Проблема очистки вантовых мостов-гигантов от наледи и снега

Обледенение вантовых мостов-гигантов с пилоном высотой более 300 м и вантой длиной и диаметром более 500 и 100 мм соответственно наблюдается во многих регионах мира, включая Россию, особенно в северных широтах и прибрежных районах, подверженных воздействию ледяных штормов и дождей. В результате тепловых и ветровых воздействий на ванты происходит самопроизвольное обрушение и падение с большой высоты на проезжую часть наледи и скопившегося снега, способное привести к несчастным случаям и повреждению машин. В мире опробовано множество методов борьбы с обледенением вант, которые можно объединить в следующие основные группы: механические (удаление льда вручную или средствами механизации); тепловые (таяние льда за счет наружного или внутреннего подвода теплоты к оболочкам вант); пассивные (нанесение антиадгезионных покрытий) и роботизированные механические. Анализ методов борьбы с обледенением вант выявил высокую трудоемкость ручного метода и неэффективность остальных, а также перспективность роботизированной очистки вант мостов-гигантов от наледи и снега. Предложена концепция построения и кинематическая силовая физическая модель самоперемещающейся робототехнической системы «Вантовый ледокол» для механической очистки вант мостов-гигантов от наледи и снега на основе октаэдрального механизма параллельной структуры.
EDN: URWHLZ, https://elibrary/urwhlz

Литература

[1] Колюшев И.Е. Вантовые мосты-гиганты: сравнительный анализ инженерных решений. Дороги. Инновации в строительстве, 2011, № 10, с. 46–50.

[2] Chen W.F., Duan L., eds. Handbook of international bridge engineering. CRC Press, 2013. 1394 p.

[3] Разживина А.Э., Соболева А.Н. Мостовые сооружения вантового типа. Alfabuild, 2018, т. 5, № 3, с. 76–85.

[4] Саяпин С.Н. Перспективный самоперемещающийся параллельный робот «Октаэдральный ледоскалыватель» для очистки вантовых мостов от наледи и снега. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2022, № 4, с. 97–107.

[5] Расулова Э. Перед машиной падали огромные глыбы льда: девушка рассказала, как пережила ледопад на Русском мосту. Комсомольская правда, 2020. URL: https://www.dv.kp.ru/daily/21712093.5/4329464/ (дата обращения: 07.02.2025).

[6] Zhang X., Zhou W., Li H. Electromechanical impedance-based ice detection of stay cables with temperature compensation. Struct. Control Health Monit., 2019, vol. 26, no. 9, art. e2384, doi: https://doi.org/10.1002/stc.2384

[7] Matejicka L., Georgakis Ch.T. A review of ice and snow risk mitigation and control measures for bridge cables. Cold Reg. Sci. Technol., 2022, vol. 193, art. 103429, doi: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2021.103429

[8] Hoekstra G. Port Mann Bridge reopens after «slush bombs» endanger drivers, damage vehicles. Times Colonist, 20.12.2012. URL: https://www.timescolonist.com/archive/port-mann-bridge-reopens-after-slush-bombs-endanger-drivers-damage-vehicles-4572409 (дата обращения: 07.02.2025).

[9] McElroy J. Slush bombs damage cars on Alex Fraser and Port Mann bridges. CBC News, 05.12.2016. URL: https://www.cbc.ca/news/canada/british-columbia/alex-fraser-port-mann-ice-slush-snow-bomb-1.3882759 (дата обращения: 07.22025).

[10] Henson R. Bridge brilliance. Falling ice. New Civil Engineer, 10.08.2016. URL: https://www.newcivilengineer.com/archive/bridge-brilliance-falling-ice-10-08-2016/ (дата обращения: 07.02.2025).

[11] Mott S., Moon F., Basily B. Validation and refinement of a novel deicing system for stay cables. Tech Report Number. CAIT-UTC-NC55. Rutgers University. Center for Advanced Infrastructure and Transportation, 2020. 44 p. URL: https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/64583 (дата обращения: 07.02.2025).

[12] Guduid K. Bridge drama. Massive falling icicles smash three car windscreens on Queensferry Crossing forcing bridge bosses to launch investigation into frozen cables. The Scottish Sun, 31.03.2019. URL: https://www.thescottishsun.co.uk/news/4064817/queensferry-crossing-ice-bridge-frozen-smashed-car/ (дата обращения: 07.02.2025).

[13] Pooran N. Furious driver says Queensferry Crossing ice ‘could have killed someone’ as eight vehicles hit. Edinburghlive, 11.02.2020. URL: https://www.edinburghlive.co.uk/news/edinburgh-news/furious-driver-says-queensferry-crossing-17727686 (дата обращения: 07.02.2025).

[14] Kleissl K., Georgakis C. Bridge ice accretion and de-and anti-icing systems: a review. Proc. 7th Int. Cable Supported Bridge Operators’ Conf., 2010, pp. 161–167.

[15] Yu W.B., Yi X., Guo M. et al. State of the art and practice of pavement anti?icing and de?icing techniques. Sci. Cold Arid. Reg., 2014, vol. 6, no. 1, pp. 14–21.

[16] Mirto C., Abdelaal A., Nims D. et al. Icing management on the Veterans’ glass city skyway stay cables. Transp. Res. Rec., 2015, vol. 2482, no. 1, pp. 74–81, doi: http://dx.doi.org/10.3141/2482-10

[17] Шкапцов В. Системы прогнозирования и мониторинга сброса гололеда. Электроэнергия, передача и распределение, 2011, № 1, с. 24–28.

[18] Winter safety on Alex Fraser and Port Mann bridges explained. TranBC: веб-сайт. URL: https://www.tranbc.ca/2019/03/05/winter-safety-on-alex-fraser-and-port-mann-bridges-explained/ (дата обращения: 07.02.2025).

[19] Lus S., Williams K. Port Mann ice bombs to be fought with de-icers, cable sweepers. CBC News, 05.12.2016. URL: https://www.cbc.ca/news/canada/british-columbia/port-mann-ice-bombs-to-be-fought-with-de-icers-cable-sweepers-1.1403402 (дата обращения: 07.02.2025).

[20] Автовышки: классификация по высоте подъема. cdminfo.ru: веб-сайт. URL: http://www.cdminfo.ru/biblioteka-stroitelnoy-tehniki/biblioteka-avtogidropodemnikov/avtovyishki-klassifikatsiya-po-vyisote-podema.html (дата обращения: 07.02.2025).

[21] FAQ. Защита вантовых мостов от обледенения. mostlena.ru: веб-сайт. URL: https://mostlena.ru/vopros/zashhita-vantovyh-sistem-ot-obledeneniya/ (дата обращения: 07.02.2025).

[22] Саяпин С.Н. Анализ и перспективы развития роботизированной механической очистки проводов ЛЭП от снега и льда. Электрические станции, 2021, № 2, с. 21–35, doi: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.1075.2.004

[23] Fang G., Cheng J. Advances in climbing robots for vertical structures in the past decade: a review. Biomimetics, 2023, vol. 8, no. 1, art. 47, doi: https://doi.org/10.3390/biomimetics8010047

[24] Briand P. Robots meet bridge, road inspection. NH Buisiness Review, 29.07.2022. URL: https://tficapital.com/wp-content/uploads/2022/07/Infraspect_Article_7-29-2022.pdf (дата обращения: 07.02.2025).

[25] Xu F., Wang X., Wang L. Cable inspection robot for cable?stayed bridges: Design, analysis, and application. J. Field Robot., 2011, vol. 28, no. 3, pp. 441–459, doi: https://doi.org/10.1002/rob.20390

[26] Kong X., Liu Z., Liu H. et al. Recent advances on inspection, monitoring, and assessment of bridge cables. Autom. Constr., 2024, vol. 168, no. 10, art. 105767, doi: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105767

[27] Yun H.B., Kim S.H. et al. Development of inspection robots for bridge cables. Sci. World J., 2013, vol. 2013, no. 1, art. 967508, doi: https://doi.org/10.1155/2013/967508

[28] Xu F., Hu J.L., Wang X. et al. Helix cable-detecting robot for cable-stayed bridge: design and analysis. Int. J. Robot. Autom., 2014, vol. 29, no. 4, pp. 406–414, doi: https://dx.doi.org/10.2316/Journal.206.2014.4.206-4213

[29] Xu F., Dai S., Jiang Q. et al. Developing a climbing robot for repairing cables of cable-stayed bridges. Autom. Constr., 2021, vol. 129, no. 6, art. 103807, doi: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103807

[30] Wang Z., He B., Zhou Y. et al. Design and implementation of a cable inspection robot for cable-stayed bridges. Robotica, 2021, vol. 39, no. 8, pp. 1417–1433, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574720001253

[31] Wang Z., Wang Y., Zhang B. Development and experiment of clamp type submarine cable inspection robot. Machines, 2023, vol. 11, no. 6, art. 627, doi: https://doi.org/10.3390/machines11060627

[32] Cho K.H., Jin Y.H., Kim H.M. et al. Development of novel multifunctional robotic crawler for inspection of hanger cables in suspension bridges. IEEE ICRA, 2014, pp. 2673–2678, doi: https://doi.org/10.1109/ICRA.2014.6907242

[33] Bosch H.R., Pagenkopf J.R. Development of a cable robot and measurement of stay cable roundness. Publication no. FHWA-HRT-24-043. US Department of Transportation, 2024. 138 p.

[34] Zheng Z., Hu S., Ding N. A biologically inspired cable climbing robot: CCRobot — design and implementation. IEEE ROBIO, 2018, pp. 2354–2359, doi: https://doi.org/10.1109/ROBIO.2018.8665180

[35] Gerrard N. Cleaning machine to stop ice build-up on Queensferry Crossing cables. constructionmanagement.co.uk: веб-сайт. URL: https://constructionmanagement.co.uk/cleaning-machine-to-stop-ice-build-up-on-queensferry-crossing-cables/ (дата обращения: 07.02.2025).

[36] Kim J., Seo D.W., Jung K.S. et al. Development of inspection robot for removing snow on stays of cable-stayed bridge. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 2020, vol. 21, no. 3, pp. 246–252, doi: https://doi.org/10.5762/KAIS.2020.21.3.246