2

    , (5)

    т

    2 #

    де Е - енергія навалу судна, Ж - водотоннажність судна, V - швидкість судна при навалі,

    ст - коефіцієнт приєднаної маси.

    Отже, енергія навалу залежить від водотоннажності судна і його швидкості в момент удару в ворота. У зв'язку з цим актуаль-

    на завдання визначення граничної швидкості судна, при якій відбудеться руйнування воріт, в залежності від водотоннажності судна і конструкції воріт.

    Список літератури

    1. СНиП 2.06.07-87 Підпірні стіни, судноплавні шлюзи, рибопропускні і рибозахисні споруди. - М .: Гос. будує. Комітет, 1987.

    2. СНиП 2.06.04-82 Навантаження і впливи на гідротехнічні споруди (хвильові, льодові і від судів). - М., 1982.

    3. Атавин А. А. Про коливаннях рівня води при виході судна з камери судопропускного споруди. Динаміка суцільного середовища / А. А. Атавин, А. П. Яненко. - Новосибірськ, 1977. - Вип. 30.

    4. Давлетшін В. Х. Дослідження впливу довгих хвиль на гідротехнічні споруди / В. Х. Давлетшин // Изв. ВНИИГ. - 1986. - Вип. 196.

    5. Дорофєєв В. В. Визначення величини опору хвиль при введенні і виведенні типового судна в камеру шлюзу / В. В. Дорофєєв, Г. І. Мелконян. - Л., 1987.

    6. Загрядская І. Н. Дія довгих хвиль на вертикальну перешкоду / І. Н. Загрядская // Изв. ВНИИГ ім. Б. Є. Вєдєнєєва. - 1980. - Т. 138.

    7. Кір'яков С. С. Дослідження додаткових осад і швидкостей при вході і виході суден шлюзах: автореф. дис. ... канд. техн. наук / С. С. Кір'яков. - Л., 1971.

    8. Колосов М. А. Розробка критеріїв (показників) безпеки судноплавних ГТС: звіт про науково-дослідній роботі / М. А. Колосов. - СПб., 1999..

    9. Колосов М. А. Розробка запобіжних пристроїв металоконструкцій воріт судноплавних шлюзів: науково-технічний звіт / М. А. Колосов. - Спб., 2004.

    10. Мірчін Н. Р. Зростання амплітуди довжиною хвилі поблизу вертикальної стінки / Н. Р. Мірчін, Е. І. Полкновскій // Фізика атмосфери та океану. - 1984.

    11. Михайлов А. В. Внутрішні водні шляхи / А. В. Михайлов. - М .: Стройиздат, 1973.

    12. Похабов В. І. Гідростатичні взаємодії між судноплавними спорудами і судами: дис. ... д-ра техн. наук / В. І. Похабов. - СПб., 1992.

    13. Селез І. Г. Взаємодія хвиль цунамі з елементами гідротехнічних споруд / І. Г. Селез, М. І. Железняк, В. В. Яковлєв // Короткостроковий і довгостроковий прогноз цунамі: тез. доп. Всесоюз. шк. - М., 1983.

    14. Семанов Н. А. Судноплавні канали, шлюзи, суднопідіймачі / Н. А. Семанов, Н. Н. Варламов, В. В. Баланин. - М .: Транспорт, 1973.

    15. Яненко А. П. Підвищення пропускної спроможності і визначення габаритів шлюзованих водних шляхів: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Новосибірськ, 1994.

    З]

    випуск 3


    Ключові слова: ШЛЮЗ / НАВАНТАЖЕННЯ / СУДУ / GATE / LOADS / SHIPS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити