Особенности работ при передвижке сооружений по кривой

При передвижке здания под углом в одном или в нескольких направлениях стены здания остаются параллельными к их первоначальному направлению. Если же передвигаемое сооружение необходимо повернуть под некоторым углом к его первоначальному положению, то передвижку целесообразно осуществить по такой кривой, которая обеспечит одновременно и передвижку и поворот.
Если место нового расположения здания позволяет производить передвижку, пользуясь одной системой готовых конструкций и путей, то экономически это будет наиболее выгодно. Необходимо отметить, что передвижка может производиться не только по концентрическим кривым круга, но и по другим кривым, если эти кривые могут быть разбиты на отдельные участки, приближенно составляющие дуги окружностей.
При передвижке сооружения по кривой отклонение его от заданного положения происходит быстрее, чем при передвижке по прямой. Это объясняется более быстрым смещением катков. Поэтому при такой передвижке приходится чаще проверять положение катков и выправлять их.
Передвижку здания по кривой производили домкратами, установленными на многих путях. Ввиду разной скорости перемещения на каждом пути нарезка винтов домкратов и гаек была различной. Как было сказано ранее, для передвижки по кривой целесообразно применять гидравлические домкраты, которые стоят дешевле и меньше подвергаются износу.
При передвижке сооружения электродомкратами с ходом винта 40—50 см обычно после каждого этапа перемещения проверяют и выправляют положение всех катков. Ввиду большой скорости выхода винта электродомкратов выправлять положение катков во время движения невозможно.
Для правильного перемещения сооружения по кривой концы катков, расположенные ближе к центру вращения, должны пройти более короткий путь, чем вторые концы, более удаленные от центра вращения. Однако вследствие того, что применяемые катки имеют форму цилиндра, а не конуса, для радиального перемещения они должны катиться и еще проворачиваться на месте, т. е. перемещаться юзом.
Из практики передвижки зданий установлено, что часть катков несколько отстает от радиального движения, часть перемещается параллельно самим себе и небольшая часть — заворачивается в обратную сторону Этим и объясняется потребность в более частом выправлении положения катков при движении сооружения по кривой.
Замена цилиндрических катков коническими нецелесообразна, поскольку дополнительно требуется:
1) понижение вертикальных отметок внешних рельсовых путей и концов шпал, на которые они опираются, или установка подкладок под внутренние рельсы путей;
2) некоторое понижение отметки внутренних ходовых балок и установка их с наклоном в соответствии с углом конусности катка,
3) наличие нескольких комплектов цилиндрических катков для передвижки в прямом направлении и разных конических — для криволинейных путей:
4) выправление положения сооружения из-за того, что при применении конических катков создается еще и горизонтальная сила, двигающая сооружение в сторону, к центру вращения.
Ниже излагаются некоторые результаты исследования сооружений при передвижке их по кривой.
При передвижке по кривой дома № 77 по Садовнической ул. (Москва, ныне ул. Осипенко) было замечено, что после некоторых этапов передвижки (уже во время нахождения здания в покое) на ближайших к центру вращения путях (в 100 м от центра вращения) происходил удар в ходовых конструкциях.
Звук от удара был услышан на расстоянии 25—30 м и сопровождался заметным на глаз горизонтальным сотрясением крайней торцовой стены 6-этажной части здания. Наблюдениями было установлено, что удар получался от самопроизвольного горизонтального перемещения нижних полок ходовых балок вдоль катков из-за накопления ходовыми балками во время движения по кривой большой потенциальной энергии.
Эти удары происходили от того, что напряжения в балках от крутящего момента к концу этапа движения достигали больших значений и превышали силу сопротивления трению скольжения. Надо считать, что в данном случае оба конца катка были сильно загружены.
При передвижке других сооружений по кривой с большими (передвижка зданий на территории строительства канала Москва—Волга) и меньшими радиусами кривизны (Глазная больница в Москве) таких явлений (ударов и сотрясений) не наблюдалось. Отсутствие ударов, сотрясений, очевидно, является следствием большой жесткости ходовых балок в горизонтальном направлении.
При передвижке сооружений по кривой тяговые усилия создают момент, поворачивающий сооружение, горизонтальные составляющие этих усилий приложены в точках касания ходовых балок с катками. Эти горизонтальные усилия, действующие на каждую пару ходовых балок, одинаковы по величине, но различны по скорости. В связи с этим дальние (внешние) и ближайшие (внутренние) к центру вращения здания концы катков стремятся пройти разный по длине путь.
При одинаковой нагрузке на оба конца катков внешний конец катка, двигаясь и преодолевая трение качения, будет затормаживаться зажимающим его внутренним концом, т е. будет получать юз в сторону, обратную движению. Внутренний конец катка, продвигаясь вперед качением, получит юз за счет сил, закручивающих каток от нагрузки, приложенной к внешнему концу катка в направлении его движения. Дополнительную длину пути, которую каток проходит под воздействием угла закручивания от крутящего момента, можно определить расчетом.
Стальные катки сплошного сечения применяются диаметром 144 мм. Расстояние между точками приложения усилий при двухниточном рельсовом пути составляет 700 мм. Нагрузку на один конец катка принимаем равной 15 т, а коэффициент трения скольжения во время движения — 0,1.
Модуль упругости сдвига G = 800000 кгс/см2.

Ввиду незначительности (0,16 мм) размера длины пути прохождения внешнего конца катка от воздействия крутящего момента в дальнейших выводах этот результат не учитывается.
Обозначив длину теоретического продвижения центра катка через l, получим длину пути по внешнему концу катка l+Δl, а по внутреннему концу l-Δl. У цилиндрического катка длина пути как его внешнего, так и внутреннего конца должна быть одинаковой теоретической длине:

Следовательно, катки при одинаковой загрузке их концов, симметричности расположения ходовых балок относительно рельсов путей и горизонтальности основания должны передвигаться во взаимно параллельном положении и вследствие этого будут смещаться с радиального направления при каждом этапе передвижки (длина выхода винта домкрата с одной позиции).
Детальные исследования с необходимыми измерениями были произведены (инж. P.И. Ароновым) при передвижке по кривой здания Глазной больницы в Москве. Здание передвигали электродомкратами, которые располагались вдоль путей и имели разные скорости выхода винтов, обеспечивающие движение здания без смещения.
Катки применили цилиндрические диаметром 144 мм и длиной 1,2 м. Здание передвигалось по 19 круговым путям, имевшим один центр. Передвижка осуществлялась отдельными этапами. Длина каждого этапа передвижки была примерно одинаковой и соответствовала длине хода винта домкрата. За один этап выхода винта домкрата здание получало угловое смещение 0°26'—0°27' Весь поворот здания был выполнен за 224 подвижки.
Измерения производились на трех разных путях. На путях с радиусами кривизны 45,5 и 61,55 м ходовые балки к началу измерения были расположены асимметрично по отношению к осям круговых путей. Это обусловило асимметричную нагрузку на концы катков и повлияло на величину их перемещения. Только на одном пути радиусом кривизны 12,4 м, но не по всей длине ходовых балок последние были симметрично расположены по отношению к рельсам путей.
Положение катков по отношению к рельсам путей фиксировали при помощи металлических шаблонов. Высота шаблона соответствовала половине высоты катка. Боковую поверхность рельсов закрашивали мелом. Величину смещения катка фиксировали при помощи рисок, наносимых стальными чертилками. Перемещения катков замерялись по внешним граням наружных и внутренних рельсов путей передвижки, а расстояние между рисками измеряли стальной линейкой с точностью до 1 мм.
Перемещение катков в течение семи последовательных этапов передвижки здания по пути с радиусом кривизны 12,4 м показало следующее. За первые четыре этапа передвижки внешний конец катка переместился на большее расстояние, чем внутренний конец катка, средняя длина пути опережения за эти четыре этапа составила (4,5 + 17 + 13 + 21) : 4 = + 14 мм.
За остальные три этапа передвижки внутренний конец катка опережал перемещение внешнего его конца, а средняя линия пути опережения составила (—2—9—3,5) : 3= —5 мм.
Такое различие по длине пути перемещения концов катка (забег) может быть объяснено, в основном, неодинаковой степенью защемления (загрузки) их концов. Если бы катки перемещались при взаимно параллельном положении, то разница в длине пути перемещения их концов была бы равна нулю, а если бы они перемещались радиально, то забег внешнего конца катка относительно внутреннего был бы равен 28 мм.
При сопоставлении данных, соответствующих измерениям, произведенным при передвижке Главной больницы, установлено, что наружный конец катка при движении описывает несколько больший путь, чем его внутренний конец.
Причины такого перемещения катков были установлены при помощи дополнительно проведенных исследований перемещения катков на специально изготовленной модели.
Модель территории передвижки представляла собой плоскость в виде прямоугольной мраморной плиты, на которой тушью нанесли радиальные линии, исходящие из одного центра. В качестве катков были применены шлифованные цилиндрические болванки диаметром 12 мм, а нагрузкой этих катков служили две толстые прозрачные стеклянные плиты шириной 8 см, уложенные одна на другую и соединенные струбцинами. Для обеспечения поворота стеклянной плиты без смещения центр ее соединили с мраморной плитой, для чего к торцовой стороне верхней стеклянной плиты жестко прикрепили один конец медной трубки, а другой конец шарнирно закрепили с центром пересечения радиальных линий, нанесенных на мраморной доске.
Стеклянная плита (сдвоенная) перемещалась по мраморной доске на участке, очерченном двумя кривыми (тангенциальными линиями), траектория ее движения была постоянной. Минимальный радиус поворота (внутренняя грань стеклянной плиты) составлял 30 см, максимальный (внешняя грань стеклянной плиты) — 38 см.
Многократное перемещение катков показало, что во всех случаях они перемещаются во взаимно параллельном положении. На рис. 61, а и 61, б видно первоначальное положение катков и положение их после передвижки. На этой модели передвижение по кривой обеспечивалось без смещения, следовательно, толкающие усилия не могли влиять на величину смещения здания с намеченного пути кругового движения.
На этой же модели было установлено, что каши, у которых забег внешнего конца по отношению к радиусу был равен 1/4 величины поворота здания за исследуемый этап передвижки, имели после этого такой же забег, но по отношению к радиусу внутреннего конца катка. Следовательно, для того, чтобы здание во время передвижки меньше смещалось с намеченного пути (при условии одинаковой и симметричной нагрузки обоих концов катков), необходимо устанавливать катки с забегом вперед внешних их концов.

Длина пути в 2 раза меньше длины пути здания, так как здание, расположенное на катках, проходит путь движения катков по рельсам и самого здания по каткам. Таким образом, угол поворота забега катков по сравнению с его радиальным положением должен составить 1/4 угла поворота здания за рассматриваемый этап передвижки. Если здание за один этап передвинется по кривой на угол 0°30', то угол перемещения катка при его переходе из одного радиального положения в другое будет 0°15', следовательно, угол предварительного забега внешнего конца катка следует принять равным 0°7' 30".
При такой величине смещения и при воздействии одинаковой и симметричной нагрузки на концы катков в первой половине каждого этапа передвижки здание должно поворачиваться сравнительно быстро, с постепенным замедлением темпов передвижки во второй половине этапа. К концу второй половины этапа передвижки угол поворота катка будет меньше начального угла его установки на величину, равную половине угла поворота здания.
Из сопоставления фактических показателей перемещения: катков при передвижке здания Глазной больницы с соответствующими показателями перемещения здания на модели следует вывод, что на практике большое количество катков перемещается с некоторым поворотом, т е. траектория движения расположена между прямолинейным и радиальным направлениями (14 мм вместо 28 мм), а на опытной модели — во взаимно параллельном направлении.
Такое расхождение между данными опытных испытаний и практики объясняется тем, что при передвижке здания внешние концы катков загружены значительно больше, чем внутренние, тогда как на модели небольшая нагрузка равномерно распределена по всей длине катков.
Действительно, не трудно убедиться (рис. 62), что площадь нагрузки части здания, опирающейся на какой-либо отрезок одного криволинейного рельсового пути, можно представить в виде трапеции. Следовательно, при равном расстоянии между путями на внешние концы катков приходится большая площадь основания здания (нагрузки), поскольку дуга ВС>АД.
Руководствуясь результатами проведенных исследований и практическим опытом, можно рекомендовать следующий порядок установки при передвижке зданий но кривой.

После теоретического определения среднего угла смещения за один этап передвижки все катки для каждого последующего этапа устанавливаются с предварительным забегом, разным 1/4 угла смещения здания.
Чтобы облегчить работу по установке катков соответственно принятому углу предварительного забега, рекомендуется пользоваться шаблоном, о котором говорилось выше. Благодаря регулированию винтов (рис. 60), можно придать выступающей части шаблона любой угол поворота.
Необходимо отметить, что результаты проведенного исследования (и их анализа) не согласуются с выводами канд. техн. наук В.Г. Киркина, утверждающего, что «самозаворачивание» катков является только следствием их радиального расположения.
В.Г. Киркин в своих доказательствах о самозаворачивании катков базируется на следующих данных: 1) катки цилиндрические; 2) нагрузки на катки одинаковые и приложены на равном расстоянии от концов катка, 3) ходовые балки располагаются симметрично по отношению к рельсам путей; 4) рельсы путей уложены на одной горизонтальной плоскости.
Из проведенных исследований передвижки здания на модели следует, что при указанных условиях катки будут перемещаться только во взаимно параллельном положении и, следовательно, утверждения В.Г. Киркина ошибочны.
В соответствии с этим, поскольку катки сами не заворачиваются, неприменима и его рекомендация об усовершенствовании тяговых усилий даже без учета не оправдавшей себя конструкции винтового электродомкрата.