CC BY
21
РАЗДЕЛ III
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
УДК 624.15:004.962
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ РЕЖИМОВ ПОГРУЖЕНИЯ ЗАБИВНЫХ СВАЙ
А.М. Завьялов, д-р техн. наук, проф., Т.В. Чекмарева
Аннотация. Построен алгоритм для проектирования энергоэффективных технологических режимов погружения забивных свай. Осуществлен выбор функции цели, обоснованны ограничения.
Ключевые слова: целевая функция, удельная энергоемкость, энергоэффективность, погружение забивных свай.
Введение
В настоящее время при устройстве свайных фундаментов, даже в стеснённых городских условиях, все-таки, превалирует ударный способ погружения свай, применяются забивные сваи. Этот способ достаточно эффективен по сравнению с другими технологиями погружения свай, однако обладает и рядом негативных свойств. К ним можно отнести возможность повреждения соседних зданий и сооружений в результате колебаний грунта при забивке [1], шумовой фактор, а также разрушение самой забивной сваи. Поэтому отыскание энергоэффективных режимов погружения забивных свай, не только минимизирующих энергозатраты и повышающих производительность процесса погружения, но и в значительной мере устраняющих негативные свойства, присущие рассматриваемую способу погружения свай, является актуальной задачей.
Построение алгоритма
Выберем в качестве целевой функции величину удельной энергоёмкости процесса погружения забивной сваи в грунт. Удельную энергоемкость процесса представим в виде [2]:
Э - Э
уд П ’
(1)
где
Э„ -
уд удельная энергоемкость; Э энергия,
-
затрачиваемая на подъем молота массой м на
высоту Ь ; П - производительность процесса погружения. Если реализуется условие
(2)
(доставляется минимум целевой функции), то режим погружения забивной сваи считаем энергоэффективным.
Величину энергии Э определим как суммарную потенциальную энергию молота массой тмі, поднятого на высоту h і , п раз, то есть
п
Э =-Е тм^ ^ (3)
і=і
здесь g - ускорение свободного падения.
Производительность П будем рассматривать как среднюю скорость погружения забивной сваи на заданную глубину
здесь
П-Зр, З - H
зр- t ■
(4)
(5)
H - заданная глубина погружения; t - время процесса погружения; Эр - средняя
скорость процесса.
Подставляя выражения (3), (4) и (5) в формулу (1) и преобразуя, получим
Z з,
Э уд -
(6)
1-1
где з, - mMi gh iі энергия, затрачиваемая на
м i i
i -й подъем молота.
При постоянной массе молота (m, = = m - const) формулу (6) можно записать в виде:
здесь
0 mghtn
Э уд -_Н~ - і n h - - Z V
n i=i
(7)
(8)
о - mg
Э Уд t ■
1 эф
(10)
NnP - kdRn.n. C
уд к R
m n.n.
(12)
прочности превосходит статический; km -
коэффициент, характеризующий стойкость материала по отношению к повторным динамическим нагружениям.
Напряжение а определятся по формуле
2
с - — 3
Cmh ig
f S L V
---------1--------
E 2E
V пр р J
(13)
1 + -
m
m
• F
p J
Для удобства анализа формулы (7) введем следующую величину:
’•* = ъ~ ■ <9)
пп
и назовем 1эф индексом эффективности погружения.
Формула (7), в этом случае, примет вид
Очевидно, что при выполнении условия (2) индекс эффективности Iэф стремится к максимуму то есть
1эф ^ max . (11)
Наложим ограничения на значения величин, входящих в формулы (1), (7), (10).
Для этого найдем оценки величины начальной скорости молота 3o, начинающего
движение вверх. Начальная скорость молота является базовой величиной, задающей характер движения молота вверх и определяющей высоту подъема h,. поэтому, чтобы оценить величину 3o, вначале найдем верхнюю
оценку величины h,, то есть максимально возможную высоту подъема молота, при которой не произойдет разрушения сваи в зоне контакта с молотом. Для этого воспользуемся формулами [2], определяющими предельное число ударов молота, превышение которого приводит к разрушению забивной сваи,
где mp - масса сваи; mм - вес ударной части молота; £ - толщина прокладки в наголовнике; Епр,Ер - модули упругости прокладки и
пр р
сваи; L,Г - длина и площадь поперечного
сечения сваи, соответственно.
Теперь решим обратную задачу: задаваясь величиной предельного напряжения, которое определяем исходя из свойств материала забавной сваи, находим верхнюю оценку величины h і. Выражая из формулы (12) величину напряжения а и подставляя это выражение в формулу (13), получим
К <— -ХПРк /— + - L ^
8mg
E
V nP
2 E„
f
x 1 +
V
Nnp - N уд
m
m
Л
R2nF,
(14)
c J
или обозначая как hnp выражение
hnp - _L k і Nnpk )f— + L
8mg
E
V nP
2E
; J
1 + -
m
Л
m
R2 n F,
получим
c J
(15)
(16)
где Rпп - статический предел прочности материала (кубиковая прочность); kd - коэффициент динамического упрочнения, показывающий во сколько раз при однократном нагружении величина динамического предела
Учитывая то, что движение молота вверх -равнозамедленное, получим верхнюю оценку начальной скорости, согласно неравенству (15), в виде
За <y[2ghпр. (17)
Нижняя граница значений величины За ,
определится из условия реализации релаксации напряжений в грунте, возникающих после очередного удара. Для этого необходим ин-
x
x
тервал времени, которой опять же определяется величиной Эо. Нижнюю границу начальной скорости молота, основываясь на результатах [2,3], можно оценить, как
So >
g(eb - 2b-)
2E£
(18)
ва-
здесь Е - модуль упругости грунта; % лентный коэффициент динамической вязкости;
Ь - коэффициент степени уплотняемости грунта; е - основание натурального логарифма.
Выводы
1. Построен алгоритм, позволяющий задавать энергоэффективные режимы погружения забивных свай.
2.Дана оценка значений, величины начальной скорости молота, при которых выполняются два необходимых условия энергоэффективности процесса погружения забивной сваи в грунт:
- сохранение целостности сваи в зоне контакта с молотом;
- реализация процесса релаксации напряжений в грунте, величины начальной скорости молота.
Эти значения должны принадлежать следующему закрытому числовому интервалу:
g(eb - 2b)
2E£
<
So <4^.
(19)
Библиографический список
1. Калюжник М.М., Рудь В.К. Сваебойные работы при реконструкции (Влияние колебаний на здания и сооружения). Л.: Стройиздат. - 1989. - 160 с.
2. Завьялов А.М., Чекмарева Т.В. Обоснование рационального режима погружения забивных свай // Механизация строительства. - 2003. - № 6. - С.13-15.
3. Завьялов А.М. Чекмарева Т.В. Энергоэффективные режимы свай // Механизация строительства. - 2004. - №5. - С. 17-19.
Development an algorithm for computer-aided design the energy-effective conditions of sinking a drive-piles.
A.M. Zavyalov, T.V. Chekmaryeva
The algorithm for computer-aided design the energy-effective process conditions of sinking a drive-piles is developed. The choice of goal-function is carried out, the restrictions are substantiated.
Завьялов Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф., академик РАЕН, проректор по научной работе Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - динамика рабочих процессов строительных и дорожных машин. Имеет 222 публикации, в том числе 3 монографии. е-mail: [email protected]
Чекмарева Татьяна Владимировна -инженер научно-исследовательского сектора Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - автоматизация рабочих процессов строительных машин. е-mail: [email protected]
Статья поступила 25.11.2009 г.
УДК 625.76:626.226
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОУДАРНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ
Н.С. Галдин, д-р техн. нвук, проф., В.Н. Галдин, инженер
Аннотация. Приведены основные сведения об основах автоматизированного проектирования гидроударных импульсных систем, применяемых в качестве активных рабочих органов дорожно-строительных машин.
Ключевые слова: гидроударная импульсная система, гидроударное устройство, автоматизированное проектирование.
Введение гидропробойники и др.), основанная на при-
Гидроимпульсная техника (гидроударные менении в машинах ударного действия объ-
устройства, гидромолоты, гидротрамбовки, емного гидропривода, позволяет осуществить
