vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2025-2(45)-95-106GINMIQvestnikcstroy-533Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING CONSTRUCTIONS, BUILDINGS AND STRUCTURESНапряженно-деформированное состояние стального башенного копра при монтаже методом надвижкиStress-strain state of a steel tower crane during erection by the pushing methodТоченаяА. А.TochenayaA. A.

Анастасия Артуровна Точеная, магистрант кафедры технологии и организации строительства, ДонНАСА, Макеевка

ул. Державина, д. 2, г. Макеевка, 286123, Российская Федерация

e-mail: tochenaya.a.a-zpgs-55@donnasa.ru тел.: +7 (949) 349-25-41

Anastasiya A. Tochenaya, Master Student, Technologies and Organization of Construction Department, DNACEA, Makeevka

Dеrzhavina str., 2, Makeevka, 286123, Russian Federation

e-mail: tochenaya.a.a-zpgs-55@donnasa.ru tel.: +7 (949) 349-25-41

ЮговА. М.YugovA. M.

Анатолий Михайлович Югов, заведующий кафедрой технологии и организации строительства, ДонНАСА, Макеевка

ул. Державина, д. 2, г. Макеевка, 286123, Российская Федерация

Anatoliy M. Yugov, Head of Department, Technologies and Organization of Construction Department, DNACEA, Makeevka

Dеrzhavina str., 2, Makeevka, 286123, Russian Federation

ТитковС. О.TitkovS. O.

Сергей Олегович Титков, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры металлических конструкций и сооружений, ДонНАСА, Макеевка

ул. Державина, д. 2, г. Макеевка, 286123, Российская Федерация

e-mail: s.o.titkov@donnasa.ru тел.: +7 (949) 349-25-41

Sergey O. Titkov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Metal Constructions and Structures Department, DNACEA, Makeevka

Dеrzhavina str., 2, Makeevka, 286123, Russian Federation

e-mail: s.o.titkov@donnasa.ru tel.: +7 (949) 349-25-41

ТанасоглоА. В.TanasogloA. V.

Антон Владимирович Танасогло, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций, НИУ МГСУ, Москва

Ярославское шоссе, д. 26, г. Москва, 129337, Российская Федерация

e-mail: a.v.tan@mail.ru тел.: +7 (915) 544-36-23

Anton V. Tanasoglo, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Metal and Timber Structures department, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Moscow

Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation

e-mail: a.v.tan@mail.ru tel.: +7 (915) 544-36-23

ГаранжаИ. М.GaranzhaI. M.

Игорь Михайлович Гаранжа*, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций, НИУ МГСУ, Москва

Ярославское шоссе, д. 26, г. Москва, 129337, Российская Федерация

e-mail: garigo@mail.ru тел.: +7 (926) 284-55-17

Igor M. Garanzha*, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Metal and Timber Structures Department, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Moscow

Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation

e-mail: garigo@mail.ru tel.: +7 (926) 284-55-17

ФГБОУ ВО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (ДонНАСА)РоссияDonbas National Academy of Civil Engineering and Architecture (DNACEA)Russian FederationФГБОУ ВО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (ДонНАСА)РоссияDonbas National Academy of Civil 1Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture (DNACEA)Russian FederationФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian Federation20250307202545295106Copyright © Точеная А.А., Югов А.М., Титков С.О., Танасогло А.В., Гаранжа И.М., 20252025Точеная А.А., Югов А.М., Титков С.О., Танасогло А.В., Гаранжа И.М.Tochenaya A.A., Yugov A.M., Titkov S.O., Tanasoglo A.V., Garanzha I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/533Введение

Введение. Укосные шахтные копры являются одним из наиболее ответственных видов горнотехнических сооружений шахтной поверхности. От длительности строительно-монтажных работ на данных объектах зависит эффективная работа всего предприятия. Поэтому на сегодняшний день является особенно актуальным исследование изменения напряженно-деформированного состояния стальных копров при монтаже методом надвижки, что позволит сократить сроки строительства данных объектов.

Цель

Цель. Проанализировать влияние монтажных нагрузок на напряженно-деформированное состояние башенного металлического копра в момент надвига.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для анализа конструктивной схемы сооружения с устанавливаемым оборудованием создана BIM модель в программном комплексе для информационного моделирования Tekla Structures. Созданная модель позволяет дать более точную оценку массы сооружения. Численные исследования укосного копра проведены в отечественном программно-вычислительном комплексе ЛИРА-САПР 2024. Рассматриваемая система принята в общем виде, ее деформации и главные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.

Результаты

Результаты. Выполнен анализ нагрузок и воздействий, прикладываемых для данного сооружения в момент надвижки с учетом действительной работы конструктивных элементов. Высота копра составляет 85 м, суммарная масса – 8028 т. Разработана математическая модель металлического копра скипо-клетьевой конфигурации с двумя укосинами, позволяющая оценить влияние монтажа сооружения методом надвижки. С учетом коэффициента трения скольжения для монтажа принято 5 домкратов по 1000 т. Домкраты устанавливаются на самые нагруженные оси накаточного пути. Полученные результаты позволяют выполнить подбор оборудования для выполнения надвига.

Выводы

Выводы. В результате расчета коэффициент удерживания составил 13,06 вдоль проведения надвижки башенного копра, что соответствует требованиям расчета на опрокидывание. Анализ изменения напряженно-деформированного состояния копра скипо-клетьевой конфигурации при монтаже методом надвига показал необходимость применения пяти гидравлических домкратов по 1000 т с последующей корректировкой давления домкратов на каждую из осей во избежание поворота всей конструкции и последующего заклинивания стенда надвига. Также при проведении надвижки данных сооружений необходимо отказаться от укосины, расположенной поперек движения копра, что позволит уменьшить количество осей накаточного пути.

Introduction

Introduction. Inclined shaft headframes are among the most critical types of surface mining structures. The duration of construction and assembly of these structures directly affects the overall efficiency of the enterprise. Therefore, investigating the changes in the stress-strain state of steel headframes during installation by the pushing method is particularly relevant today, as it can help reduce the construction time of these structures.

Aim

Aim. This study aims to analyze the influence of assembly loads on the stress-strain state of the tower metal headframe during the moment of pushing.

Materials and methods

Materials and methods. A BIM model was created in the Tekla Structures software for information modeling in order to analyze the structural scheme of the construction with the installed equipment. This model provides a more accurate assessment of the mass of the structure. Numerical studies of the inclined headframe were conducted using domestic software and the LIRA-SAPR 2024 computational complex. The system under consideration is presented in a general form, with deformations and main unknowns represented by linear displacements of nodal points along the X, Y, and Z axes, as well as rotations around these axes.

Results

Results. An analysis was performed to determine the loads and influences applied to the structure while it was being pushed. The actual behavior of the structural elements was taken into account. The headframe is 85 meters high and has a total mass of 8,028 tons. A mathematical model of a two-bracing skip-cage headframe was developed to assess the influence of installing the structure by the pushing method. Considering the sliding friction coefficient, five jacks with a capacity of 1,000 tons each were selected for installation. The jacks are installed on the axes with the greatest load on the rolling path. The obtained results enable the selection of equipment for the pushing operation.

Conclusions

Conclusions. The calculation revealed that the retention coefficient is 13.06 in the direction of the tower headframe pushing, meeting the requirements for overturning resistance. Analysis of the stress-strain changes in the skip-cage headframe during installation using the pushing method revealed the need for five 1,000 ton hydraulic jacks. Adjusting the jack pressures on each axis prevents rotation of the entire structure and subsequent jamming of the pushing stand. Moreover, when these structures are being pushed, it is essential to remove the bracing that is perpendicular to the movement of the headframe. This will result in a reduction of the number of rolling path axes.

напряженно-деформированное состояние (НДС)башенный металлический копер (БМК)метод надвижкичисленная модельгидравлические домкратыпредельное состояниемозаика проверки сеченийstress-strain state (SSS)tower metal headframe (TMH)thrust methodnumerical modelhydraulic jackslimit statecross-section verification mosaicReferences<i>Андреев В.Е.</i> Проектирование, строительство и эксплуатация башенных копров. Москва: Недра; 2010.<i>Andreev V.E.</i> Design, construction and operation of tower pile drivers. Moscow: Nedra Publ.; 2010. (In Russian).<i>Гендель Э.М.</i> Передвижка зданий и сооружений. Знание. Сер. Строительство и архитектура. 1978;(5):12–48.<i>Gendel' E.M.</i> Moving buildings and structures. Znanie. Ser. Stroitel'stvo i arkhitektura [Knowledge. Series: Construction and Architecture]. 1978;(5):12–48. (In Russian).<i>Бровман Я.В.</i> Надшахтные копры: проектирование, расчет и конструкция. Москва: Госгортехиздат; 1991.<i>Brovman Ya.V.</i> Headframes: design, calculation and construction. Moscow: Gosgortekhizdat Publ.; 1991. (In Russian).<i>Левин В.М.</i> Башенные сооружения промышленного назначения. Исследования и расчет. Макеевка: ДонНАСА; 2019.<i>Levin V.M.</i> Tower structures for industrial purposes. Research and analysis. Makeevka: DonNASA; 2019. (In Russian).<i>Lagomarsino S., Pagnini L.C.</i> Criteria for modeling and predicting dynamic parameters of building. Report ISC-II, 1, Istituto di Scienza delle Construzioni. Genova, Italy: University of Genova; 1995.<i>Lagomarsino S., Pagnini L.C.</i> Criteria for modeling and predicting dynamic parameters of building. Report ISC-II, 1, Istituto di Scienza delle Construzioni. Genova, Italy: University of Genova; 1995.<i>Горохов Е.В., Кущенко В.Н., Пиличев К.Л., Махина В.В., Матвеев В.П., Листовенко П.С.</i> Методика обследования несущих стальных конструкций шахтных копров. Донецк: ЦБНТИМинуглепрома УССР; 1984.<i>Gorohov E.V., Kushchenko V.N., Pilichev K.L., Mahina V.V., Matveev V.P., Listovenko P.S.</i> Methodology for inspection of load-bearing steel structures of mine headframes. Donetsk: CBNTIMinugleproma USSR; 1984. (In Russian).<i>Горохов Е.В., Кущенко В.Н.</i> Предохранительное устройство к грузоподъемному механизму: a. c. СССР № 969635. Опубл. 30.10.1982.<i>Gorohov E.V., Kushchenko V.N.</i> Safety device for lifting mechanism. Author’s certificate USSR No. 969635. Publ. date 30 October 1982. (In Russian).<i>Горохов Е.В., Кущенко В.Н.</i> Шахтный копер: а. с. СССР № 881283. Опубл. 15.11.1981.<i>Gorohov E.V., Kushchenko V.N.</i> Mine headframe. Author’s certificate USSR No. 881283. Publ. date 15 November 1981. (In Russian).<i>Горохов Е.В., Кущенко В.Н</i>. Шахтный копер: а. с. № 953166. Опубл. 21.04.2002.<i>Gorohov E.V., Kushchenko V.N.</i> Mine headframe. Author’s certificate No. 953166. Publ. date 21 April 2002. (In Russian).<i>Кущенко В.Н.</i> Обеспечение безопасности строительных конструкций укосных шахтных копров. Макеевка: ДонНАСА; 2006.<i>Kushchenko V.N.</i> Ensuring the safety of building structures of inclined mine headframes. Makeevka: DonNASA; 2006. (In Russian).<i>Кущенко В.Н.</i> Обеспечение безопасности строительных конструкций укосных шахтных копров [диссертация]. Макеевка; 2007.<i>Kushchenko V.N.</i> Ensuring the safety of building structures of inclined mine headframes [dissertation]. Makeevka; 2007. (In Russian).<i>Кострицкий А.С.</i> Учет динамического характера особых нагрузок на конструкции укосных шахтных копров [диссертация]. Макеевка; 2003.<i>Kostrickii A.S.</i> Taking into account the dynamic nature of special loads on the structures of inclined mine headframes [dissertation]. Makeevka; 2003. (In Russian).<i>Kejriwal B.K.</i> Safety in mines. Dyanbad: Lovely Prakashan; 1994.<i>Kejriwal B.K.</i> Safety in mines. Dyanbad: Lovely Prakashan; 1994.<i>Kulyabko V.V.</i> Drawing up of the dynamic models of long-shan and high-rise RS buildings and structures in the time of the diagnostics. In: Proc. 2nd RILEM International Conf. Štrbskě pleso «Diagnosis of Concrete Structures‑»; 1996, p. 382.<i>Kulyabko V.V.</i> Drawing up of the dynamic models of long-shan and high-rise RS buildings and structures in the time of the diagnostics. In: Proc. 2nd RILEM International Conf. Štrbskě pleso «Diagnosis of Concrete Structures»; 1996, p. 382.<i>Elms D.G.</i> Risk balancing in structural problems. Structural Safety. 2012;19(1):67–77. https://doi.org/10.1016/s0167-4730(96)00038-0.<i>Elms D.G.</i> Risk balancing in structural problems. Structural Safety. 2012;19(1):67–77. https://doi.org/10.1016/s0167-4730(96)00038-0.<i>Murgewski J.</i> Reliability: State-of-Art. In: Metal Structures: IX International Conference: Final Report, 1996, Krakov (Poland). Krakov (Poland); 1996, pp. 99–112.<i>Murgewski J.</i> Reliability: State-of-Art. In: Metal Structures: IX International Conference: Final Report, 1996, Krakov (Poland). Krakov (Poland); 1996, pp. 99–112.<i>Кущенко В.Н.</i> Резервы несущей способности и обеспечение долговечности стальных конструкций шахтных копров [диссертация]. Одесса; 1985.<i>Kushchenko V.N.</i> Reserves of bearing capacity and ensuring durability of steel structures of mine headframes [dissertation]. Odessa; 1985. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.