[ На главную ] -- [ Список участников ] -- [ Зарегистрироваться ]

05 - Статико-динамические характеристики узлов.

  Вход на форум   логин       пароль   Забыли пароль? Регистрация
On-line:  

Раздел: 
Константин Серафимов - Книжная полка / "Веревка - как она есть" Константин Б.Серафимов / 05 - Статико-динамические характеристики узлов.

Страницы: 1  ответить новая тема

Автор Сообщение

Добавлено: 16-01-2005 20:13
Константин Б. СЕРАФИМОВ "ВЕРЕВКА - КАК ОНА ЕСТЬ"

5. СТАТИКО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЗЛОВ.
------------------------------------------

Разговор о веревках был бы незаконченным, если ни слова не сказать об узлах, которые приходится вязать на веревках а процессе их использования.

В технике одинарной веревки применяются только узлы, которые:

- максимально соответствуют целям применения;
- имеют наибольшую прочность на разрыв;
- являются устойчивыми, то есть не могут самопроизвольно развязываться или перемещаться вдоль веревки;
- легко и быстро развязываются вне зависимости от состояния и диаметра веревки;
- обеспечивают легкое и безошибочное завязывание.

Поведение веревки в узлах при нагрузке, плавно нарастающей от 0 до разрушения веревки, многократно изучено в разных странах. На основе многочисленных испытаний определено, на сколько процентов уменьшается прочность данной веревки при завязывании на ней разных узлов.

Рассмотрим Таблицы 10 и 11, составленные мной по данным комиссии по изучению снаряжения Французской Федерации Спелеологии (Р.Курби и др. "Спелунка" № 2, 1979 г, перев. А.Иванов, Москва), книги "Техника альпийской спелеологии" (Ж.Марбах, Ж-Л.Рокур, Франция, 1979г.) и книги "Проблемы безопасности в горах" (Б.Маринов "Медицина и физкультура", София, 1973г., Москва "Физкультура и спорт" 1981 г).

Таблица 10. Статическая прочность узлов для крепления веревки




Таблица 11. Статическая прочность узлов для связывания двух веревок



Примечания к Таблицам 10 и 11:
------------------------------
Л1 - "Спелунка", 1979г. Франция.
Л2 - "Техника альпийской спелеологии", 1979г. Франция.
Л3 - "Проблемы безопасности в горах", 1973г. Болгария.

Что дает анализ этих таблиц?
Прежде всего, обращает на себя внимание довольно ограниченный выбор общих для альпинизма и технической спелеологии узлов. Понятно, что применяемые при спасательных работах узлы заимствованы из двух этих основных сфер, и отдельно о них в рамках настоящей работы говорить не имеет смысла.


Описанный в альпинистской литературе арсенал узлов вообще весьма беден.
С одной стороны, это можно объяснить расхожим представлением, не лишенным, в принципе, практического смысла, что "достаточно трех узлов, чтобы ходить в горы".
С другой стороны, видимо, объясняется традиционно консервативным подходом, когда в деле используют только те узлы, в которые "верят", без особого вникания в суть.

Подтверждением тому, например, широкое применение узла "двойной булинь", значительно уступающего по своим характеристикам узлу "двойная восьмерка", но распространенного гораздо шире.
И, наконец, проще усвоить правильное завязывание нескольких универсальных узлов и применять их без особых мудрствований, чем в сложных условиях восхождения учитывать все местные особенности, применяя узлы, оптимальные для каждого конкретного случая. Такая работа возможна, только если уровень мастерства исполнителя достаточно высок.

В то же время современная вертикальная спелеология и, прежде всего, SRT подразумевают в каждом конкретном случае использование узлов оптимальной конструкции, для чего требуется свободное владение достаточно большим их арсеналом.
Такой же подход должен соблюдаться при использовании веревок в спасательных работах.

Но продолжим анализ таблиц.
Исследования показывают, что намокание веревки при нормальных условиях (в данном случае Т = 20° С) незначительно влияет на их прочностные и динамические качества. Удлинение становится чуть больше (возрастают динамические качества!), а прочность на разрыв немного понижается - на 3-4 %.

Узлы на мокрой веревке ведут себя аналогично веревкам, на которых завязаны. По сравнению с сухими, мокрые узлы теряют в прочности от 0,4 до 4,5 % (Б.Маринов), что само по себе незначительно.

В условиях подземных маршрутов (Т = 2-6° С) прочность веревок снижается до 7 %. Это можно объяснить уменьшением эластичности волокон за счет понижения температуры, химического (правда, обратимого) воздействия молекул воды, а также снижением взаимного трения между волокнами полимера за счет жидкой смазки, вследствие чего разрыв отдельных волокон, происходит неравномерно.
В условиях пещеры следует ожидать снижения прочности узлов на те же 7,0-8,0 %, по сравнению с узлами на сухой веревке.

Серьезные изменения физико-технических свойств веревок происходит при их намокании с последующим замерзанием.
Замерзание веревки при отрицательных температурах (в горах или просто зимой) значительно снижает ее динамические качества, прочность и надежность.
Эластичность веревки уменьшается почти на 10 % (снижение динамических свойств), а прочность на разрыв теряет до 30 %, что в абсолютных показателях - примерно 450 кГ потери прочности (Б.Маринов) и более.
Для разных видов веревки численные показатели изменяются, но порядок их изменения сохраняется.
Понятно, что и мокрые замороженные узлы ведут себя аналогично, теряя в прочности от 21 до 31 %, по сравнению с узлами на сухих теплых веревках.

В вертикальной спелеологии в таких условиях могут оказаться только веревки, навешенные в привходовой части пещеры при зимних проникновениях, в то время как в альпинизме это достаточно частая ситуация.

ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ:
--------------
- Узлы на веревке при намокании и замерзании ведут себя точно так же, как и веревка, на которой они завязаны.

На сколько же снижается объявленная прочность веревки при завязывании на ней узлов?
Смотрим таблицы. Данные разных авторов и разного времени довольно значительно различаются. Особенно это заметно на примере "ветерана альпинизма" - узла "булинь". Да и для других узлов имеет место разброс данных. Если не считать его следствием погрешностей в измерениях, такой разброс можно объяснить различным материалом и конструкциями испытываемых веревок, а также различными схемами испытательных стендов.
Нам не известны данные по испытаниям узлов, проведенные в СССР и его "осколках" - авторы предпочитают ссылаться на зарубежные источники. Единственные цифры, да и те по пеньковым веревкам, можно найти за 1950 год (Е.А.Казакова "Техника страховки в горах" Москва, Профиздат).

Несмотря на разброс данных, все испытания показывают главное: при завязывании на веревке узла ее прочность снижается.
И все же - на сколько?

Перед тем как попытаться ответить на этот вопрос, давайте ответим на другой: а каком месте рвется веревка с завязанными на ней узлами?

На этот счет существует "постулат", до последнего времени не вызывавший сомнений.

Вот он: ВЕРЕВКА ВСЕГДА РВЕТСЯ В УЗЛЕ.

Всегда ли он справедлив?

Марбах и Рокур подтверждают этот постулат.
Б.Маринов прямо об этом не говорит, но, похоже, подразумевает.
В то же время проведенные нами испытания веревок (клуб "Сумган" г. Усть-Каменогорск), дали несколько неожиданные результаты:
Всего 7 % образцов с узлами для привязывания веревки к опоре разрушились в узлах. Возможно, причина в различных схемах испытаний (Рис. 9).




Что же касается узлов для связывания двух веревок, то в этом случае однозначно - все разрушения действительно происходят в узлах.

Рассуждая о прочности веревок с узлами, следует обратить внимание на то обстоятельство, что все испытания, результаты которых приведены в таблицах, проводились как статические.
Это означает, что образцы нагружались нагрузкой, плавно нарастающей от 0 до предельного значения.

На практике нас больше интересуют процессы динамические - именно они "пробуют на зуб" страховочную цепь при инциденте на отвесах.
Статические же нагрузки всегда имеют очень скромные значения и редко угрожают нашей безопасности. Разве что при применении тяжелых полиспастов для подъема грузов и ведения спасработ или на перетянутых "дурной силой" троллеях и горизонтальных перилах.

Страшна именно динамика, а вот о поведении узлов при динамических нагрузках нам мало что известно.
Тем не менее, практика показывает, что наличие узлов на веревке не ухудшает ее динамические характеристики. Подтверждением тому служит эффект границы Но и применение в практике SRT амортизирующих узлов.

Феномен границы Но (см. раздел 2.5) снижает максимальную динамическую нагрузку при длине веревки, меньшей, чем некоторая, для каждого вида веревки своя, величина, называемая Но.
На практике это проявляется в эффективном амортизирующем действии наших самостраховочных "усов" при малых срывах. При этом основную энергопоглощающую роль играют именно узлы (и заключенная в них веревка).

Амортизирующие узлы относятся к специфическим элементам SRT. Если разрушение основного закрепления неизбежно повлечет приложение значительных динамических нагрузок к дополнительному закреплению, то на веревке между основным и дополнительным закреплениями завязывается амортизирующий узел. При динамическом ударе с возрастанием нагрузки до некоторой величины, веревка в амортизирующем узле протягивается и поглощает часть энергии падения.
В таблице 12 приведены данные испытаний амортизирующих узлов (Ж.Марбах, Ж-Л.Рокур).



Несмотря на некоторую противоречивость данных Таблицы 12, все же можно подметить основную закономерность - снижение максимальной динамической нагрузки при использовании амортизирующих узлов.


ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ:
--------------
- Любые узлы поглощают часть энергии падения, но не всякие узлы годятся в качестве амортизирующих.
- В самом общем случае нужно считать, что завязанный на веревке узел ослабляет ее на 50%.
- Сколько бы узлов ни было завязано на веревке, практическая прочность ее снижается на величину ослабления ее самым нестойким по своему рисунку узлом.
- Абсолютная величина максимальной динамической нагрузки, приводящей веревку с узлом или без него к разрушению, всегда равна абсолютной величине статической нагрузки, приводящей к тем же последствиям.

Вот важный момент в понимании вопроса о прочности веревок!
Нет разницы в величине устойчивости веревки к динамическим или статическим нагрузкам - она всегда равна ее реальной прочности на разрыв.
Разница только в самом характере нагрузок.
Статические, будучи однократно приложены, не изменяются во времени по своей величине. Поэтому веревка под действием статической нагрузки или разрушается - если ее величина больше прочности веревки, или нет, если меньше.
Медленно изменяющиеся во времени нагрузки относятся к псевдостатическим.
Быстро изменяющиеся во времени нагрузки, называемые динамическими, разрушают веревку, если достигают по величине значения ее прочности, того же самого значения, что и статические или псевдостатические нагрузки.
Того же самого!

Какими бы ни были изменения во времени величины приложенных к веревкам нагрузок, ее практическая прочность остается одинаковой.
Нет разницы между "статической" и "динамической" прочностью веревки. Прочность у веревки всегда конкретная величина, а вот нагрузки, испытываемые ей могут быть самыми разными, как по величине, так и по скорости и закону изменения во времени.

В разговоре об узлах нас интересует не столько абсолютные величины разрушающих веревку нагрузок, сколько изменение динамической устойчивости вследствие завязывания узла - равна ли она проценту снижения статической прочности?
Этот вопрос подлежит детальному изучению, однако уже сейчас можно сказать, что, в целом снижая практическую прочность, узлы повышают устойчивость веревки к динамическим рывкам, не уменьшая, а увеличивая ее надежность - вывод, который еще недавно мог бы показаться совершенно невероятным.
То есть веревка с узлами может выдержать большее число рывков от падения груза заданной величины, чем веревка без узлов.
До тех пор, пока узлы не затянутся до предела, веревка в них гасит рывки, поглощая энергию падения за счет работы трения меж витками узлов и деформации веревки в них заключенной.

Итак, какие узлы применяются в SRT?

Страницы: 1  ответить новая тема
Раздел: 
Константин Серафимов - Книжная полка / "Веревка - как она есть" Константин Б.Серафимов / 05 - Статико-динамические характеристики узлов.

KXK.RU