Презентация научной разработки аспиранта Волгоградского государственного университета на

Презентация научной разработки аспиранта Волгоградского государственного университета на XV международном конкурсе технических изобретений «Архимед» г. Москва, 2012 год

Новый способ гашения колебаний на неразрезных балочных мостах при строительстве и эксплуатации аспирант Вол. ГУ Пономаренко С. А. магистрант Вол. ГУ Борисанова Я. А.

NEWS Волгоградский мост шатается! 20 мая 2010 года Волгоградский мост устроил феерические «танцы» над Волгой. В ненастный день под ветром и ливнем полотно моста начало ходить волнами амплитудой до одного метра. Мост через Волгу ЗАКРЫТ! 3

«Танцующий» Волгоградский мост 20 мая 2010 г. Скорость ветра по данным метеослужбы Волгограда: 13 м/с Амплитуда колебаний: около 1 м 4

Конструктивные особенности Волгоградского моста Тип моста: Место постройки: Максимальный пролет: Общая длина неразрезной части: Пролетные строения: Скорость ветра: Амплитуда колебаний: неразрезной балочный Россия 155 м 1213. 4 м две металлические коробчатые балки с нижними и верхними ортотропными плитами 13 м/с около 1 м 5

История «танцующих» мостов с балочными неразрезными пролетами Схема неразрезного балочного моста V=14 -16 м/c 5 Волгоградский мост (Россия), 2010 г. 4 V=20 -60 м/c Мост Kansai ? International Access (Япония), 1990 -1991 гг. 3 V=16 -17 м/c 2010 г. Мост Trans Tokyo Bay Highway (Япония), 2002 г. 1990 г. 2 V=12 -27 м/c 1991 г. Виадук Tozaki (Япония), 1989 г. 1 1990 г. V=15 -16. 5 м/c Мост Rio-Niteroi (Бразилия), 1974 -2002 гг. 1989 г. 1974 г. 6

Rio-Niteroi Bridge Тип моста: Место постройки: Максимальный пролет: Общая длина неразрезной части: Скорость ветра: Амплитуда колебаний: неразрезной балочный Бразилия 300 м 700 м 15 -16 м/с 60 см 1974 -2002 гг. 7

Актуальность Строительство облегченных балочных мостов широко распространено в мире. Известны случаи возникновения колебаний уже на пяти построенных мостах, что позволяет говорить о выявленной закономерности. Во избежание повторения подобных случаев, необходимо на стадии проектных изысканий учитывать возможность возникновения колебаний на мостах балочных конструкций. Для уже построенных мостов - иметь простой эффективный и недорогой способ гашения колебаний. 8

Идея – изменение характера обтекания сооружений или их отдельных элементов ветровым потоком путем придания поперечному сечению балки жесткости удобообтекаемой формы 9

1. Аэродинамический способстабилизации Аэродинамический способ гашения колебаний Стадия проектирования сооружения Стадия эксплуатации сооружения выбор благоприятной обтекаемой формы поперечного сечения балки жесткости моста установка аэродинамических обтекателей перфорация сплошностенчатых главных балок Аэродинамические обтекатели были установлены на виадуке Tozaki (Япония) и на мостах Kansai International Airport (Япония), Trans Tokyo Bay Highway (Япония) 10

Идея – уменьшение амплитуды колебаний за счет присоединения к основной массе дополнительной массы с помощью упругих элементов (аттеньюаторов) ? ? ? 11

2. Динамический способ гашения колебаний Динамические гасители мостовых колебаний установлены на мостах Kansai International Airport (Япония), Trans Tokyo Bay Highway (Япония), Rio-Niteroi (Бразилия) и на Волгоградском мосту (Россия) Волгоградский мост Количество: 3 (по 4) Общий вес: 60 т Rio-Niteroi Bridge Установка динамических гасителей уменьшает величину амплитуды колебаний более, чем в 2 раза за 200 сек. Количество: 32 Общий вес: 2240 т 12

Резонаторный способ гашения колебаний Система легковесных резонаторов для стабилизации состояния мостов Идея – устанавливаются системы дополнительных резонаторов, которые настраиваются так, что частота в полосе затухания их частотного спектра совмещается с частотой нежелательных колебаний пролетного строения моста, что приводит к затуханию колебаний Авторы идеи: M. Brun, A. B. Movchan, I. S. Jones 13

3. Резонаторный способ гашения колебаний 14

Новый способ стабилизации «танцующих» мостов 15

3 версии причин возникновения колебаний на Волгоградском мосту Версия 1. Официальная. Явление ветрового резонанса Версия 2. Опубликованная. Воздействие взрывной волны при ликвидации боеприпасов Причина колебаний - акустические волны, распространяющиеся в грунте после взрыва больших снарядов. Частотные характеристики акустических волн близки к собственным частотам колебаний пролетных строений моста (≈1 Гц) Версия 3. Обсуждаемая. Вероятность существования гидроудара 08. 06. 10 прошел репортаж новостей телеканала Волгоград-ТРВ с информацией о том, что уровень воды в Волге в районе Волгоградского водохранилища упал до небывалых значений! Вода ушла от берега на километр! В то время как, по свидетельству очевидцев, в день происшествия уровень воды в районе моста был чрезвычайно высоким 16 16

Гидродинамический способ гашения колебаний ! ! ! Новый сп особ гашения колебан ий на мостовы х переход ах. Ранее в мостостр оении не приме нялся Идея - передача полной энергии колебаний моста водной среде посредством конструкции гасителя, связывающего мост с водным массивом 17

3 D модель гидродинамического гасителя мостовых колебаний гидродинамический гаситель 18

Схема устройства гидродинамического гасителя колебаний Мостовой пролет «Поршень» - ж/б плита округлой формы, подвешенная, ниже минимально возможного уровня воды, на вантовых связях к тяговому элементу, жестко закрепленному на полотне одного из мостовых пролетов. Служит для передачи энергии колебаний моста водной среде «Стакан» - ж/б конструкция каплевидной формы с полыми отверстиями в нижней части. Размещается в толще водного массива выше максимально возможного уровня воды на свайном основании. Служит защитой от мусора, ледохода и скорости течения воды поршневой части конструкции гасителя 19

Определение размеров рабочей части «поршня» гидродинамического гасителя Исходные параметры Параметры моста l=155 м длина пролета n=10 число пролетов L=1540 м длина моста M=19521. 405 т общая масса моста (мостового полотна с инфраструктурой) ? ! Параметры воздействия V = 13 м/с скорость ветра Vm = 2. 7 м/c амплитуда колебательной скорости моста Nв. уд. = 1. 33 к. Вт/м 2 удельная мощность ветра при скорости tн =1 час время раскачки моста T≈2. 33 с период колебаний A≈1 м максимальная амплитуда колебаний ρ=1. 21 кг/м 3 плотность воздуха при температуре Т 0=293 K и давлении р=760 мм рт. ст. 20

Определение размеров «поршня» гидродинамического гасителя Расчетные параметры ое вн 4 екти как ф а са эф ост ару 2 ое м п ьн ние ого 73 м. т н ел е Уд сеч аль. =0 ле е о д ид S м у пр До 1 бр мо отн ко ле ста ость ка б си ател к Q= сте ьн 1. 0 мы ой / 3· 1 03 2 Удельн ая кин ет энерги я прол ическая ета мо ста Eк. уд =3. , ь воды щност ная мо Удель вторяющей ания по колеб 1 м еские е А= нич гармо и амплитуд /м 2 пр Вт моста 4. 16 к . 54 проле МДж/ Мощ 5 3 но пер сть н мос едаче акачки Nм тов ому энерги при. уд =. 0. 98 прол и к. Вт ету / про = N воды уд. 6 Площадь демпфера S = kф kз Nм уд. · 10 / Nводы уд. =8. 04 !! м 2 ! лет т 21

Расчет на прочность конструктивной части гидродинамического гасителя Расчетная схема Сбор нагрузок сила, возникающая при колебаниях моста собственный вес плиты Pпл. = 13. 48 к. Н/м 2 Fколеб. = 216. 6 к. Н/м 2 вес воды над плитой Pв. = 108. 3 к. Н/м 2 FАрх. . = 4. 9 к. Н/м 2 Архимедова сила 22

Результаты прочностного расчета конструктивной части гидродинамического гасителя Изополя перемещений по оси Z, мм Мозаика напряжений My, к. Н Мозаика напряжений Mxy, к. Н 23

Результаты прочностного расчета конструктивной части гидродинамического гасителя Мозаика напряжений Qx, к. Н/м Мозаика напряжений Qy, к. Н/м Площадь плиты, необходимая Толщина плиты для гашения колебаний моста dпл. = 50 см Sпл = 8. 04 м 2 Диаметр плиты Сечение трубы dпл. = 3. 2 м Сечение канатов 41 мм 530 х10 мм 24

Сравнение недостатки ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ система требует постоянной проверки и корректировки TMD рассчитана на определенную силу ветра система накапливает энергию, что может привести к увеличению периода гашения или увеличению амплитуды колебаний закрытая система преимущества ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ гашение любых возникающих колебаний конструкции вне зависимости от природы их возникновения и при любом частотном спектре полное безвозвратное поглощение энергии система полностью колебаний мостовой конструкции защищена от возникновения колебаний открытая система 25

Стратегия вывода на рынок патентной разработки 26

Сценарии коммерциализации патента РФ 1 сценарий Продажа прав на интеллектуальную собственность 2 сценарий Создание нового бизнеса (или участие в бизнесе) Внесение патента РФ на полезную модель в уставный капитал предприятия Прямая продажа патента Лицензионные соглашения Франчайзинг 27

Юридическое сопровождение при коммерциализации патента РФ Создание собственного бизнеса Прямая продажа патента Договор об отчуждении исключительного права на изобретение, полезную модель или промышленный образец Заявление о государственной регистрации юридического лица при создании, договор об учреждении ООО, устав ООО, протокол № 1 общего собрания учредителей ООО, список участников ООО, письмо о предоставлении юридического адреса Франчайзинг Договор коммерческой концессии Передача прав на патент посредством лицензии Лицензионный договор, т. е. договор о предоставлении права пользования результатом интеллектуальной деятельности Участие в бизнесе Лицензионное соглашение 28 28

Варианты коммерциализации патентной разработки на зарубежном рынке Продажа лицензии на НОУ-ХАУ Опционный договор, лицензионный договор, техническая документация на ноу-хау Получение зарубежного патента регистрация в соответствии с Парижской конвенцией регистрация по процедуре PCT получение регионального патента 29

Анализ конкурентной среды Зарубе ж нок ный ры Россий с кий ры н ок На российском рынке прямых производителей мостовых гасителей выявлено не было 30

Анализ целевого рынка Российские мостостроительные компании – потенциально возможные покупатели патентной разработки 31

Оценка экономической эффективности проекта гашения колебаний Волгоградского моста Фактическая стоимость волгоградского проекта 200 млн. руб. – информация СМИ Плановая сметная стоимость. проекта 120 478 000 р Плановая сметная стоимость. проекта 10 000 руб. Динамический гаситель (фактический проект) Кф = 200/120, 478 = 1, 66 Кф – условный коэффициент эффективности фактического проекта Гидродинамический гаситель (гипотетический проект) Кг = 200/10, 0 = 20, 0 Кг – условный коэффициент эффективности гипотетического проекта Кэф. = Кг / Кф *100%= 1204% Кэф. – эффективность проекта гидродинамического гасителя 32

Эффективность проекта* * для инициатора при участии в бизнесе на основе исключительной лицензии Срок окупаемости проекта с начала финансирования Простой срок 1, 8 лет Дисконтированный срок: при ставке 10% - 2, 1 года при ставке 15% - 2, 3 года при ставке 20% - 2, 5 года NPV (чистая текущая стоимость проекта) при ставке 10% - 10, 88 млн. при ставке 15% - 8, 48 млн. руб. при ставке 20% - 6, 48 млн. руб. IRR (внутренняя норма доходности) 47, 9% 33

Потенциально возможная прибыль лицензиата * * прибыль (млн. руб. ) рассчитывается на период до 5 лет Объем прибыли, млн. руб. 250 При производстве 1 ед. в год, Франчайзинг, 253. 05 При производстве 1 ед. в год, Лицензионное соглашение на основе неисключительного п При производстве 1 ед. в год, Лицензионное соглашение на основе исключительного права 121. 25 119. 375 При производстве 1 ед. в год, Участие в бизнесе при неисключительной лицензии, При производстве 1 ед. в год, Участие в бизнесе при исключительной лицензии, 82. 665 64. 295 При производстве 1 ед. в год 34

Потенциально возможная прибыль лицензиара * * * прибыль (млн. руб. ) рассчитывается Объем прибыли, млн. руб. При производстве 1 ед. в год, Прямая продажа лицензии, лет на период до 5 125 При производстве 1 ед. в год, Франчайзинг, 84. 35 $ $ При производстве 1 ед. в год, Участие в бизнесе при исключительной лицензии, 27. 555 $ При производстве 1 ед. в год, При производстве 1 ед. неисключительной лицензии, Участие в бизнесе при в год, Лицензионное соглашение на основе 9. 185 При производстве 1 ед. в год, Лицензионное соглашение 5. 624999996 исключительного права, на основе неисключительного права, 3. 75 При производстве 1 ед. в год 35

Сопоставление доли прибыли лицензиара и лицензиата* * прибыль (млн. руб. ) рассчитывается на период до 5 лет 1. Участие в бизнесе при исключительной лицензии 2. Участие в бизнесе при неисключительной лицензии 3. Франчайзинг 9, 185 84, 35 27, 555 64, 295 82, 665 4. Лицензионное соглашение на основе исключительного права 5. Лицензионное соглашение на основе неисключительного права 5, 625 253, 05 6. Прямая покупка/продажа лицензии 3, 75 125 119, 375 121, 25 объем прибыли лицензиара объем прибыли лицензиата 250 36

Объявление Для успешной реализации стратегии выхода на рынок с патентной разработкой требуется проведение дополнительных исследований: ü проработка конструктивных особенностей гасителя; ü выполнение деталировочных прочностных расчетов; ü построение математической модели для расчетной схемы моста с учетом работы гасителя; ü экспериментальное обоснование жизнеспособности конструкции в гидродинамической трубе. Предполагаются инвестиционные вложения в размере 5 -7 млн. рублей 400074 Россия, Волгоград, ул. Грушевская, 10 тел факс: (8442) 49 -91 -54 E-mail: ichtc@yandex. ru тел факс: (8442) 49 -91 -54 400074 Россия, Волгоград, ул. Грушевская, 10 E-mail: ichtc@yandex. ru тел факс: (8442) 49 -91 -54 НП «Волгоградский региональный научно-технический центр» Требуется инвестор и покупатель! 37

Спасибо за внимание!