Типовые фундаменты для колеса обозрения

Колесо обозрения диаметром 75м в г.Геленджике Краснодарского края

Генеральный проектировщик – ОАО «ТИЖГП Краснодаргражданпроект»
Главный инженер проекта – Н. Пивник
Главный конструктор – М. Мариничев

Для того, чтобы выровнять осадки сооружения, возводимого на основании с неравномерной сжимаемостью грунтов, необходимы жесткие фундаменты. Тонкие плиты изгибаются, следуя за осадками, а толстые имеют большой собственный вес. Исследования в области «оребрения» плит показывают путь создания эффективных конструкций. Однако, для устройства направленных вверх ребер необходима опалубка. Такие ребра затрудняют использование объема помещений. В глинистых грунтах, способных удерживать вертикальные стенки траншей эффективнее устраивать плиты с ребрами, обращенными вниз. Система таких ребер, объединенных сравнительно тонкой плитой, позволит получить плитный фундамент, жесткость которого будет регулироваться с учетом распределения нагрузок и податливости основания, частотой и конфигурацией ребер. Для многих сооружений неравномерность деформаций основания вызывается характером нагрузки и ее распределением.

Так, для колеса обозрения диаметром 75м, которое возведено в г.Геленджике Краснодарского края, безусловно, наиболее существенной нагрузкой является ветровая.

В этом случае к фундаменту предъявляются чрезвычайно жесткие требования по 1 и 2 группам предельных состояний. Конструкция фундамента должна компенсировать неравномерные деформации основания при действии ветровой нагрузки, препятствовать возникновению крена, а также удовлетворять необходимым условиям по прочности и трещиностойкости.

Основанием фундамента служит грунт ИГЭ-3 — коренные выветрелые и славовыветрелые породы, представленные ритмичным чередованием крепких толстоплитчатых мергелей с глинистыми мергелями и тонкими прослоями песчаников.

В связи с этим для определения оптимальной конструкции фундамента был проведен ряд численных экспериментов, на основании которых была предложена конструктивная схема фундамента в виде плиты с ребрами жесткости, устроенными вниз на максимально возможную глубину =

2м. Были определены оптимальный шаг, толщина и конфигурация ребер.

Предложенная схема оказалась более рациональной по сравнению с предварительно выбранными массивными фундаментными плитами большой толщины. Устройство ребер жесткости позволило выполнить требования предельных состояний для всех элементов конструкции.

В итоге фундамент был запроектирован в виде сплошной плиты толщиной 600 мм из бетона класса В25 с продольными и поперечными монолитными ребрами толщиной 1000 мм и 800 мм соответственно (Рис 1).

Рис. 1. Схема фундамента колеса обозрения в виде плиты с устроенными вниз ребрами жесткости

Результаты проведенных расчетов для предложенной конструктивной схемы фундамента позволили определить армирование в продольных и поперечных ребрах жесткости, а также в фундаментной плите. На Рис.2 показаны этапы возведения сооружения.

Рис.2. Колесо обозрения D = 75м в г. Геленджике Краснодарского края а) Этап возведения фундамента; б) этап монтажа конструкций колеса

© 2009-2021, ООО «ГЕОТЭК». Все права защищены.

ООО «ГЕОТЭК»
+7 (861) 99-22-400
г. Краснодар, ул. Покрышкина, 4/8

Источник

Колесо обозрения 50 метров

Проверочный расчет несущей конструкции колеса обозрения

Расчет колеса обозрения в APM WinMachine

Колесо обозрения 50 м

Расчет колеса обозрения проводился по заказу ООО «НТП СИО».

Несущая система аттракциона представляет собой разборную пространственную стержневую конструкцию комбинированного типа.

Каркас колеса обозрения выполнен в виде полярно-симметричной циклической стержневой системы, состоящей из: радиальных ферм; кольцевых поясов; дорожек, а также объединяющих их связей и противосейсмических растяжек.

Горизонтальная ось колеса обозрения шарнирно связана с опорными стойками, которые в свою очередь шарнирно связаны со сборным стальным основанием.

Технические параметры и характеристики аттракциона:

• высота: 49 500 мм;
• диаметр колеса по осям подвеса кабин: 45 500 мм;
• ширина (по краям опор): 28 500 мм.

Способ установки аттракциона: бесфундаментная конструкция.

Количество кабин — 24 шт.

Число пассажиров в одной кабине — 6 человек.

Цель расчета: проведение проверочного расчета несущей металлоконструкции аттракциона и ее элементов на прочность, жесткость и устойчивость при действии расчетной нагрузки с учетом возможных неблагоприятных условий эксплуатации или вариантов установки аттракциона. Обоснование безопасности эксплуатации колеса обозрения.

Проверочный расчет несущей системы аттракциона выполнен на основе технического задания в соответствии с общими принципами надежности строительных конструкций по методу предельных состояния первой группы согласно:

• ГОСТ Р 52170 – 2003;
• ГОСТ 27751-88;
• СП 16.13330.2016;
• СП 14.13330.2014.

Прочностной расчет конструкции аттракциона проводился с помощью модуля APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine.

Расчет болтовых соединений выполнялся с использованием APM Joint. Данный модуль входит в состав системы APM WinMachine.

Расчетная модель

Расчетная схема конструкции аттракциона строится на основе 3D модели переданной заказчиком.

Элементы конструкции были смоделированы стержневыми и объемными конечными элементами.

При моделировании поведения несущей конструкции рассматривался вариант ее фиксации на сборном стальном основании. Внешние связи системы воспроизводились заданием ограничений на перемеще-ния опор относительно глобальной системы декартовых координат. Фиксация расчетной модели осуществлялась наложением ограничений линейных перемещений шестнадцати узловых опорных точек.

Внутренние связи системы имитировали условия соединений конструктивных элементов аттракциона. В разработанной расчетной модели были реализованы:

• шарнирное соединение центрального вала с барабаном;
• жесткое соединение дорожек с опорными стойками в местах установки электроприводов;
• шарнирное соединение радиальных ферм с кольцевыми поясами и противосейсмическими растяжками;
• жесткое соединение радиальных ферм с барабаном;
• шарнирное соединение вала пассажирских кабин с дорожками колеса;
• шарнирное соединение опорных стоек с основанием центрального вала и сборным основанием;
• жесткие соединения балок сборного основания.

Приближение к реальным условиям соединения элементов конструкции достигалось введением в расчетную модель фиктивных (недеформируемых) стержней и созданием шарнирных узлов путем снятия ограничений на отдельные степени свободы.

В расчетной модели ось колеса представлена фиктивными стержневыми элементами, один конец которых шарнирно связан с твердотельными элементами вала, позволяя колесу совершать вращательное движение вокруг оси вращения, ограничивая линейное перемещение вдоль этой оси, а другой конец – жестко закреплен на фиктивном стержне, связанном с барабаном.

Все связи в конечно-элементной модели центральные, т.е. связь осуществляется через центры тяжестей сечений соответствующих элементов.

Условия нагружения конечно-элементной модели определены в соответствии с техническим заданием. К их числу относятся постоянные, временные и особые нагрузки.

К постоянным нагрузкам были отнесены:

• вес несущих конструкций;
• вес оборудования;
• вес приводных механизмов.

Нагрузка от посетителей задавалась согласно требованиям ГОСТ 52170-2003.

К временным нагрузкам:

• ветровые нагрузки;
• снеговые нагрузки;
• нагрузки от обледенения;
• нагрузки от посетителей;
• инерционные нагрузки.

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки определялась в соответствии с ГОСТ Р 52170-2003. Снеговая нагрузка определялась согласно СП 20.13330.2016.

К особым нагрузкам относится сейсмическое воздействие. Сейсмические нагрузки были сформированы согласно СП 14.13330.2014.

Согласно данным полученным от заказчика нагрузка от обледенения определялась по СП 20.13330.2016

Все виды механических нагрузок представлены в виде сосредоточенных и распределенных сил, приведенных к узлам модели.

Результаты расчета

Был выполнен статический расчет конструкции аттракциона колеса обозрения на основные и особые сочетания нагрузок, для тридцати расчетных случаев (комбинаций загружений). Получены карты напряженного и деформированного состояния конструкции при соответствующих вариантах нагружений.

Выполнен расчет на усталость при действии нормативных значений нагрузок с учетом коэффициента динамичности.

Проведена оценка максимальных прогибов конструкции аттракциона согласно ГОСТ Р 52170-2003.

Так же выполнен расчет конструктивных элементов по СНиП II-23-81* для каждого типа элементов в наиболее нагруженной зоне конструкции для рабочего режима эксплуатации аттракциона.

Согласно ГОСТ Р 52170-2003 был проведен расчет статической устойчивости конструкции аттракциона (устойчивость формы).

Итоги выполненного проекта

Выполненный статический анализ позволил определить механическое состояние конструкции аттракциона как единой несущей пространственной системы в рамках линейных соотношений между напряжениями и деформациями и получить по методу предельных состояний первой группы оценки ее прочности и жесткости при действии предусмотренных в техническом задании расчетных нагрузок.

На основе анализа конечно-элементных моделей установлено, что напряженно-деформированное состояние конструкции при действии расчетных нагрузок имеет неоднородный характер, который наиболее существенно зависит от двух составляющих механической нагрузки – собственного веса конструкции и давления ветра. Действие нагрузки от веса пассажиров является незначительным, ее максимальное влияние оценивается в пределах 5%. Поэтому характер распределения внутренних усилий, напряжений и деформаций в большей степени зависит от положения конструктивного элемента и в меньшей степени – от уровня загрузки аттракциона пассажирами.

Наиболее высокий уровень напряженно-деформированного состояния аттракциона в рабочем состоянии возникает при загрузке пассажирами всех кабинок, при ветре перпендикулярном плоскости колеса.

Напряженное состояние несущей системы аттракциона характеризуется наличием концентраций эквивалентных напряжений, возникновение которых связано с присутствием в расчетных моделях аттракциона геометрических и «модельных» концентраторов, создающих в своих окрестностях особенности напряженного состояния. Следует отметить, что концентрации напряжений имеют локальный характер. Распределение эквивалентных напряжений вне названных зон не зависит от их максимального уровня. В этой связи наличием характерных зон концентрации во всех расчетных моделях можно пренебречь, и механическое состояние конструкции оценивать по наибольшему уровню напряжений, действующих за их пределами. В рабочих и нерабочих состояниях аттракциона величина эквивалентных напряжений не превышает уровень расчетного сопротивления конструкционного материала, и соответственно необходимая прочность обеспечивается.

Установлено, что при действии расчетных нагрузок деформирование несущей системы аттракциона во всех случаях нагружения реализуется при малых перемещениях, величина которых намного меньше длин стержневых элементов системы. Характер формоизменения несущей системы в основном зависит от горизонтальных линейных перемещений, обусловленных действием горизонтальной ветровой нагрузки.

Жесткость разработанной конструктивной формы аттракциона обеспечена.

Выполненный расчет на устойчивость положения конструкции аттракциона показал, что несущая система, выполненная по бесфундаментной схеме, с учетом массы бетонного основания под каждую из опор, является устойчивой против опрокидывания при действии расчетной ветровой нагрузки параллельно и перпендикулярно плоскости колеса обозрения.

Проверки конструктивных элементов показали, что все коэффициенты работоспособности основных несущих конструкций колеса: опорной стойки, поясов и раскосов радиальных ферм, кольцевых поясов и дорожек, не превышают значение единицы и соответствуют требованиям ГОСТ Р 52170-2003 предъявляемым к конструкции аттракциона.

Проведенная работа показала применимость программного комплекса APM WinMachine для решения сложных задач прочностного анализа аттракционов.

Источник

Колесо обозрения и способ его монтажа

Колесо обозрения относится к аттракционам и содержит опору в виде пирамидальной фермы, колесо с равномерно расположенными по окружности главными радиальными плоскими фермами, внутренние концы которых укреплены на барабане, установленном на опоре. Дополнительные укороченные радиальные фермы установлены на периферии колеса между главными фермами. Поперечные связи образуют концентричные силовые кольца. Симметричные V-образные связи расположены между промежуточными силовыми кольцами, вершины которых соединены с внутренними концами дополнительных радиальных ферм, а концы -с местами соединения главных радиальных ферм с поперечными связями силового кольца меньшего диаметра. Кабинки для пассажиров подвешены на периферийных концах радиальных ферм. Колесо содержит привод в виде укрепленных на нем цилидрических пальцев, находящихся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом. В продольном сечении колеса периферийные элементы радиальных ферм имеют форму трапеции, обращенной меньшим основанием к оси колеса, а корневые элементы — форму трапеции, обращенной меньшим основанием к периферии колеса. Способ монтажа колеса включает последовательное соединение между собой и с установленным на опоре барабаном элементов радиальных ферм и связей. Элементы соединяют в кольца с последовательно увеличивающимся диаметром, поворачивая колесо с помощью привода. Периферийные кольца образуют путем монтажа сегментов в окружном направлении равномерно по окружности колеса. Благодаря использованию трапециевидных концевых элементов ферм существенно увеличивается прочность и жесткость колеса в поперечном направлении, а также значительно уменьшается металлоемкость конструкции. Способ монтажа колеса позволяет экономить значительные средства на монтаже за счет отказа от дополнительных специальных монтажных средств и устройств, а также за счет сокращения времени монтажа. 2 с.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к аттракционам и представляет собой колесо обозрения и способ его монтажа.

Известно колесо обозрения, содержащее опору в виде пирамидальной фермы, колесо с равномерно расположенными по окружности главными радиальными плоскими фермами, внутренние концы которых укреплены на барабане, установленном на опоре, дополнительными укороченными радиальными фермами, установленными на периферии колеса между главными фермами, поперечными связями, образующими концентричные силовые кольца, симметричными V- образными связями, расположенными между промежуточными силовыми кольцами, вершины которых соединены с внутренними концами дополнительных радиальных ферм, а концы — с местами соединения главных радиальных ферм с поперечными связями силового кольца меньшего диаметра, кабинки для пассажиров, подвешенные на периферийных концах радиальных ферм, и привод колеса в виде укрепленных на последнем цилиндрических пальцев, находящихся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом (RU 2083254, МПК A 63 G 27/00, 10. 07.97).

Из этого источника известен также способ монтажа описанного выше колеса, который включает последовательное соединение между собой и с установленным на опоре барабаном элементов радиальных ферм и связей, причем элементы ферм соединяются последовательно до заданного диаметра, затем поворачивают ферму на заданный угол, собирают следующую ферму, последовательно соединяя ее элементы между собой и связями с элементами предыдущей фермы.

К недостаткам известного колеса можно отнести несовершенство силовой структуры радиальных ферм колеса в поперечном сечении, вследствие этого их перетяжеленность и недостаточную жесткость. Это приводит к увеличению массы опоры и потребной мощности привода. Эти недостатки особенно сильно проявляются в колесах большого диаметра.

Недостатком рассмотренного выше способа монтажа известного колеса является необходимость привлечения специальной или универсальной монтажной и грузоподъемной техники, что значительно увеличивает стоимость и сроки монтажа. И кроме того не обеспечивает достаточной безопасности при выполнении работ в ситуациях, когда эксцентриситет масс частично смонтированной конструкции значителен.

В данном изобретении указанные недостатки устранены тем, что в колесе обозрения, содержащем опору в виде пирамидальной фермы, колесо с равномерно расположенными по окружности главными радиальными плоскими фермами, внутренние концы которых укреплены на барабане, установленном на опоре, дополнительными укороченными радиальными фермами, установленными на периферии колеса между главными фермами, поперечными связями, образующими концентричные силовые кольца, симметричными V-образными связями, расположенными между промежуточными силовыми кольцами, вершины которых соединены с внутренними концами дополнительных радиальных ферм, а концы — с местами соединения главных радиальных ферм с поперечными связями силового кольца меньшего диаметра, кабинки для пассажиров, подвешенные на периферийных концах радиальных ферм, и привод колеса в виде укрепленных на последнем цилиндрических пальцев, находящихся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом, в продольном сечении колеса периферийные элементы радиальных ферм имеют форму трапеции, обращенной меньшим основанием к оси колеса, а корневые элементы — форму трапеции обращенной меньшим основанием к периферии колеса; в способе монтажа колеса, включающем последовательное соединение между собой и с установленным на опоре барабаном элементов радиальных ферм и связей, элементы соединяют в кольца с последовательно увеличивающимся диаметром, поворачивая колесо с помощью привода, причем периферийные кольца образуют путем монтажа сегментов в окружном направлении равномерно по окружности колеса.

На фиг. 1 показан общий вид колеса обозрения.

На фиг. 2 — вид сбоку фиг. 1.

На фиг. 3 — привод колеса.

На фиг. 4 — 16 представлены последовательные этапы монтажа колеса обозрения.

Колесо обозрения содержит укрепленную на фундаменте опору в виде пирамидальной фермы, состоящей из наклонных балок 1 и балок 2, расположенных в вертикальных плоскостях. Балки соединены между собой стержнями 3.

Роторная часть устройства колеса состоит из равномерно расположенных по окружности главных радиальных плоских ферм 4, внутренние концы которых шарнирно соединены с проушинами, укрепленными по концам барабана, который установлен в подшипниках на опоре.

Между главными фермами 4 установлены дополнительные укороченные радиальные фермы 5, размещенные на периферии колеса. Поперечные связи 6, например, в виде плоских ферм укреплены между фермами 4 и 5, образуя концентричные силовые кольца. Между промежуточными силовыми кольцами расположены симметричные V-образные связи, состоящие, например, из плоских ферм 7, периферийные концы которых соединены с внутренними концами дополнительных ферм 5, а другие концы — с местами соединения главных ферм 4 и поперечных связей 6 силового кольца меньшего диаметра.

Между главными 4 и дополнительными фермами 5 симметрично на периферии колеса равномерно по окружности расположены диагональные связи 8. Как показано на фиг .1, связи 8 расположены в секторах через 72 o .

На концах ферм 4, 5 с помощью шарниров подвешены кабины 9.

Привод колеса содержит ведущее зубчатое колесо 10, которое находится в зацеплении с цевочным колесом. Последнее выполнено в виде секторов 11 с расположенными на них с равномерным шагом цилиндрическими пальцами 12, на которых с возможностью вращения установлены цилиндрические втулки 13. Сектора закреплены по окружности на фермах 4,5 колеса.

Непосредственно под колесом на фундаменте расположен вокзал 14.

Колесо работает следующим образом.

На вокзале 14 происходит посадка пассажиров в кабинки 9. От электрического или иного двигателя через передачу (на чертежах не показаны) приводится во вращение ведущее зубчатое колесо 10, которое вращает колесо, контактируя с втулками 13 пальцев 12. После определенного числа оборотов колеса пассажиры покидают кабинки 9 на вокзале 14.

В продольном сечении колеса (фиг. 2) периферийные элементы 15 радиальных ферм 4, 5 имеют форму трапеции, обращенной меньшим основанием к оси колеса, а корневые элементы 16 — форму трапеции, обращенной меньшим основанием к периферии колеса.

Благодаря использованию трапециевидных концевых элементов ферм 4,5 существенно увеличивается прочность и жесткость колеса в поперечном направлении. Благодаря этому значительно уменьшается металлоемкость конструкции, что особенно важно для колес обозрения большого и сверхбольшого диаметра. Помимо удешевления колеса, снижение массы ротора позволяет уменьшить трение в подшипниках, т.е. облегчить привод, уменьшить его мощность, а значит, уменьшить эксплуатационные расходы.

Принцип способа монтажа колеса обозрения ясен из приведенных на фиг. 4 — 16 основных его этапов. Способ монтажа колеса включает: установку опоры, состоящей из двух пирамидальных конструкций, оси и барабана с подшипниками; последовательное соединение между собой и с установленным на опоре барабаном элементов радиальных ферм и связей; элементы соединяют в кольцо, на периферии которого находятся сегменты привода, последовательно поворачивая образующийся сектор с помощью привода; периферийные кольца последовательно увеличивающегося диаметра образуют путем монтажа сегментов в окружном направлении равномерно по окружности колеса, поворачивая колесо, как и ранее, с помощью привода колеса.

Такой способ монтажа ограничивает величину эксцентриситета массы смонтированной части колеса в каждый данный момент времени. Это позволяет использовать при монтаже штатный привод вращения колеса без дополнительных устройств, обеспечивая при этом достаточную безопасность при выполнении работ, экономить значительные средства на монтаже как за счет отказа от дополнительных специальных монтажных средств и устройств, так и за счет сокращения времени монтажа.

1. Колесо обозрения, содержащее опору в виде пирамидальной фермы, колесо с равномерно расположенными по окружности главными радиальными плоскими фермами, внутренние концы которых укреплены на барабане, установленном на опоре, дополнительными укороченными радиальными фермами, установленными на периферии колеса между главными фермами, поперечными связями, образующими концентричные силовые кольца, симметричными V-образными связями, расположенными между промежуточными силовыми кольцами, вершины которых соединены с внутренними концами дополнительных радиальных ферм, а концы — с местами соединения главных радиальных ферм с поперечными связями силового кольца меньшего диаметра, кабинки для пассажиров, подвешенные на периферийных концах радиальных ферм и привод колеса в виде укрепленных на последнем цилиндрических пальцев, находящихся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом, отличающееся тем, что в продольном сечении колеса периферийные элементы радиальных ферм имеют форму трапеции, обращенной меньшим основанием к оси колеса, а корневые элементы — форму трапеции обращенной меньшим основанием к периферии колеса.

2. Способ монтажа колеса обозрения, включающий последовательное соединение между собой и с установленным на опоре барабаном элементов радиальных ферм и связей, отличающийся тем, что элементы соединяют в кольца с последовательно увеличивающимся диаметром, поворачивая колесо с помощью привода, причем периферийные кольца образуют путем монтажа сегментов в окружном направлении равномерно по окружности колеса.

Источник