Способ создания ледяной переправы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема

Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН

Способ создания ледяной переправы

Технические науки

№34-1

Ипатов Константин Игоревич, аспирант

Козин Виктор Михайлович, доктор наук, профессор

18.05.2015

Аннотация

В статье описан нетрадиционный способ создания ледяной переправы с использованием в качестве армирующих элементов стального троса и стальных пластин.

Ползучесть, ледяная переправа, армирование ледяного покрова, растягивающее усилие, вмораживание стальных тросов, увеличенная грузоподъемность, релаксация, низкие атмосферные температуры.

Большая часть территории нашей страны расположена в крупных районах Сибири и Крайнего Севера, лишённых развитой дорожной сети. В зимний период для доставки пассажиров, грузов и техники в этих районах широко используются ледовые переправы.

По словам начальника управления Государственной инспекции по маломерным судам (ГИМС) МЧС РФ Вадима Серегина, в зимний период 2011-2012 годов в России действовало 975 ледовых переправ, а в период 2012-2013 годов - 983 переправы. Ежегодно количество ледовых переправ увеличивается, поэтому вопросы разработки нетрадиционных способов регулирования прочности льда для увеличении массы грузов, перевозимых по переправе, а также сокращения времени возведения ледовой переправы являются актуальными. Весьма перспективным видится использование методов армирования ледяного покрова, для чего могут использоваться различные армирующие элементы.

Изобретение относится к ледотехнике, в частности к эксплуатации ледяных переправ при транспортировке по ним грузов.

Известен способ создания переправы, заключающийся во вмораживание по обеим сторонам переправы по всей ее длине стальных тросов, причем на тросы предварительно устанавливают элементы, жестко соединенные с тросами, а перед их вмораживанием тросы растягивают [1, 2], а для повышения прочности конструкции (переправы) растягивающие усилия снимают [3].

Недостатками известного способа являются длительность процесса увеличения прочности ледяной переправы и невозможность обеспечения сохранения предварительной напряженности льда в составе ледяной переправы. ледяной переправа армирующий трос

Сущность заявляемого изобретения заключается в сокращении времени для увеличения грузоподъемности ледяной переправы за счет упрощения технологии армирования ледяного покрова предварительно напряженной арматурой и сохранении ее увеличенной грузоподъемности, создаваемой предварительным растяжением тросов с элементами.

Известно [4], что лед, являясь вязкоупругим материалом, проявляет свойства релаксации, т.е. возникшие в нем напряжения самопроизвольно уменьшаются с течением времени при постоянной деформации, и ползучести, т.е. в нем с течением времени в зависимости от нагрузки происходит перемещение его элементов относительно друг друга. Таким образом, созданные во льду напряжения сжатия за счет вмораживания в него растянутых тросов с элементами (шайбами) с последующим снятием растягивающих усилий будут уменьшаться, что не позволит за их счет сохранять увеличенную грузоподъемность ледяной переправы.

Способ осуществляется следующим образом. По обеим сторонам ледяной переправы укладывают стальные тросы с предварительно жестко установленными на них элементами в виде, например, стальных шайб диаметром не более толщины льда. Затем тросы с помощью устройств нагружают растягивающим усилием и одновременно их разогревают до температуры выше температуры плавления льда путем пропускания через них электрического тока. При опускании разогретых тросов на лед они начнут погружаться в толщу льда. При погружении тросов на глубину, не превышающую половину толщины льда, электропитание отключают. После замерзания растопленной тросами и шайбами воды нагружение (растягивающие) усилия снимают. В результате предварительно созданные в тросах растягивающие усилия и усилия от сжатия тросов при их охлаждении (известно, что при нагревании сталь расширяется) благодаря установленным на тросах шайбам в ледяном покрове возникнут напряжения сжатия. Таким образом, в ледяном покрове будет обеспечена предварительная напряженность, что повысит по сравнению с аналогом его несущую способность [3]. Увеличенную грузоподъемность в зависимости от величины растягивающих усилий определяют предварительно на основании экспериментально-теоретических исследований. Поскольку лед проявляет свойства релаксации и ползучести, то с течением времени увеличенная грузоподъемность начнет уменьшаться. Интенсивность этого процесса также предварительно изучается экспериментально-теоретическими методами. Если несущая способность (грузоподъемность) ледяной переправы для транспортировки по ней конкретного груза по истечении определенного времени окажется недостаточной, то процесс вмораживания тросов с шайбами повторяют по вышеизложенной схеме.

На рис.1 показано поперечное сечение переправы; на рис.2 - продольное сечение, то есть сечение А-А по рис. 1.

Рис. 1 Поперечное сечение ледовой переправы: 1 - ледяной покров; 2 - стальные тросы; 3 - стальные шайбы; 4 - штанг; 5 - источник электроэнергии; 6 - нагружающее устройство.

На ледяной покров 1 толщиной h по обеим сторонам от оси переправы укладывают стальные тросы 2 с жестко установленными на них стальными шайбами 3 (рис.1). Концы тросов 2 закрепляют на берегах переправы с помощью штанг 4, через которые при помощи источника электроэнергии 5 подают электрический ток через тросы 2 для нагревания их до температуры выше температуры плавления льда (рис. 1). Одновременно с этим тросы 2 при помощи нагружающего устройства 6 растягивают. После того как тросы вследствие плавления льда погрузятся в ледяной покров на глубину h1=h\2, подачу электрического тока прекращают (рис.2).

Затем подготовленную таким образом поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур (t<0°C) до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда. После снятия растягивающих усилий переправа готова к эксплуатации.

Рис. 2 Продольное сечение ледовой переправы. 1 - ледяной покров; 2 - стальные тросы; 3 - стальные шайбы.

Применение описанного способа создания ледяной переправы обеспечивает:

1. Уменьшение времени создания ледяной переправы за счет упрощения уже известной технологии армирования ледяного покрова.

2. Сохранение ее увеличенной грузоподъемности, создаваемой предварительным растяжением тросов с элементами.

Список литературы

1. Патент на изобретение US №4057967, опубл. 15.11.1977 г.

2. Патент на изобретение JP 11193581, опубл. 21.07.1999 г.

3. Байков В.Н. и др. Железобетонные конструкции / М.: Стройиздат, 1976, с.69-71

4. Карташкин Б.Д. Экспериментальные исследования физико-механических свойств льда / Труды ЦАГИ. - М.: Бюро новой техники, 1947, №607. 42 с.

5. Патент на изобретение РФ №2009147045/03, 17.12.2009. Козин В.М., Видякин А.В., Попенко Н.В. Способ создания ледяной переправы // Патент на изобретение России №2431012, 2011. Бюл. №28.

6. Патент на изобретение РФ №2011104754/03, 09.02.2011. Козин В. М., Попенко Н.В., Попенко О.Н. Способ создания ледяной переправы // Патент на изобретение России №2459900, 2012. Бюл. № 24.

Размещено на Allbest.ru