Спосіб розміщення та закріплення легковагових довгомірних залізобетонних конструкцій на зчепі залізничних платформ

1. Спосіб розміщення та закріплення легковагових довгомірних залізобетонних конструкцій на зчепі залізничних платформ, який включає використання демпфірувальних елементів, встановлених у вузлах зчеплення платформ та турнікетів, встановлених по центру середньої та на крайніх платформах зчепу, причому турнікети на крайніх платформах мають верхні рухомі опорні частини, а закріплення залізобетонних конструкцій здійснюють одним кінцем відносно верхньої опорної частини турнікета, розміщеного на середній платформі, а іншим кінцем - відносно верхньої опорної частини турнікета, розміщеного на одній з крайніх платформ зчепу, який відрізняється тим, що турнікет на середній платформі також оснащений U 2 (19) 1 3 рувальні елементи. Цей спосіб застосовується і є раціональним для легковагових довгомірних вантажів для відповідного значення їх мас, при якому сумарна вага від двох кінців вантажів, що приходиться на середню платформу, не перевищує її вантажопідйомності. Наприклад, при рівномірному розподілі маси вантажу по його довжині та використанні залізничних платформ вантажопідйомністю до 65 тон, цей спосіб є прийнятним та забезпечує раціональне використання рухомого складу для легковагових вантажів, маса яких не перевищує (65 - Р) тон кожен, де Р - це маса турнікета, встановленого на середній платформі зчепу. При цьому має місце економія одної залізничної платформи порівняно з варіантом розміщення цих же вантажів на двох зчепах з двох платформ. Недоліком цього способу розміщення та закріплення вантажів важливого класу - залізобетонних конструкцій - є те, що при ударах на сортувальних станціях та під час маневрових робіт залізобетонні конструкції утримуються нерухомим несучим турнікетом, встановленим на середній платформі зчепу. Це призводить до виникнення значних розтягуючих зусиль в транспортованих конструкціях, особливо довгомірних. Проте широко відомо, що залізобетонні конструкції у своєму проектному положенні добре працюють на стискання і погано на розтягування (відношення відповідних, допустимих нормами, максимальних зусиль становить 10:1; див., наприклад, Б.В. Якубовский, «Железобетонные и бетонные конструкции». - М.: «Высшая школа», 1970. - 728 с.). Це призводить до недопустимого будівельними нормами тріщіноутворення, околів, оголення арматури тощо, що виключає використання таких конструкцій за їх прямим призначенням після транспортування. В основу корисної моделі було покладено наступну задачу створення способу розміщення та закріплення легковагових довгомірних залізобетонних конструкцій на зчепі залізничних платформ: шляхом ліквідації горизонтальних розтягуючих зусиль в залізобетонних конструкціях забезпечити збереження їх експлуатаційної якості на стадії транспортування залізницею. Поставлена задача вирішується тим, що у способі розміщення та закріплення легковагових довгомірних залізобетонних конструкцій на зчепі залізничних платформ, який ґрунтується на використанні демпфірувальних елементів, встановлених у вузлах зчеплення платформ, та турнікетів, встановлених по центру середньої та на крайніх платформах зчепу, причому турнікети на крайніх платформах мають верхні рухомі опорні частини, а закріплення залізобетонних конструкцій здійснюється одним кінцем відносно верхньої опорної частини турнікета, розміщеного на середній платформі, а іншим кінцем - відносно верхньої опорної частини турнікета, розміщеного на одній з крайніх платформ зчепу, згідно корисної моделі, турнікет на середній платформі також оснащено рухомою верхньою опорною частиною і її встановлюють по центру нижньої опорної частини цього ж турнікету з можливістю вільного поздовжнього її переміщення від центру зчепу платформ на величину, що 53604 4 дорівнює величині сумарної максимальної деформації всіх демпфірувальних елементів, а верхні опорні частини турнікетів на крайніх платформах встановлюють з попереднім зміщенням відносно середини відповідних нижніх опорних їх частин в напрямку від центру зчепу платформ на величину, що дорівнює 1/2 величини сумарної максимальної деформації всіх демпфірувальних елементів, встановлених між платформами зчепу. При цьому можливе вільне поздовжнє переміщення верхніх рухомих опорних частин турнікетів, розміщених на крайніх платформах зчепу, в напрямку від центру зчепу платформ дорівнює 1/2 величини сумарної максимальної деформації всіх демпфірувальних елементів, встановлених між платформами зчепу, а в напрямку центру зчепу платформ - 3/2 величини цієї ж деформації. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає в наступному. 1. Перша ознака корисної моделі, пов'язана з тим, що турнікет, встановлений на середній платформі, має також рухому верхню опорну частину, дає можливість вільно пересуватись обом кінцям залізобетонних конструкцій, які є обпертими на середню платформу, в обох поздовжніх напрямках відносно неї. Це означає, що турнікет, встановлений на середній платформі зчепу, завжди буде неутримуючим у кожному поздовжньому напрямку на відміну від прототипу. 2. Друга ознака корисної моделі, пов'язана з попереднім зміщенням верхніх рухомих частин турнікетів відносно середини кожної крайньої платформи в напрямку від центру зчепу платформ на величину, що дорівнює 1/2 величини сумарної максимальної деформації всіх демпфірувальних елементів, дозволяє ліквідувати розтягуючі навантаження на залізобетонні конструкції при поздовжніх поштовхах. Якщо залізобетонні конструкції розмістити та закріпити згідно із запропонованим способом, то утримуючим (несучим) завжди буде передній (по ходу руху зчепу платформ) опорний турнікет. Розглянемо екстремальні режими руху зчепу, а саме його гальмування або поздовжній удар у вже сформований состав декількох залізничних вагонів. Очевидно, що при цьому в транспортованих залізобетонних конструкціях виникають поздо вжні інерційні сили Fін , які прикладені в центрах їх мас. Зазначені сили примушують залізобетонні конструкції разом із верхніми рухомими опорними частинами відповідних турнікетів зміщуватись у відповідному поздовжньому напрямку (у напрямку  початкової швидкості V0 удару). Першим вичерпує свій вільний хід від середини зчепу (який дорівнює 0,5 величини деформації внутрішніх демпфірувальних елементів зчепу) верхня рухома частина переднього (по ходу руху зчепу платформ) турнікета. В той же час на задньому (по ходу руху зчепу платформ) турнікеті верхня рухома його частина не вибирає свого вільного ходу через те, що він здійснюється в напрямку до середини зчепу та спеціально вибраний втричі більшим, ніж вільний хід верхньої рухомої частини на 5 передньому турнікеті від середини зчепу. На середньому турнікеті верхня рухома його частина також не вибирає свого вільного ходу через те, що він вибраний вдвічі більшим в кожному поздовжньому напрямку, ніж вільний хід верхньої рухомої частини на передньому турнікеті. Отже, виявляється, що пакет залізобетонних конструкцій в поздовжньому напрямку закріплений (або утримується) за передній свій кінець (по ходу руху зчепу платформ). Тепер розглянемо напрямки дії сил, прикладених до пакету залізобетонних конструк цій. Інерційна сила Fін прикладена в центрі мас кожної конструкції і направлена по ходу руху зчепу  платформ, а утримуюча сила R x прикладена до упора (обмежувача) нижньої нерухомої частини турнікета на передній (по ходу руху) платформі у протилежному (ходу руху зчепу) напрямку. В свою  чергу сила R x через верхню опорну частину турнікета передається на передній кінець залізобетонної конструкції, що обпирається на цю крайню платформу. Таким чином, на ділянці залізобетонної конструкції між її переднім кінцем та точкою  прикладання інерційних сил Fін виникають тільки стискаючі зусилля. Вони будуть діяти також і в зонах, розташованих між дальніми кінцями конструкцій (відносно точки утримування) та їх серединами. Весь динамічний процес, описаний вище, має таку просту аналогію: стержень, що летить горизонтально і стикається переднім своїм кінцем з перешкодою, зазнає у всіх своїх перерізах тільки стискаючі зусилля. Таким чином, нами показано, що попереднє поздовжнє зміщення верхніх рухомих частин турнікетів на крайніх платформах зчепу у напрямку від середини зчепу платформ дає можливість виключити розтягуючі зусилля в транспортованих залізобетонних конструкціях. 3. Третя ознака, пов'язана з вибором величин вільного ходу верхніх рухомих частин турнікетів, встановлених на крайніх платформах зчепу, дозволяє зняти передавання розтягуючих тягових зусиль, що виникають в демпфірувальних елементах зчепу, на транспортовані конструкції в процесі взаємних коливальних рухів платформ зчепу вже після удару. Отже, всі три зазначені ознаки в сукупності дають можливість забезпечити збереження експлуатаційної якості залізобетонних конструкцій при транспортуванні залізницею. Покажемо, як здійснюється розміщення і закріплення залізобетонних конструкцій на прикладі зчепу трьох залізничних платформ з використанням запропонованого способу. На Фіг. 1 показано зчеп із трьох платформ, завантажених довгомірними залізобетонними конструкціями згідно запропонованого способу, у статиці; на Фіг. 2 - зчеп із трьох платформ, завантажений згідно запропонованого способу, у динаміці з відображенням діючих поздовжніх сил. Перед встановленням довгомірних залізобетонних конструкцій 1 на зчепі з трьох платформ 2, 53604 6 оснащених демпфірувальними елементами 3-8 та встановленими рухомими турнікетами 9 на крайніх платформах і рухомим турнікетом 10 на середній, верхні рухомі рами 11 турнікетів 9 зміщують по нижніх рамах 12 так, щоби після цього довжина їх вільного ходу в сторону від середини зчепу платформ дорівнювала б одинарній (2 ), а в сторону середини зчепу платформ - потроєній (6 ) максимальній деформації величиною 2 (стискання розтягування) демпфірувальних елементів, розташованих між середньою та крайніми платформами зчепу. Верхня рухома рама 13 турнікета 10 встановлюється по центру нижньої рами 14 з можливістю вільного ходу в довільному напрямку від центра зчепу платформ, що дорівнює подвоєній (4 ) максимальній деформації величиною 2 демпфірувальних елементів 4-5 або 6-7. Обмежувачами переміщень верхніх рухомих рам по нижніх нерухомих рамах на кожному турнікеті слугують упори 15 та виступи 16. Після зазначеного розміщення верхніх рухомих рам відносно нижніх рам великогабаритні залізобетонні конструкції 1 закріплюють одним кінцем відносно верхньої рухомої рами 11 турнікета 9, розташованого на одній з крайніх платформ зчепу, а іншим - на верхній рухомій рамі 13 турнікета 10, розташованого на середній платформі. При використанні такого способу розміщення та закріплення залізобетонних конструкцій на зчепі платформ завжди несучим буде передній по ходу удару турнікет, розташований на одній з крайніх платформ зчепу, причому це не залежить від того, в якому з двох напрямів відбувається зіткнення. Цей факт пояснює наявність в довільних перерізах залізобетонних конструкцій тільки стискаючих навантажень. Обґрунтуємо необхідність спеціального вибору величин різних зазорів (вільного ходу) верхніх рухомих частин турнікетів відносно нижніх, а потім розглянемо весь динамічний процес удару для зчепу платформ, завантажених згідно запропонованого способу (Фіг. 2). Відстань між торцями сусідніх платформ може змінюватись в залежності від деформації демпфірувальних елементів 4-7 і дорівнює L± 2 . Після удару зчепу платформ спочатку деформуються зовнішні демпфірувальні елементи 8, в результаті чого в транспортованих конструкціях та платформах зчепу виникають поздовжні інерційні  сили Fін . Зазначені сили примушують переміщуватись весь пакет, що складається з двох конструкцій А і В, у напрямі вектора V0 початкової швидкості відносно платформ зчепу. Коли на передньому (по ходу руху зчепу) турнікеті вибрано вільний хід величиною 2 , то на турнікеті середньої платформи верхня рухома частина переміщується вправо також на величину 2 , причому зліва від упора 15 залишається зазор величиною 6 , а зліва - 2 . Останній зазор верхніх рухомих частин турнікетів спеціально вибрано величиною 2 через те, що в цьому положенні можлива віддача (розтягнення) демпфірувальних елементів 6-7 на таку ж саму величину 2 у процесі відносних коливань середньої та крайньої зліва платформ зчепу. Тим самим 7 виключається можливе перетворення середньої платформи на несучу (утримуючу) у поздовжньому напрямку, роль якої завжди повинна відігравати тільки передня по ходу удару крайня платформа. На крайній платформі зліва в положенні, коли вибрано вільний хід величиною 2 на крайній платформі справа, упор 15 також переміщується на величину 2 вправо, становлячись у положення, при якому зліва та справа від нього залишаються зазори величиною 4 . Величина цих зазорів вибрана саме такою через те, що в цьому положенні можлива одночасна віддача (розтягування) усіх чотирьох демпфірувальних елементів 6-7 та 4 -5 на таку ж саму величину 4 у процесі відносних коливань середньої та крайньої зліва платформ зчепу. Це дозволяє виключити можливе перетворення крайньої зліва платформи в утримуючу (несучу) у поздовжньому напрямі, роль якої (як було вже сказано) завжди повинна виконувати передня по ходу удару крайня платформа. Початковий зазор величиною 2 було вибрано з умови вільного проковзування верхніх рухомих частин турнікетів у процесі руху зчепу платформ у складі поїзда при стисканні елементів 4-5 та 6-7 на величину 2 . Завдяки цьому виключена можливість передачі тягового зусилля у цих демпфірувальних елементах через залізобетонні конструкції (небажані удари упорів 15 о виступи 16 на цій стадії руху). Отже, у запропонованому способі несучим турнікетом завжди буде передній (по ходу удару) турнікет на крайній платформі для довільного напряму удару зчепу платформ та утримання транспортованих конструкцій відбувається саме на передньому турнікеті. Покажемо тепер, як описаний спосіб утримання конструкцій призводе до реалізації поставленої мети - виключенню горизонтальних розтягуючих зусиль у транспортованих залізобетонних конструкціях. Розглянемо процес удару зчепу трьох плат 53604 8 форм, завантажених згідно запропонованого способу (Фіг. 2). Нехай завантажений зчеп накочується на перешкоду зліва направо у напрямку вектора V0. Після того, як на передній (по ходу удару) платформі буде вибраний вільний хід величиною 2 , упор 15 верхньої рухомої частини 11 турнікета 9 вступає у взаємодію із виступом 16 нижньої нерухомої частини 12 в точці D. Тому в точці D виникає гори зонтальна сила реакції в'язі R x , яка направлена у протилежному напрямі по відношенню до вектора V0 початкової швидкості удару зчепа. З цього моменту утримування пакету конструкцій 1 у горизонтальному напрямку виконується на правому турнікеті 9 у точці D для вибраного напрямку удару (Фіг.  2). Інерційні сили Fін прикладені в центрах мас конструкцій 1 у точках А і В та їх дія компенсується  протилежно направленою реакцією в'язі R x . Че  рез те, що сили R x та Fін є протилежно направленими, вони створюють тільки зони стискання між точками їх прикладання. Таким чином, в зонах В-D і А-F виникають тільки стискаючі напруження; те ж саме можна сказати і про зони С-В та Е-А. Аналогічно вищезазначеним будуть відбуватися динамічні процеси під час удару зчепу у протилежному напрямку, проте утримуючим вантаж буде вже турнікет, встановлений на крайній зліва платформі. Отже, запропоновані ознаки дозволяють отримати очікуваний технічний результат: шляхом ліквідації горизонтальних розтягуючих зусиль в залізобетонних конструкціях забезпечити збереження їх експлуатаційної якості на стадії транспортування залізницею. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 53604 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601