Д.А. Сомова, студ 4 к.
Факультет «Воднотранспортные и шельфовые
сооружения»
Одесский национальный морской университет
(Одесса, Украина)
Выбор программного обеспечения для моделирования и расчета гидротехнических сооружений
© Сомова Д.А., 2014
Повсеместное распространение программных систем, основанных на использовании метода конечных элементов (МКЭ), позволяют упростить решение гидротехнических задач. Путь решения состоит из следующих основных этапов компьютерного расчёта:
cоздание модели;
выбор программного обеспечения для реализации расчёта;
проверка модели;
собственно расчёт;
верификация результатов.
Для проверки соответствия модели реально конструкции, адекватности в связи с верификацией уместно выполнить: проверку данных (например, графическое отображение), проверку общего равновесия – сумма реакций ровна сумме нагрузок, проверку локальных равновесий по подсистемам, проверку на соответствие видимой картины деформирования заданным условиям опирания, проверку имеющихся условий симметрии, оценку общей картины напряженно-деформированного состояния конструкции и сопоставление деформаций с распределением внутренних сил.
В морской гидротехнике также используется МКЭ для моделирования таких конструкций, как: больверк, экранированный больверк, больверк с разного типа анкеровкой, эстакады и прочие. Для расчёта данных конструкций предлагается рассмотреть такие комплексы программного обеспечения.
1. SCAD. Комплекс включает развитую библиотеку конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотельных и комбинированных конструкций, модули анализа устойчивости, формирования расчетных сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинаций загружений. В состав комплекса включены программы подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций и проверки сечений элементов металлоконструкций.
2. ANSYS – программа для решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.
3. PLAXIS. В процессе двухмерных и трёхмерных расчётов, доступных в программах PLAXIS, определяются напряжения, деформации, прочность (устойчивость) в сложных геотехнических системах с учётом совместной работы инженерных конструкций и их взаимодействия с грунтом на этапах строительства, эксплуатации и реконструкции.
4. LIRA - инструмент для численного исследования прочности и устойчивости конструкций и их автоматизированного проектирования методом конечных элементов.
5. Z-SOIL.
6. Autodesk Robot Structural Analysis Professional.
Каждый программный комплекс обладает особенностями, которые определённо важно учитывать при выборе, так как в зависимости от типа конструкции и направленности ожидаемых результатов каждое программное обеспечение носит абсолютно разный характер.
Inż. Konrad Sząber
Dr inż. Ludmiła Filina-Dawidowicz
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Wydział Techniki Morskiej i Transportu
(Szczecin, Polska)
ANALIZA INFRASTRUKTURY TRANSPORTU KOLEJOWEGO
W WOJEWÓDZTWIE ZACHODNIOPOMORSKIM W POLSCE
© Sząber K., Filina-Dawidowicz L., 2014
Województwo zachodniopomorskie położone jest na północno - zachodnich krańcach Rzeczypospolitej Polskiej, u wybrzeży południowej części Morza Bałtyckiego. Województwo to graniczy z trzema województwami, od południowego kierunku z województwem lubuskim, od południowo-wschodniego z województwem wielkopolskim, a od wschodniego kierunku z województwem pomorskim. Zachodnia granica województwa stanowi jednocześnie zachodnią granicę Polski z Republiką Federalną Niemiec. Województwo zachodniopomorskie jest piątym co do wielkości powierzchni województwem w Polsce i zajmuje obszar 22 892,48 km. Według danych z 30 czerwca 2013 r. miało 1,72 mln mieszkańców [6].
Celem niniejszego artykułu jest dokonanie analizy infrastruktury kolejowej w województwie zachodniopomorskim.
W Polsce w 2012 roku znajdowało się 20 094 km czynnych linii kolejowych, dzięki czemu Polska znalazła się na trzecim miejscu wśród krajów Unii Europejskiej za Niemcami i Francją pod względem posiadanej długości linii kolejowych na swoim terytorium. Średnio na 100 km2 przypada 6,4 km torów, co plasuje Polskę pośrodku listy wśród państw członkowskich Unii Europejskiej.
W województwie zachodniopomorskim funkcjonuje 1254 km linii kolejowych oraz widoczna jest przewaga linii jednotorowych (833 km) w stosunku do linii dwutorowych (421 km). Tabela 1 przedstawia porównanie parametrów linii kolejowych między średnimi wartościami w Polsce a wartościami w województwie zachodniopomorskim, według stanu z dn. 31.12.2012 roku.
W tabeli 2 został przedstawiony udział procentowy długości poszczególnych linii kolejowych na terenie województwa zachodniopomorskiego z uwzględnieniem maksymalnej
Tabela 1
Parametry techniczno- eksploatacyjne linii kolejowych w Polsce i w
województwie zachodniopomorskim (stan na 31.12.2012)
Lp. |
Obszar |
Długość linii [km] |
Zelektryfiko-wane linie [km] |
Jednotorowe linie [km] |
Dwu lub więcej torowe linie [km] |
Linie przypadające na 100 km2 terenu [km] |
1 |
Polska |
20094 |
11920 |
11262 |
8832 |
6,4 |
2 |
Woj. zachodniopomorskie |
1254 |
749 |
833 |
421 |
5,3 |
[opracowanie własne na podstawie [5]]
prędkości rozkładowej pociągów. Obecnie w województwie maksymalna prędkość rozkładowa od 120 do 160 km/h jest osiągana w głównej mierze na linii kolejowej nr 351, należącej do układu E-59. W ostatnich latach, wobec technicznej degradacji linii kolejowej nr 273, to właśnie na linii nr 351 jest prowadzony transport ładunków do portów morskich w Szczecinie i w Świnoujściu, co z kolei wymusiło modernizacje pewnych odcinków tej linii i polepszenie parametrów prędkościowych. Niestety brak jest obecnie magistralnych linii kolejowych, na których obowiązują maksymalne rozkładowe prędkości powyżej 160 km/h.
Istotne znaczenie dla funkcjonowania rynku przewozów towarowych w województwie zachodniopomorskim mają porty w Szczecinie i w Świnoujściu. Na terenach zarządzających przez spółkę Zarząd Morskich Portów Szczecin i Świnoujście (ZMPSiŚ) znajduje się 75 302,23 m torów kolejowych, w tym 55 419,93 m w porcie w Szczecinie oraz 19 882,30 m w porcie w Świnoujściu. Tory umiejscowione są na sześciu bocznicach, z czego 4 znajdują się w Szczecinie, a pozostałe dwie w Świnoujściu. W 2012 roku udział transportu kolejowego
w obsłudze ładunków w tych portach wyniósł 43,6 %, a w 2010 roku stanowił 56,5% [2]. Obecnie ZMPSiŚ dokonuje modernizacji linii kolejowych w portach, co ma przyczynić się do zwiększenia efektywności i udziału transportu kolejowego w procesach obsługi ładunków.
Województwo zachodniopomorskie charakteryzuje się specyficznym układem linii kolejowych, które w dużej mierze krzyżują się wokół największego ośrodka miejskiego województwa – Szczecina, tworząc szczeciński kolejowy węzeł komunikacyjny (rys. 1).
Tabela 2
Udział procentowy poszczególnych linii kolejowych na terenie
województwa zachodniopomorskiego (stan na 31.12.2012)
Lp. |
Kategoria |
Maksymalna prędkość rozkładowa Vp [km/h] |
Procentowy udział długości linii kolejowych na terenie województwa zachodniopomorskiego [%] |
1.
|
Magistralne
|
160 ≤ Vp |
0 |
120≤Vp≤160 |
21 |
||
2. |
Pierwszorzędne |
80≤Vp≤120 |
45 |
3. |
Drugorzędne |
40≤Vp≤80 |
32 |
4. |
Miejscowego znaczenia |
Vp<40 |
2 |
[opracowanie własne na podstawie [3]]
Szczeciński węzeł kolejowy jest otoczony stacjami: Trzebież Szczeciński, Szczecin Gumieńce, Goleniów, Stargard Szczeciński i Gryfino. W ramach węzła najważniejszymi stacjami obsługującymi ruch pasażerski są Szczecin Główny i Szczecin Dąbie, a stacjami odprawiającymi ruch towarowy są stacje Szczecin Port Centralny i Szczecin Gumieńce.
W pobliżu węzła występują również ograniczenia zdolności przelotowej, jak chociażby na odcinku Szczecin Podjuchy - Szczecin Port Centralny. Ponadto, jest brak łącznicy kolejowej, która łączyłaby stacje Szczecin Port Centralny z posterunkiem odgałęźnym Dziewoklicz w kierunku stacji Szczecin Gumieńce. Funkcjonowanie takiej łącznicy mogłoby znacznie skrócić czas podróży np. z kierunku Wrocławia do kolejowego przejścia granicznego Szczecin Gumieńce. Dużym mankamentem szczecińskiego węzła kolejowego jest stan techniczny urządzeń sterowania ruchem. Urządzenia te, z racji swojego wieku są bardzo wyeksploatowane i awaryjne. Niezbędne wydają się modernizacje tych urządzeń [1].
Rys. 1. Szczeciński węzeł kolejowy [3]
Na terenie zarządzanym przez Zakład Linii Kolejowych w Szczecinie znajduje się łącznie 1958 różnych obiektów inżynieryjnych (w tym mostów, wiaduktów, przepustów) o łącznej długości eksploatacyjnej wynoszącej 61042,08 m [4].
Stan zachodniopomorskich linii kolejowych stwarza warunki zapewnienia spójności terytorialnej dla mieszkańców województwa (np. istnieje możliwość podróżowania pociągami zelektryfikowanymi do innych miast bez przesiadek). Jednak niezbędne są inwestycje w utrzymanie tych linii, w tym przeprowadzenie remontów mijanek na liniach jednotorowych, okresowych przeglądów i modernizacji rozjazdów na stacjach węzłowych itp.
Na podstawie planów i założeń przedstawionych w Master Planie dla transportu kolejowego, a także biorąc pod uwagę strategię rozwoju województwa, można stwierdzić, że w przypadku spełnienia wszystkich określonych zadań, perspektywa rozwoju infrastruktury kolejowej w województwie zachodniopomorskim przedstawia się obiecująco. Realizacja tych założeń może spowodować, że rola infrastruktury kolejowej w województwie zachodniopomorskim znacząco umocni się w ramach transeuropejskiej sieci transportowej TEN-T. Porty w Szczecinie i Świnoujściu będą klasyfikowane na liście TEN-T zarówno jako porty morskie, jak i śródlądowe. Kluczowe dla przyszłości tych portów wydaje się włączenie ich do korytarza transportowego Bałtyk - Adriatyk.
Literatura
1. Koncepcja Szczecińskiej Kolei Metropolitarnej. - Szczecin: Stowarzyszenie Inżynierów
i Techników Komunikacji, 2012.
2. Kwiatkowski W. Raport kolejowy. Dane statystyczne Zarządu Morskich Portów
Szczecin i Świnoujście. - Szczecin, czerwiec 2012.
3. Materiały z konferencji naukowo- technicznej pt. „Rozwój infrastruktury kolejowej w
województwie zachodniopomorskim”. – Szczecin, 2012.
4. Materiały wewnętrzne Zakładu Linii Kolejowych w Szczecinie. -Szczecin, 2013.
5. Transport. Wyniki działalności. Dane statystyczne za 2012 rok. Urząd statystyczny. –
Warszawa, 2013.
6. http://www.szczecin.pl
Inż. Anna Ewa Szerszeń,
Dr inż. Magdalena Kaup
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Wydział Techniki Morskiej i Transportu
(Szczecin, Polska)
ANALIZA PRZYCZYN I LICZBY WYPADKÓW PODCZAS PRZEWOZU BENZYNY NA TERENIE POLSKI
© Szerszeń A.E., Kaup M., 2014
Dokonujący się postęp techniczny w ostatnich dziesięcioleciach w transporcie drogowym spowodował zwiększenie zapotrzebowania na surowce ropopochodne, w tym benzynę. Obecnie przewozy towarów niebezpiecznych stanowią 10% ogółu wszystkich przewozów drogowych. Zasady i warunki w ruchu krajowym i międzynarodowym zostały uregulowane Umową europejską dotyczącą międzynarodowego przewozu drogowego towarów niebezpiecznych (ADR).
W Polsce jest przewożone około 100 mln t materiałów niebezpiecznych, z czego największy udział mają paliwa silnikowe. Obserwowany jest wzrost wielkość przewozów tego typu ładunków z roku na rok, co jest spowodowane stałym wzrostem motoryzacji na terenie kraju.
Celem artykułu jest przeanalizowanie liczby wypadków drogowych podczas przewozu ładunku niebezpiecznego - benzyny w latach 2001 - 2010, a także przyczyn ich powstawania na terenie Polski.
Zazwyczaj główną przyczyną wypadków drogowych są nieprawidłowe zachowania jej użytkowników. Człowiek uważany jest za najsłabszy element systemu człowiek – pojazd – droga. Wykazano, że około 60 % wszystkich wypadków wynikało z nieprawidłowych zachowań człowieka, a w kolejnych 30%, zachowania te były jedną z dwóch lub trzech przyczyn [1]. Najczęstsze błędy powodowane były z winy kierującego, następnie pieszego, ale także pasażera.
Innym czynnikiem mającym wpływ na powstanie wypadku drogowego z udziałem pojazdu przewożącego ładunek niebezpieczny jest droga i jej otoczenie. Istniejący stan infrastruktury ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa transportu. Istnieje wiele problemów związanych z infrastrukturą, wpływających na bezpieczeństwo ruchu, do których można zaliczyć [2]:
ruch tranzytowy przez tereny zabudowane;
niski stan techniczny nawierzchni;
brak dróg o dużej przepustowości;
zaniedbania w utrzymaniu i remontach dróg.
Sieć dróg w Polsce jest bardzo zróżnicowana, co wynika z rozwoju gospodarczego poszczególnych regionów. Pomimo tego, że infrastruktura jest lepiej rozwinięta w dużych miastach, to jej stan nie jest do końca zadawalający i odbiega od warunków, jakie panują w większości krajów Europy Zachodniej. Drogi na terenie Polski zostały zmodernizowane lub zbudowane w latach 70-tych i były dostosowywane do ówczesnych warunków technicznych. Nawierzchnia ich została zaprojektowana na 20-letni okres użytkowania, przy czym zmieniły się obecnie warunki eksploatacji [3]. Można zatem stwierdzić, że infrastruktura drogowa w Polsce nie jest przystosowana do nowych uwarunkowań (wciąż zwiększającej się liczby pojazdów) i nie odpowiada w pełni aktualnemu zapotrzebowaniu.
Analiza wypadków drogowych wykazała, że ich zdecydowana większość ma miejsce wieczorem i w nocy. Zatem ważne jest zapewnienie właściwej widoczności na drodze przez całą dobę, a w szczególności jej oznakowanie, które powinno być czytelne i zrozumiałe dla kierowców, w tym też cudzoziemców.
Z obserwacji wynika, że oznaczenia na drogach, czy sposoby komunikacji z kierowcami, wpłynęły na podwyższenie poziomu bezpieczeństwa na drodze. Jednakże nie każdy system może to zapewnić w sposób wystarczający i zapobiec popełnianiu błędów przez człowieka.
Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na bezpieczeństwo przewozu są panujące na drodze warunki atmosferyczne. Obok złego wyszkolenia technicznego kierowców są one jednym z głównych przyczyn kolizji i wypadków na drogach. Zła nawierzchnia w połączeniu z opadami atmosferycznymi bardzo wydłuża drogę hamowania pojazdu. Instalacja różnego rodzaju systemów (np. ASR, ESP czy ABS), które wspomagają prowadzenie pojazdu w trudnych warunkach pogodowych jest zatem bardzo wskazana.
Stan techniczny pojazdów, a zwłaszcza używanie odpowiednich opon podczas opadów śniegu, ma niebagatelny wpływ na prawidłowe prowadzenie samochodu. Opady deszczu czy śniegu powodują śliskość nawierzchni, następstwem czego, w takich warunkach pogodowych, może być poślizg, wypadnięcie pojazdu na łuku drogi lub utrata kontroli nad pojazdem.
Niekorzystnymi czynnikami atmosferycznymi są też mgła, która ograniczona widoczność, intensywne promienie słoneczne, czy silny wiatr na otwartych przestrzeniach czy mostach, który może zepchnąć pojazd i zablokować tor drugiemu kierowcy, albo spowodować przewracanie drzew na drogę.
Przeprowadzona analiza wykazała, że w latach 2001 – 2010 na obszarze Polski miało miejsce łącznie 1313 wypadków z udziałem ładunków niebezpiecznych. Liczba zaistniałych wypadków jest duża, a czynnikami je powodującymi były błędy ludzkie, zły stan infrastruktury drogowej oraz niekorzystne warunki atmosferyczne. W tabeli 1 przedstawiono liczbę wypadków pojazdów przewożących benzynę na terenie poszczególnych województw w latach 2001-2010, natomiast na rysunku 1 przedstawiono schemat rozwoju zdarzeń podczas wypadku pojazdu przewożącego benzynę na terenie województwa pomorskiego.
Zdecydowanie najwięcej wypadków miało miejsce na terenie województwa mazowieckiego (246). Następne w kolejności były województwa: kujawsko-pomorskie (129), pomorskie (121) i śląskie (105). Najmniej wypadków odnotowano na terenie województwa łódzkiego (20). Można również zauważyć, że po wejściu Polski do Unii Europejskiej w 2004, w większości województw nastąpiło zmniejszenie liczby wypadków.
Tabela 1
Wypadki w transporcie benzyny na terenie Polski
Województwo |
Liczba wypadków |
||||||||||
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2000-2010 |
|
Dolnośląskie |
13 |
15 |
12 |
10 |
11 |
9 |
6 |
8 |
5 |
6 |
95 |
Kujawsko-Pomorskie |
8 |
10 |
11 |
27 |
16 |
22 |
16 |
11 |
10 |
8 |
129 |
Lubelskie |
9 |
11 |
14 |
12 |
7 |
13 |
8 |
5 |
5 |
3 |
87 |
Lubuskie |
5 |
8 |
3 |
4 |
3 |
3 |
0 |
1 |
1 |
4 |
32 |
Łódzkie |
4 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
20 |
Małopolskie |
8 |
6 |
7 |
9 |
9 |
13 |
15 |
14 |
8 |
6 |
95 |
Mazowieckie |
29 |
34 |
27 |
25 |
23 |
37 |
25 |
18 |
15 |
13 |
246 |
Opolskie |
7 |
8 |
11 |
4 |
6 |
4 |
5 |
6 |
3 |
1 |
55 |
Podkarpackie |
5 |
2 |
4 |
9 |
3 |
4 |
7 |
2 |
4 |
1 |
41 |
Podlaskie |
7 |
10 |
6 |
6 |
6 |
4 |
12 |
1 |
2 |
4 |
58 |
Pomorskie |
16 |
24 |
10 |
9 |
8 |
11 |
16 |
11 |
10 |
6 |
121 |
Śląskie |
9 |
6 |
13 |
9 |
23 |
15 |
9 |
9 |
7 |
5 |
105 |
Świętokrzyskie |
2 |
4 |
1 |
0 |
5 |
0 |
0 |
2 |
4 |
3 |
21 |
Warmińsko-Mazurskie |
4 |
4 |
5 |
8 |
13 |
4 |
4 |
6 |
2 |
2 |
62 |
Wielkopolskie |
8 |
11 |
2 |
6 |
2 |
3 |
7 |
4 |
6 |
6 |
55 |
Zachodniopomorskie |
6 |
9 |
6 |
10 |
13 |
8 |
7 |
11 |
12 |
8 |
90 |
Razem |
140 |
164 |
135 |
150 |
150 |
152 |
138 |
110 |
95 |
78 |
1313 |
Dzięki większym nakładom na infrastrukturę drogową, które pozwoliły na modernizację istniejących dróg i budowę nowych połączeń, zmieniły się warunki jazdy na polskich drogach. Ponadto, częstsze kontrole prowadzone przez Inspekcję Transportu Drogowego czy Policję oraz duża liczba fotoradarów również miały wpływ na poprawę poziomu bezpieczeństwa na polskich drogach.
Podsumowując, należy stwierdzić, że pojazdy ciężarowe i zespoły pojazdów poruszające się po drogach stanowią ogromne zagrożenie dla innych uczestników ruchu. Ponadto pojazdy przewożące ładunki niebezpieczne, w tym benzynę stanowią zagrożenie również dla środowiska i całego najbliższego otoczenia. Usuwanie skutków tych wypadków jest procesem długotrwałym i niełatwym do realizacji, a jednocześnie wymaga odpowiedniego sprzętu i właściwie wyszkolonych służb ratowniczych. Przestrzeganie wszystkich przepisów prawnych dotyczących transportu benzyny drogą, wraz z kontrolą ich przestrzegania oraz odpowiednią wiedzą osób odpowiedzialnych za obsługę i transport tego ładunku powinno przyczynić się do ograniczenia liczby i skutków tych wypadków.
Rys.1. Schemat rozwoju zdarzeń wypadku cysterny na drodze krajowej numer 7
Literatura
Bąk J. Wypadki drogowe a kształcenie młodych kierowców. - Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Transportu Samochodowego, 2003.
Walawski J. Droga – bezpieczeństwo ruchu. - Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 1980.
Zielińska S. ADR 2005-2007. Transport samochodowy towarów niebezpiecznych.- Gdańsk: ODiDK, 2005.