книги / Проектирование транспортных сооружений

ный вариант; 7, 8 —границы областей, для которых удовлетворяются ограничения D, и D7\ 9 —граница области оптимальных решений

Если проектирование ведется без использования ЭВМ, то число со­ поставляемых вариантов ограничено, критерий оптимальности обычно бывает не выбранным, а функция цели не сформулирована. Выбор на­ илучшего варианта требует высокой квалификации проектировщика. Может оказаться при этом, что лучшее решение не рассматривалось сов­ сем. Такое положение с большой вероятностью исключается при авто­ матическом поиске оптимального варианта. При этом число рассмат­ риваемых вариантов составляет несколько десятков и прорабатывают­ ся они достаточно подробно. ЭВМ определяет область допустимых ре­ шений, а границы этой области, соответствующие минимальным и мак­ симальным значениям параметров вариантов Bt и В.2, назначает ин­ женер (рис. 14.10, а).

Оптимальное решение находится в области допустимых решений с экстремумом целевой функции, однако оно не является лучшим. После получения от ЭВМ данных о рассмотренных вариантах проектировщик, учтя дополнительные ограничения, фиксирует границу, за пределами которой они не удовлетворяются, кроме того, на области допустимых решений обозначается граница, за которой простая задача проектиро­ вания не имеет решений (см. рис. 14.10, а).

Наибольшее значение имеет практически оптимальное решение, входящее в область допустимых решений и одновременно в области, удовлетворяющие дополнительным ограничениям.

Среди методов поиска оптимальных решений известен простой пере­ бор вариантов. Этот метод позволяет получить полное представление о всей области допустимых решений, однако при большом количестве вариантов он становится нерациональным из-за значительных затрат машинного времени. Может быть разработан такой алгоритм поиска оптимальных решений, при котором вначале простым перебором гру­ бо обследуется область допустимых решений, а потом направленным автоматическим поиском находятся оптимальные решения.

381

Глава 15 ЭСТАКАДЫ МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГ

1S.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГАХ

Развитие транспортных связей в крупных современных городах привело к возникновению нового вида транспорта — монорельсового. Его название связано с особым типом несущей конструкции, называе­ мой монорельсом, представляющей собой балку или ферму, по кото­ рой перемещается поезд. Опоры с закрепленной на них балкой-моно­ рельсом образуют монорельсовую дорогу 1161.

Несмотря на возведение в городах эстакад, тоннелей и других транспортных сооружений, средняя скорость движения автомобилей остается весьма низкой. Это во многом связано с непрерывным увеличе­ нием числа автомобилей индивидуального пользования, не обеспечи­ вающих возрастание пропускной способности улиц по пассажирам.

Рост городов, создание новых пригородных районов с крупными промышленными предприятиями, развитие городов-спутников, а так­ же вынос аэропортов на сравнительно большое расстояние от города требуют обеспечения быстрого сообщения. Во многих случаях это возможно при выделении путей для проезда в специальные уровни, где движению не препятствует существующая уличная сеть. Наиболее эффективными оказываются скоростной трамвай, метрополитен и мо­ норельсовый транспорт. Сравнение стоимости строительства и эксп­ луатационных затрат показывает, что монорельсовая дорога в несколь­ ко раз дешевле трамвая, метрополитена, наземной железной дороги и даже автострады. Это вызвано следующими преимуществами монорель­ совых дорог.

1. Поезда по монорельсовым дорогам могут двигаться со скоростя­ ми от 60 до 150 км/ч и с интервалом в 1,5—2 мин, что обеспечивает высокую пропускную способность (5—30 тыс. пассажиров в час).

2.Монорельсовая дорога обеспечивает высокую безопасность дви­ жения, так как не пересекается с другими транспортными потоками

иможет быть оборудована автоматической сигнализацией, блокиров­ кой и управлением.

3.На условия движения по монорельсовой дороге заметного влия­ ния не оказывают погодные условия.

4.Трассу монорельсовой дороги проще проложить в районах с

густой'застройкой, так как опоры для монорельса в большинстве слу­ чаев могут быть приняты одностоечной конструкции, занимающие не­ значительные пространства. Станции для посадки и высадки могут располагаться внутри городских кварталов и даже зданий, что позво­ ляет доставлять пассажиров непосредственно к цели их поездки (вок­ зал, магазин, предприятие и т. д.).

383

Рис. 15.1. Общий вид монорельсовой дороги

5. Строительство монорельсовых дорог ведется в основном инду­ стриальными методами, что сокращает сроки ввода сооружений в экс­ плуатацию и снижает их стоимость.

6. Применение электротяги снижает уровень шума в городе и не по­ вышает загрязненность окружающей среды.

Обычно полагают, что монорельсовый транспорт целесообразен для городов с населением не менее 1 млн. чел. Вместе с тем монорель­ совые дороги успешно применяются в менее населенных городах. Це­ лесообразным оказалось сооружение монорельсовых дорог для массо­ вой перевозки посетителей к крупным паркам и выставкам, а также в пределах их территорий. В этой связи следует назвать построенные монорельсовые дороги к парку Диснея (США) в 1959 г., на территории Всемирной выставки ЭКСПО в Монреале (Канада) в 1967 г. и выстав­ ки передового опыта УССР в Киеве в 1968 г. В настоящее время в ми­ ре функционируют более двух десятков монорельсовых дорог и сосре­ доточены они главным образом в США, Японии, ФРГ, Италии, Фран­

рис. 15.1) имеет длину 15 км и обеспечивает проезд между конечны­ ми пунктами в течение 15 мин. Пассажирская монорельсовая дорога, сооруженная в г. Вуппертале (ФРГ) в 1901 г. протяженностью 14,4 км, и сейчас еще находится в эксплуатации.

Первый проект монорельсовой дороги в России был разработан инж. И. В. Романовым, и в 1850 г. в Гатчине была построена модель дороги в натуральную величину. Там же был сооружен и действовал опытный участок в 150 сажен монорельсовой дороги. В 1901 г. инж. К. Н. Кашкиным был составлен проект быстроходной монорельсовой электрической дороги по системе И. В. Романова для обеспечения со­ общений между Петербургом и Москвой. Проект, предложенный И. В. Романовым, был лучшим из всех существовавших в то время предло­ жений иностранных изобретателей. Его использовали при строитель­ стве подвесной дороги Балтимор — Огайо в США.

Современные монорельсовые дороги предусматривают в основном -перевозку пассажиров в составах из двух-шести вагонов с широкими

384

дверями, обеспечивающими быструю посадку и высадку. В отдельных случаях их используют для перевозки грузов.

Балки монорельсовых дорог выполняют из железобетона или ме­ талла. В плане они могут быть как прямыми, так и криволинейными. Вагоны монорельсовых дорог выполняют из алюминия и других лег­ ких материалов, а наиболее нагруженные узлы — из высокопрочных низколегированных сталей. Движение вагонов обеспечивается каче­ нием металлических колес с ребордами по рельсам, уложенным на бал­ ках эстакады, а также колес на пневматических шинах. В последнем случае наилучшим образом достигается плавность движения вагонов.

Электродвигатели вагонов обеспечивают быстрый и плавный набор скорости, торможение и питаются от токопроводящих рельсов, к кото­ рым поступает переменный ток, преобразуемый затем трансформатора­ ми в постоянный. Весьма эффективным считаем применение линейных электродвигателей. При этом на монорельсе предусматривают ферро­ магнитный рельс (развернутый ротор линейного электродвигателя), а неподвижный статор линейного ротора монтируется на независимой подвеске в вагоне, что исключает влияние двигателя на развитие коле­ баний системы. Кроме того, гарантируется перемещение вагонов по сырому и обледенелому пути, а также преодоление значительных про­ дольных уклонов.

Перспективы дальнейшего развития монорельсовых дорог откры­ ваются при увеличении скорости движения по ним до 200—400 и даже до 800 км/ч. Такие скорости могут быть достигнуты при движении ва­ гонов на воздушной подушке. Дороги с вагонами на воздушной подуш­ ке целесообразно использовать для пригородного и междугородного сообщения, причем при таких скоростях на расстояниях до 1000—1600 км они могут конкурировать с самолетами.

В разных странах ведутся также исследования и опытное строи­ тельство для создания в городах разветвленной сети монорельсовых дорог с вагонами в виде небольших кабин на несколько человек типа такси, автоматически доставляющих пассажиров по требуемой стан­ ции кратчайшим путем.

Ведутся также работы по созданию монорельсовых дорог с поезда­ ми на магнитных подушках.

1S.2. КОНСТРУКЦИЯ МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГ

В зависимости от способа закрепления монорельса на опорах раз­ личают навесные и подвесные системы эстакад монорельсовых дорог.

Навесные дороги обычно имеют одностолбчатые опоры, снабжен­ ные ригелем, на который опираются монорельсы. Если для каждого направления движения предусматриваются отдельные эстакады, то | опоры имеют Г-образную форму или выполняются в виде одиночных столбов с небольшим уширением сверху (рис. 15.2, а). Для эстакад, проходящих над рекой или озером, применяют А-образные опоры. На каждую опору могут опираться сразу два монорельса, обеспе­ чивающие движение составов в двух направлениях. В этом случае опо­ рам чаще всего придают Т-образную форму, а монорельсы располага-

385

г,в

а

1,<м

Рис. 15.2. Типы монорельсовых дорог:

i —столбчатая опора; 2 - монорельс; 3 —направляющий элемент

ют симметрично относительно оси опор (рис. 15.2, б). При навесной системе вагоны перемещаются по монорельсам сверху, отстоящим один, от другого на расстоянии 3,5—4,5 м.

В подвесной системе монорельсы закрепляются в ригелях опор сни­ зу, а вагоны подвешиваются к монорельсам. Для обеспечения свобод­ ной высоты под монорельсовой дорогой не менее 4,5—5,0 м требуется устройство более высоких опор, чем в навесной системе (рис. 15.2, в). Наряду с Г-и Т-образной формой опор в подвесной системе находят применение опоры в виде П-образной рамы. Опоры в навесной и под­ весной системах выполняют из железобетона и металла. Конструкция опор и монорельсов в подвесной системе обычно более сложна и материа­ лоемка, чем в навесной системе. Однако вагоны подвесных дорог мо­ гут быть легче, а их движение более плавным.

Навесная и подвесная системы монорельсовой дороги могут быть объединены в одну комбинированную систему. Такие монорельсовые дороги стали применять в последние годы.

Наряду с рассмотренными выше системами монорельсовых дорог в отдельных случаях применяют эстакады с перемещающимися по ним поездами на воздушной подушке. Для создания воздушной подушки между вагонами и монорельсом ему придают корытообразную форму. Такая форма обеспечивается при использовании плитной несущей кон­ струкции, по краям которой предусматриваются стенки (рис. 15.2, г), а также плитно-ребристой с перевернутым П-образным сечением. Для направления движения поездов в монорельсах устраивают специаль­ ные элементы.

Пролеты монорельсов обычно назначают от 15 до 30 м. При пере­ сечениях рек, глубоких оврагов, железнодорожных путей или широ­ ких городских автомагистралей их пролеты увеличивают до 50—60 м. Иногда для пропуска монорельсов над такими препятствиями возво­ дят путепроводы и мосты.

Опоры эстакад монорельсовых дорог, проходящих над городскими улицами, обычно располагают в пределах предохранительной полосы

386

или резервной зоны. Для предохранения проезжающих по улице ав­ томобилей от соударения с опорами вокруг них предусматривают за­ щитные ограждения (см. рис. 15. 2, а).

По статической схеме монорельсы могут быть балочно-разрезной, балочно-неразрезной или рамной системы. Для обеспечения подвиж­ ности монорельсов под действием температурных деформаций и вре­ менной нагрузки через 60—70 м по их длине устраивают деформа­ ционные швы, а также шарнирно-подвижные опорные части.

Для обеспечения плавного движения поездов, а также предотвра­ щения раскачивания вагонов в их подвеске устраивают систему несу­ щих и стабилизирующих колес.

Простейшая конструкция подвески вагона навесной дороги состо­ ит из одного (или двух спаренных) несущего колеса, являющегося одно­ временно тяговым, перемещающегося по верхней грани монорельса, и двух стабилизирующих колес, упирающихся в боковые грани моно­ рельса (рис. 15.3, а). Более совершенной в смысле создания надежной горизонтальной устойчивости поезда является система, имеющая четыре стабилизирующих колеса.

При подвесной системе дороги расположение колес подвески зави­ сит от формы поперечного сечения монорельса. При П-образном сече­ нии монорельса несущие колеса перемещаются по консольным высту-

387

пам нижнего пояса, а стабилизирующие — по стенкам (рис. 15.3, б). Если железобетонный монорельс имеет двутавровое сечение, то несу­ щие колеса можно направить по наклонным граням нижнего пояса, а систему стабилизирующих колес — по боковым граням как нижнего, так и верхнего поясов (рис. 15.3, в). Металлический двутавровый моно­

Иногда диаметр несущих колес недостаточен для передачи необхо­ димого тягового усилия, и тогда устанавливают дополнительные тя­ говые колеса (см. рис. 15.3, г).

На практике находят применение также разновидности рассмотрен­ ных выше систем подвесок.

В случае комбинированной системы монорельсовой дороги преду­ сматривается две подвески соответственно для навесной и подвесной систем (рис. 15.4). При этом несущие колеса перемещаются по спе­ циальным рельсовым путям, укладываемым по консольным попереч­

388

Рис. 15.5. Поперечные сечения железобетонных и металлических монорельсов: / —ребра жесткости; 2 —диафрагма

двутаврового (см. рис. 15.5, в), П-образного или коробчатого сече­ ния (рис. 15.5, г). Иногда перечисленные типы сечений применяют и при меньших пролетах.

Железобетонные монорельсы наиболее удобны в навесной системе монорельсовой дороги. Металлические балки в качестве монорельсов применяются как в навесной, подвесной так и комбинированной систе­ мах дорог. При небольших пролетах монорельс образуют из одного — двух двутавров или двух швеллеров (рис. 15.5, д). Для пролетов от 15 до 40 м металлические монорельсы выполняют сварными с замкну­ тым поперечным сечением (рис. 15.5, е). Такие сечения особенно целе­ сообразны при несимметричной схеме подвески, поскольку они лучше сопротивляются кручению. При небольших для монорельсовых дорог пролетах, а также в комбинированных системах коробчатое сечение развивают по высоте. Стенки таких балок усиливают ребрами жестко­ сти, а внутри монорельса располагают диафрагмы, обеспечивающие жесткость контуру поперечных сечений (рис. 15.5, ж).

При подвесной системе дорог находят применение сталежелезобе­ тонные монорельсы. При этом монорельс может быть железобетон­ ным и лишь выступающие консоли, поддерживающие пути для несу­ щих колес, выполнены из металла (рис. 15.6, а). Иногда металличе­ скую балку монорельсов устраивают с внутренними замкнутыми по­ лостями. Для уменьшения шума при проходе поездов полость запол­ няют монолитным бетоном (рис. 15.6, б). Движение несущих пневмати­ ческих или колес, покрытых резиной, осуществляется по металличе­ ским пластинам или деревянным брусьям.

Применяемые для монорельсов навесных дорог опорные части по конструкции не отличаются от устраиваемых в мостах, эстакадах и путепроводах.

389

Рис. 15.6. Поперечные сечения сталежелезобетониых монорельсов:

/ —металлические консоли; 2 —железобетонная балка-моиорельс; 3 —металлическая балкамонорельс; 4 —монолитный бетон заполнения

Одним из ответственных в конструкции эстакады подвесной моно­ рельсовой дороги является узел прикрепления монорельса к ригелю опоры. Для опирания на ригель каждой опоры монорельс снабжается двумя поперечными балками, армированными жесткой арматурой. Объединение монорельса с поперечными балками при этом осуществ­ ляется путем приварки закладных пластинчатых деталей к поперечной арматуре монорельса (рис. 15.7).

Продольная арматура железобетонных монорельсов подвесных до­ рог обычно представляет собой пучки высокопрочной проволоки. В мо­ норельсах навесных дорог армирование производится как напрягае­ мой, так и ненапрягаемой арматурой.

При пролетах до 20—25 м и стендовом изготовлении пучковая ар­ матура с внутренними анкерами может быть расположена горизон­ тально (рис. 15.8), а при больших пролетах арматура может натяги­ ваться на бетон и иметь полигональное или криволинейное очертание подлине монорельсов (см. рис. 15.7).

Опоры эстакад монорельсовых дорог и их фундаменты не отлича­ ются от применяемых в мостовых сооружениях.

Важной частью монорельсовых дорог являются стрелочные пере­ воды. Их устраивают при разветвлениях путей, на конечных станциях для перевода поездов на пути встречного направления, на промежуточ­ ных станциях и т. д. Конструктивно они могут быть двух типов — жесткими и гибкими.

Жесткую конструкцию стрелочного перевода выполняют в виде подвижного участка пути, на котором жестко закреплены и связаны между собой прямолинейная и криволинейная балки монорельсов (рис. 15.9, а). В одном своем положении, например, крайнем правом, непрерывный проезд осуществляется по прямолинейному монорельсу. При сдвижке всего жесткого участка в крайнее левое положение ■образуется криволинейный монорельс и поезда уходят на другой путь.

390