Koncepcja modułowej kładki dla pieszych do zabezpieczenia sytuacji kryzysowych

Transkrypt

1 KAMYK Zbigniew 1 DUDEK Krzysztof 2 Koncepcja modułowej kładki dla pieszych do zabezpieczenia sytuacji kryzysowych WSTĘP Przywrócenie komunikacji lokalnej i regionalnej na terenie objętym katastrofą powodzi jest zawsze priorytetem władz i ratowników. Powodzie, które wystąpiły w ostatnich latach w Polsce [3], [7] i innych rejonach świata [3], [4], zawsze powodowały duże zniszczenia w infrastrukturze transportowej, przez co znacznie utrudniały normalne życie lokalnej ludności, a także szerszych regionów. Największe zniszczenia występują zazwyczaj w rejonach górskich gdzie niszczycielska siła działania wody jest największa i powoduje znaczne zniszczenia [3]. Dla przykładu od początku powodzi do końca lipca 1997 roku na drogach krajowych i wojewódzkich zamiejskich zamknięto dla ruchu [6]: 480 mostów, w tym 219 w ciągach dróg krajowych i 261 w ciągach dróg wojewódzkich; 791 odcinków dróg, w tym 232 odcinków dróg krajowych i 559 odcinków dróg wojewódzkich o łącznej długości 3172 km; uszkodzonych zostało 245 mostów, w tym 74 w sieci dróg krajowych i 171 w sieci dróg wojewódzkich. Współczesny system zaradzania kryzysowego powinien posiadać zdolności, w postaci procedur i środków materialnych, do zabezpieczenia zagrożonych rejonów przed skutkami powodzi, zwłaszcza w postaci środków do ewakuacji z zagrożonych terenów. Rys. 1. Przykład wykorzystania konstrukcji mostu składanego MS 2280 do udowy kładki dla pieszych [2] Wojsko dysponuje konstrukcjami mostów składanych, które doskonale nadają się do odbudowy infrastruktury drogowej w rejonie popowodziowym. Wykazały to doświadczenia ostatnich lat opisane w pracach [5], [6], [14]. Istnieje możliwość wykorzystania niektórych konstrukcji mostów składanych, nie tylko do budowy alternatywnych przepraw dla uszkodzonych, zniszczonych bądź remontowanych mostów stałych, ale również do budowy kładek dla pieszych. Takim przykładem jest kładka dla pieszych nad drogą w miejscowości Walim (rys. 1), wykonana z elementów mostu składanego MS Jednak jest to konstrukcja stosunkowo ciężka, wymaga zabezpieczenia logistycznego i specjalistycznej obsługi. Tak, więc istnieje luka w zdolnościach do szybkiej budowy kładek dla pieszych, które w rejonach objętych powodzią stanowiłyby alternatywę dla użycia łodzi bądź amfibii do ewakuacji ludzi. Następnie mogłyby one służyć do kontaktu z otoczeniem, do chwili wybudowania większych mostów tymczasowych lub stałych. 1 Wojskowy Instytut Techniki Inżynieryjnej; Wrocław, ul. Obornicka 136. Tel: ; kamyk@witi.wroc.pl 2 Wojskowy Instytut Techniki Inżynieryjnej; Wrocław, ul. Obornicka 136. Tel: ; dudek@witi.wroc.pl 678

2 Kładki takie powinny posiadać konstrukcję modułową zapewniającą możliwość budowy kładek o różnej rozpiętości, w zakresie m. Rozpiętość około 20 m zapewnia pokonanie większości (ok. 80%) przeszkód terenowych występujących w Polsce. Konstrukcja powinna być na tyle lekka i łatwa w transporcie aby jej montaż mógł odbywać się ręcznie. Obecnie Wojsko Polskie i służby ratunkowe nie posiadają takiej konstrukcji, a typowe konstrukcje kładek wojskowych innych państw nie nadają się do wykorzystania przez ludność cywilną, poza krótkotrwałymi sytuacjami wyjątkowymi. Kładki wojskowe, zwane zazwyczaj kładkami szturmowymi przeznaczone są dla piechoty do wykonania skrytego ataku w trudnym terenie. Rys. 2. Wojskowe kładki szturmowe: niemiecka IAB [5], hinduska MFB [9] W różnych armiach świata najpopularniejsze kładki szyturmowe: izraelska - Sectional Personnel Bridge (SPB) [11] i niemiecka - Infantry Assault Bridge (IAB) [5]. Są to kładki typowo wojskowe ze względu na małą szerokość pomostu i niskie poręcze. Charakterystykę tych kładek w porównaniu z nową koncepcja przedstawiono w tabeli 1, a widok na przeszkodzie przedstawia rysunek 2. Ostatnio w Indiach, na podstawie doświadczeń z lekką kładką wojskową dla terenów górskich (Mountain Footbridge -MFB), opracowano cywilną wersję na sytuacje kryzysowe. Aluminiowa kładka MFB przeznaczona jest do pokonywania przeszkód o szerokości do 35 m i posiada szerokość pomostu 0,8 m, natomiast jej wersja cywilna wykonana ze stali, jest szersza bo posiada pomost o szerokości 1,5 m, ale krótsza, o maksymalnej rozpiętości 13,5 m. 1. WYMAGANIA DLA KŁADKI MODUŁOWEJ 1.1. Wymagania Kładka zbudowana z segmentów powinna umożliwiać pokonanie przeszkody o szerokości do 22 m, (gdy końce kładki opierają się o brzegi przeszkody). Kładka zbudowana z segmentów, w przypadku ułożenia na pływakach lub burtach łodzi saperskich, powinna umożliwiać pokonanie przeszkody wodnej o szerokości do 42 m. Konstrukcja kładki powinna zapewniać pełną wymienialność części zamiennych produkowanych w kraju lub pochodzących z importu, które użyto do wykonania kładki. Wymiary kładki powinny być dostosowane do transportu kołowego i lotniczego oraz przechowywania z wykorzystaniem 20 stopowych kontenerów. Kładka powinna być odporna na warunki atmosferyczne w temperaturze od -30º C do +50º C i wilgotności względnej do 100%. Kładka oraz jej wyposażenie powinny zapewnić okres docelowej eksploatacji nie krótszy niż 15 lat. Materiały zastosowane do budowy kładki oraz pokrycia antykorozyjne powinny być odporne na działanie środków stosowanych podczas zabiegów specjalnych (dezaktywacja, dezynfekcja itp.). Materiały zastosowane do budowy kładki oraz pokrycia antykorozyjne powinny być odporne na działanie materiałów pędnych i smarów. 679

3 Zgodne z porozumieniem Trilateral design and test code for military bridging and gap-crossing equipment agreed to by: Federal Republic of Germany, United Kingdom and United States of America published in the United States in January 2005 [13] szerokość kładki dla pieszych. powinna wynosić co najmniej 650 mm. Kładka powinna wytrzymywać maksymalne obciążenie 3,83 kn/m 2. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dn [10] wysokość bariery powinna wynosić min. 1,1 m przy chodnikach dla pieszych i obsługi oraz 1,3 m przy chodnikach dla pieszych nad liniami kolejowymi. Zgodnie z Aprobatą Techniczną IBDiM nr AT/ [1] profile aluminiowe powinny być wykonane zgodnie z PN-EN 573-3:2005, PN-EN 573-4:2005, PN-EN 755-2:2001. Szerokość poręczy - 90 mm. Szerokość chodnika umożliwiająca przejazd wózka inwalidzkiego 800 mm. Kładka może być użytkowana wyłącznie pod dozorem upoważnionych osób. Użytkowanie kładki przez osoby cywilne w tym ranne i niepełnosprawne spowodowało konieczność zapewnienia wystarczającej szerokości kładki, i odpowiedniej wysokości barier. Przewidziano również możliwość korzystania z kładki przez osoby z bagażem. Dostosowano obciążenie i przepustowość do długości rozwinięcia kładki. Za użytkowanie niezgodne z przeznaczeniem należy uznać przechodzenie przez kładkę krokiem marszowym, wykonywanie synchronicznych ruchów oraz podskakiwanie. Powyższe dotyczy osób pojedynczych oraz grup Opis budowy kładki Kładka w zależności od rozległości przeszkody może składać się z jednego, dwu, trzech lub czterech segmentów (modułów) łączonych ze sobą na poziomie dźwigarów i poręczy specjalnymi sprzęgami przystosowanymi do szybkiego montażu i demontażu kolejnych segmentów. Sprzęgi dolne wykonano jako układy sworzniowe, a górne jako układy gwintowe. Segmenty wykonane są z profili aluminiowych (rury, profile prostokątne i kwadratowe). Segment kładki wykonany jest w formie spawanej konstrukcji przestrzennej, ramowej. Zastosowane profile spawane są ze sobą czołowo lub za pośrednictwem blach węzłowych. Pomost pokryty jest blachą aluminiową, ryflowaną, z otworami służącymi do odprowadzenia wody opadowej. Konstrukcja jest lekką, dającą się transportować, kładką. Prostota obsługi i łatwość transportu umożliwiają szybkie użycie i przemieszczanie kładki. Do transportu (transport kołowy i lotniczy) zestawu kładki i jej przechowywania zostanie wykorzystany 20 stopowy kontener Charakterystyka techniczna Kładka w zależności od ilości zastosowanych modułów pozwala na rozwinięcie przeprawy o długości: 22 m, 16 m, 11m i 5,5 m. Przy przeszkodach wodnych o szerokościach większych niż 20 m istnieje możliwość wsparcia kolejnych kładek na pływakach lub burcie łodzi saperskiej. W tabeli 1 zamieszczono dane techniczne kładek WITI i czołowych producentów światowych. Tab. 1. Dane techniczne kładek dla pieszych Parametr WITI IAB SPB Masa pojedynczego modułu 80 kg 55,5 kg 42 kg Masa kładki dwusegmentowej 160 kg - - Masa kładki trzysegmentowej 240 kg - - Masa kładki o długości maksymalnej 320 kg 480 kg 380 kg Długość pojedynczego modułu 5575 mm 4430 mm 4000 mm Maksymalna długość kładki mm mm mm Szerokość 800 mm 660 mm 660 mm Wysokość 1145 mm 710 mm 710 mm Przepustowość kładki 16 osób/min. 8 osób/min. 8 osób/min. 680

4 Rys. 3. Pojedynczy segment kładki Rys. 4. Widok dwusegmentowego zestawu kładki 2. ANALIZA OBLICZENIOWAKONSTRUKCJI KŁADKI Analizę konstrukcji przeprowadzono w celu określenia ekstremalnego obciążenia kładki w warunkach konfiguracji czterosegmentowej i trzysegmentowej. W przeprowadzonej symulacji posłużono się ramowymi modelami obciążonymi odpowiednio siłami skupionymi, wynoszącymi dla kładki czterosegmentowej 12 1 kn oraz dla kładki trzysegmentowej 14 1 kn. Wyniki analizy zawierające dane owartościach przemieszczeń i naprężeń zilustrowano na rysunkach 5, 6, 7 i Podsumowanie wyników statycznych Wyniki dla kładki czterosegmentowej zilustrowano na rysunkach 5 i 6. Uzyskane wyniki przemieszczeń zawierają się w przedziale 0 73,52 mm, a naprężeń normalnych w przedziale -151,8 154,6 MPa. Rys. 5. Przemieszczenie dla kładki czterosegmentowej 681

5 Rys. 6. Naprężenia normalne dla kładki czterosegmentowej Wyniki dla kładki trzysegmentowej zilustrowano na rysunkach 7 i 8. Uzyskane wyniki przemieszczeń zawierają się w przedziale 0 44 mm, a naprężeń w przedziale -71,6 55,5 MPa. Rys. 6. Przemieszczenie dla kładki trzysegmentowej Rys. 7. Naprężenia normalne dla kładki trzysegmentowej 682

6 2.2. Wnioski z analizy konstrukcji Uzyskane wartości naprężeń i przemieszczeń gwarantują pełną stateczność zaproponowanego ustroju przy założonych warunkach obciążenia. Na podstawie przedstawionej analizy określono dopuszczalne obciążenie, wynoszące dla kładki czterosegmentowej 12 kn oraz dla kładki trzysegmentowej 14 kn. W ramach dopuszczalnego obciążenia na kładce czterosegmentowej może przebywać jednocześnie 12 osób w ostępach 2,2 m (przy średniej masie pojedynczej osoby ca 100 kg), a na kładce trzysegmentowej14 osób w ostępach 1,4 m. Powyższe dopuszczenie pozwala na uzyskanie przepustowości kładki czterosegmentowej na poziomie 16 osób/min, a kładki trzysegmentowej na poziomie 21 osób/min Przykłady zastosowania kładki Na rysunkach 8, 9, 10 i 11zaprezentowano przykładowe możliwości wykorzystania kładek w sytuacjach, które mogą wystąpić w przypadku powodzi lub katastrof i innych zdarzeń kryzysowych. Rys. 8. Pokonywanie przeszkody wodnej na kładce trzysegmentowej Rys. 9. Pokonywanie przeszkody wodnej na kładkach podpartych na pływakach Rys. 10. Ewakuacja ludzi z zatopionego budynku Rys.11. Ewakuacja ludzi na dach sąsiadującego budynku 683

7 WNIOSKI Przeprowadzone analizy wykazały, że kładki kratowe wykonane z aluminiowych kształtowników zamkniętych, profilowanych na zimno mogą być interesującą propozycją w zakresie rozpiętości przęseł od 20 do 45 m. Kładki charakteryzują się niskim zużyciem materiału i mają zadawalającą sztywność. Również ich właściwości dynamiczne są korzystniejsze, niż w przypadku konstrukcji innego typu o tej samej rozpiętości. Niskie koszty budowy oraz zwiększona trwałość sprawiają, że proponowane kładki powinny być atrakcyjną propozycją obiektów o zwykłym standardzie. Modułowość kładki umożliwia jej montaż w czterech różnych konfiguracjach dostosowanych do szerokości przeszkody i konfiguracji terenu. Podział kładki na moduły, przy niskiej masie pojedynczego modułu, umożliwia jej ręczny transport w terenie o utrudnionym dojściu do przeszkody. W dalszym etapie prac należy rozważyć zasadność zastosowania do budowy kładki materiałów kompozytowych [12]. Wiąże się to jednak z koniecznością opracowania i wykonania profili o specjalnym przeznaczeniu. Streszczenie Coraz częstsze klęski żywiołowe wymagają posiadania sprzętu umożliwiającego szybką ewakuację bądź przywrócenie komunikacji pieszej z lądem. Istniejące wojskowe kładki szturmowe nie spełniają wymagań cywilnych w zakresie bezpieczeństwa eksploatacji przez osoby cywilne. W artykule przedstawiono koncepcję lekkiej modułowej kładki dla pieszych do zastosowań w sytuacjach kryzysowych w środowisku cywilnym. Kładka przeznaczona jest do pokonywania przeszkód terenowych o szerokości do 20 m. Optymalizacja konstrukcji w zakresie kształtu, wytrzymałości, masy oraz technologii montażu, pozwoliła na otrzymanie modułów, które zapewniają jej łatwy transport i montaż. Budowa może być wykonywana przez małe zespoły ludzi, bez specjalnego sprzętu i przygotowania, za wyjątkiem osób nadzoru. Jej modułowość pozwala na łatwą adaptację do warunków terenowych. Istnieje możliwość opracowania konstrukcji pod nowe wymagania służb kryzysowych w zakresie funkcjonalności poprzez zmianę długości i szerokości użytkowej pomostu Concept of a modular footbridge to be used in crisis situations Abstract Increasing occurrence of natural disasters requires the use of such equipment which would enable either rapid evacuation, or quick restoration of pedestrian infrastructure with the mainland. The existing infantry footbridges, however, do not fulfil the civilian standards of safety of use. The paper presents a concept of a light modular footbridge for pedestrian use in crisis situations. This footbridge would be used to cross obstacles 20 m-wide. Optimization of the construction in terms of size, mechanical strength and resistance to environmental factor, the weight and production technology enabled the development of modules which guarantee easy transport and assembly. The assembly is simple; it can be done by a small group of people without the need for special equipment or machinery and requiring only minimum amount of supervision. The modular structure allows the users to adapt it to various terrain conditions with ease. Furthermore, the modular footbridge can be adjusted so as to accommodate the new requirements issued by the crisis services, as far as the functionality is concerned both the length and width of the footbridge can be altered. BIBLIOGRAFIA 1. Aprobata Techniczna Instytutu Badawczego Dróg i Mostów nr AT/ Bartnicki A., Drozdowska K., Utrzymanie zniszczonych przepraw stałych z wykorzystaniem wojskowych mostów składanych. TRANSCOMP XIV International Conference. Computer Systems Aided Science, Industry and Transport, Logistyka 6/2010, s Ciszewski T., Kamyk Z., Mańko Z., Zniszczenia dróg i obiektów mostowych w Kotlinie Kłodzkiej w wyniku fali powodziowej. Inżynieria i Budownictwo 1/1998, s Hays W., Remembering 2010 s Floods. akces r. 5. Infantry Assault Bridge, materiały informacyjne firmy GDLS, 684

8 6. Junosza A.: Powódź na polskich drogach. Polskie drogi. Poradnik użytkownika. nr 8 (34) 1997 s Kowalkowski S., Użycie wojsk inżynieryjnych podczas powodzi. PWL 2008/04 str Maňas P.,Sobotková Š., Using of temporary bridges after floods in Czech Republic. Konferencja Naukowo-techniczna Inżynieria wojskowa - współdziałanie z układem pozamilitarnym w sytuacjach kryzysowych. Szklarska Poręba kwietnia 2003 r., Zeszyty naukowe WSOWL Poglądy i Doświadczenia 2003 r. nr spec.,s Mountain foot bridge developed by DRDO deployed for public use Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dn SPB - Sectional Personnel Bridge Szelka J., Kamyk Z., Kompozytowe mosty wojskowe. Budownictwo i Architektura 12(2) (2013) str Trilateral design and test code for military bridging and gap-crossing equipment agreed to by: Federal Republic of Germany, United Kingdom and United States of America published in the United States in January Zamiar Z., Ciszewski T., Kamyk Z., Bridge Reconstruction: Polish Engineers Provide Assistance After 1000 Years Flood, Engineer, The Professional Bulletin For Army Engineers, Vol. 29 August 1999, pp