автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Новые конструктивные решения искусственных сооружений в условиях высокой сейсмической активности

Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова Кыргызско-Российский славянский университет им. Б.Ельцина

Диссертационный совет Д 05.10.410

На правах рукописи УДК 699.841:624:625

Иманалиев Темир Болотбекович

НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических

наук

9 ИЮН 2011

БИШКЕК-2011

4849433

Работа выполнена в Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова на кафедре «Железные дороги».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

А.Х. Абдужабаров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

О.А.Исаков (Казахский национальный технический университет)

доктор технических наук, профессор А.Т.Маруфий (Ошский технологический университет)

доктор технических наук, профессор Д.М.Сахи (Казахский агротехнический университет)

Ведущая организация: Казахский университет путей сообщения

Защита диссертации состоится 24 июня 2011 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 05.10.410 при Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова и Кыргызско-Российском славянском университете им. Б.Ельцина по адресу: 720020, г. Бишкек, ул. Малдыбаева, 34, б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова.

Автореферат разослан ^ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т.н., доцент

Л.В.Ильченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Строительство железных дорог на горных участках неизбежно вызовет потребность в устройстве специальных горных искусственных сооружений - лавинозащитных галерей, виадуков, тоннелей. В высокогорных условиях, где сейсмическая составляющая динамических нагрузок является преобладающей, обеспечение сейсмостойкости искусственных сооружений, самих железных и автомобильных дорог весьма актуально. Искусственные сооружения требуют устройства массивных несущих конструкций преимущественно арочного или балочного типа, а также их фундаментов, что, в свою очередь, снижает сейсмическую устойчивость всего сооружения, так как устройство массивных опор и фундаментов вызовет резонансные колебания при сейсмическом воздействии. В этих условиях актуальной задачей обеспечения сейсмоустойчивости сооружения являются, во-первых, сокращение массы сооружений, что, в свою очередь, вызовет снижение резонансных явлений, во-вторых, обеспечение упругих смещений конструкций в пространстве с периодом собственных колебаний, соответствующим преобладающим периодам сейсмических колебаний. Эти требования может обеспечить предлагаемая концепция применения висячих, податливых и упругих систем для искусственных сооружений.

Связь темы диссертации с крупными научными программами основывается на том, что работа выполнена в рамках:

• транспортной стратегии Кыргызской Республики по выходу КР из железнодорожного тупика с обеспечением сквозного железнодорожного сообщения в КНР и Узбекистан и, госбюджетной тематики КГУСТА;

• международного проекта Европейского Союза MISCTIF: «Интероперабельность, безопасность, сертификация» в области международного железнодорожного транспорта в Украине и Центральной Азии.

Целью исследования в рамках настоящей диссертационной работы являются: развитие теории по повышению динамической устойчивости искусственных сооружений посредством разработки новых конструктивных решений противолавинных галерей, тоннелей, мостовых сооружений, аэродромов, методики расчета их и оптимизации существующих.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• анализ сейсмических колебаний и динамики сооружений в условиях ретроспективы сейсмических процессов;

• исследование природы снежных лавин, гидродинамической среды, аэродинамики, выявление особенностей работы противолавинных галерей, тоннелей, мостовых и иных искусственных сооружений;

• разработка новых технических решений для ряда искусственных сооружений с целью сейсмической и прочностной оптимизации работы этих сооружений;

• компьютерное моделирование искусственных сооружений с новыми техническими решениями и симуляция динамических процессов;

• проведение экспериментальных исследований.

Научная новизна:

• теоретически обоснована методика расчета и даны рекомендации новой

конструкции противолавинной галереи на основе применения гидротехнического устройства в теле защитной галереи, где подпорную стену галереи в целях оптимального противодействия давлению грунта предлагается устраивать С-образной формы и устройство «трамплин» посажено на подпорную стену;

• разработан способ устройства снегозащитных галерей не известный ранее, где наиболее активная и подверженная усилиям структура сооружения, т.е. плита, выполнена в подвешенном состоянии, что оптимально в условиях сейсмических нагрузок;

• предложена новая уникальная конструкция виадука и противолавинной галереи, где решена проблема защиты дороги и моста от схода снежных лавин;

• новая конструктивная схема подводных тоннелей с обоснованием характеристики и конструктивной части загружения, применение оттяжек, килей и других специфичных элементов, что является однозначно концептуальным;

• решена конструкция и способ организации вентиляции тоннелей, где применена вантовая несущая схема и предлагается аэростатичность внутри обделки тоннелей;

• аэродром на плавучей платформе, впервые предложена конструктивная часть, решена концепция важной проблемы дефицита прибрежных районов для застройки.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные результаты, в виде новых конструкций искусственных сооружений, имеют возможность практического применения посредством их внедрения в строительство железных, автомобильных дорог как защитных сооружений, тоннелей, аэродромов в особых гидрологических и геологических условиях, а также для обеспечения высокоскоростного движения. По существу можно отметить, что предлагаемые конструкции противолавинных галерей, тоннелей и аэродромов являются концептуальными, т.е. конкретных проектных решений с габаритным обоснованием и локализацией к определенным геологическим условиям не существует. Изобретения относятся к конструктивным решениям, которые в случае заинтересованности со стороны застройщиков могут быть реализованы только после детального проектирования с учетом геологии

местности, интенсивности транспортных потоков, пропускной способности дорог и экономической целесообразности.

Экономическая значимость полученных результатов. При практическом применении предлагаемые решения дадут положительный экономический эффект ввиду технических характеристик сооружений и параметров, пассивного противодействия динамическим воздействиям. Из чего следует, что экономическая значимость разработок имеет высокие показатели. Также следует учесть, что сами разработки являются интеллектуальной собственностью и защищены патентами КР, что делает их коммерческим продуктом.

Научные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

• новая конструкция «Лавинозащитная галерея-трамплин», гидротехническое устройство интегрировано в тело галереи;

• «Сейсмостойкий гаситель энергии лавины» - противолавинная галерея с подвесным перекрытием;

• «Висячая лавинозащитная галерея-виадук» - взаимоинтегрированная конструкция мостового сооружения и противолавинной галереи;

• «Подводный тоннель» - конструкция тоннеля во взвешенном состоянии в водной среде на оттяжках;

• «Байтовый тоннель» - вантовый по конструкции и аэростатичный по принципу организации вентиляции тоннель;

• «Плавучий аэродром» - взлетно-посадочная полоса и коммуникационные площадки в плавучем состоянии на поверхности водоема.

Достоверность результатов работы, сформулированных в диссертации, базировалась на теоретических и экспериментальных исследованиях и обоснована использованием современных средств и методов численного моделирования с привлечением вычислительной техники, планирования многофакторного эксперимента, инженерных методов проектирования и расчета конструкций, сопоставлением полученных результатов по предлагаемым теоретическим положениям с опытными данными экспериментальных исследований других авторов.

Личный вклад соискателя. Диссертационная работа выполнена автором единолично с использованием источников в установленном порядке.

Апробация результатов диссертации. Основные положения данной диссертационной работы докладывались на следующих международных, республиканских научно-технических и научно-практических конференциях:

• ежегодные научно-технические конференции профессорско-

преподавательского состава и студентов КГУСТА, 2007 - 2011;

• ежегодная научно-техническая конференция Ташкентского института

инженеров транспорта, ТашИИТ, Ташкент, 2008;

• международная конференция по распространению упругих и

упруго пластических волн, посвященная 100-летию со дня рождения

академика, Героя Социалистического Труда Х.А.Рахматулина, HAH КР, Институт физико-технических проблем и материаловедения, КГУСТА, Международный университет инновационных технологий, КГТУ им. И.Раззакова, кафедра волновой и газовой динамики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Бишкек, 2009;

• заседание научно-технического совета КГУСТА по рассмотрению диссертационной работы Т.Б.Иманалиева и ее темы, КГУСТА, Бишкек, 2010;

• расширенное заседание кафедры «Мосты и транспортные тоннели» Ташкентского автодорожного института по предварительному рассмотрению диссертационной работы Т.Б.Иманалиева на тему: «Сейсмостойкость искусственных сооружений», ТАДИ, Ташкент, 2010;

• расширенное заседание кафедры «Строительство» Кыргызско-Российского Славянского университета по предварительному рассмотрению диссертационной работы Т.Б.Иманалиева на тему: «Сейсмостойкость искусственных сооружений», КРСУ, Бишкек, 2010;

• республиканская научно-практическая конференция «Интеграция науки, инноваций и образования», посвященная Году науки и инноваций, Министерство образования и науки КР, КГУСТА, Бишкек, 2010;

• расширенное заседание кафедры «Железные дороги» КГУСТА по предварительному рассмотрению диссертационной работы Т.Б.Иманалиева на тему: «Новые конструктивные решения искусственных сооружений в условиях высокой сейсмической активности», КГУСТА, Бишкек, 2011.

Внедрение результатов исследования. Основные научные положения и результаты исследований приняты к внедрению со стороны киргизского оператора железнодорожных перевозок «национальная компания Кыргыз темир жолу» и в учебный процесс КГУСТА.

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 1 монографии, 26 научных статьях и 5 патентах КР, в том числе 19 из перечня НАК КР, 3 из перечня ВАК РФ и 6 зарубежных публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников и двух приложений. Работа содержит 249 страниц, включая 28 таблиц, 231 рисунка, список использованных источников включает 163 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение раскрывает, научно обосновывает актуальность темы, ■ направления исследований и выделяет общие характеристики диссертационной работы. Сформулированы цели, задачи исследования, научная новизна и оценка практической значимости полученных результатов.

В первой главе произведен анализ существующих принципов сейсмической изоляции инженерных сооружений, описание сейсмических колебаний в разной исторической перспективе и анализ последствий землетрясений. Исследованы фундаментальные и новейшие разработки в области сейсмостойкого строительства, показана возможность их внедрения в условиях Киргизии. Описаны искусственные сооружения в части упругих и податливых конструктивных систем. Вопросы сейсмостойкости инженерных сооружений получили широкое развитие в работах А.Х.Абдужабарова, Я.М.Айзенберга, В.А.Быковского, Т.Ж.Жунусова, К.С.Завриева, Г.Н.Карцивадзе, А.Г.Назарова, Ш.Г.Напетваридзе, Т.Р.Рашидова, А.В.Рухадзе, В.С.Семенова, Г.С.Шестоперова.

Противолавинные галереи, мостовые сооружения и другие искусственные сооружения, их реакция в динамике различных нагрузок нашли отражение в трудах И.И.Бройда, В.П.Волкова, М.Е.Гибшмана, С.О.Зеге, Н.М.Ройншвили, К.Х.Толмачева, В.И.Ядрошникова. Названные авторы внесли огромный вклад в развитие строительной науки в части не только защитных галерей, но и всех искусственных сооружений. Их научные исследования позволили произвести стандартизацию конструкций защитных галерей и других искусственных сооружений, что дает возможность производить изыскания с целью поиска новых решений и конструкций мостовых сооружений, защитных галерей, тоннелей и иных инженерных сооружений. В диссертации представлены концептуальные технические решения для некоторых искусственных сооружений и их гибридные конструктивные схемы.

Вторая глава посвящена описанию существующих методов расчета сейсмостойких конструкций, математическому описанию сейсмических колебаний и обзору нормативной документации по сейсмостойкому строительству. Произведен анализ методики расчетов разных авторов в области сейсмостойкости искусственных сооружений. В частности, подробно изучены и показаны методы расчетов Г.Н.Карцивадзе, Я.М.Айзенберга, Ш.Г.Напетваридзе, А.В.Рухадзе, В.В.Назина. Исследованы периоды и формы собственных колебаний искусственных сооружений, режимы работы этих сооружений при сейсмическом воздействии, влияние конструктивных особенностей различных сооружений на их сейсмостойкость. Выделены теория сейсмических колебаний, метод определения сейсмических сил по спектральной кривой, динамический метод определения сейсмических сил и определение сейсмических сил дорожных искусственных сооружений. Следует учесть схему расчета откоса, предложенную Г.М.Шахунянцом, и метод расчета горизонтальных сил для коэффициента сопротивляемости грунта сдвигу, предложенный Н.Н.Масловым. Произведен подробный анализ существующей

нормативной документации в Киргизии и исторические предпосылки к созданию нормативной документации в области транспортного строительства. В частности, исследования В.О.Цшохера, которые легли в основу создания нормативной документации не только в КР, но и в области стандартизации транспортного строительства всего бывшего СССР и, следовательно, бывших советских республик. Следует отметить, что в данной работе описан проект Международных строительных норм СНГ по сейсмостойкому строительству под руководством Я.М.Айзенберга.

Методика определения сейсмических сил базируется на линейной теории и допускает независимое рассмотрение трех взаимно перпендикулярных компонентов колебаний. Для аналитического описания сейсмических колебаний сооружение заменяется расчетной схемой в виде невесомой стержневой системы с закрепленными на ней массами. Применяются дискретные схемы с конечным числом сосредоточенных масс и континуальные схемы, несущие распределенные массы. Традиционные расчетные схемы дискретного и континуального вида, принятые в теории сейсмостойкости, приведены на рис. 1, а и 2, а. В общем случае предполагается, что вертикальный стержень, изображающий сооружение на этих схемах, имеет переменное сечение и может испытывать упругие деформации переменного вида.

Для определения сейсмических сил используются дифференциальные уравнения сейсмических колебаний. Рассмотрен общий ход составления и решения этих уравнений для вышеуказанных схем. Предполагается, что основание сооружения колеблется горизонтально в плоскости чертежа (рис. 1, б, 2, б). Закон изменения смещений основания во времени Y0=Y0(t) считается заданным. При заданном сейсмическом воздействии поведение сооружения как колебательной системы полностью определяется его инерционными свойствами и способностью необратимого поглощения энергии. При дискретной расчетной схеме (см. рис. 1) инерционные свойства сооружения заданы величинами масс mk и ординатами точек их закрепления хк (k=l,2,3,...n).

УВД)

Рис. 1. Дискретная расчетная схема

Деформационные свойства можно описать с помощью единичных перемещений 6^,, заданных для точек прикрепления сосредоточенных масс, они составляют квадратную симметричную матрицу вида 5=[5tv]°i- Напряженно-деформированное состояние дискретной схемы в каждый момент времени полностью определяется совокупностью относительных смещений yv(t) сосредоточенных масс от состояния равновесия. Число п этих координат есть число степеней свободы системы. Функции ук являются искомыми факторами задачи. В процессе сейсмических колебаний каждая масса системы порождает сосредоточенную силу инерции, которая равна

(k=l,2,3,...,n)

Рис. 2. Расчетная схема с распределенными параметрами

Выражения в прямых скобках в правой части формулы (1) - это ускорение точки прикрепления массы относительно неподвижной (инерциональной) системы координат. Для дифференциальных уравнений колебаний напишем смещения точек системы под воздействием сил инерции. Учитывая линейность системы и используя единичные перемещения 8ь-, получим

v = I

Откуда будем иметь

v=l v=l

(k=l,2,3,...,n).

Это и есть дифференциальные уравнения сейсмических колебаний дискретной системы. Здесь они пока записаны без учета рассеяния энергии.

Начальные условия процесса сейсмических колебаний запишем как условия состояния покоя в момент t=0 (равенство нулю смещений и скоростей точек системы в момент начала землетрясения):

^(0)=0;а: = 1,2Д...«). (3)

Решение системы уравнений (2) при начальных условиях (3) определяет искомые функции yk(t), описывающие сейсмические колебания сооружения. Это решение, согласно теории систем линейных неоднородных дифференциальных уравнений второго порядка, может быть представлено в виде:

(4)

' — 1 0 i (k=l,2,...,n),

где Т( - периоды собственных колебаний системы; Х^ - амплитудные коэффициенты, определяющие формы собственных колебаний; D, -коэффициенты разложения, заданные выражениями

£ mkXik

D.=-(/ = 1,2...,и). (5)

' п ,

*лтЛ

к = 1

Периоды собственных колебаний здесь и в дальнейшем считаются занумерованными в убывающем порядке.

Рассмотрим теперь схему с распределенными параметрами (см. рис. 2). В этом случае система имеет бесконечное число степеней свободы, ее напряженно-деформированное состояние описывается функцией y(x,t), определяющей относительное смещение точек системы от состояния равновесия (искомый фактор задачи). Инерционные свойства системы определяются функцией ш(х), выражающей закон изменения интенсивности массы. Деформационные свойства системы могут быть заданы с помощью линейного дифференциального оператора L над функцией у по переменной х, который определяет интенсивность статической распределенной нагрузки q(x), уравновешивающей заданную деформацию у(х):

L\y(x)]=q(x). (6)

Для получения расчетных схем дискретного типа фактическую распределенную вертикальную нагрузку сооружения группируют по отдельным участкам и представляют в виде сосредоточенных грузов, приложенных в центрах тяжести соответствующих участков. Такой прием носит приближенный характер. Однако для сложных систем его применение затруднительно, и в практике сосредоточенные грузы определяют как равнодействующие нагрузок соответствующих участков. Желательно, чтобы эти грузы располагались в местах наибольших фактических нагрузок и в точках, смещения которых в наибольшей мере характеризуют картину колебаний. Здесь мы будем исходить из динамической схемы общего вида, приведенной на рис. 3. Она отличается от схемы на рис. 1, а лишь тем, что сосредоточенные массы заменены сосредоточенными грузами Qk, как это принято в практических расчетах.

JH-

Рис. 3. Расчетная схема системы с п степенями свободы

Грузы Qk вычисляют по нормативным собственным весам соответствующих частей сооружения. Гидростатическое противодавление воды подошве фундамента опор не отражается на массах и силах инерции. Поэтому собственный вес подводных частей сооружения следует принимать без учета облегчающего влияния гидростатического давления воды. При расчетах с учетом временной нагрузки нужно исходить из схем загружения, невыгодных по суммарному весу нагрузки на сооружения. При вычислении сосредоточенных грузов от временной нагрузки подвижного состава железных дорог или колонн автомобилей эти нагрузки принимают расчетной величины (без динамического коэффициента) с дополнительным коэффициентом 0,7. Временная нагрузка от тротуаров (от людей), имеющая гибкую связь с сооружением, не может порождать значительные силы инерции. При определении сосредоточенных грузов расчетной схемы она не учитывается.

Сейсмический коэффициент А зависит от расчетной сейсмичности сооружения, приведенный в табл. 1.

Таблица 1

Расчетная сейсмичность сооружения

Расчетная сейсмичность, баллы 7 8 9

А 0,05 0,1 0,2

Коэффициент динамичности pi зависит от собственного периода Т, рассматриваемого нормального колебания. Принятая в нормах спектральная кривая коэффициента динамичности приведена на рис. 5. Значения р ограничены условиями )3<3; Р>0,8, промежуточный участок кривой описывается выражением

иг f '

i

1,9

Т,

сак

Рис. 4. Схема системы с двумя степенями свободы

Рис. 5. График коэффициента динамичности

В третьей главе разработана оптимизированная версия ранее предложенного конструктивного решения защитных галерей на основе применения специального гидротехнического устройства - трамплины. В результате натурных и численных экспериментальных исследований были выявлены конструктивные недостатки первой версии технического решения, с учетом внесенных изменений в конструктивную систему галерея - трамплин разработана иная и улучшенная конструкция указанного сооружения. Противолавинная галерея-трамплин. В этой связи предлагается иная и видоизмененная конструкция лавинозащитной галереи с трамплином. Задачей улучшенного технического решения является повышение эффективности отброса и гашения лавины с обеспечением динамической устойчивости лавинозащитного сооружения в виде интегрированной конструктивной системы галерея-трамплин. Поставленная задача решается тем, что лавинозащитная галерея-трамплин, расположенная на лавиноопасном склоне над предохраняемым участком железнодорожного или автомобильного пути, содержит установленную на фундаменте подпорную стену, на которой размещено перекрытие, покрытое виброизоляционным слоем, и полуцилиндрический трамплин. Согласно техническому решению, подпорная стена имеет С-образную форму, размещенную вогнутой частью в сторону склона, перекрытие выполнено в виде консольной плиты и оперто на гребень подпорной стены, а полуцилиндрический трамплин установлен на части перекрытия, отпирающейся на гребень подпорной стены (по плоскости гребня подпорной стены). Заявляемое техническое решение позволяет уменьшить расход строительных материалов в результате исключения возведения колонн и выполнения подпорной стены С-образной формы, что повышает ее сопротивление давлению грунта, так как обеспечивается диагональный вектор давления грунта, снимающий напряжения подпорной стены от сдвиговых усилий горных пород. Это положительно сказывается на сейсмостойкости сооружения. Использование консольной конструктивной схемы галереи позволяет отказаться от опор перекрытия с низовой стороны, чем также обеспечивается экономия средств и меньшая масса сооружения. Размещение

полуцилиндрического трамплина на поверхности консольной плиты перекрытия по плоскости гребня подпорной стены обеспечивает геометрическую целостность конструкции галереи-трамплина в пространстве для более оптимальной работы на отброс лавины и сейсмостойкость. Конструктивное решение поясняется рис. 6, на котором показана лавинозащитная галерея-трамплин, поперечное сечение. Лавинозащитная галерея-трамплин содержит размещенную на лавиноопасном склоне Сообразную подпорную стену 1, обращенную вогнутой частью 2 в сторону склона и установленную на фундаменте 3, выполненное в виде консольной плиты перекрытие 4, опертое на гребень 5 подпорной стены 1 над защищаемым участком 6 железнодорожного или автомобильного пути и покрытое виброизоляционным слоем 7, и полуцилиндрический трамплин 8, установленный на части 9 перекрытия 4, опирающейся на гребень 5 подпорной стены 1.

Лавинозащитная галерея-трамплин работает следующим образом. Движущийся вниз по верховому откосу снеговоздушный или селевой поток к лавинозащитной галерее-трамплину встречает на своем пути полуцилиндрический трамплин 8 и в результате взаимодействия с ним изменяет траекторию движения, устремляясь в вертикальную плоскость, не оказывая на плиту перекрытия 4 галереи динамического воздействия, и, минуя ее, падает в низовой склон. Таким образом, плита перекрытия 4 оказывается в некоем динамическом тоннеле, подвергаясь лишь незначительному остаточному воздействию лавины, что обеспечивает динамическую устойчивость лавинозащитной галереи-трамплина

Рис. 6. Новое конструктивное решение защитной галереи

Предлагается концептуальное конструктивное решение лавинозащитных галерей на основе использования висячей системы, названное сейсмостойкий гаситель энергии лавины. В этом решении предлагается использовать перекрытие защитных галерей в висячем положении, это позволит получить эффект демпфирования динамических нагрузок, а также исключает передачу своего веса перекрытиями на подпорные стены. Данное решение позволяет отказаться от опор с низовой стороны, так как перекрытие в виде балки жесткости не требует отпирания на опоры с низовой стороны. Это даст значительное сокращение массы всего сооружения и лишит балку жесткости дополнительных жестких связей, что повысит сейсмостойкость всей защитной галереи. Немаловажным является так же то, что в результате применения этой конструкции снижается расход железобетонных изделий ввиду отказа от низовых опор, что дает значительную экономию финансовых средств на строительство предлагаемого сооружения. Задачей технического решения является повышение эффективности гашения энергии лавины с обеспечением сейсмической устойчивости гасителя энергии в виде висячего перекрытия галереи. Поставленная задача решается тем, что гаситель энергии лавины, содержащий размещенный на лавиноопасном склоне демпфер, включающий плиту и стальные тросы, согласно решению, выполнен в виде плиты перекрытия снегозащитной галереи, подвешенной на расположенную поперек движения лавины вантовую систему, состоящую из двух параллельных рядов несущих горизонтально-эллиптических вант и скрепленных с ними вертикальных вант, каждый из которых подвижно соединен с установленными с боковых сторон плиты перекрытия пилонами посредством несущих горизонтально-эллиптических вант, свободные концы которых в виде растяжек с противоположных сторон пилонов жестко защемлены в опорных частях, расположенных на отдельно стоящих фундаментах, кроме того, поверх плиты перекрытия размещен виброизоляционный слой. Конструктивное решение поясняется чертежами на рис. 7, 8, 9. На рис. 7 показан гаситель энергии лавины, общий вид; на рис. 8 показано поперечное сечение 1-1; на рис. 9 -поперечное сечение 2-2. Гаситель энергии лавины содержит размещенную на лавиноопасном склоне балку жесткости 1 снегозащитной галереи, подвешенную на вантовую систему, расположенную поперек движения лавины и состоящую из двух параллельных рядов несущих горизонтально-эллиптических вант 2 и скрепленных с ними вертикальных вант 3. С боковых сторон балки жесткости 1 установлены пилоны 4, к которым подвижно соединена вантовая система посредством несущих горизонтально-эллиптических вант 2, свободные концы 5 которых в виде растяжек жестко закреплены в опорных частях 6, расположенных на отдельных фундаментах. Поверх балки жесткости 1 размещен виброизоляционный слой 7 для амортизации динамических нагрузок от удара лавины. Ванты 2 гибко подвешены на пилоны 4 с помощью шарниров или роликов 8. Гаситель энергии лавины работает следующим образом. Он способен противодействовать как лавинной нагрузке, так и сейсмической нагрузке. При сходе снежной лавины или селевого потока их динамическое воздействие воспринимается вантовой

системой и теряет энергию в результате столкновения с вантами и разрезания ими снежно-селевых масс. Прошедшая сквозь вантовую систему дефрактированная лавинная масса воспринимается плитой перекрытия и далее проходит в низовую сторону склона. Таким образом, основной удар от лавинного потока воспринимает плита галереи, но ввиду того, что плита перекрытия подвешена, она не получает резонансных явлений, так как упругие смещения гасят напряжения от удара лавинного, селевого и снего-воздушного потоков. При сейсмическом воздействии подвешенная балка жесткости получает упругие смещения, т.е. колеблется с периодом колебаний, соответствующим периодам колебаний земной поверхности при землетрясении. Это соответствует эффекту инерционного гасителя, препятствуя разрушению заявленного сооружения.

Таким образом, обеспечивается повышение эффективности гашения энергии лавин (селевой и снего-воздушный поток) и сейсмостойкости гасителя энергии лавины.

Рис. 7. Общий вид гасителя энергии лавины

и

к

■ щ

х

мрхоюйотос

h"

у та

Рис. 8. Поперечное сечение 1-1 Рис. 9. Поперечный разрез 2-2

Висячая лавинозащитная галерея-виадук. Висячая конструктивная система широко известна и получила обширное применение в мостовых сооружениях. Общеизвестны классические конструктивные системы лавинозащитных галерей. С ракурса теории сейсмических колебаний и сейсмостойкого строительства конструктивные особенности галерей требуют переработки с тем, чтобы соответствовать требованиям нового научного тренда, основанного на сокращении массы, излишней жесткости и неоправданной монументальности, характерных для советской научной мысли. В условиях настоящего времени, когда инфраструктурные проекты требуют краткосрочной окупаемости и повышенной ликвидности, нужно стремиться следовать современным технологическим тенденциям. В этой связи предлагается концептуальное техническое решение на основе гибридной конструкции снегозащитной галереи и горного мостового сооружения. Лавинозащитные галереи и виадуки являются аналогичными сооружениями в части их локализации в особых геологических структурах. В рамках предлагаемого технического решения использовался тип продольного виадука. Для обоснования данной разработки следует отметить, что классические защитные галереи состоят из подпорной стены на всей линейной протяженности сооружения для защиты от сдвиговых усилий горных пород. Перекрытие галереи опирается с одной стороны на подпорные стены, с другой стороны - на низовые опоры, в случаях использования консольной системы отказываются от низовых опорных частей, что не всегда возможно из-за геологических условий местности строительства. Подпорные стены сооружают

массивными, низовые опоры воздвигают из условий требований перекрытия. Таким образом, защитные галереи представляют собой довольно тяжелые и жесткие конструкции. При возбуждении колебаний грунта излишние характеристики по массе и жесткости становятся неоправданными, иногда разрушительными для самих сооружений, защищаемых объектов и для транспорта.

Внедрение этого технического решения позволяет:

• отказаться от подпорных стен при строительстве защитных галерей вследствие выноса сооружения за пределы горного склона, что позволяет не нарушать геологически сложившуюся структуру склона;

• отказаться от низовых опор, что возможно при конструктивной схеме предлагаемого технического решения;

• повысить устойчивость предлагаемого сооружения при сейсмическом воздействии, так как контакт всего сооружения с грунтом основания производится только в двух точках плоскости опирания пилонов, а также висячая система позволяет колебаться сооружению без развития резонансных явлений и предельных напряжений;

• количественно уменьшить лавинную нагрузку, так как сооружение согласно решению повышается в вертикальной плоскости выше уровня фронта атаки снежных лавин.

Поставленная задача решается тем, что тело галереи интегрирована в балку жесткости висячего мостового сооружения. Как правило, виадуки продольного пересечения опираются на опоры, имеющие значительную высоту, так как опирание их на грунт основания производится в самых минимальных горизонталях в плане. Предлагаемое решение позволяет принять более экономичный вариант, когда пилоны устраиваются на приемлемых уровнях склона, так как галерея-виадук проходит параллельно склону. Для решения этой задачи использована Г-образная конструкция пилонов. Конструктивно галерея-виадук представляет собой полуарочное тело защитной галереи, интегрированное в балку жесткости, которая подвешена на вертикальные металлические тросы (кабели, ванты) с двух боковых сторон по всей своей линейной протяженности, вертикальные тросы подвешены на двухрядную систему горизонтально-эллиптических кабелей большего сечения, которые, в свою очередь, шарнирно подвешены на консоли двух Г-образных пилонов с двух концов балки жесткости, а их концы жестко закреплены на анкерных опорах, на отдельных фундаментах, Г-образные пилоны представляют собой вертикальный пилон, на который установлена консоль, при этом система двухрядных горизонтально-эллиптических вант подвешена на фронтальную часть консолей, тогда как тыловая сторона консоли жестко соединена металлическими оттяжками с подпорной стеной пилона. Это позволяет консолям нести балку жесткости посредством системы вант без разрушения равновесного состояния, так как тыловая сторона консоли посредством металлических оттяжек соединена весом подпорной стены пилона. Таким образом, Г-образные пилоны конструктивно подобны монтажным кранам, почти вековой опыт использования монтажных кранов показывает, что данное

решение для пилонов технически обосновано. Длина консоли (стрелы) пилона зависит от того, насколько необходимо вынести балку жесткости за пределы горного склона. Данное решение позволяет строить подпорную стену только в двух местах - в районе устройства пилонов. Это позволяет, во-первых, экономить средства на устройство подпорных стен на всем протяжении галереи, во-вторых, не нарушать геологическую структуру горного склона и вести разработку грунта с тем, чтобы устроить дорогу, галерею, подпорную стену и другие коммуникации на склоне. При входе в зону лавинной опасности и на выходе можно устроить массивные Г-образные пилоны с регулированием длины консолей (стрел) пилонов с тем, чтобы обеспечить безопасное с точки зрения лавинной опасности удаление балки жесткости от склона. Для более оптимальной защиты сооружения от лавинной опасности предлагается повысить в вертикальной плоскости балку жесткости для того, чтобы поднять сооружение над основным фронтом атаки лавины. Это позволит количественно сократить лавинную нагрузку. Ясно, что невозможно возвысить сооружение для полной защиты от лавинной нагрузки до уровня вершины пилона из-за технических особенностей вантовой системы, а увеличение высоты пилонов недопустимо как по соображениям устойчивости, так и по финансовым обстоятельствам. После выхода из зоны лавинной опасности можно посредством конструктивной системы виадука достичь оптимального уровня дороги в вертикальной плоскости, чтобы продолжить ее по простой насыпи. Противолавинная работа системы галерея-виадук выглядит следующим образом. Снего-воздушный или селевой поток, движущийся вниз по склону, создает фронт атаки на сооружение, встречающее на его пути. Так как балка жесткости, на которой установлено тело галереи, возвышается над уровнем фронта атаки лавины, то она не получает удара от лавины. Таким образом, лавина, не встречая на своем пути препятствия, падает в низовой склон, не воздействуя на сооружение. Понятно, что фронт атаки лавины зависит от объемов частиц своей массы, и не всегда она будет сходить нейтрально к сооружению. Именно по этой причине на балку жесткости интегрируется защитная галерея, с тем, чтобы защитить дороги и коммуникации. Но количественное динамическое воздействие лавины заметно сокращается. По этой причине можно использовать облегченную и простую конструкцию тела галереи. Исходя из аэродинамики лавинной нагрузки, полуарочная конструкция представляется наиболее подходящей. Ввиду того, что верхний свод галереи не получает динамической нагрузки, можно отказаться от использования виброизоляционного слоя для защиты свода. Это тоже даст экономию средств. Касательно дорогостоящей и сложной в эксплуатационной части галерей -гидроизоляции, можно сказать, что от нее тоже можно отказаться, так как галерея не сопрягается с горной породой и не воспринимает гидронапорных воздействий. Антисейсмическая работа системы галерея-виадук основана на пассивном противодействии сейсмическим силам. При землетрясении висячая система позволяет сооружению колебаться без накопления предельных напряжений и система галерея-виадук не достигнет разрушения. Данное утверждение подтверждается опытом эксплуатации висячих мостовых

сооружений в странах с высокой сейсмичностью, проэкзаменованных достаточно сильными сейсмическими колебаниями.

Предлагаемое техническое решение поясняется моделями на рис. 10, 11,12, 13. Расшифровка числовых обозначений рис. 10-13: 1 - балка жесткости, 2 -пилон, 3 - опоры жесткого закрепления вант, 4 - подпорная стена, 5 - опоры виадука, 6 - горизонтально-эллиптические кабели, 7 - вертикальные тросы, 8 -диагональные ванты, 9 - консоль пилона, 10 - полуарочное тело галереи, 11 -тросовые оттяжки консолей, 12 - фундамент пилона, 13 - фронт атаки лавины, 14 - узел закрепления оттяжек консолей к подпорной стене, 15 - шарнирные узлы закрепления кабелей к консоли, ЬпШюна - высота пилона, hKn - высота

консоли пилона, hB038 - высота возвышения балки жесткости над склоном.

|А

-T-T-J-r-p^---^.-j-r-

И и

Рис. 10. Общий вид галереи-виадука

Рис. 11. Вид А галереи-виадука

/Л

ВшЛ

Рис. 12. Вид Б галереи-виадука

Рис. 13. Вид В галереи-виадука

Подводный тоннель. Тоннели, в частности подводные, описаны в трудах В.П.Волкова и М.Е.Гибшмана, особенности их в том, что тоннели имеют заглубление ниже уровня судоходства, но выше уровня дна водоема и опираются на мостовые опоры - быки. Другие конструкции подводных тоннелей основаны на традиционной проходке по породе ниже уровня дна водоема. Такие тоннели реализованы в общеизвестных проектах, таких как «Евротоннель» или тоннель «Сейкан». Традиционные технологические решения сопряжены с трудностями проходки по грунтовой толще и развитием гидростатического давления в породе, так как слой породы поверх тоннельных обделок подвержен фильтрации. Другая сложность заключается в том, что для прокладки тоннеля ниже уровня дна водоема необходимо соответствующее заглубление, а это неизбежно вызывает увеличение глубины залегания тоннельной обделки, что сопряжено с повышением статического давления. Существуют также технологии опускных секций тоннеля, когда готовые секции опускают на дно и трасса тоннеля проходит по дну. В этом случае решается вопрос с трудоемкой проходкой по породе, но тоннель проходит также на низкой глубине, что чревато гидростатическим давлением всей толщи воды. Предлагаемое техническое решение подводного тоннеля решает задачу оптимального заглубления тела тоннеля в водной среде. Задачей нового конструктивного решения является беспрепятственный проход водных преград

в виде рек, озер, морских проливов и заливов автомобильными и железными дорогами по тоннелю ниже уровня судоходства без заложения тела тоннеля на дно водоема. Поставленная задача решается тем, что согласно техническому решению тоннельная обделка, выполненная из легированной стали, жестко закреплена на двух рамповых порталах с двух концов, тело тоннельной обделки сборное и состоит из герметичных секций круглого сечения, которые закреплены между собой шарнирно. Тоннельная обделка погружена в воду ниже уровня судоходства и водоизмещения речных или морских судов и находится в плавучем состоянии. Общеизвестно, что тело в гидравлической среде стремится к всплытию. В этой связи и для противодействия турбулентным, ламинарным явлениям водной среды тоннельная обделка закреплена на двух металлических оттяжках из углеродистой стали с боковых сторон обделки, которые жестко закреплены на водное дно посредством анкеров. Это позволяет телу тоннеля не всплыть на поверхность воды и противостоять водному течению. Резонансные явления от турбулентного течения воды и от судоходства гасятся за счет шарнирного сопряжения секций тоннеля и посредством работы металлических оттяжек. Внутри тоннельной обделки можно организовать структуры железнодорожного пути, автомобильной дороги и вентиляции исходя из технико-экономического обоснования. Заявляемое техническое решение позволяет отказаться от трудоемкой и затратной тоннельной проходки по породе ниже уровня водного дна. При такой проходке приходится заглублять трассу тоннеля на всю глубину водного массива, что отрицательно сказывается как на стоимости строительства, так и на технологических сложностях полной щитовой проходки по породе. При опускной технологии тоннельного строительства, когда секции тоннеля опускаются на водное дно, вышеуказанные проблемы не решаются, трасса тоннеля повторяет профиль водного дна, что отрицательно сказывается на трассировании тоннеля и автодорожного или железнодорожного пути в тоннелях, тогда как предлагаемое конструктивное решение позволяет, во-первых, трассировать тоннель на относительно неглубоком уровне и придерживаться прямолинейного продольного профиля тоннеля и дороги в нем, а во-вторых, отказаться от разработки грунтов и вести проходку ниже уровня водного массива. Техническое решение поясняется чертежами. На рис. 14 показан подводный тоннель, общий вид; на рис. 15 показано поперечное сечение А-А, на рис. 16 - узел A-A-I. Подводный тоннель содержит следующие конструктивные элементы. Обделка состоит из сборных секций, которые выполнены из легированной стали или титана для противодействия долгосрочным коррозионным явлениям. Корпус секций подобен корпусам подводных лодок и представляет собой два корпуса - наружный прочный из листов стали толщиной 20-25 мм и внутренний легкий корпус из стали меньшей толщины. Для противодействия гидростатическому давлению предлагается внедрить систему «сэндвич», когда между двумя корпусами можно использовать пространственную замкнутую силовую структуру двутаврового сечения. Пространство между двумя корпусами предлагается заполнить дополнительной гидроизоляцией из жидкого герметика или других

материалов. Использование в корпусе легированной стали или титана необязательно, так как в настоящее время существуют перспективные и технологичные композиционные материалы, но ввиду их высокой стоимости традиционные материалы выглядят более обоснованными. Секции тоннеля между собой соединены шарнирно, что позволяет обделке противостоять турбулентным течениям водной среды без развития резонансных и предельных напряжений. Тоннельная обделка с двух концов жестко закреплена к рамповым участкам, названным рамповыми порталами. Общеизвестно, что сила, выталкивающая тело из воды, пропорциональна квадрату его диаметра, по этой причине встает вопрос балластировки тоннельной обделки. При технологии опускных секций на дно используют тяжелые железобетонные секции с балластировкой их дополнительным объемом бетона. В нашем случае, когда провозглашается задача «не топить» тоннель на дно, а дать ему возможность пребывать в плавучем состоянии на некотором заглублении, не мешая судоходству, такая задача решается использованием металлических оттяжек из углеродистой стали. Углеродистая сталь применяется в мостовом строительстве против коррозии. Оттяжки жестко закрепляются с боковых сторон тоннельной обделки, где предусмотрены узлы жесткого сопряжения, каждая секция поддерживается от всплытия парой оттяжек с боковых сторон секций. Сами оттяжки анкерно закрепляются на дно водной среды на специальных фундаментах. Для оптимальной работы подводного тоннеля против горизонтального гидродинамического давления используются горизонтальные кили, которые также повышают площадь воздействия вертикальных гидродинамических сил всплытия, тем самым не допускают расслабления оттяжек. Горизонтальные кили конструктивно представляют собой металлические пластины конической формы, расположенные горизонтально с боковых сторон секций тоннеля в месте сопряжения оттяжек к секциям. Подводный тоннель размещен над уровнем низких вод УНВ на глубине по верху тоннеля Н, что соответствует Н/2 = hE„, т.е. двум максимальным глубинам водоизмещения судов и судоходства. Подводный тоннель работает следующим образом. Подводный тоннель проложен по водному массиву ниже уровня судоходства, это позволяет осуществлять беспрепятственный ход как судов по воде, так и железнодорожного или автомобильного транспорта по тоннелю. Тоннель размещен в водной среде в плавучем состоянии и закреплен на оттяжках посредством анкеров ко дну, а секции тоннеля соединены между собой шарнирно, что дает тоннелю возможность упруго работать при резонансных явлениях от турбулентных, ламинарных течений и сейсмическом воздействии. Для организации железнодорожных путей, автомобильной дороги, служебных путей и вентиляции предлагается использовать вертикальные, горизонтальные и арочные ребра жесткости, что позволит, во-первых, организовать раздельные пути и продольные секции, во-вторых, повысить прочность на сжатие корпуса от гидростатического давления. Как отмечалось выше, использование композиционных материалов для изготовления корпуса предпочтительнее металла, так как они имеют малую массу и высокую прочность.

Рис. 14. Общий вид подводного тоннеля

Расшифровка численных обозначений рис. 14 - 16: 1 - секция тоннельной обделки, 2 - металлические оттяжки, 3 - анкерные опоры оттяжек, 4 -рамповые порталы, 5 - шарнирные узлы сопряжения секций, 6 -горизонтальные кили, 7 - арочная распорка основания пути, 8 - путь, 9 -вертикальное ребро жесткости, 10 - основание пути, 11 - вентиляционные шахты, 12 - прочный внешний корпус секции тоннеля, 13 - пространственная силовая структура двутаврового сечения, 14 - гидроизоляция из жидкого герметика, 15 - легкий корпус, 16 - узел сопряжения оттяжек к корпусу, Н -глубина заложения тоннеля по верху, hB„ - глубина водоизмещения судов, УНВ - уровень низких вод.

Байтовый тоннель. При разработке нового и концептуального конструктивного решения для железнодорожных тоннелей была поставлена задача обеспечения как сейсмической устойчивости тоннеля, так и повышения скорости железнодорожного движения по тоннелю. Обеспечение высокоскоростного режима движения поездов выполняется с использованием бесстыковых рельсовых нитей, а также новых разработок в сфере уменьшения сопротивления качению колесных пар поездов. Системы сопротивления качению общеизвестны и применяются в странах Запада и Юго-Восточной Азии. Они основаны на применении монорельсов и пути на маглеве. Принцип основан на сокращении и сведении к минимуму сопротивления качению ходовой части подвижных составов. Другая проблема обеспечения высокой скорости - тяговая. Можно утверждать, что данная проблема решена, так как существуют различные силовые установки, но в железнодорожном транспорте преимущественно используется электрическая тяга. Это позволяет обеспечить требования экологии подвижных составов. Существующие тяговые характеристики подвижных составов и имеющиеся силовые установки позволяют достичь скоростей половины маха. Существенной проблемой достижения данной задачи является коэффициент аэродинамического сопротивления Сх подвижных составов. Производители транспортных средств решают эту задачу тем, что приводят формы транспортных средств в оптимальное аэродинамическое состояние, чтобы фронтальные части транспортных средств получали меньшее сопротивление атмосферы. Но с развитием высоких скоростей формы, обеспечивающие условия аэродинамики, являются недостаточными. В этой связи в рамках заявляемого технического решения вантового тоннеля предлагается:

- производить движение подвижных составов в замкнутой аэростатической среде, где можно обеспечить оптимальный воздушный фон с соответствующим низким атмосферным давлением и отсутствием турбулентности;

- в случае достаточного обоснования и при наличии соответствующей технической составляющей обеспечить в замкнутой аэростатической среде полное отсутствие атмосферного давления, т.е. обеспечить частичный вакуум. На современном этапе развития строительных и машиностроительных технологий не представляется трудным обеспечение двух вышеперечисленных требований. Замкнутый и защищенный от турбулентности аэростатический тоннель можно создать внутри тоннельной обделки из легких композитных материалов или легкосплавных металлических листов, поскольку предлагаемый тоннель не воспринимает давления горной породы, грунтовой толщи или воды. Такой тоннель позволит повысить скорость движения поездов, так как подвижные составы не воспринимают ветровые и другие аэродинамические воздействия. В рамках технического решения создание вакуумной тоннельной обделки является оптимальным, где полностью отсутствуют сопротивление воздуха и ее турбулентность. Но это потребует организации устройств по обеспечению вакуума в тоннельной обделке, что заметно повысит себестоимость строительства подобного тоннеля. Обеспечение герметичности и организация внутреннего климат-контроля

подвижных составов не является задачей невыполнимой, так как современные поезда на выходе из производственных линий обеспечены устройствами контроля давления и температуры внутри вагонов. Даже первый вариант, когда в тоннельной обделке не создается вакуум, является решением поставленной задачи, хоть и промежуточным. Поставленная задача решается тем, что вантовый тоннель, включающий балку жесткости, А-образные пилоны, тросовые подвески, параллельные по фасаду сооружения и наклоненные к вертикали в поперечном сечении сооружения, соединенные с балкой жесткости, согласно решению, снабжен двумя параллельно расположенными в одном пролете по обеим сторонам балки жесткости и прикрепленными к соответствующим вертикальным ребрам А-образных пилонов металлическими арками, каждая из которых соединена тросовыми подвесками с балкой жесткости и диагональными металлическими вантами с соответствующим ребром А-образного пилона, и установленной на балке жесткости, которая закреплена на горизонтальных перемычках А-образных пилонов тоннельной обделкой, в полости которой размещено дорожное полотно, состоящее из двух железнодорожных путей, а концы тоннельной обделки оборудованы шлюзовыми отсеками, оснащенными системами автоматического регулирования и поддержания частичного вакуума в тоннеле и шлюзовых отсеках и переборками. Решение поясняется рисунками. На рис. 17 представлен общий вид одного из пролетов вантового тоннеля; на рис. 18 представлен общий вид шлюзового отсека; сечение А-А и вид Б рис. 17 в автореферате не показаны. При этом вантовый тоннель содержит балку жесткости 1, которая несет тоннельную обделку 2 и установленную на горизонтальных перемычках 3 А-образных пилонов 4, возведенных с концов тоннельного пролета, в пределах которого по обеим сторонам балки жесткости 1 металлические арки 5, по вершинам сопряженные друг с другом и концами жестко прикрепленные к соответствующим ребрам 8 пилона 4. Каждая арка 5 соединена параллельными по фасаду тросовыми подвесками 6 с балкой жесткости 1 и диагональными металлическими вантами 7 с соответствующим ребром 8 А-образного пилона 4. В полости тоннельной обделки 2 расположено дорожное полотно 9, состоящее из двух железнодорожных путей 10. Концы тоннельной обделки 2 оборудованы шлюзовыми отсеками 11, оснащенными системами 12 автоматического регулирования и поддержания частичного вакуума в тоннеле и шлюзовых отсеках 11 и герметичными переборками 13. Вантовый тоннель работает следующим образом. Заполненный пассажирами железнодорожный состав подается в шлюзовой отсек 11 через открытую наружную переборку 13, которая после этого герметично перекрывает вход в тоннель. С помощью систем 12 автоматического регулирования и поддержания частичного вакуума создается сильно разряженная атмосфера внутри шлюза тоннеля. Открывается внутренняя переборка 13 между шлюзовым отсеком 11 и тоннелем, внутри которой поддерживается постоянный частичный вакуум с целью сведения к минимуму аэродинамического сопротивления железнодорожных составов, включающий, например, аэродинамические насосы, вентиляторы, сопла и вакуумметры. Герметичность тоннельной обделки 2 достигается с помощью

замкнутой конструкции и применением жидкого герметика. В результате предложенных действий железнодорожный состав движется внутри тоннеля в отсутствии атмосферы или наличия ее сильно разряженных частиц, что позволяет достичь высокой скорости при значительном снижении потребления энергии на привод. По окончании движения по тоннелю и попадании в конечный шлюзовой отсек 11 железнодорожный состав останавливается, закрывается внутренняя переборка 13 этого шлюзового отсека 11, атмосферное давление приводится в норму, открывается наружная переборка 13 и состав подается на платформы.

Рис. 17. Общий вид пролета вантового тоннеля: 1 - балка жесткости; 2 - тоннельная обделка; 4 - А-образные пилоны; 5 - металлические арки; 6 - тросовые подвески; 7 - диагональные металлические ванты

11 - шлюзовой отсек; 12 - система регулирования вентиляции;

13 - герметичные переборки

Предложенная конструкция вантового тоннеля позволит производить движение железнодорожных составов в замкнутой аэростатической среде внутри тоннельной обделки с высокими скоростями. Конструктивная часть тоннеля является сейсмостойкой и обладает устойчивостью к другим

динамическим нагрузкам, что подтверждается симуляцией динамических процессов в численной среде соответствующих программных продуктов. Тоннель предлагается устраивать между населенными пунктами и районами, где необходимо создание высокоскоростного движения. Отсутствие атмосферы или наличие сильно разряженных частиц позволит достичь высокой скорости без действия сильного аэродинамического сопротивления при приемлемом расходе топливных элементов (электроэнергии). Это решение позволит также сократить расходы на реализацию тяговых характеристик поездов. На данный момент существующие поезда серии TGV во Франции, ICE в Германии и подвижные составы Синкансен в Японии достигают скоростей до 500-600 км/ч при экспериментальных испытаниях. Увеличение скорости позволит железнодорожному транспорту конкурировать с воздушным транспортом при перевозке пассажиров. Достижение таких скоростей подвижными составами реально при использовании замкнутого аэродинамического тоннеля.

Аэродромы имеют важное экономическое значение, так же как и другие инфраструктурные объекты. Общеизвестно использование аэродромов в военных целях всеми странами, имеющими военно-воздушные силы. Функционирующие, способные принимать воздушные суда разных категорий и имеющие соответствующую коммуникационную базу аэродромы являются одной из главных составляющих национальной безопасности любого государства. Как правило, аэродромы сооружают на некотором безопасном расстоянии от населенных пунктов. Они требуют соответствующего размера полос отвода и зон отчуждения. Конструктивно аэродромы представляют собой автомобильную дорогу с горизонтальной планировкой, но основание покрытия, как правило, бетонное или железобетонное, так как величина воспринимаемых нагрузок заметно выше и зависит от массы воздушных судов и их кинетических характеристик. Аэродромы должные иметь взлетно-посадочные полосы, стоянки для воздушных судов, транспортную, коммуникационную и техническую инфраструктуру. В некоторых прибрежных районах с плотной застройкой или горной структурой не всегда удается устраивать аэродромы требуемых классов ввиду отсутствия или нехватки земель. Данная проблема усугубляется и очень высокой стоимостью земли, где требуется строительство аэродромов. Проблему, как правило, решают тем, что ведут перепланировку застроенных территорий. У подобного подхода есть отрицательный социальный эффект, так как требуется выкупать значительные территории, что не всегда удается застройщикам. Пример этого очевиден на практике строительства олимпийских объектов в Сочи. Проблему нехватки земель, где присутствует особая горная геологическая структура, решают перепланировкой горных массивов. Это, в свою очередь, обусловлено иными побочными явлениями, такими как пробуждение сейсмической активности, и трудностями перепланировки гор, где используют дорогостоящие и трудоемкие буровзрывные работы, а также специальную горную проходку. Такой пример показан со строительством аэропорта в Сянгане (Гонконг). В Японии и Нидерландах использовали другую практику, когда застройщики «отвоевывали» сушу у воды. Устройство искусственных островов для

строительных нужд также было использовано при строительстве острова «Пальма» в персидском заливе в Дубае. Такой метод сопряжен с рядом трудностей, как и само строительство искусственного острова, когда приходится насыпать миллионы тонн грунта, в том числе эксплуатации искусственных насыпей, где обеспечение целостности и гидроизоляции не всегда удается. В диссертации предлагается альтернативное решение для устройства аэродромов в прибрежных районах, где не требуются перепланировка застроенных территорий, надвигание гор и создание искусственных насыпных островов. Задача решается использованием плавучего аэродрома. Конструктивно плавучий аэродром представляет собой плавучую платформу 3 на поверхности водной среды, которая защищена от перемещений в горизонтальной плоскости металлическими оттяжками из углеродистой стали 2. Оттяжки закреплены анкерами 7 на дне водоема. На плавучей платформе устраиваются инфраструктурные уровни 5, где можно организовать коммуникации, автомобильные паркинги, разместить службы организации и управления полетами, диспетчерские службы и т.д. На верхнем уровне размещаются взлетно-посадочная полоса 1, стоянка воздушных судов 6, смотровая площадка 4 и вход на нижние уровни 4. Сообщение с «большой землей» плавучего аэродрома можно организовать системой Байтовых или висячих мостов 8, так как подобные конструктивные схемы мостовых сооружений позволяют перекрывать значительные пролеты при минимальном количестве опор. При невозможности устройства мостового сообщения из-за условий геологии водоема можно использовать паромное или судоходное сообщения для соединения аэродрома с землей. Техническое решение поясняется чертежами на рис. 19,20,21.

е.

I

т

/

/

ч

I

Рис. 19. План плавучего аэродрома

Т"

Рис. 20. Общий вид плавучего аэродрома

Рис. 21. Вид плавучего аэродрома

Концепция плавучих аэродромов доказана авианосными флотами США и ряда других стран. Использование платформ для добычи углеводородов в нефтегазоносных шельфах и организация атомных электростанций в Северном Ледовитом океане Росатомом является обоснованием в части способности практического применения предлагаемого конструктивного решения.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальной проверки предложенных конструкций искусственных сооружений. Модель противолавинной галереи испытывалась на сейсмоплатформе Ташкентского института механики и сейсмостойкости, далее результаты экстраполировались к предложенным конструкциям. Сейсмическая платформа Института механики и сейсмостойкости им. М.Т.Уразбаева АН Узбекистана, которая была использована при экспериментах, представляет собой сквозную металлическую конструкцию из несущих ферм пролетом 6,2 м и высотой 1,2 м со связями жесткости. Источником знакопеременной нагрузки служит вибратор ВБП-4, жестко закрепленный между фермами. Он имеет следующие технические характеристики:

• максимальная возмущающая сила - 140 Н;

• требуемая мощность электродвигателя - 10 кВт;

• максимальное число оборотов - 1500 об/мин;

• наибольший кинематический момент дебалансов - 5500 Н см;

• грузоподъемность платформы - 250 кН;

• собственный вес - 38 кН.

Частота вынужденных колебаний платформы находится в зависимости от величины кинематического момента вибратора, и ее изменение возможно только с изменением числа оборотов электродвигателя по схеме Леонардо. Диапазон изменения частоты - в пределах 4-20 Гц и регулируется с пульта управления вручную.

Амплитуда колебаний платформы меняется от 0,2 до 2,0 мм, зависит от массы образцов и инерционной силы, возбуждаемой вибратором.

Модель лавинозащитной галереи исследовалась в поперечном направлении. Это опасное направление сейсмической волны для дорожных искусственных сооружений. Для ограничения модели были дополнительно установлены ограждающие щиты.

Ускорение платформы подсчитывается по формуле

W = Aire2 со2, (7)

где А - амплитуда платформы; со - частота платформы, Гц.

Коэффициент сейсмичности платформы равен

KCT=W/g. (8)

При этом для 7-балльного землетрясения моделируется ускорение W=500 мм/с, для 8-балльного - W=1000 мм/с2, для 9-балльного - W=2000 мм/с2. Динамические характеристики записывались осциллографами Н-700, Н041, в качестве датчиков колебаний: ВЭГИК, ОСП-2МГ, С-5-С, СПМ-16, СМВ-30, ВВП-2, упругий элемент с наклеенным тензодатчиком с базисом 25 мм и сопротивлением 200 Ом. Результаты проведенных экспериментов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения частот и амплитуд по записям осциллографов

Положение О, а а д П, А А, А, А, А, W, W, W, W, W,

дебалансов сейсмо- 1'Д 1ц Гц 1ц Га £М см см см см см !<? см /с2 см /с2 см /с2 см /с2

платформы

1 4.3 4,8 5,8 7,2 7,3 10,3 0.4 0,47 0,58 0,7 587 687 912 1187 1475

2 3.2 4,8 5,5 6,1 7,3 10,3 0,6 0,63 0,77 0.9 575 1375 1625 2125 2312

3 2,7 3.3 4,2 4,7 5.5 i0,5 0,8 1,16 1,32 1.6 563 1063 1375 1937 2563

4 2.4 3,3 3,8 4,4 4,6 '0.7 1.0 1,44 1,49 1,7 700 1275 1603 2004 2475

5 2,2 2,8 3,3 4,2 4,8 '0,5 1.0 1,16 1.7 1.9 526 1021 1312 2163 2788

6 2,2 2,7 3,0 4.2 4,9 i0,6 1,8 1,23 1.8 1,9 680 1196 1369 2090 2943

7 2,0 3,1 3,7 4,3 4,6 (0,8 1,4 1.75 1.95 2,2 818 1410 Г18921 2400 2830

8 1,9 2,6 3,4 3,9 4,4 -0,6 1,3 1,76 1,76 2,0 548 1203 1365 2365 2678

Дальнейший этап экспериментальной проверки сводился к симуляциям динамических процессов в программной среде «Лира» с выбором расчетных сочетаний усилий на различные составляющие динамических нагрузок. Ниже приводится спектрографическая визуализация возможных деформаций и перемещений конструктивных узлов предложенных конструкций от сейсмических сил.

таи. ** -д 'жттчижя_. ^ * ' fa [п I: ^ I; LM^sJ___

шшшштши^штш;

Рис. 22. Деформация гфотиволавинной галереи-трамплина

мпм^ А'»-:|Гяшттюв№рса «с * " N ГП:П:П Т-с1 __

Рис. 23. Изополя перемещений противолавинной галереи-трамплина

» №апикав J я 1::П i*l

1г тггТ ТГ

АЛ А АЛЛ 4 j * г Ш ШРШЯ ШЬИ444-1

Рис. 24. Деформация галереи с подвесным перекрытием

Рис. 26. Деформация противолавинной галереи-виадука

Рис. 25. Изополя перемещений галереи с подвесным перекрытием

-'i- 'il 'U '

Рис. 27. Изополя перемещений противолавинной галереи-виадука

Рис. 28. Деформация подводного тоннеля от подвижного состава

нд м & » тнпяашш» га ОЗчСНЫж!

]

Рис. 30. Деформация вантового тоннеля

сэ m L?_I. п.til l i^j _

PMlc

2,8

7,5

10 OK

Рис. 32 График частотных характеристик собственных колебаний галереи-трамплина от сейсмических сил

Рис 33. График частотных характеристик собственных колебаний галереи с подвесным перекрытием от сейсмических сил

Рис 34 График частотных характеристик собственных колебаний галереи-виадука от сейсмических сил

рад/с 1С

7,5

2,5

0,5

1,5 "сек

Рис 35. График частотных характеристик собственных колебаний вангового тоннеля от сейсмических сил

рад/с 10i

7,5

2,5

2,5

7,5

10 сек

Рис. 36 Области частотных характеристик собственных колебаний предлояенных сооружений от сейсимческих сил 1 - галерея-трамплин; 2-галерея с подвесным герекрыгиец 3 -галерея-виадук 4-вантовьй тоннель

-ИРбиН/м1

Рис. 37. Графос развития напряжений в конструкциях сооруяений 1 - галерея-трамплиц 2-галерея с подвесным перекрытие^ 3 -галерея-виадук 4-вантовьй

величины прогиба мэмгнга 1 - галерея-трамплиц 2-галерея с подвесным перекрытием 3 -галерея-виадук; 4-ванговьй тоннель

10" Р («Н/м1)

Рис. 39. График нений активного давления грунта на

подпорньв стены 1 - галерея-трамплин галерея с

подвесным перекрыгиец одиночный пилон галереи-виадук

WPIkH/M")

А wmm

л у V

у / /

/

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Н(м)

Рис. 40. График из шнений активного давления грунта на

вантовый тоннелк 1 - при действии подвижной нагрузки 2 - три сейсмическом воздействии

Пятая глава посвящ ена теоретическому исследование метода конечных эле№нтов, проведена аппроксимация МКЭ к принятой методике экспериментальных исследований и предлагаемым техническим решениям искусственных сооруяений Задача динамического расчета фор полируется, как и в статическом случае в виде вариационного равенства

( 2 \ f \

д и ви

- V ¥С — V

U2 У /

a(u,vXf(t),v),t > 0 (g)

u(0)=u°, 8u/dt(0)=u,

где Uj = и (t) - точное решение; b(u,v), c(u,v) - возможные работы инерционных и демпфирующих сил, и",и' - начальные значения перемещения и скорости.

Остальные обозначения те же, что и в статической задаче.

Реализован метод решения динамической задачи, заключающийся в сочетании МКЭ с разложением по формам собственных колебаний.

N t\

uh= z «ЛФ,- (9)

i = l '

где Uj (t) - скалярные функции; /л , - базисные функции соответствующей статической задачи.

Подставив в (8) U/, вида (9) вместо U и ц (j=I.......N) вместо V, получим

систему обыкновенных дифференциальных уравнений

d2x(l) /ч /ч

М-—+С —±z+Kx(t)=P(t),

- ..... (10)

где x(t), х , х1 - векторы с элементами Xi(t) =u,(t), х,° = L,UXi'=LiU', М и С - матрицы масс и демпфирования с элементами m,j=b(fi,, fij, с^ = с(ц,, pij).

Матрица жесткости К и вектор нагрузок P(t) определяются, как и для статической задачи. Этот метод известен как полудискретная аппроксимация. Его погрешность (разность между U и U>i) по потенциальной и кинетической энергии оценивается как в совместном, так и в несовместном случаях величиной, пропорциональной hT.

Систему (10) решаем методом разложения по формам собственных колебаний.

Пусть A,., <pi <M(pt, <р/>=1, решение задачи на собственные значения

Кср =Ш<р. (11)

Задача на собственные значения (11) решается методом итерации подпространств.

Полагая в из ортогональности функции (pi получим (при

/=0

определенных предположениях относительно матрицы С), что система (10) распадается на независимые уравнения относительно у, (t):

(t)+2i;,o)—y.(t)+o)2y.{t)=P.(t),t>0,

dt

' >dt i'

где ы = я,"0-5, о<4( <1, /}(()=<?(/), (t>j>, yf=<x°, м<рл>, yx =<xx Решение уравнения (12) имеет вид:

где

Векторы инерционных сил 5,(7) вычисляются по формуле

S (t)=co2y ^Mq>.. iv 7 / i i

В расчетах используются величины

„ max 2

S«.О =/ Ь -М'

(13)

(14)

• Для ветровой нагрузки 0 = u'„ у,,

где ii'„ - нормативное значение ветровой нагрузки, у , - коэффициент динамичности, зависящий от со,, ^, и скорости ветра.

• Для сейсмической нагрузки Stfi = ^4/3,,

где А - относительная величина ускорения, р - коэффициент динамичности, зависящий от

Для импульсивной и ударной нагрузок

Л

2к

<„ - 2,5 — О о

I У

(15)

где £ , зависит от t0 , <у , t„ - время действия импульса; у/ - учитывает периодичность действия нагрузки;

Р = •{ 1

P.(x)dt - для импульса (l + v ) - для удара

установившимися > я j или неустановившимися | п < ] , где и - число

где Мо. \'о - масса и скорость ударяющего тела; v - коэффициент восстановления формы соударяющихся тел.

Коэффициент (//• зависит от того, являются ли колебания

к

Ни

повторении импульсов.

• Для гармонической нагрузки cos0f + sin0f вычисляются суммарные по всем формам инерционные силы 5/ и S2, соответствующие косинусоидальной (действительной) и синусоидальной (мнимой) составляющим:

S, = Ha.M<p.,S =ЛЬ.М<Р., 1 . i i 2 . 1 i i i

где

PUXi-Pi,2tiai . P,,2%i+PiAai

2 2 ~ 2 2

Xi +а, Xj +а,

9 , 2 и,-

(17)

(18)

Тогда

25.(0

№

(19)

В перечисленных выше вариантах воздействий возможно точное вычисление.)'/ (>)■ В остальных случаях решенияyt (^находим численно.

В частности, при расчете на сейсмическую нагрузку по акселерограмме в каждый момент времени tk задается вектор Рк. =P(h) . Тогда в (12) имеем

Далее уравнения (12) решаются методом конечных разностей по схеме Ньюмарка. Получаем значения перемещений у^ = y,(tk) и инерционных сил Si,ц = S, (lij, по которым вычисляется

max

i,i) ' , И

Ы4

(20)

При расчетах на сейсмические воздействия применили метод спектра ответов. Расчет заключается в том, чтобы при заданной функции S0(co), обычно кусочно-линейной, вычислить линейной интерполяцией значения Sf/ojJ. Функция S0(co) может быть представлена графиками спектров ускорений, скоростей или перемещений.

Рис. 41. Render-снимок ЗВ-модели лавинозащитной галереи-трамплина

Рис. 42. Render-снимок ЗВ-модели противолавинной галереи с подвесным перекрытием

Рис. 45. Render-снимок ЗВ-модели вантового тоннеля

Рис. 44. Render-снимок ЗВ-модели подводного тоннеля

Рис. 43. Render-снимок ЗВ-модели галереи-виадука

Рис. 46. Render-снимок ЗВ-модели плавучего аэродрома

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе «Новые конструктивные решения искусственных сооружений в условиях высокой сейсмической активности» отражены научные результаты, полученные в ходе теоретических, методологических и экспериментальных исследований, посвященных крупным проблемам транспортной инфраструктуры, таким как искусственные сооружения железных, автомобильных дорог, их сейсмостойкость и устойчивость в динамике нагрузок.

Сделаны научно обоснованные выводы в части как конструктивных особенностей сооружений, так и методики проведения теоретических, экспериментальных исследований.

Основными научными результатами проделанной работы являются:

1. Выявлен и рекомендован оптимальный тренд для развития транспортной инфраструктуры Киргизии и стран СНГ в части защитных сооружений, особых тоннелей и других сооружений, основанный на принципах пассивного противодействия динамическим воздействиям, что обоснованно в условиях повышенной волатильности финансово-экономических систем стран СНГ, когда целесообразно строительство долговечных сооружений.

2. Предложено гибридное техническое решение на основе интегрирования гидротехнического круглоцилиндрического устройства в конструкцию защитной галереи. Данное решение позволит повысить сопротивление галереи лавинной опасности.

3. Разработана новая конструкция лавинозащитной галереи, где конструктивный элемент, подверженный динамическим воздействиям, выполнен в виде подвешенной балки жесткости, что повысит устойчивость сооружения при сходе лавин и сейсмическом воздействии.

4. Разработано новое концептуальное решение, где горные мостовые и полумостовые-полутоннельные сооружения взаимоинтегрированы, что позволило получить конструкцию галерея-виадука. Конструктивное решение решает проблему сейсмостойкости сооружений и сопротивления другим динамическим воздействиям.

5. Предложен принцип устройства подводного тоннеля, где развивается концепция висячих систем, но с поправкой на водную среду. Конструктивное решение и способ устройства позволят строить эффективные и устойчивые подводные сооружения.

6. Предложен вантовый по конструкции и аэростатичный (или вакуумный) по принципу устройства вентиляции тоннель, где возможно достижение высокоскоростного железнодорожного движения. Конструктивная часть и способ организации внутреннего климат-контроля концептуальны.

7. Разработана конструкция плавучего аэродрома, где представляется возможность строительства площадок для взлета и посадки воздушных судов в прибрежных районах, с отсутствием свободных площадей для застройки. Этим решается важная проблема дефицита свободных земель.

8. Приняты рекомендации по методике проведения экспериментальных исследований.

9. Теоретически обоснована методика расчетов сейсмостойких искусственных сооружений.

10. Приведено экономическое обоснование предложенных конструктивных решений искусственных сооружений, рассматриваемых в диссертации.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иманалиев Т.Б. Конструкции лавинозащитных галерей с учетом сейсмического воздействия/Шроблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений: Сб. науч. трудов. Вып. 13. -Бишкек: КГУСТА, 2002. - С. 70-76.

2. Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б., Бектенов А. Конструкции водопропускных транспортных сооружений в горной местности/Шроблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений: Сб. науч. трудов. Вып. 13. - Бишкек: КГУСТА, 2002, - С. 48-51.

3. Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б., Бектенов А. Конструкции защитных галерей железных дорог в сейсмических районах//Вестник КГУСТА. Вып. 1(1). - Бишкек: КГУСТА, 2002. - С. 110-116.

4. Иманалиев Т.Б. Конструкции и расчет труб в насыпи на горных участках трассы железных дорог//Состояние и перспективы технико-экономического развития Кыргызстана: Международная научно-практическая конференция. ~ Бишкек: КГУСТА, 2003. - С. 147-153.

5. Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б. Определение ударных нагрузок от лавин и камней на защитные галереи железных дорог/УВопросы повышения качества подготовки инженерно-технических кадров: Сборник научных трудов республиканской научно-практической конференции. - Ташкент: ТАДИ, 2004. - С. 4-6.

6. Иманалиев Т.Б. Сейсмостойкость лавинозащитных галерей. Бишкек: КГУСТА, 2005, 147 с.

7. Иманалиев Т.Б. Расчетное обоснование применения стекловолокна в новом конструктивном решении защитных галерей//Вестник КазАТК им. М.Тынышпаева. - Алматы: КазАТК, 2005. - С. 37-41.

8. Тентиев Ж.Т., Иманалиев Т.Б. Определение сейсмических сил дорожных искусственных сооружений//Вестник КазАТК им. М.Тынышпаева. — Алматы: КазАТК, 2005. - С. 55-58.

9. Иманалиев Т.Б. Новое конструктивное решение лавинозащитных галерей для уменьшения динамических воздействий от снежных лавин/'/Современные проблемы и перспективы механики: материалы международной научно-практической конференции. - Ташкент: Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М. Т. Уразбаева, 2006. - С. 453г-453е.

10.Иманалиев Т.Б. Новое конструктивное решение лавинозащитных галерей для уменьшения динамических воздействий от снежных лавин//Вестник КГУСТА. Вып. 3(13). - Бишкек: КГУСТА, 2006. - С. 8-12.

11.Иманалиев Т.Б. Анализ землетрясениМВестник КГУСТА. Вып. 2 (16). -Бишкек: КГУСТА, 2007.-С. 141-147.

12.Иманалиев Т.Б. Обзор висячих мостовых сооружений//Вестник КГУСТА. Вып. 2 (16). - Бишкек: КГУСТА, 2007. - С. 152-156.

13.Иманалиев Т.Б. Сейсмическое моделирование снегозащитных галерей нового конструктивного типа//Вестник КГУСТА. Вып. 4 (18). - Бишкек: КГУСТА, 2007. - С. 154-159.

М.Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б. Влияние конструкции фундаментов на сейсмостойкость транспортных сооружений//Вестник ТашИИТ. Вып. 2. - Ташкент: ТашИИТ, 2008. - С. 17-21.

15.Иманалиев Т.Б. Сейсмические силы дорожных искусственных сооружений//Вестник КГУСТА. Вып. 3 (21). - Бишкек: КГУСТА, 2008. -С. 98-100.

16.Иманалиев Т.Б. Устройство защитных сооружений на слабых водонасыщенных грунтах//Вестник КГУСТА. Вып. 3 (21). - Бишкек: КГУСТА, 2008.-С. 101-104.

17.Иманалиев Т.Б. Современное состояние сейсмостойкого строительства//Вестник КГУСТА. Вып. 3 (22). - Бишкек: КГУСТА, 2008.

- С. 55-59.

18.Иманалиев Т.Б. Перспективные тоннели//Вестник КГУСТА. Вып. 3 (22).

- Бишкек: КГУСТА, 2008. - С. 78-83.

19.Иманалиев Т.Б. Устойчивая в динамике конструкция снегозащитной галереи//Вестннк КГУСТА. Вып. 4 (26). - Бишкек: КГУСТА, 2009. - С. 76-78.

20.Иманалиев Т.Б. Сейсмостойкая конструкция виадука//Вестник КГУСТА. Вып. 4 (26). - Бишкек: КГУСТА, 2009. - С. 79-82.

21.Иманалиев Т.Б. Сейсмоустойчивая конструкция виадука//Сборник научных трудов международной конференции по распространению упругих и упругопластических волн, посвященной 100-летию академика, Героя социалистического труда Х.А.Рахматуллина. - Бишкек: HAH КР, КГУСТА, МУИТ, КГТУ им. И.Раззакова, кафедра волновой и газовой динамики МГУ им. М.ВЛомоносова, 2009. - С. 34-37.

22.Иманалиев Т.Б. Висячая конструкция лавинозащитной галереи//Вестник КРСУ. Том 10. - Бишкек: КРСУ, 2010. - С. 102-106.

23.Иманалиев Т.Б. Оптимизация конструкции снегозащитной галереи//Вестник КРСУ. Том 10. - Бишкек: КРСУ, 2010. - С. 107-109.

24.Иманалиев Т.Б. Сейсмостойкость искусственных сооружений. Бишкек: Илим, 2010.-211 с.

25.Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б. Экология и строительство железных дорог//Вестник КГУСТА. Вып. 1 (27). - Бишкек: КГУСТА, 2010. - С. 2931.

26.Абдужабаров А.Х., Иманалиев Т.Б. Конструкции противолавинных галерей с учетом скорости лавин и сейсмичности района//Вестник КГУСТА. Вып. 1 (27). - Бишкек: КГУСТА, 2010. - С. 31-36.

27.Пат. 1307 Кыргызская Республика, МПК7 Е 01 D 11/04, F 01 F 7/04. Висячая лавинозащитная галерея-виадук/Иманалиев Т.Б.; заявитель и патентообладатель Иманалиев Т.Б. № 20100043.1; заявл. 29.03.2010; опубл. 30.11.2010, Бюл. № 11.5 с.

28.Пат. 1308 Кыргызская Республика, МПК7 Е 01 F 7/04. Лавинозащитная галерея-трамплин/Иманалиев Т.Б.; заявитель и патентообладатель Иманалиев Т.Б. № 20100029.1; заявл. 2.03.2010; опубл. 30.11.2010, Бгол. № 11.4 с.

29.Пат. 1309 Кыргызская Республика, МПК7 Е 02 D 29/063, Е 02 D 29/067, Е 02 D 29/09. Подводный тоннель/Иманалиев Т.Б.; заявитель и патентообладатель Иманалиев Т.Б. № 20100050.1; заявл. 6.04.2010; опубл. 30.11.2010, Бюл. № 11.6 с.

30.Пат. 114 Кыргызская Республика, МПК7 Е 01 F 7/4. Сейсмостойкий гаситель энергии лавины/Иманалиев Т.Б.; заявитель и патентообладатель Иманалиев Т.Б. № 20100024.2; заявл. 10.02.2010; опубл. 30.11.2010, Бюл. № 11.5 с.

31 .Пат. 118 Кыргызская Республика, МПК7 Е 21D 9/14, Е 01 D 11/02. Байтовый тоннель/Иманалиев Т.Б.; заявитель и патентообладатель Иманалиев Т.Б. № 20100029.2; заявл. 21.04.2010; опубл. 31.12.2010, Бюл. № 12. 5 с.

32.Иманалиев Т.Б. Байтовое конструктивное решение тоннелей//Техника и технология. Вып. 6 (41). - М., 2010. - С. 35-38.

33.Иманалиев Т.Б. Новая конструкция подводного тоннеля//Техника и технология. Вып. 6 (41). - М., 2010. - С. 39-43.

34.Иманалиев Т.Б. Вантовое конструктивное решение для перспективного метрополитена г. Бишкек//Наука и новые технологии. Вып. 5. - Бишкек, 2010.-С. 20-23.

35.Иманалиев Т.Б. Конструкция противолавинной галереи на основе висячей системы//Наука и новые технологии. Вып. 5. - Бишкек, 2010. - С. 29-33.

36.Иманалиев Т.Б. Концепция локализации взлетно-посадочной полосы// Вестник КГУСТА. Вып. 4 (30). - Бишкек: КГУСТА, 2010. - С. 46-49.

37.Иманалиев Т.Б. Железнодорожный тоннель для высокоскоростного сообщения//Вестник КГУСТА. Вып. 4 (30). - Бишкек: КГУСТА, 2010. -С. 50-53.

38.Иманалиев Т.Б. Конструкции противолавинных галерей в районах с повышенной сейсмической активностью//Естественные и технические науки. Вып. 1 (51).-М., 2011.-С. 285-287.

39.Иманалиев Т.Б. Оценка лавинной опасности при выборе конструкций галерей //Наука и новые технологии. Вып. 1. - Бишкек, 2011. - С. 21-24.

40.Иманалиев Т.Б. Выбор конструкций защитных галерей от геологических условий местности//Наука и новые технологии. Вып. 1. - Бишкек, 2011. — С. 28-33.

41.Иманалиев Т.Б. Арочно-вантовая несущая система для виадуков//Вестник КазАТК. Вып. 2. - Алматы: КазАТК, 2011. - С. 4-8.

42.Иманалиев Т.Б. Новое конструктивное решение подводных тоннелей с оптимальным заглублением в водной среде//Вестник КазАТК. Вып. 2. -Алматы: КазАТК, 2011.-С. 8-12.

РЕЗЮМЕ Иманалиев Темир Болотбекович Жасалма курулуштардын жер титирееге туруштук беруучу жацы конструкциялары 05.23.01 - куруучулук тузулуштер, имараттар жана курулуштар взектуу сездер: жасалма курулуш, кочкуден коргоочу галерея, тоннель, аэродром, кепуролук курулуш, виадук, ванттык жана асма тутум, пилон, катуулук устуну, трос, кабель, созуу, жер титирееге туруштук беруу, жер титиреелук оолактандыруу, жер силкинуу, езунче силкинуунун турлеру жана мезгилдери, динамикалык таасир, топурак, топурактын басымы, кар-аба агыны, чьщалуу, чьщалган-формасы езгерген абал, катуулук, бекемдик, жуктее, динамика.

Диссертациялык иш сунуш кылынган жасалма курулуштардын жуктеенун динамикалык жер титирее, кыймылдуу, шамал, кечку белуктеруно туруштук беруу жендемун чьщоого жана апардын бекемдик мунездемесун оптималдаштырууга арналган. Бул асма жана ийкемдуу тузулуштегу тутумдардын негизинде жасалма курулуштардын сунуш кылынган техникалык чечимдери аркылуу жетишилет.

Теориялык жактан жол жасалма курулуштарынын иши жер титирееге туруштук бериши боюнча жана жер силкинуулерунун бул курулуштарга таасири изилденди. Сунуш кылынган тузулуштердун езунчо термелуулерунун турлеру жана мезгилдери аныкталды.

Эксперимент жузунде кечкуден коргоочу галереянын типтуу модели аркылуу сунуш кылынган техникалык чечимдердин жер титирееге туруштук беруусу далилденди. Компьютердик моделдеенун жардамы менен кошумча сынак изилдеелеру жургузулду жана алар мурда Ташкент механика жана курулуштардын жер титирееге туруштук беруусу институтунда жургузулген сынактардан алынган натыйжаларды бекемдеди.

РЕЗЮМЕ Иманалиев Темир Болотбекович Новые конструктивные решения искусственных сооружений в условиях высокой сейсмической активности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения Ключевые слова: искусственное сооружение, лавинозащитная галерея, тоннель, аэродром, мостовое сооружение, виадук, вантовая и висячая система, пилон, балка жесткости, трос, кабель, оттяжка, сейсмостойкость, сейсмоизоляция, сейсмическое колебание, формы и периоды собственных колебаний, динамическое воздействие, грунт, грунтовое давление,

снеговоздушная струя, напряжение, напряженно-деформированное состояние, жесткость, прочность, нагрузка, динамика.

Диссертационная работа посвящена повышению устойчивости предложенных искусственных сооружений в среде сейсмических, подвижных, ветровых, лавинных динамических составляющих нагрузок и оптимизации их прочностных характеристик. Это достигается по существу предложенных технических решений искусственных сооружений на основе висячих и податливых конструктивных систем.

Теоретически исследована работа дорожных искусственных сооружений на сейсмостойкость и воздействие сейсмических колебаний на указанные сооружения. Определены формы и периоды собственных колебаний предлагаемых конструкций.

Экспериментально на типовой модели противолавинной галереи доказана сейсмостойкость предложенных технических решений. С помощью компьютерного моделирования проведены дополнительные

экспериментальные исследования, что подтвердило ранее полученные результаты проведенных экспериментов в Ташкентском институте механики и сейсмостойкости сооружений.

SUMMARY Temir Bolotbekovich Jmanaliev New designs of engineering structures in high seismic activity 05.23.01 - engineering structures, buildings, and constructions

Key words: engineering structure, avalanche gallery, tunnel, air-field, bridgework, viaduct, cable-stayed and suspension structural system, pylon, stiffening beam, tow, cable, anchor stay, seismic resistance, seismic isolation, earthquake vibration, forms and periods of self-induced vibrations, dynamic loading, dirt, soil pressure, snow air stream, tension, stressed-deformed state, rigidness, resistibility, force, dynamics.

The thesis work is devoted to stability improvement of proposed engineering structures in the environment of seismic, movable, wind, and avalanche dynamic constituent forces and optimization of their resistibility characteristics. It is achieved in essence of proposed technical decisions of engineering structures on the basis of suspension structural and compliance structural systems.

Functioning of road engineering structures on seismic resistance and impact of earthquake vibrations for mentioned structures is investigated theoretically. Forms and periods of self-induced vibrations of proposed constructions are defined.

Seismic resistance of proposed technical decisions is experimentally proved on standard model of avalanche gallery. With the help of computer generated simulation additional experimental investigations are hold; it has proved formerly obtained results of hold experiments in Tashkent Institute of Mechanics and Seismic resistance of structures.

ИМАНАЛИЕВ ТЕМИР БОЛОТБЕКОВИЧ

НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Автореферат диссертации

Редактор С.Е.Аксененко

Подписано в печать 17.05.2011 г. Формат 60x84 71б 2 уч.-изд. л. Печать офсетная. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ №1229 Отпечатано в типографии Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова. 720020, г.Бишкек, ул. Малдыбаева, 34,6.