Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Сургутский естественно-научный лицей

Прибор для покраски вантов моста

Выполнил:

ученик 11А класса

Храмов Денис

Руководитель:

учитель географии

Курбанова Зимфира Хинабиевна

Сургут

2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Мосты украшают города

   1. Югорский мост - технические характеристики

   2. Ванты - стальные тросы

2. Мировой опыт покраски вантов

   1. Магнитный дефектоскоп и его использование

   2. Прибор на основе магнитного дефектоскопа для покраски вантов моста

Заключение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Список источников

Введение

Ученые спорят, с чего начинается любая цивилизация? Есть мнения, что с дорог, а там, где они есть, рано или поздно появляются мосты.

Мосты украшают города и могут даже быть символом. Я часто видел фото Югорского моста на различных буклетах, посвящённых Сургуту, и знаю, что он является одним из символов нашего города. Какого же было мое удивление, приехав в музей моста, я увидел, что мост не такой яркий как на картинке. В разговоре с директором музея Анитой Анатольевной Шагиевой я узнал, что в последний раз мост красили перед открытием в 2000 году. Использовали немецкую краску Steel Paint гарантия работы составляла 10 лет.

Одной из сложнейших задач при обслуживании моста, является покраска, так как на мосту нельзя останавливать движение в виду стратегического его значения. Наиболее сложной работой является покраска вантов (тросов), нанимаются люди, рискующие своим здоровьем, поднимаются наверх и красят вручную эти ванты. Именно эта проблема сподвигла меня заняться проектом.

Проблема: в существующих условиях постоянной загруженности моста отсутствует возможность покраски вантов при необходимости.

Цель: создание модели прибора на основе магнитного дефектоскопа для покраски вантов моста.

Задачи:

1. Изучить технические характеристики моста.

2. Проанализировать мировой опыт покраски вантов.

3. Изучить принципы работы магнитного дефектоскопа.

4. Применить основу магнитного дефектоскопа в создании модели прибора для покраски вантов.

Гипотеза: Если использовать основу магнитного дефектоскопа и прикрепить к нему емкость с краской, то можно ли покрасить ванты моста.

1. Мосты украшают города

Ключевым звеном строящихся западносибирских магистральных автомобильных дорог Тюмень-Салехард (1971 км) и Томск-Пермь (2857 км) является пересечение с р. Обью в районе от Сургута до Нефтеюганска. Первые намерения соединить берега Оби в этом районе автодорогой относятся к 1971 году, началу строительства железнодорожного моста.

Распоряжение о строительстве автодорожного моста было подписано губернатором Ханты-Мансийского автономного округа Александром Васильевичем Филипенко 30 марта 1995 года.

Концепция проекта состояла в том, чтобы создать сооружение, соответствующее мировым стандартам, используя имеющиеся отечественные материалы, оборудование, технологию сооружения и квалифицированные кадры мостостроителей. Судоходную часть русла реки решено было перекрыть вантовым пролетным строением, а остальную часть реки - двумя балочными неразрезными пролетными строениями.

Строительство велось в течение 5 лет. До ввода моста в эксплуатацию автомобильная связь Сургута с "большой землёй" была неустойчивой и осуществлялась зимой с помощью ледовой переправы через Обь, летом - паромом. У подножия моста находится музей, посвящённый строителям и конструкциям. Там же находится главный "ключ открытия" моста. Особенно впечатляюще смотрится мост в ночное время, освещенный светом прожекторов [6].

В интернет голосование «Самый красивый мост» занял третье место с 15 200 голосами. Почётное звание «Самый красивый мост России» завоевал мост через реку Оку между городом Муромом Владимирской области и городом Навашином Нижегородской области, который набрал 32 700 голосов. На втором месте - Ханты-Мансийский гигант с фантастическим названием «Красный Дракон», получивший 27 500 голосов [7].

Мост является уникальным сооружением, соответствующим мировым стандартам, но созданным с использованием имеющихся отечественных материалов, оборудования, технологии возведения и квалифицированных кадров строителей-мостовиков [1].

1. Югорский мост - технические характеристики

Один из самых длинных мостов Сибири. Открыт в 2000 году. Один из немногих в мировой практике подвесных мостов с одним пилоном, высота которого - 150 метров. Длина моста - 2110 метров. Общая длина с подходами - 15 километров. До него самым длинным считался мост через Рейн в Германии с длиной основного пролета в 360 метра. Основной пролет Сургутского моста имеет длину 420 метров. Для поддержания конструкции над рекой поднято 15 опор. [2]

Полная длина мостового перехода, включая подходы

8143м

В том числе:

- длина левобережного подхода 4802м

- длина правобережного подхода 1231м

- полная длина моста

Длина судоходного вантового пролета

Высота подмостового габарита судоходного пролета

Общий объем металлоконструкций

Высота пилона

Количество смонтированных вант

Общая длина вант

Максимальная длина ванты

Диаметр

2110м

408м

14м

17223т

149,1м

130шт

26км

394м

72мм

Вантовая часть моста имеет общую длину 587 м, в том числе речной пролет - 408 м и береговой - 148 м. Количество вантов и их длина (см. рис. 1.1. Приложение 1).

2. Ванты - это стальные тросы

Сердечник состоит из спирально свитых в несколько слоев круглых проволок. Наружные слои состоят из спирально свитых проволок фасонного сечения. Слои проволок свиты в противоположных направлениях. Внутренний блокирующий состав и смазка наносятся вовремя свивки. Очень высокая осевая жесткость.

Вантовая часть моста имеет общую длину 587 м, в том числе речной пролет - 408 м и береговой - 148 м (см. рис. 1.1. Приложение 1).

Изначально было принято решение о применении вант полной заводской готовности, т.е. поступающие на строительную площадку ванты были полностью готовы к монтажу. Каждая ванта (канат с анкерными устройствами) поставлялись на барабане. При этом диаметр барабанов, перевозимых по железной дороге, не мог быть более 3600 мм (ширина не более 2000 мм) при перевозке стоя и 3200 мм при перевозке лежа. Всего для вантового пролетного строения требовалось 130 вант (см. табл. 1.1. Приложение 2).

Ванты состоят из подвергнутого вытяжке каната и оснащены анкерными устройствами на концах. Использовался канат закрытого типа из стальных проволок, изготовленных по способу свивки, некрутящийся, пригодный для тяжелых условий работы, с коррозионностойким металлопокрытием, обеспечивающим работоспособность в течение не менее 50 лет в диапазоне температур от +65 до -55°С. В поперечном сечении канат имеет форму круга диаметром 72 мм и обладает разрывным усилием в целом не менее 520 т, при этом масса каната не превышает 32 кг/м. После вытяжки модуль упругости каната составляет 17000 кг/см² (разброс данных по этому показателю ±5%). Длина шага свивки в каждом слое - не более 14 и не менее 10 расчетных диаметров соответствующего слоя, причем различие в длине шага свивки не более 2%.

Согласно проектным требованиям, на одном конце каната установлен цилиндрический анкер с наружной стопорной гайкой и внутренней резьбой для ввинчивания штока натяжного домкрата, на другом - анкера вилкообразного типа с пальцем. Точность установки анкеров составляет +6 мм; расстояние между ними задавалась при температуре +20°С [1].

Поставка вант фирмой Bridon для строящегося автодорожного моста через р. Обь была осуществлена в три этапа с октября 1998 г. по июль 1999 г.

Технические характеристики вант, изготовленных этой фирмой, следующие [11, 12]:

Общее количество вант из закрытых оцинкованных канатов шт. .............. 130

Общая длина вант под усилием 1020 кН и температуре 20°С, м ........ 25991,371

Масса 1 пог. м каната, кг ................................................................................ 31,23

Общая масса канатов (без анкеров), т ........................................................ 811,71

Общая масса вилкообразных и цилиндрических анкеров, т ........................ 56,16

Общая масса вант, т ..................................................................................... 867,87

Диаметр, мм ………………………………………………………………………72

2. Мировой опыт покраски вантов

Особенного ухода требую мосты, ведь они подвержены влиянию многих негативных факторов: влага, реагенты, вибрация и механические воздействия. В этих условиях коррозия может разрушить метал со скоростью до 04, мм в год. За 10 лет на 4мм, а за 15 лет на 6 мм.

Мосты выдерживают не только нагрузки современного ритма жизни, но и загрязнения окружающей среды в виде пыли грязи, промышленных отходов и выхлопов машин. Один из самых простых способов защиты конструкций моста - их, покраска, хотя сам процесс покраски моста очень сложен в исполнении и для этого требуются профессионалы экстра-класса.

Проанализировав разные источники информации, я выяснил, что мосты красят вручную, промышленные альпинисты поднимаются по натянутым тросам и красят. Время от времени мосты красят полностью, а затем просто поддерживают, подкрашивая каждый день.

Например, мост «Золотые ворота» красили пять лет с 1990 по 1995 годы, а после бригада из 40 маляров обслуживают мост[16].

В 2000 году, когда красили Югорский мост, промышленные альпинисты использовали для покраски вант ведро, на дне которого просверлили отверстие диаметром равному диаметру вант вокруг отверстия, закрепили, губку в ведро налили краску и один альпинист снизу, а другой сверху контролировали движение ведра.

При таком способе окрашивания были большие потери краски, в итоге это привело к тому, что весь мост был окрашен в оранжевый цвет. Понятно, что при нынешних условиях такой способ не годится, как говорилось ранее движение на мосту останавливать нельзя.

2.1. Магнитный дефектоскоп и его использование

К дефектам относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения химического состава и размеров и др. Область техники и технологии, занимающаяся разработкой и использованием дефектоскопов, называется дефектоскопия [4].

Дефектоскоп (лат. defectus «недостаток» + др.-греч. σκοπέω «наблюдаю») - устройство для обнаружения дефектов в изделиях из различных металлических и неметаллических материалов методами неразрушающего контроля [4].(Приложение 3)

Одним из эффективных методов контроля стальных канатов является магнитная дефектоскопия. Ее применение позволяет выявлять места коррозионного и иных видов повреждений стального каната, определять фактическое техническое состояние ванты, оценивать соответствие технического состояния ванты ее дальнейшей безопасной эксплуатации. Принцип работы дефектоскопа основан на создании магнитной головкой (МГ) данного прибора магнитного потока вдоль оси участка контролируемого каната. Сигнал, полученный с магниточувствительных датчиков, пропорционален ПС. Вблизи локальных дефектов (ЛД) - обрывов проволоки, сильно деформированных и истертых участков, коррозионных язв - магнитный поток рассеивается и также регистрируется датчиками. Охватываемый МГ участок каната доводится до состояния магнитного насыщения, что позволяет добиться уверенного обнаружения обрывов внутренних проволок и с высокой точностью измерять потерю сечения. Для контроля вант, изготовленных из стендовых канатов, применяются МГ с использованием переменного магнитного поля. В них магнитный поток создается возбуждающими катушками с током. Измерительные катушки преобразуют магнитное поле рассеяния дефекта в электрический сигнал, пропорциональный величине дефекта. В стендовых канатах, в отличие от прядевых, спиральных или канатов закрытой конструкции, наружные проволоки каната не экранируют внутренние дефекты, поэтому контроль с применением переменного магнитного поля позволяет обнаруживать как наружные, так и внутренние ЛД и измерять потерю сечения, вызванную внутренним износом каната. Канаты!

Дефектоскоп позволяет контролировать канаты разного поперечного сечения и разного диаметра в требуемом диапазоне. Для обеспечения возможности контроля в большом диапазоне диаметров канатов применяют несколько МГ. Дефектоскоп снабжен устройством для определения его положения на контролируемом канате счетчиком расстояния. Информация со счетчика расстояния позволяет однозначно привязывать обнаруженные дефекты к конкретному участку каната. МГ для контроля вант большого диаметра снабжаются роликовой системой для облегчения перемещения МГ по контролируемой ванте и лучшего центрирования МГ. Проведение приборного контроля вант мостовых сооружений выполнятся бригадой по неразрушающему контролю в составе четырех-восьми человек, в зависимости от объема и сложности работ. В составе бригады должно быть не менее одного промышленного альпиниста и двух опытных дефектоскопистов.

По результатам контроля составляется отчет, включающий в себя заключения по каждой ванте, расчет остаточной прочности ванты и сводный отчет, представляющий в табличном виде краткую информацию о техническом состоянии каждой ванты. Применение магнитного метода контроля для обследования вант мостовых сооружений позволяет получать объективную информацию о техническом состоянии ванты, а именно: величину ПС, количество оборванных проволок и их расположение по длине ванты, а также зоны коррозионного поражения ванты.

Магнитный метод контроля вант позволяет обнаруживать и измерять величину не только наружных, но и внутренних дефектов, не обнаруживаемых визуально. Эти данные в электронном виде хранятся в течение всего жизненного цикла ванты, что позволяет сравнивать результаты последующих контролей с предыдущими [5].

3. Прибор на основе магнитного дефектоскопа для покраски вантов моста

По форме, прибор - магнитный дефектоскоп, только переработанный. (Приложение 4,5) Прибор крепится на вант, разделяясь на две части и закрепляется замком снаружи. Он притягивается к ванту при помощи электромагнита. Снизу прибора 4 колесика: 2 по горизонтали, 2 по вертикали, с помощью которых прибор может передвигаться не только по вертикали, но и вращаться вокруг оси. Сам инструмент находится на пульте дистанционного управления. Внутри него находится широкая кисть, на которую подается жидкость из емкости, прикрепленной снаружи. В емкости регулируется подача краски, подаваемой из резервуара по шлангу. Шланг крепится к задней части прибора, он не задерживает прибор, должен быть свободным, распутанным.

В колесиках находятся подшипники, которые не дают развивать высокую скорость, а также электромагнит, не дает открепиться прибору. Но если вдруг все аварийные системы откажут, то существует специально прикрепление, цанговый механизм, суть которого заключается в замедлении скольжения по ванту. Цанговый механизм повседневно используется в бурении, при добыче полезных ископаемых [8].

Также чтобы сэкономить заряд аккумулятора, можно с помощью пульта запустить наверх прибор, который при подъеме будет растворять оставшуюся краску, зафиксировать его наверху, пока не сойдет растворитель, а затем снять фиксацию. Прибор будет под своим весом скользить вниз, и красить вант.

Вес прибора: примерно 8 кг, включая аккумулятор, без краски.

Затраты краски составят примерно 517 литров[15].

При расчете расхода краски я использовал данные:

Диаметр вантов-72 мм

Длина вант - 26 км(26000м)

Толщина слоя краски минимальная -80 мкм(микрометр)

Количество слоев 1

Плотность краски-600 кг/м3

Так как скорость покраски 2 м/с, то покрасить все ванты общей длиной 26 км (26000м) можно за 13 часов, без учета времени на подготовку вант к окрашиванию.

Заключение

В начале своей работы я обозначил проблему: в существующих условиях постоянной загруженности моста отсутствует возможность покраски вантов при необходимости.

В ходе анализа различных источников информации я узнал, как устроен мост, каковы его технические характеристики, как устроен магнитный дефектоскоп.

В результате проведенной работы я смог убедиться в правильности выдвинутой гипотезы. Если использовать основу магнитного дефектоскопа и прикрепить к нему емкость с краской, то можно покрасить ванты.

Я думаю продолжить работу над проектом, чтобы провести более точные расчеты, провести ряд экспериментов. И подумать над тем как можно использовать мой прибор не только для покраски вант но и для того чтобы наносить какие то жидкости например растворитель или обезжирователь.

Таким образом, задачи исследовательской работы решены, поставленная цель достигнута, выдвинутая проблема выяснена.

Список источников

«Вантовый автодорожный мост в городе Сургуте». Aвтор: Нефёдов Владимир 2003г., Москва, МГУ ПС, преп. Скрябина Т. С

- Википедия.

Висячие и вантовые мосты. Саратов 1999.

Вантовые мосты. Издательство ЛИСИ 1972.

Отечественное мостостроение на рубеже 20-21 веков. Саратов 2002.

- Россия 10

моста

Энциклопедия современной техники: Главный редактор Г. А. Караваев,1964.

. -Искусственные сооружения: Опыт дефектоскопии вантовых мостов.

Муромский информационный портал

Энциклопедия по машиностроению XXL.

Большая Энциклопедия Нефти Газа.

Отечественное мостостроение на рубеже 20-21 веков. Саратов 2002.

Центр проектирования сетей и сооружений.

Мост «Золотые ворота»

Приложение 1

Рис. 1.1. Общий вид вантового пролетного строения автодорожного моста через р. Обь в районе г. Сургута

Приложение 2

Рис. 1.2 Поперечное сечение каната фирмы Bridon: 1 - стальная проволока Z-образного профиля с покрытием "Гальфан" (250 г/м²); 2 - то же с цинковым покрытием класса А (300 г/м²); 3 - стальная проволока круглого сечения с цинковым покрытием класса А (275-300 г/м2)