CC BY
14
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
УДК 624.971
Р. А. САВЧЕНКО1*, Д. О. БАННЖОВ2*, I. I. КИРПА3*
1 Ф-т «Промислове та цившьне будгвницгво», Дншропетровський нацюнальний утверситет затзничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпро, Укра1на, 49010, тел. +38 (066) 571 90 47,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-8184-1818
2 Каф. «Будiвeльнe виробництво та гeодeзiя», Днiпропeтровський нацiональний унiвeрситeт залiзничного транспорту iмeнi акадeмiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпро, Укра!на, 49010, тел. +38 (063) 400 43 07,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
3 Каф. «Будiвeльнe виробництво та гeодeзiя», Днiпропeтровський нацiональний утверситет залiзничного транспорту iмeнi акадeмiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпро, Укра!на, 49010, тел. +38 (066) 787 76 55,
ORCID 0000-0003-3696-4701
РАЦИОНАЛЬНА ВИСОТНА СПОРУДА ДЛЯ РОЗМ1ЩЕННЯ В1ТРОВОГО ОБЛАДНАННЯ В УМОВАХ УКРА1НИ
Мета. Для спостережень за впром використовують спeцiальнe вiгровe обладнання, яке мае бути розмь щено на певнш висогi над поверхнею зeмлi на прогязi вiдносно невеликого тeрмiну часу. Таке обладнання може переноситись iз одного рeгiону мiсцeвосгi в шший. Тому основною метою викладених у публжаци дослiджeнь е вибiр та обгрунтування конструкци мобшьно! висотно! споруди для розмiщeння вiгрового обладнання в природно-ктматичних умовах Укра!ни. Методика. Для досягнення поставлено! мети спочатку було обрано тип висотно! споруди з можливих iснуючих. Далi визначався характер дп природно-ктматичних навантажень на цi споруди за чинними в Укра!т нормами. Шсля цього виконувався чисельний аналiз роботи висотних споруд методом сшнчених елеменпв на базi програмного комплексу Лiра. Також буда надана eкономiчна оцшка доцiльностi застосування висотних споруд певного типу з урахуванням оре-нди земельно! дiлянки для !х розташування. Результата. За пiдсумками проведених дослвджень слiд конста-тувати, що для умов Укра!ни найбiльш рацiональною моб№ною висотною спорудою для розмiщeння впро-вого обладнання на вiдносно короткий промiжок часу е сталева вежа. У порiвняннi зi сталевою щоглою ана-логiчно! висоти сумарна варпсть !! встановлення та експлуатацп виявляеться нижчою. Перехресна рeшiтка для сталевих веж висотою порядку 50-60 м е б№ш рацiональною, нiж нашврозшсна. При цьому !! викорис-тання практично вдвiчi зменшуе вартiсть споруди. З урахуванням можливосл транспортування найбшьш ефективним слiд вважати розподiл сталево! вeжi на секцп довжиною 8-10 м. Наукова новизна. Авторами запропонована методика оцшки eкономiчно! eфeктивностi вибору моб№но! висотно! споруди в залежносп вiд природно-клiматичних умов мiсцeвостi. Вшповшно до цiе! методики визначено найбшьш рацюнальний тип висотно! споруди з урахуванням !! мобiльностi. Практична значимкть. Застосування запропонованих пiдходiв та ршень дозволяе скоротити на практицi проектування час, потрiбний для розрахункiв, а також бшьш обгрунтовано пiдходити до вибору конструктивних рiшeнь висотних споруд.
Ключовi слова: висотна споруда; щогла; вежа; програмний комплекс Лiра; метод сшнчених елеменпв
Введения
Останнiм часом серед фахiвцiв рiзних галу-зей постшно висловлюеться та обговорюеться думка про ктматичш змiни, якi вщбуваються на планeтi [6-8, 14]. Тому для тдтвердження чи спростування цього все часпше проводяться дослiджeння з визначення та фшсаци рiзнома-
штних клiматичних показникiв у рiзних районах. Не винятком е i Укра!на, тeриторiя яко!, до реч^ розташовуегься в рiзних природних зонах, включаючи i узбережжя морiв, що дозволяе збирати цiкавi данi.
Одним з напрямюв клiматичних дослiджeнь е спостереження за виром, завдяки чому уточ-нюеться не тiльки в^рове навантаження на бу-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)
д1вельн1 конструкци, а й збираються вщповщш статистичш даш. Для цього використовуеться спещальне в1трове обладнання, яке розмщують на певнш висот над поверхнею земл1 (вщ 5 до 60 м) на протяз1 1-2 роюв, що потребуеться для використання висотно! споруди.
Оскшьки зб1р даних мае проводитись як в мюькш, так i зашськш мюцевосп з довшьним рельефом та довшьною забудовою (чи !! вщсу-тшстю), то використання iснуючих висотних споруд е практично неможливим. Набагато бшьш ефективним е встановлення вiтрового обладнання на спещально спроектованих мобiльних висотних спорудах, яю б можна бу-ло багаторазово збирати/розбирати, перемщу-ючи в потрiбну точку мiсцевостi.
Мета
Зважаючи на вищевикладене, основною метою виконаних авторами дослiджень е вибiр та обгрунтування конструкци мобшьно! висотно! споруди для розмiщення в^рового обладнання в природно-клiматичних умовах Укра!ни.
Для досягнення ще! мети необхщно було спочатку вибрати тип висотно! споруди, далi визначити характер дп на не! навантажень i тшьки потiм розробити конструктивне ршен-ня, причому з якомога меншою масою.
Методика
Серед iснуючих висотних споруд найбшьш придатними для розмiщення в^рового обладнання та вiдповiдно до умов мобшьносп е ста-левi щогли i веж1. Тому !х було визначено як базовi для подальших дослiджень.
Чинними в Укра!ш нормативними документами, якi регламентують питання визначення навантажень на будiвельнi конструкци, у тому числi й на висотш споруди, е норми [5]. Зпдно до цих норм необхщно враховувати вiтровi, ожеледнi та ожеледно-вiтровi навантаження для рiзних клiматичних районiв.
Оскiльки споруда, що проектуеться, може бути розмiщена в довшьнш зонi на територи Укра!ни, то величини навантажень приймалися для району з !х найвищими значеннями. Такою зоною е узбережжя Азовського моря, де визна-чеш природно-клiматичнi навантаження сяга-ють максимальних значень.
Для проведення варiантних розрахункiв був використаний надзвичайно популярний та ап-робований чисельний метод будiвельно! меха-шки - метод скiнчених елементiв [9-13] на базi широко вiдомого втизняного програмного комплексу Лiра [4].
Були проаналiзованi 4 конструктивнi варiан-ти висотно! споруди - щогла з кутом нахилу вщтяжок 60 ° i 45 °, а також вежа з хрестовою та напiврозкiсною решiтками. Кут нахилу вщ-тяжок щогли обмежувався з мiркувань змен-шення площi, яку вони мають займати навколо споруди. Типи решток веж обиралися такими, яю найкращим чином здатнi сприймати навантаження з рiзних напрямюв та мають найвищу жорсткiсть.
Висота споруд в обох випадках дорiвнювала 60 м. Перерiз щогли був прийнятий трикутним, а у баштах - квадратним, як найбiльш поширеш та апробованi на практицi. Конструктивно в ушх випадках перерiз елеменлв споруд пе-редбачався з круглих гнутозварних профiлiв, якi також е доволi доступними, ефективними та недорогими на сучасному ринку Укра!ни. По-будованi розрахунковi схеми щогли та вежi на-веденi на рис. 1 i 2 вiдповiдно.
Вони складалися зi стержневих скiнчених елеменпв, а вiдтяжки щогл моделювалися за допомогою спещальних скiнчених елементiв. Такий шдхщ дозволив уникнути питань оцшки збiжностi результатiв, що характернi для скш-чених елементiв iнших вцщв [1-3].
Результати
За результатами виконаних розрахунюв були отриманi зусилля в елементах висотних споруд. Найбшьший вплив на напружено-деформований стан конструкцш чинять зги-нальш моменти. 1х розподiл у виглядi моза!к для деяких найбiльш характерних випадкiв представлений на рис. 3 i 4.
По результатах розрахункiв було складено узагальнюючу таблицю, в якш враховано масу висотно! споруди, а також сумарш витрати з урахуванням виготовлення та плату за оренду займано! дшянки землi термiном на 1 рш (табл. 1). Закладена вартiсть була прийнята усереднена по Укра!нi, адже вона рiзниться для рiзних репошв. Проте такий аналiз дозволяе виявити загальну картину.
Наука та пpoгpeс тра^торту^ Bira^ Днiпpoпeтpoвськoгo нaцioнaльнoгo унiвepситeту зaлiзничнoгo тра^торт^ 2018, № 2 (74)
Рис. 2. Cкiнчeннo-eлeмeнтнa мoдeль вeжi:
а - з xpeeTOHoKi i б - з нaпiвpoзкiснoю peшiткoю
Шука та npo^ec гpaнcпopтy. Вicник Днiпpoпeгpoвcькoгo нaцioнaльнoгo yнiвepcитeтy зaлiзничнoгo тpaнcпopтy, 2018, № 2 (74)
Риа 3. Мoзaïкa poзпoдiлy згинaльниx мoмeнгiв у щoглi шд вiгpoвим нaвaнгaжeнням: а - бeз oблeдeнiння та б - з oблeдeнiнням
a
б
Наука та пpoгpeс тpaнспopту. Bira^ Днiпpoпeтpoвськoгo нaцioнaльнoгo унiвepситeту зaлiзничнoгo тра^торт^ 2018, № 2 (74)
Рис. 4. Мoзaïкa poзпoдiлу згинальних мoмeнтiв у вeжi тд вiтpoвим нaвaнтaжeнням: а - бeз oблeдeнiння та б - з oблeдeнiнням
a
б
Наука та пpoгpeс тpaнспopту. Bira^ Днiпpoпeтpoвськoгo нaцioнaльнoгo унiвepситeту зaлiзничнoгo тра^торт^ 2018, № 2 (74)
Таблиця 1
Maca тa вaртicть висотних споруд
Bnooma спopудa
Пoкaзник щoглa з вщгяж-ками тд кутoм 60 о щoглa з ввдтяжками тд кутoм 45 ° Ee:®a з HepexpeeKoK) peшiткoю вeжa з нaпiвpoзкiснoю peшiткoю
Маса, кг 3 104 2 975 6640 15 373
Bapтiсть мaтepiaлу, тис. грн 66,43 63,67 142,10 329,00
Bapтiсть вигoтoвлeння мeтaлoкoнстpукцiй, тис. грн 166,06 159,16 355,24 822,46
Bapтiсть opeнди зeмeльнoï дшя-нки, мюто/за мiстoм, тис. грн 420/140,0 280/60,0 4/0,5 4/0,5
Cумapнa варпсть, мiстo/зa мiстoм, тис. грн 652,5/372,5 502,8/282,8 500,3/497,8 1 154,4/1 151,9
Так, з таблиц чiткo виднo, щo кшьюсть ма-тepiaлу (стaлi), яка нeoбxiднa для влаштування щoгли в пopiвняннi з вeжeю з пepexpeснoю pe-шiткoю, бiльшe нiж в два рази нижча, а в ropi-внянш з вeжeю з нaпiвpoзкiснoю peшiткoю -пpиблизнo в п'ять paзiв нижча.
При poзpaxунку вартосп opeнди зeмeльнoï дiлянки для poзтaшувaння мoбiльнoï висoтнoï спopуди poзглядaлoся два вapiaнти: пepший -для м^ь^' зaбудoви, другий - для сшьсь^!' мiсцeвoстi (за мiстoм). При цьoму суттeву poль вiдiгpae тe, щo плoщa, нeoбxiднa для влаштування вiдтяжoк щoгли, нaбaгaтo бiльшa за пго-щу, яку зaймae вeжa.
Тaкoж влаштування щoгли з кутом вiдтяжoк 45 о виявляeться бшьш eкoнoмiчним в плaнi мaтepiaлoeмнoстi, aлe за умoви poзтaшувaння в мeжax мiстa сумарна вapтiсть будiвництвa та eксплуaтaцiï щoгли за paxунoк знaчнoï плати за opeнду зeмлi виявляeться вищoю, нiж плата за вeжу з пepexpeснoю peшiткoю. Тaкoж в умoвax мiстa нe завжди e мoжливiсть opeндувaти вeли-ку дшянку, нeoбxiдну для poзмiщeння щoгли. Ц фaктopи дoзвoляють кoнстaтувaти, щo за даними викoнaниx дoслiджeнь вiд витористан-ня щoгл кpaщe вiдмoвитись, а вщдати пepeвaгу вeжi, пpичoму з пepexpeснoю peшiткoю.
Oкpeмим питанням e трансгортування o6-paнoï спopуди. Для ^oro пepeдбaчaeться ïï го-дш на oкpeмi тpaнспopтнi сeкцiï. При цьoму мoжливi piзнi сxeми годшу. У табл. 2 нaвeдeнi даш щoдo маси сeкцiй (у кг) для пeвниx сxeм. У зв'язку зi змeншeнням пepepiзу спopуди у вep-xнiй чaстинi oстaння текщя мae мeншу масу.
Таблиця 2
Maca трaнcпoртних секцш
CxeHa шдшу на сeкцiï Маса He»! з nepexpeo-нoю peшiткoю, кг
20 м шрша сeкцiя 5 448,8
oстaння ^кщя 3 759,8
10 м пepшa сeкцiя 3 173,9
oстaння сeкцiя 1 610,9
5 м шрша сeкцiя 1 587,0
oстaння сeкцiя 690,6
При пepшoму вapiaнтi пoдiлу кoнстpукцiï на 20-мeтpoвi сeкцiï oснoвнoю пepeвaгoю e нeвe-лика кiлькiсть сaмиx сeкцiй, щo пoзитивнo впливae на нaдiйнiсть кoнстpукцiï, змeншуючи кiлькiсть стикoвиx вузлiв. Heдoлiкoм тaкoгo пoдiлу e виникнeння склaднoщiв iз трансгорту-ванням, oсoбливo тepитopieю мiстa. Цe мoжe пpизвeсти дo дoдaткoвиx витрат aбo нaвiть унeмoжливлeння тpaнспopтувaння сeкцiй тaкoï дoвжини.
Другий вapiaнт пoдiлу - на 10-мeтpoвi сeкцiï виявляeться нaйбiльш oптимaльним як за poз-мipaми, так i за машю. Пoмipнa кiлькiсть мoн-тaжниx сeкцiй суттeвo нe впливae на нaдiйнiсть кoнстpукцiï.
Рoзглядaючи тpeтiй вapiaнт пoдiлу - на 5-мeтpoвi сeкцiï - визнaчaeмo вeлику кшьюсть з'eднaнь в кoнстpукцiï, щo пoтeнцiйнo мoжe пpизвoдити дo знижeння надш^ст спopуди. К пoзитивним aспeктaм витористання пoдiбнoгo
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, N° 2 (74)
подiлу слiд вiднeсти простоту монтажу на буд> вельному майданчику з використанням шдйом-но! техшки з невеликою вантажопiдйомнiстю.
Наукова новизна та практична значимкть
Прeдставлeнi в публшаци дослiджeння до-зволяють оцшити можливiсть використання рiзних типiв мобшьних сталевих висотних споруд для умов Укра!ни. Оскiльки в наявнш фа-ховiй лiтeратурi та в нормативнш базi з проек-тування таких споруд вщсутня iнформацiя про можливi пiдходи або рекомендаци щодо мож-ливостi розташування у вшх клiматичних реп-онах Укра!ни, то проведет дослщження нада-ють змогу зменшити витрати часу на практичш розрахунки.
Визначивши за наведеною методикою сума-рну вартiсть будiвництва та експлуатаци висотно! споруди протягом певного перюду часу, з'являеться можливiсть надання обгрунтованих рeкомeндацiй щодо доцiльностi використання кожного з розглянутих варiантiв висотних конструкцш.
Висиовки
На пiдставi викладеного в публшаци матер> алу можна зробити наступи висновки:
1. Для умов Укра!ни найбiльш рацюналь-ною висотною спорудою для розмщення в№ рового обладнання на вiдносно короткий про-мiжок часу (1-2 роки) е сталева вежа. У порiв-няннi з щоглою аналопчно! висоти сумарна вартють !! встановлення та експлуатаци виявля-еться нижчою.
2. Перехресна реш^ка для сталевих веж ви-сотою порядку 50-60 м е бшьш рацiональною, нiж нашврозюсна. При цьому !! використання практично вдвiчi зменшуе вартiсть споруди.
3. З точки зору транспортування найбшьш ефективним слщ вважати подiл сталево! вeжi на секци довжиною 8-10 м.
4. Наведена в публшаци методика оцшки eкономiчноl доцiльностi вибору мобшьно! висотно! споруди може бути застосована i для шших видiв мобiльних конструкцiй.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Банников, Д. О. Корректировка результатов расчета напряжений по МКЭ методом HSS / Д. О. Банников, А. Э. Гуслистая // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дшпропет-ровськ, 2011. - Вип. 38. - С. 134-141.
2. Баншков, Д. О. Оцшка практично! збiжностi результапв аналiзу пластинчастих моделей в мeтодi скiн-чених eлeмeнтiв / Д. О. Баншков // Новi технологи в будiвництвi. - 2017. - N 32. - С. 26-31.
3. Банников, Д. О. Оценка сходимости напряжений в сложных металлоконструкциях методом конечных элементов / Д. О. Банников, А. Э. Гуслистая // Металлургическая и горнорудная промышленность. -
2011. - N 4. - С. 93-96.
4. Водопьянов, Р. Ю. Программный комплекс Лира-САПР 2014. Руководство пользователя. Обучающие примеры / Р. Ю. Водопьянов, В. П. Титок, А. Е. Артамонова ; под ред. А. С. Городецкого. - Москва : Электронное издание, 2014. - 394 с.
5. ДБН В.1.2-2-2006 ^i змшами). Система надшносп та безпеки в будiвництвi. Навантаження i впливи. Норми проектування. - Ки!в : Держбуд, 2007. - 70 с.
6. Логинов, В. Ф. Радиационные факторы и доказательная база современных изменений климата / В. Ф. Логинов. - Минск : Беларуская навука, 2012. - 265 с.
7. Лучицкая, И. О. Климат Новосибирска и его изменения / И. О. Лучицкая, Н. И. Белая, С. А. Арбузов ; под ред. Р. Я. Ягудина. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2014. - 224 с.
8. Brönnimann, S. The Machinery: Mechanisms Behind Climatic Changes / S. Brönnimann // Advances in Global Change Research (Climatic Changes Since 1700). - Cham, 2015. - Vol. 55. - P. 71-166. doi: 10.1007/978-3-319-19042-6_3.
9. Dow, J. O. A Concise Overview of the Finite Element Method / J. O. Dow. - New York : Momentum Press, 2015. - 220 p.
10. Finite Element Analysis-New trends and Developments / Edited by Farzad Ebrahimi. - London : InTech,
2012. - 410 p. doi: 10.5772/3352.
11. Overview of Extended Finite Element / Z. Zhuang, Z. Liu, B. Cheng, J. Liao // Extended Finite Element Method. - Amsterdam, 2014. - Chap. 1. - P. 1-12. doi: 10.1016/b978-0-12-407717-1.00001-7.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 2 (74)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
12. Gatica, G. N. A Simple Introduction to the Mixed Finite Element Method. Theory and Application / G. N. Gat-ica. - Cham : Springer, 2014. - 132 p. doi: 10.1007/978-3-319-03695-3.
13. Liu, G. R. The Finite Element Method. A Practical Course / G. R. Liu, S. S. Quek. - Amsterdam : Elsevier LTD, 2014. - 433 p. doi: 10.1016/b978-0-08-098356-1.00014-x.
14. Vear, F. Changes in sunflower breeding over the last fifty years / F. Vear // OCL. - 2016. - Vol. 23. - Iss. 2. -P. 1-8. doi: 10.1051/ocl/2016006.
Р. А. САВЧЕНКО1*, Д. О. БАННИКОВ2*, И. И. КИРПА3*
1 Ф-т «Промышленное и гражданское строительство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (066) 571 90 47,
эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8184-1818
2 Каф. «Строительное производство и геодезия», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (063) 400 43 07,
эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
3 Каф. «Строительное производство и геодезия», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (066) 787 76 55, ORCID 0000-0003-3696-4701
РАЦИОНАЛЬНОЕ ВЫСОТНОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ВЕТРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ УКРАИНЫ
Цель. Для наблюдений за ветром используют специальное ветровое оборудование, которое должно быть размещено на определенной высоте над поверхностью земли на протяжении относительно небольшого периода времени. Такое оборудование может переноситься из одного региона местности в другой. Поэтому основной целью изложенных в публикации исследований является выбор и обоснование конструкции мобильного высотного сооружения для размещения ветрового оборудования в природно-климатических условиях Украины. Методика. Для достижения поставленной цели первоначально был выбран тип высотного сооружения из возможных существующих. Далее определялся характер действия природно-климатических нагрузок на эти сооружения согласно действующих в Украине норм. После этого выполнялся численный анализ работы высотных сооружений методом конечных элементов на базе программного комплекса Лира. Также была выполнена экономическая оценка целесообразности использования высотных сооружений определенного типа с учетом аренды земельного участка для их расположения. Результаты. По итогам проведенных исследований следует констатировать, что для условий Украины наиболее рациональным мобильным высотным сооружением для размещения ветрового оборудования на относительно небольшой интервал времени является стальная башня. В сравнении со стальной мачтой аналогичной высоты суммарная стоимость ее установки и эксплуатации оказывается меньшей. Перекрестная решетка для стальных башен высотой порядка 50-60 м является более рациональной, чем полураскосная. При этом ее использование практически вдвое снижает стоимость сооружения. С учетом возможности транспортировки наиболее эффективным следует считать разделение стальной башни на секции длиной 8-10 м. Научная новизна. Авторами предложена методика оценки экономической эффективности выбора мобильного высотного сооружения в зависимости от природно-климатических условий местности. В соответствии с этой методикой определен наиболее рациональный тип высотного сооружения с учетом его мобильности. Практическая значимость. Применение предложенных подходов и решений позволяет сократить на практике проектирования время, необходимое для расчетов, а также более обоснованно подходить к выбору конструктивных решений высотных сооружений.
Ключевые слова: высотное сооружение; мачта; башня; программный комплекс Лира; метод конечных элементов
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BÎCHHK flmnponeTpoBChKoro Ha^oH&rthHoro yHÎBepcHTeTy 3&M3HHnHoro TpaHcnopTy, 2018, № 2 (74)
TPAHCnOPTHE EyfllBHH^BO
R. A. SAVCHENKO1*, D. O. BANNTKOV2*, I. I. KYRPA3*
1 Faculty «Industrial and Civil Engineering», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (066) 571 90 47, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8184-1818
2 Dep. «Construction Production and Geodesy», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (063) 400 43 07, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
3 Dep. «Construction Production and Geodesy», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (066) 787 76 55, ORCID 0000-0003-3696-4701
RATIONAL ALTITUDE STRUCTURE FOR PLACING THE WIND EQUIPMENT IN THE CONDITIONS OF UKRAINE
Purpose. For wind observations special wind equipment is used, which should be placed at a certain height above the ground for a relatively short period of time. Such equipment can be transferred from one region to another. Therefore, the main purpose of the studies outlined in the publication is the selection and justification of the construction of a mobile altitude structure for the placement of wind equipment in the natural and climatic conditions of Ukraine. Methodology. To achieve this purpose, first we chose the type of altitude structure from the existing ones. Next, we determined the nature of the effect of natural and climatic loads on these structures in accordance with the norms of Ukraine. After this, we performed a numerical analysis of the work of altitude structures by the finite element method on the basis of the Lira software. Also, an economic evaluation of the expediency of using altitude structures of a certain type was made, taking into account the lease of the land plot for their location. Findings. According to the results of the conducted studies, it should be noted that for the conditions of Ukraine a steel tower is the most rational mobile altitude structure for placing wind equipment for a relatively small interval of time. In comparison with a steel mast of a similar height, the total cost of its installation and operation is lower. The X-cross brace for steel towers from 50 to 60 m in height is more rational than the K-brace. Herewith, its usage decreases the construction cost almost by half. Taking into account the possibility of transportation, the separation of the steel tower into assembly units of 8-10 m in length is the most effective. Originality. The authors proposed the method for estimating the economic efficiency of choosing a mobile altitude structure depending on the natural and climatic conditions of the terrain. In accordance with this method, the most rational type of altitude structure is determined taking into account its mobility. Practical value. Application of the proposed approaches and the solutions allows reducing the time required for calculations in design practice and also more reasonably approaching the choice of design solutions for altitude structures.
Keywords: altitude structure; mast; tower; Lira software; finite element method
REFERENCES
1. Bannikov, D. O., & Guslistaja, A. E. (2011). Korrektirovka rezultatov rascheta napryazheniy po MKE metodom HSS. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akade-mika V. Lazariana, 38, 134-141. (in Russian)
2. Bannikov, D. O., & Guslistaja, A. E. (2011). Otsenka skhodimosti napryazheniy v slozhnykh metallokon-struktsiyakh metodom konechnykh elementov. Metallurgical and Mining Industry, 4, 93-96. (in Russian)
3. Bannikov, D. O. (2017). Otsinka praktychnoi zbizhnosti rezultativ analizu plastynchastykh modelei v metodi skinchenykh elementiv. Novi tekhnolohii v budivnytstvi, 32, 26-31. (in Ukranian)
4. Vodopyanov, R. Y., Titok, V. P., & Artamonova, A. E. (2014). Programmnyy kompleks Lira-SAPR 2014. Rukovodstvo polzovatelya. Obuchayushchie primery. Moscow. (in Russian)
5. Systema nadiinosti ta bezpeky v budivnytstvi. Navantazhennia i vplyvy. Normy proektuvannia, 70 DBN B.1.2-2-2006 (with changes) (2007). (in Ukranian)
6. Loginov, V. F. (2012). Radiatsionnye faktory i dokazatelnaya baza sovremennykh izmeneniy klimata. Minsk: Belaruskaya navuka (in Russian)
7. Luchitskaya, I. O., Belaya, N. I., & Arbuzov, S. A. (2014). Klimat Novosibirska i ego izmeneniya. Novosibirsk: SO RAN Publisher. (in Russian)
8. Brönnimann, S. (2015). The Machinery: Mechanisms Behind Climatic Changes. Climatic Changes Since 1700, 55, 71-166. doi.org/10.1007/978-3-319-19042-6_3. (in English)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2018, N° 2 (74)
9. Dow, J. O. (2015). A Concise Overview of the Finite Element Method. New York: Momentum Press. (in English)
10. Ebrahimi, F. (2012). Finite Element Analysis-New trends and Developments. London: InTech. doi: 10.5772/3352. (in English)
11. Zhuang, Z., Liu, Z., Cheng, B., & Liao, J. (2014). Extended Finite Element Method. In Overview of Extended Finite Element (pp. 1-12). Amsterdam. doi.org/10.1016/b978-0-12-407717-1.00001-7. (in English)
12. Gatica, G. N. (2014). A Simple Introduction to the Mixed Finite Element Method. Theory and Application. Cham: Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-319-03695-3. (in English)
13. Liu, G. R. (2014). The Finite Element Method. A Practical Course. Amsterdam: Elsevier LTD. doi.org/10.1016/b978-0-08-098356-1.00014-x. (in English)
14. Vear, F. (2016). Changes in sunflower breeding over the last fifty years. OCL, 23,2, 1-8. doi: 10.1051/ocl/2016006.doi.org/10.1051/ocl/2016006. (in English)
Статтярекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. А. В. Радкевичем (Украгна)
Надшшла до редколеги: 11.12.2017
Прийнята до друку: 12.03.2018
