УДК  630*378

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТА ПЕРЕД  ЛЕСОСПЛАВНОЙ  АНКЕРНОЙ ОПОРОЙ С УТЯЖЕЛИТЕЛЕМ

 

Calculation of Stresses on the River Bed in front of Heavy Weight Timber Rafting Anchor Support Structure

 

Машьянов И.С., Вихарев А.Н.,  Попов А.Л., Долгова И.И. (Северный (Арктический) федеральный университет им. Ломоносова, Архангельск, РФ)

Mashyanov I.S., Vikharev A.N., Popov A.L., Dolgova I.I. (Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)

 

Рассмотрена конструкция анкерной опоры предназначенная для крепления лесосплавных гидротехнических сооружений в русле реки. Приведены  исследования взаимодействия анкера с грунтом.

 

The paper outlines the design principles of an anchor support  aimed at fixing timber rafting waterside structures to the river bed. Research outcomes regarding force interaction between the structure and the river bed are considered.

 

Ключевые слова: лесосплав, анкер, держащая сила

Key words: timber rafting, anchor, holding power

 

Одним из важных и доступных видов транспортирования древесины является водный транспорт леса. Для его надёжного функционирования требуются лесосплавные опоры. К ним крепятся и удерживаются в проектном положении лесосплавные гидротехнические сооружения. Авторами предлагается новая конструкция опоры с утяжелителем [1], которая может использоваться в качестве русловой и повышает надежность крепления наплавных сооружений при изменении направления действия эксплуатационной нагрузки. Конструкция опоры, условия применения и монтаж приведены в [2].   

На первом этапе исследований определялись формы грунтовых призм выпирания, образующихся перед анкерной опорой с утяжелителем при её вертикальном сдвиге и линии скольжения призм. Расчетная схема представлена на рис.1. Глубина заложения анкера Н. Расчет теоретических форм грунтовых призм выпирания основан на методе квазипотенциального моделирования напряженного состояния грунтового массива. Его суть заключается в применении теории потенциальных полей течений для расчета напряженного сплошного массива. В дальнейшем модель адаптируется к реальным грунтовым условиям [3]. Действие от внешней нагрузки на анкер является вертикальным.

Напряжения от действия анкера моделируются потенциальным потоком типа "источник". Значения безразмерных осевых составляющих поля напряжений «источника» [4]:

 

 

1 - канат, 2 – анкер, 3 - утяжелитель

Рисунок 1- Схема анкерной опоры с утяжелителем

 

 

                        (1)

 

Распределение напряжений от действия массива грунта можно представить в виде:

                                    (2)

Приняв масштабную единицу напряжений  Эти напряжения можно представить в безразмерном виде: 

                                          (3)

где Hp– глубина погружения мнимого полюса - "источника".

Напряжения q от утяжелителя или пригруза запишем в виде:

                                                      (4)

где m – масса груза;

      А – площадь контакта утяжелителя с грунтом.

Напряжения от утяжелителя можно представить в виде напряжений от столба грунта высотой h. Тогда

                                               (4)

Выразим высоту столба от напряжений q        

                                                     (5)

Представим напряжения от утяжелителя в безразмерном виде, разделив на масштабную единицу .

                                                    (6)

Линии скольжения криволинейных призм определяются положением результирующих линий тока Y суммарного поля. Они проходят через соответствующие кромки анкера. Функции силовых линий нельзя выразить явно посредством алгебраического сложения полей. Поэтому форму Y  следует определить на основе  векторной суммы напряжений:

.                                               (7)

Направление  соответствует  углу наклона q касательной к Y в каждой точке, тангенс которого определяется согласно схемы:

 .                                             (8)

Построение линий скольжения в квазипотенциальной среде выполняется с помощью последовательных элементарных приращений Dx или Dy, начиная от кромок анкера точек A и В, согласно формуле:

или     .                                    (9)

Построение заканчивается при условии yi=H.

В результате были рассчитаны теоретические формы линий скольжения для относительных глубин  (отношение глубины заложения анкера к диаметру) равным 2, 3 и 4.

Рисунок 2 - Теоретические линии скольжения

        

Дальнейшие исследования направлены на регистрацию экспериментальных линий скольжения грунтовых призм и сравнение теоретических и экспериментальных призм скольжения.

 

Список использованных источников

1. Патент на полезную модель №135056 РФ. Устройство для крепления наплавных сооружений в русле реки / А.Н. Вихарев, Г.Я. Суров, И.С. Машьянов. – Опубл. 27.11.2013. Бюл. № 33.

2. Вихарев А.Н., Машьянов И.С. Лесосплавная анкерная опора с утяжелителем // Актуальные проблемы лесного комплекса / Под общей редакцией Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 37.  Брянск: БГИТА, 2013.  С.128-130.

3. Вихарев А.Н., Гагарин П.Н. Моделирование напряженного состояния грунта вблизи работающего анкера //  Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2006, № 4. С.41-46. 

4.  Вихарев А.Н. Расчет формы призмы выпирания грунта при вертикальном сдвиге анкера круглой формы методом квазипотенциального моделирования // Совершенствование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: сб. науч. тр. факультета природных ресурсов АГТУ, Вып. 4. Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2010. С. 80-86.