Определение потребных тяговых усилий для передвижки сооружений

При передвижке сооружений на цилиндрических катках по рельсам возникают силы трения, стремящиеся препятствовать его движению. Сущность трения качения состоит в том, что каток под воздействием нагрузки несколько деформируется и кривизна контура его поперечного сечения на участке А—Б изменяется. Вместе с тем деформируется и опорная площадка рельсов. При неподвижном положении катка деформации будут симметричны относительно его вертикальной оси, и суммарные реактивные напряжения по поверхностям опирания катка составят равнодействующую, проходящую через ось катка (рис. 51, а).
Как только к сооружению будет приложена горизонтальная сила T, превышающая сопротивление трению качения, сооружение начнет передвигаться, получая поступательное движение, а катки — поступательное движение и вращение по плоскостям сопряжения.

Если катки движутся по нескольким параллельно уложенным рельсам одного пути, то расчет их можно вести по схеме неразрезной балки.
В точках опирания катка на рельсы возникают опорные реакции, неравные по величине из-за неравенства двух сосредоточенных сил, передающих вес здания на катки через две продольные ходовые балки.
В результате все действия неравных по величине опорных реакций вызывают различные деформации — смятия катка и рельсов в местах их контакта.
Из-за неравенства величин деформаций поверхностей взаимного контакта катка и рельсов активная сила тяги, приложенная в верхней грани катка, и реактивная сила сопротивления движению, приложенная в нижней грани, образуют крутящий момент, центр вращения которого не совпадает с центром сечения катка. Величины крутящих моментов в местах опирания катка на различные рельсы одного пути зависят от величин деформаций катка, а также от форм поверхностей рельсов и ходовых балок, в связи с этим они не могут быть одинаковыми при различных величинах вертикального опорного давления.
Поэтому к каждому катку в местах опирания его на рельсы приложены неравные крутящие моменты. Это является одной из причин смещения осей катков с перпендикулярного направления к продольной оси рельсовых путей. Необходимо отметить, что на смещение катков влияют также неточности в расположении рельсов, ходовых балок, размеров диаметров катков, внецентренность приложения тяговых усилий и др. При парных ходовых балках одного пути на малозагруженных участках (между узловыми нагрузками) нагрузка на катки иногда передается только одной ходовой балкой.
Из-за смятия поверхностей контакта реакции каждой опоры не проходят через центр о и образуют препятствующие движению крутящие моменты, которые должны будут преодолеваться при движении. Величины крутящих моментов можно определить из уравнения моментов относительно оси вращения катка (рис. 51, б):

откуда

где T — горизонтальное тяговое усилие, действующее на каток, т;
D — диаметр катка, м;
Q — нагрузка на каток, т;
f1 — плечо качения, соответствующее материалам, из которых изготовлены ходовые балки и катки;
f2 — плечо качения, соответствующее материалам, из которых изготовлены рельсы и катки.
В наших условиях можно принять f1 = f2, следовательно,

где r — радиус катка, м.
Для первоначального смещения сооружения требуется приложить дополнительное усилие на преодоление сил инерции состояния покоя.
Величина этого усилия T определяется из равенства

где Q — вес сооружения, т;
V — скорость движения, м/сек;
с — время разгона, сек;
g — ускорение силы тяжести, м/сек2.
Кроме приведенных сопротивлений при передвижке сооружения, перекрепленного на рельсовые пути, приходится учитывать и осадку основания, которая обычно увеличивается после того, как сооружение простоит некоторое время на катках. Величины этих добавочных сопротивлений для различных по конструкциям сооружений и грунтов будут разными.
При сооружении, подобному монолиту, нагрузка на основание распределяется более равномерно и величину дополнительного сопротивления при перемещении сооружения на необжатый грунт можно принять одинаковой (по осадке) для расчета всех опорных узлов. При подсчете дополнительного сопротивления для такого сооружения необходимо предварительно определить величину осадки основания (рекомендуется методом послойного суммирования), после чего соответствующим расчетом устанавливать величину потребного тягового усилия для перемещения сооружения на необжатый грунт, как для случая движения с подъемом по наклонной плоскости.
Установим величину влияния угла наклона α, приняв его равной 1°.
При качении по горизонтальной плоскости горизонтальное тяговое усилие выражается величиной

Принимая f = 0,05 см и r = 7,2 см, получим

При качении по плоскости с углом наклона, равным 1°, величина сопротивления будет:

При принятых значениях α, f и r величина сопротивления движению возрастает в 3,5 раза. Отсюда становится понятным влияние осадки сооружения на увеличение потребного тягового усилия, если приходится его передвигать с подъемом.
При передвижке нежестких сооружений осадка каждой части происходит самостоятельно, нагрузка распределяется неравномерно. Здесь будут иметь место различные по величине осадки на разных площадях основания, вследствие этого дополнительные сопротивления при перемещении на необжатый грунт надо определять для каждой опорной конструкции в отдельности. Эти добавочные сопротивления для сооружений с большой площадью основания и многочисленными узловыми нагрузками потребуют большого количества расчетов.
Кроме того, величина сопротивления перемещению сооружения резко возрастает из-за того, что под катки набивается пыль. Смазывать катки не рекомендуется, так как они ничем не прикрыты и к смазанным каткам пристает пыли больше, чем к несмазанным.
Ниже приведены данные, характеризующие величины дополнительного сопротивления передвижке ряда зданий на основе проводившихся исследований.
Для первоначального смещения дома № 24 по ул. Горького (Москва) весом 23000 г с площадью основания 50х60 м и со многими узловыми нагрузками потребовалось усилие примерно в 2 раза большее, чем для последующего перемещения дома. При этом работали две лебедки, в то время как при перемещении достаточно было тягового усилия одной лебедки.
Практикой установлено, что чем тщательнее проведены подготовительные работы и чем меньше времени прошло с момента посадки здания на катки до начала его передвижки и чем больше общий модуль деформации грунтов, тем меньшее усилие потребуется на преодоление дополнительного сопротивления при сдвиге с места.
Например, при передвижке дома № 77 по ул. Осипенко (Москва) весом 8050 т для его первоначального смещения потребовалось усилие, равное 400 т (или примерно 5% от веса здания), а для перемещения только 240 т (примерно 3% от веса дома). При передвижке дома № 31 по ул. Горького (Москва) весом 20000 н для первоначального смещения дома потребовалось примерно в 1,5 раза больше усилия, чем для его последующего перемещения. Основание под пути для передвижки было сделано из бетона (щебенка с хорошим заполнением пустот раствором), тогда как основание под пути передвижки дома № 24 по ул. Горького состояло из слоя кирпичного щебня толщиной 25 см, уплотненного дорожным катком.
При передвижке здания цейхгауза в Новом Орлеане (США) весом 4100 т для первоначального его смещения потребовалось усилие, равное 252 т. (6,15%), а для последующего перемещения — 155 т (3,8%) Здание передвигалось по роликам, реборды которого соприкасались с боковой гранью полок балок, что вызывало дополнительное сопротивление.
Для определения целесообразности применения катков для передвижки четырехэтажного каркасного здания больницы в Нью-Йорке был проделан следующий опыт. В стороне от здания устроили подобную (принятой для здания больницы) ходовую конструкцию ограниченной протяженности и загрузили такой же нагрузкой, какая приходилась на колонну здания (74 г). Для первоначального смещения конструкции потребовалось тяговое усилие, равное 1,73%, а для дальнейшего перемещения 1,15% от веса передвигаемого груза. Небольшая величина тяговых усилий объясняется малой осадочностью свайного основания, по которому проложили пути для передвижки ходовой конструкции.
Из опыта надвижки пролетных строений мостов известно, что усилие, требуемое для первоначального смещения, в 2 раза превышает усилие, необходимое для их дальнейшего перемещения.
Таким образом, при проектировании величину тягового усилия для передвижки сооружений по естественным основаниям следует принимать равным 5% от веса сооружения. Эти пределы зависят главным образом от возможных величин осадок грунтов основания. При этом следует добиваться, чтобы разность величины осадок основания не вызывала повреждений в передвигаемом сооружении. Исходя из этих соображений, рекомендуется также, чтобы величина тягового усилия не превышала 5% от веса передвигаемого сооружения,
Проектируя распределение тяговых усилий вдоль фронта передвигаемого здания, необходимо стремиться, чтобы равнодействующая сопротивления движению совпадала с равнодействующей тяговых усилий. Для удобства проектирования составляют таблицу распределения нагрузок от веса здания по путям передвижки (форма 4).

При большом количестве путей тяговые усилия распределяются не по всем путям, а только по некоторым.
Сначала находят положение равнодействующей сил сопротивления тяги. Затем определяют статический момент сил сопротивления тяги каждого пути относительно крайнего и величину статического момента делят на сумму всех сил сопротивления и находят расстояние от крайнего пути до центра приложения равнодействующей. В соответствии с полученными данными распределяют тяговые усилия. Если представляется возможным, то следует свести эксцентриситет к нулю. Натурными исследованиями установлено, что вполне допустима величина эксцентриситета в пределах 2—3% от длины фронта здания, вдоль которого распределяются тяговые усилия.