СТЮ: Новости

Отчёт "Выбор рельса-струны для монорельсового СТЮ и выполнение прочностных расчётов по нему применительно к природно-климатическим условиям г. Ханты-Мансийска"

По заказу Администрации Ханты-Мансийского автономного округа - Югры ООО "Струнный транспорт Юницкого" подготовило отчёт "Выбор типа рельса-струны для принятого варианта однорельсового (монорельсового) СТЮ (моноСТЮ) (по расчётной подвижной нагрузке и скоростным режимам) и выполнение предпроектных прочностных расчетов по нему применительно к природно-климатическим условиям г. Ханты-Мансийска.

Отчёт подготовлен согласно Государственному контракту № 12у от 07 августа 2007 г. на выполнение работ по разработке технико-экономического обоснования строительства высотной городской пассажирской двухпутной струнной транспортной системы в г. Ханты-Мансийске. Этот Государственный контракт заключён между правительством ХМАО-Югры и ООО "Струнный транспорт Юницкого".

При создании городской транспортной системы "второго уровня" в г. Ханты-Мансийске на базе струнных технологий, наиболее сложным и ответственным техническим решением, с инженерной точки зрения, станет двухпутная рельсо-струнная путевая структура однорельсового (монорельсового) СТЮ (моноСТЮ), поднятая на высоту 10-20 м и более. А наиболее ответственным элементом, определяющим все основные технико-экономические показатели такой транспортной системы станет рельс-струна. Только от него, в частности, зависит надёжность, долговечность и безопасность системы, ровность пути и комфортность движения скоростных подвесных рельсовых автомобилей - моно-юнибусов, технологичность монтажа и стоимость строительства и др.

Рельсы-струны, установленные на опорах пролётами от 200-300 м до 800-1000 м (в среднем 500 м) и жёстко закреплённые в анкерных опорах, отстоящих друг от друга на расстоянии 1-2 км и более, отнесены к разновидности висячего моста, в котором растянутый элемент (струна) размещён внутри балки жёсткости (корпус рельса) и омоноличен с ней специальным композитом. Это позволило определить методику статических и динамических расчётов рельсо-струнных пролётов моноСТЮ в условиях г. Ханты-Мансийска, максимальные и минимальные расчётные температуры (соответственно +55°С и -55°С), расчётные ветровые нагрузки на рельс-струну (74,5 кгс/м²) и моно-юнибус (41 кгс/м²), а также - другие нагрузки и воздействия и их опасные сочетания.

В качестве примера для расчёта взята рельсо-струнная эстакада скоростной трассы городского среднего моноСТЮ в г. Ханты-Мансийске со средними моно-юнибусами массой 2,5 тонны и вместимостью до 20 пассажиров. Для этого разработана конструкция рельса-струны, удовлетворяющая требованиям СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", и выполнен комплексный расчёт его напряжённо-деформированного состояния, в том числе - определены наиболее опасные нагружения и максимальные напряжения в конструкции при различных расчётных температурах: максимальной (+55°С), минимальной (-55°С) и температуре сборки (0°С).

Размах напряжений в струне рельсо-струнного пролёта длиной 500 м городского моноСТЮ в г. Ханты-Мансийске, при аварийном нагружении (проезд двух моно-юнибусов в сцепке общей массой 5 тонн), составит 53,8 МПа зимой при -55°С и 92,6 МПА летом при +55°С, что составляет малую величину - менее 4% зимой и 8% летом от величины статических напряжений в струне. Это означает, что нагрузка на струны - близка к статической и циклической составляющей можно пренебречь. Поэтому по любым существующим сегодня в России и за рубежом методикам расчёта струна рельсо-струнной путевой структуры моноСТЮ обеспечит срок службы по выносливости не менее 100 лет.

Основную вертикальную жёсткость под расчётной нагрузкой рельсо-струнного пролётного строения в моноСТЮ определяет не рельс (изгибная жёсткость корпуса и головки рельса), а - струна: соответственно менее 1% и более 99%. Это отвечает названию транспортной системы - струнная (а не рельсовая). Соответственно, требуемая ровность пути на пролёте и вертикальные радиусы кривизны траектории движения моно-юнибуса (на большей части пролёта - более 5000 м, за исключением участков у опор, где на протяжении 50 м радиус кривизны меняется от 100 м на ложементе опоры до 5000 м на расстоянии 50 м от опоры) обеспечивается, в основном, также струной, а не рельсом. В свою очередь это обеспечит комфортные условия движения не только для пассажиров максимальные вертикальные ускорения в салоне юнибуса - до 0,8 м/с²), но и для колеса - максимальные вертикальные ускорения в опорной части обода колеса будут до 1,5 м/с²).

В качестве элемента струны рекомендована высокопрочная стальная проволока диаметром 3 мм производства Волгоградского завода "ВолгоМетиз" с пределом текучести 1932 МПа. Высокая прочность проволок позволяет увеличить допустимые напряжения в струне до 1545 МПа. При этом, благодаря иной схеме работы струны в моноСТЮ в сравнении с напрягаемой арматурой в традиционных мостах, несмотря на увеличенные на 365 МПа допустимые напряжения в струне в сравнении с мостовой арматурой, запас прочности по воздействию на струну аварийной подвижной нагрузки (более 7 раз) будет более высоким, нежели у несущей арматуры других известных строительных конструкций самого высокого уровня ответственности. Струна может быть разрушена аварийной подвижной нагрузкой (два гружёных модуля в сцепке) лишь при условной температуре -248°С, т.е. при температуре, которая ниже температуры жидкого водорода. Поэтому моноСТЮ может быть рекомендован к строительству в самых суровых природно-климатических условиях ХМАО-Югры, в том числе на Крайнем Севере.

Отказ от железнодорожных стандартов - колёсных пар, реборд на колесе, конуса на опорной части колеса и цилиндрической опорной поверхности головки рельса - снизил контактные напряжения в моноСТЮ в паре "цилиндрическое колесо - плоская головка рельса" по сравнению с железной дорогой в 15-20 раз. Это повысит в несколько раз долговечность рельса, уменьшит его износы, снизит шумы при качении колеса, улучшит его сцепление с рельсом, в также существенно снизит затраты энергии и мощность привода на преодоление сопротивления качению колес скоростного подвижного состава моноСТЮ.

Оптимизированная в результате расчётов конструкция рельса-струны среднего моноСТЮ для г. Ханты-Мансийска: струна набрана из 80 высокопрочных стальных проволок диаметром 3 мм, суммарное усилие предварительного натяжения которых - 69,2 тс (при температуре сборки 0°С). С учётом же преднапряжения головки и корпуса рельса, выполненных из высокопрочного сплава алюминия, суммарное усилие натяжения рельса-струны при температуре сборки составит 129,1 тс.

Выполненная работа принята заказчиком и получила высокую оценку.

Юницкий А.Э. Выбор типа рельса-струны для принятого варианта однорельсового (монорельсового) СТЮ (моноСТЮ) (по расчетной подвижной нагрузке и скоростным режимам) и выполнение предпроектных прочностных расчетов по нему применительно к природно-климатическим условиям г. Ханты-Мансийска / Государственный контракт № 12у от 07 августа 2007 г. на выполнение работ по разработке технико-экономического обоснования строительства высотной городской пассажирской двухпутной струнной транспортной системы в г. Ханты-Мансийске. - Москва, 5 декабря 2007 г. - 87 с.