tallinna tehnikakÕrgkooli ÜliÕpilaste toimetised nr 16

TALLINNA TEHNIKAKÕRGKOOLI

ÜLIÕPILASTE TOIMETISED

NR 16

2013

Koostaja ja toimetaja: Jaan Rohusaar

Tehniline toimetaja: Mari-Leen Toome

Väljaandja: Tallinna Tehnikakõrgkool Pärnu mnt 62 10135 Tallinn

Trükiarv: 250 eksemplari

ISSN 1406-7641

Tehniline teostus: Eesti Ülikoolide Kirjastus OÜ www.eyk.ee

TRANSACTION NO 16 OF THE TTK UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

You have opened the fi rst number of Proceedings by the Students’ Scientifi c-Technical Associa-tion of TTK University of Applied Sciences. Th e current volume is the fi rst edition devoted to the research and scientifi c work of students, consisting of a selection of the most remarkable student theses from 2013. Th e publication of the Students’ Proceedings is the fi rst try at TTK UAS to have a student marked as a single author of an article. When choosing articles for this publication, both the currency of a topic and student’s ability to analyze problems or test results were taken into account.

When choosing a topic for a diploma thesis, the most essential factor is the student’s inter-est towards the topic. Ideally, a student and a teacher have worked closely during study period, and a student has been a younger partner for a teacher in tackling scientifi c problems. From this kind of cooperation, many articles have been born for the Proceedings of TTK UAS, listing students as co-authors (e.g. Priit Ratt, Eero Allikvee, Siim Randmäe, Ivo Herm etc.) or authors (Tõnis Ental) of research. Usually, a supervisor is a senior and more experienced partner to a student when the diploma thesis is being written. However, future cooperation stemming from this kind of collaboration may last for a lifetime!

As already being said, the current publication does not list supervisors as co-authors of research. Th e authors of the articles are students. Supervisors are only mentioned in a modest way on a supplementary row. Th e person responsible for the accuracy and trueness of the state-ments and results presented in the article is the author. As the research articles presented in this publication have also passed the process of diploma thesis defense in the faculties, the works also refl ect the research activities of the faculties.

Let us hope that there will be a tradition of issuing Students’ Proceedings and that at least one edition will be published each year, presenting the best of students’ diploma theses. Th e younger students interested in research activities may participate in the annual student confer-ence organized by the Scientifi c-Technical Association of Students, and present their research in the Students’ Proceedings.

Th e current publication includes seven articles from diff erent specialties taught at TTK UAS. Th e collection also includes a foreword and an encouragement for future authors by the senior editor of the Students’ Proceedings, professor emeritus Mr. Jaan Rohusaar.

Anne KraavVice Rector for Development

SAATEKS

Olete avanud esimese numbri Tallinna Tehnikakõrgkooli üliõpilaste teadusliku-tehnilise ühingu (TTK ÜTTÜ HEUREKA) toimetistest. Käesolev kogumik on esimene üliõpilaste teadus- ja arendustöid käsitlev väljaanne, mis sisaldab valikut 2013. aastal enam tähelepanu pälvinud lõputöödest. Tegemist on esimese sellelaadse katsetusega, kus artikli autoriks on üliõpilane. Artiklite valikul on arvestatud kõrvuti teemade aktuaalsusega ka üliõpilase oskust probleemi või katsetulemusi analüüsida.

Lõputöö teema valikul on tavaliselt oluline osa üliõpilase huvil teema vastu. Ideaalne on, kui üliõpilane on õppetöö jooksul olnud tihedas koostöös oma juhendajaga, kui üliõpilane on olnud nooremaks partneriks mõne tõsise probleemi lahendamisel. Sellisest koostööst on sündi nud „TTK Toimetistes” paljud artiklid, kus hiljutised üliõpilased esinevad kaasautoritena (Priit Ratt, Eero Allikvee, Siim Randmäe, Ivo Herm jpt) või uurimustöö autorina (Tõnis Ental). On ju reeglina juhendaja üliõpilase jaoks lõputöö valmimise ajal vanemaks ja kogenumaks partneriks. Aga edasine partnerlus ja koostöö võib jätkuda aastaid!

Nagu öeldud, ei esine käesolevas väljaandes juhendajad artiklite kaasautoritena. Artiklite autoriteks on üliõpilased ja juhendaja on vaid tagasihoidlikult täiendaval real märgitud. Artiklis esitatud väidete ja tulemuste õigsuse eest vastutab eelkõige autor, aga kuna need tööd on läbi-nud teaduskondades ka lõputöö kaitsmise protseduuri, siis kahtlemata kajastub nendes töödes ka teaduskondades tehtav teadustöö.

Jääb vaid loota, et TTK ÜTTÜ toimetised ei jää ainukeseks, vaid sellele järgneb igal aastal veel vähemalt üks number, kus kajastuvad sellel aastal kaitstud parimad üliõpilastööd. Võima-lus on ka nooremate kursuste üliõpilastel teha ettekanne igaaastasel ÜTTÜ konverentsil ja tule-musi TTK ÜTTÜ toimetistes kajastada.

Kogumikus on seitse artiklit väga erinevatest TTKs õpetatavatest valdkondadest. Kogumikku on lisatud TTK ÜTTÜ toimetiste koostaja ja vastutava toimetaja emeriitprofessor Jaan Rohu-saare pöördumine toimetiste tulevastele autoritele.

Anne Kraavarendusprorektor

5

SISUKORD

Mari Arvisto (Tallinna Tehnikakõrgkooli arhitektuuri ja keskkonnatehnika teaduskonna 2013. aasta vilistlane)Rahvusooper Estonia uus ooperimaja ............................................................................. 6Th e New House for the Estonian National Opera ........................................................... 15

Taavi Kivistik (Tallinna Tehnikakõrgkooli ehitusteaduskonna 2013. aasta vilistlane)Jalakäijate sild Rakvere Vallimäe puhkealal .................................................................... 16Pedestrian Bridge at the Recreation Area of Vallimäe in Rakvere .................................. 24

Kristjan Roos (Tallinna Tehnikakõrgkooli ehitusteaduskonna 2013. aasta vilistlane)Uurimus eelpingestatud ruumilistest teraskonstruktsioonidest .................................... 25Study on Prestressed Spatial Steel Structures .................................................................. 34

Taavi Tammeveski (Tallinna Tehnikakõrgkooli mehaanikateaduskonna 2013. aasta vilistlane)Hammasreduktori projekteerimine ülikerglennumasinatel kasutamiseks .................... 35Designing a Reduction Unit for Ultraweight Aircraft s ................................................... 39

Madis Moor (Tallinna Tehnikakõrgkooli mehaanikateaduskonna 2013. aasta vilistlane)Tooriku ettetõmbamise seadme kinnitushaarade projekteerimine ................................ 40Designing the Grips for Workpiece Feeding Device ....................................................... 43

Kristo Vaher (Tallinna Tehnikakõrgkooli transporditeaduskonna 2013. aasta vilistlane)Päikesepaneelide kasutamise perspektiividest Eestis ..................................................... 44Perspectives of Using Solar Panels in Estonia ................................................................. 49

Argo Hallik (Tallinna Tehnikakõrgkooli transporditeaduskonna 2013. aasta vilistlane)Liiklusohutuse tagamine liiklusjärelevalve planeerimise abil ........................................ 50Ensuring Traffi c Safety by Planning Traffi c Control ...................................................... 53

Jaan Rohusaar (Tallinna Tehnikakõrgkooli emeriitprofessor)Toimetiste tulevastele autoritele ...................................................................................... 54

6

RAHVUSOOPER ESTONIA UUS OOPERIMAJA

Autor: Mari ArvistoJuhendaja: TTK lektor Ott Kadarik„Suurepäralise maja juures on näitelava liig ahtake – see on kõigi asjatundjate arvamine olnud, kes uut teatrit senini vaatamas käinud.” Eduard Wirgo, 1913. a [2]

Sissejuhatus

1913. aastal ehitatud Estonia teatrihoone on aastaid olnud üks Tallinna südalinna sümboleid ning on märgilise tähtsusega hoone. Soome arhitektide Armas Lindgreni ja Wivi Lönni projek-teeritud juugendklassitsistlik Eesti Teater Estonia hoone oli suurim tollases Tallinnas. Tallinna ainus spetsiaalselt ooperi- ja balletietenduste andmiseks ehitatud saal on jäänud aga vajadustele väikseks.

Rahvusooperile uue teatrimaja ehitamise unistust on teater hellitanud ammu, kuna 1913. aas-tal valminud hoone ehitati algul draamatükkide lavaletoomiseks ja seetõttu ei peeta praeguse hoone akustikat muusikaetenduste jaoks sobivaks. Estonia teatri avamise järel on hakatud kohe otsima ka võimalusi selle laiendamiseks. Kolmekümnendatel kõrgendati hoone keskosa, sõjajärgsete taastamistöödega lisati hoone kogupikkuse ulatuses juurde ca 11 m laiust Pärnu maantee suunas ning suurendati lava abiruumide plokki vastu G. Otsa tänavat. Kõige olulisem puudus aga säilib – see on saali vilets akustika. Põhipõhjuseks on ruumi väike kubatuur, mille oluline suurendamine on lihtsalt füüsiliselt võimatu. Seetõttu on läbi aegade korduvalt mõl-gutatud mõtteid, kas uue, muusikaetendusteks sobiva saali juurdeehitamisest või koguni uue ooperimaja rajamisest. [2]

Juba eelmise sajandi 70ndatest on pälvinud üldsuse ja meedia tugevdatud tähelepanu uue ooperimaja ehitamise küsimus. Alates sellest ajast on korraldatud erineva asukohaga arhitek-tuurikonkursse ooperimaja ideelahenduse leidmiseks, kuid ühel või teisel põhjusel on hoone jäänud püstitamata.

Rahvusooperi loominguline juht Vello Pähn ütles intervjuus Sirbile: „Liikudes mööda oope-riteatreid ja kujutades ette, kas see või teine teos või lahendus võiks sobida meie lavale, pean kurvastusega tõdema, et see osa, mida siin saaks esitada, on väga väike.” Seega kammitseb uue, vajadustele paremini vastava ooperimaja puudumine nii rahvusooperi kui ka -balleti kunsti-lisi plaane ja loomulikku arengut ning arutelud uue ooperimaja püstitamise üle ei tohiks vai-buda. [3]

Käesoleva projektiga otsitakse vastuseid küsimusele: Milline on parim asukoht uuele ooperi-teatri hoonele Tallinna linnaruumis, et see arvestaks ka olemasoleva Estonia teatrihoonega? Uue hoone asukoht peaks toetama praeguse teatrihoone toimimist ja vältima selle amortiseeru-mist. Samuti on projekti eesmärk koostada ooperimaja ruumiprogramm ja leida ideelahendus.

7

1. Ooperimaja, mis ei saa kunagi valmis

9. märtsi õhtul 1944. aastal, kui publik nautis teatrisaalis Eduard Tubina balleti „Kratt” eten-dust, sai Nõukogude lendurite pommirünnakus Tallinnale tabamuse ka Estonia maja. Sama aasta detsembris kuulutas ENSV Kunstide valitsus välja teatri- ja kontserdihoone taasehituse ideekavandite kinnise võistluse, mille tulemusel langes projekti valmistamise ülesanne arhitekt Alar Kotlile. Arhitekt püüdis konkursi tingimustest lähtuvalt säilitada hoone Estonia puiestee poolse fassaadi ilmet, ülejäänud fassaadide puhul aga lubas endale vabadust Lindgreni-Lönni aegseid ideid edasi arendada ning selle tulemusena muutus nende ilme põhjalikult. [4]

Ruumikitsikuse probleem aga säilis ning nii korraldatigi 1984. aastal kinnine võistlus ooperimaja sobivaima lahendusidee leidmiseks uues asukohas, nn Süda tänava kvartalis. Võr-reldes Tõnismäega oli uus ala väheinspireeriv – kõikjal tihedalt valdavalt poolräämas agulimaju ning mitmesuguses seisundis rohelust. Linnasüdame poolt piiras ala 1930ndatel samasuguste, ajaliselt veelgi vanemate äärelinna kvartalite asemele rajatud suurlinlik väärthoonestus. Estonia ja Kultuuriministeeriumi koostatud teatri ruumiprogramm oli õige mahukas. [2]

Haljastuse osas sai tehtud põhjalik inventuur ning hõlmikpuu säilitamiseks sobivate tingi-muste loomisel koostati mitmesuguseid liiklus- ja planeerimislahendusi ning konsulteeriti asja-tundjatega. Lõppvariandis jäi puu koos oma lähikaaslastega 560 m2 suurusele saarele (nõuko-gudeaegsed eramukrundid olid reeglina 600 m2). [2]

1988. aasta sügiseks jõudsid arhitektid Peep Jänes ja Henno Seppmann esimeste tööjoonis-teni, kuid senine töö katkestati ning kuulutati samale asukohale välja uus, lahtine arhitektuu-rikonkurss ette lootusetu veendumusega, et Süda tänava kvartalisse on võimalik kavandada maalilist äärelinnamiljööd austav ooperimaja, säilitades seejuures kõik olemasoleva keskkonna väärtused; nõutav oli ka Rävala puiestee läbimurre Pärnu maanteele, aga sellisena, et seda eriti ei märkaks. Endastmõistetavalt jooksis nii vastuoluliste ja üksteist välistavate tingimustega kon-kurss liiva ja kogu ettevõtmine sumbus. [2]

2. Linnaehituslik analüüs

2010. aasta märtsis koostati „Rahvusooper Estonia uue hoone asukoha valik ja linnaehituslik analüüs”, mille autoriteks olid EAL, OÜ Urban Management ja OÜ Ars Projekt. Kõnealuses linnaehitusliku analüüsi dokumen-dis kajastatud nõuded on võetud esialgseks aluseks sobiva asukoha leidmisel.

Linnaehituslikust analüüsist saab välja tuua järg-mised olulisemad punktid.

Asukoht peab olema linnakeskuses, kesklinna jalakäigu piires ja ooperikülastajal peab olema põhjust/võimalust antud asukohas viibida ka enne ja pärast ooperietendust.

Hoone peab tekitama veel lisaks uut linnaruumi. Uus ja vana hoone jäävad koos eksisteerima ning

nende vahele peab jääma teatud linnaehituslik side. [1]

p

Joonis 1. Nn 1905. a monumendi ala

8

Töögrupi hinnangul on tehtud analüüside ja järelduste põhjal parim asukoht uuele ooperi-teatrile Admiraliteedi basseini ja Poordi vaheline ala. Kuna Admiraliteedi basseini äärsele alale on tehtud teistsuguse funktsiooniga detailplaneering ning käesoleval hetkel on äri- ja korter-elamu projektlahendus juba valmis, on see kindel takistus antud alale ooperiteatri projekteeri-misele.

Nn 1905 monumendi ala olemasoleva Estonia teatri Pärnu maantee poolsel küljel on olnud üks kaalukamaid asukohavariante uue ooperimaja rajamiseks, kuna aastaid püsinud asukoht jääb samaks ning kokku saab hoida ka administratiivruumide arvelt. Paraku räägib selle vastu väga tugevalt asjaolu, et ala asub vanalinna muinsuskaitsealal ning maa all asub bastionaal-vöönd, mis teeb ehitustegevuse keeruliseks.

3. Teatri väljak potentsiaalse asukohana uuele ooperimajale

Kõiki positiivseid ja negatiivseid asjaolusid arvestades sai käesoleva diplomitöö korral valitud uue ooperiteatri asukohaks praegune Teatri väljaku nime all tuntud park-haljasala. Uue ooperiteatri ehitamine toob kaasa väliskülaliste osakaalu suurenemise ning rahvusooper on välja toonud ka nõude: asukoha valikul tuleks alu-seks võtta see, et ooperimaja külastajatel peaks olema põhjust jääda ümbruskonda ka pikemaks ajaks. Ala vaadeldes võib öelda, et kõnealune asukoht on mit-mete trajektooride ristumiskohas ja läbikäidav paljudel marsruutidel.

Teatri väljaku nimeline haljasala ei ole praegu toi-miv. Linnaelanikel ei ole põhjust parki kasutada, kuna vahetus läheduses asub esinduslik linnapark Tamm-saare park ning pigem kasutatakse seda läbikäiguna otseteena Solarise keskuse ja Estonia bussi- ja trollipea-tuste vahel. Park on asustatud ülekasvanud puudega, mis varjavad ära valguse.

Krunt funktsioneerib hetkel südalinna transpordisõlmena. Solarise keskuse ees on praegu kahe sõidurajaga ühesuunaline tee, kuhu on lubatud ainult ühistransport ning bussiliiklus on seal tihe. Linnaehituslikust seisukohast ei ole südalinnas taolise maapealse transpordisõlme olemasolu õigustatud ja pigem on mõistlik sealt igasuguse liiklusvoo eemaldamine. See on diplomitöös ka aluseks võetud ning sellest lähtuvalt luuakse kergliiklejate nõudmisi paremini arvestav keskkond.

Seega on õigustatud Teatri väljaku hoonestus ja seeläbi südalinna tihendamine. Ära kao-tatakse mittekasutatav maa ja luuakse selge funktsiooniga ala.

Joonis 2. Solarise keskuse ja

Teaduste akadeemia vaheline ala,

nn Teatri väljak

9

4. Väikesemahulised nn kompaktoopermajad

Kõnealuses 2010. aasta analüüsis ei pandud paika täpset ruumiprogrammi, seega oli diplomitöö autori ülesandeks koostada see iseseisvalt. Tingimustega tutvudes sai selgeks, et selline ooperi-maja Teatri väljakule ilmselt ära ei mahuks ning seega tuli nõudeid veidi korrigeerida, kusjuures säilitati nõudmised lava-alale, kuna Estonia teatri hetkeline ebapiisav lavapind ja probleemne akustika on käesoleva diplomitöö üks ajendeid.

10

Joonis 3. Projekti asendiplaan ja tekkeskeemid

Selle jaoks uuriti väiksemamõõdulisi, nn kompaktooperimajade projekte mujal maailmas. 2008. aastal Reykjaviki, Islandile kavandatud ~8000 m2 brutopinnaga ooperimaja (Arki-tema & Arkthing) ruumiprogramm võimaldab veenduda taolise väiksemahulise ooperimaja toimimises, kuna selles on esindatud vajalikud ruumid.

Töö käigus kontrolliti sellise mastaabiga hoone sobivust Teatri väljakule. Selle jaoks paigu-tati Islandi ooperimaja asendiplaan kavandatava Estonia uue ooperimaja asukohta ja kontrol-liti külgnevaid vahemaid. Seeläbi tõestati, et on tõepoolest võimalik esmapilgul niivõrd kitsale krundile, kui seda on Teatri väljak, taoline hoonestus planeerida.

5. Asendiplaaniline lahendus

Projekteeritav ooperiteater paigutub paralleelselt seda ümbritseva Teaduste Akadeemia hoo-nega ja Solarise keskusega ning jääb ühele sihile Estonia teatri ja välisministeeriumiga. Lava-plokk on paigutatud Estonia puiestee äärde, mis lubab mõõduka pikkusega ühendustunneli projekteerimist olemasoleva teatri ja projekteeritava ooperimaja vahel.

Kuna praeguse haljasala hoonestamisega ja sellele spetsiifi lise funktsiooni andmisega „lõi-gatakse” ära tükk üldkasutatavast maast, on oluline, et projektis arvestatakse ka linnaelanikega ja sellega, kuidas oleks võimalik uue hoonega suhestuda neil, kes ei külasta hoonet parasjagu ooperi- või balletipublikuna: krundi lõunapoolele on loodud väljak, millel asub ka ooperiteatri peasissepääs. Tekkinud väljakut saab läbida nii loode–edelasuunaliselt kui ka lõuna–põhjasuu-naliselt ning väljak suunab ka ooperiteatri maa-alusele korrusele, kus asuvad garderoobid jms.

11

Varem Solarise kõrval paiknenud ühesuunaline ühistranspordi sõidutee likvideeritakse ning asendatakse jalakäijate alaga. See otsus toetab südalinna autodest vabastamist ja loob parema olukorra kergliiklejatele, kelle juurdevool antud asukohta ooperimaja projekteerimisega suureneb.

Uut hoonet ida poolt piirav sõidutee on muudetud kahesuunaliseks ja loodud on ühistrans-porditasku, mis hakkab teenindama marsruuttaksosid, tavataksosid ja turistibusse. Sõiduteelt pääseb Estonia puiestee mõlemasse suunda ja Rävala puiesteele suunaga Kentmanni tänava poole. Sissepääs maa-alusesse parklasse toimub Rävala puiestee kaudu, mis on krunti ümbritse-vatest tänavatest madalaima liiklustihedusega.

6. Ooperimaja struktuurist

Klassikalise ooperimaja skeem on spetsiifi line ja sellise funktsiooniga hoonel on küllaltki palju ette kirjutatud.

Lavaplokk, sh põhilava koos kahe külg- ja ühe tagalavaga, lavatorn, orkestriauk. Ettevalmistusplokk, sh riietusruumid, töötoad, prooviruumid, laoruumid. Auditoorium, sh parter ja rõdud. Publiku plokk, sh fuajee, tualettruumid, piletimüük jne.

Hoone lahendamise protsess sai alguse vastavate plokkide paigutamise ja hoone logistika läbi-mõtlemisega. Hoone arhitektuuri dikteerib paljuski ruumiprogramm ja ruumidele esitatud nõuded. Seetõttu võeti hoone lahendamisel aluseks ooperiteatri „süda”, lavaplokk koos torniga ning ülejäänud ruumiprogramm paigutati selle ümber.

Kuna kitsast krunti piiravad mitmekorruselised hoonemahud, ei ole antud lahenduse puhul võimalikud suursugused vormid või orgaaniline plaanilahendus. Oluline on, et südalinnas asuv ooperimaja mõjuks ajatu ja vahest ka skulpturaalsena ning seda arhitektuurne idee ka taotleb. Hoone lihtsusele sekundeerib mänguline väljak, mis moodustavad koos ansambli.

Hoone lahendamisel võeti aluseks ortogonaalne plaanisüsteem, mis tuleneb eelkõige vormi neljakandilisusest. Kuna vältida tuleb nn kanjoniefekti tekkimist ümbritsevate hoonetega, sai põhiliseks ülesandeks paigutada kõik vajalikud ruumid võimalikult kompaktselt, et tekiks võima likult vähe kasutuseta koridore ning et hoone ei mõjuks laialivalguvalt ja liiga suurelt. Kuigi niivõrd kompleksne asutus nagu ooperimaja eeldab kahtlemata teatud koridoride ja käiguteede projekteerimist, on sellise meetodi kaudu optimaalne ruumipaigutus võimalik.

Projekteeritav hoone peab arvestama ümbritsevat linnaruumi ning seetõttu tuleb hoiduda ooperimaja ja kõrvalhoonete vahelise ala muutmisest liiga kitsaks, takistades inimeste liikumist ja tekitades nn pudelikaela olukordi. Seetõttu on hoone 1. ja 2. korrusel kitsam ning 3. ja 4. kor-rusel laiem. Konsoolselt 5 m võrra eenduv väljakupoolne fassaad rikastab tänavaruumi ja tekitab uuele jalakäijate sihile varikatuse. Estonia puiestee äärne hoonekülg kulgeb sihis, mis ühendab omavahel Teaduste Akadeemia maja Solarise sissepääsuga. Nii tekib ooperimaja ja keskuse peasissepääsu vahele hajumisala.

12

Joonis 4. Esimese korruse plaan

Hoone südamiku moodustavad ooperimaja hobuserauakujuline saal parteri ja kolme rõduga ning lavakompleks, mis moodustub kahest külglavast ja ühest põhi- ja tagalavast. Rahvusva-heline kogemus näitab, et hobuseraua kuju on parim disain, et saavutada optimaalse akusti-kaga ooperiteater. Iga lava-ala mõõtmed on 13 × 20 m, mis tulenevad etteantud ruumiprog-rammist. Põhilava kohal asub lavatorn, mille kõrgus on 23 m põrandapinnast. Kokku mahutab saal 869 inimest (sh invaliidikohad). Võrdluseks: praegune Estonia ooperisaal mahutab ligi-kaudu 700 pealtvaatajat.

Hoonesse sisenedes jõuab külastaja avarasse fuajeesse, mis läbib hoone kõiki korruseid. Fuajees on loobutud täisnurksest plaanilahendusest ning seeläbi tekitatud mänguline ja avar ruum. Maa-aluse korruse sissepääs viib külastaja fuajeesse, kust pääseb garderoobi ja tualett-ruumide plokki. Esimese korruse fuajeesse ja parterisse pääseb avara trepi kaudu. Maa-alune korrus hõivab külastajate parkla, lao- ja tehnoruumid ning olemasoleva Estonia ja uue ooperi-maja vahelise tunneli, kus asuvad ühtlasi ka esinejate ettevalmistusruumid. Maapealsel korrusel saab hoone lõunapoolselt küljelt olema publiku peasissepääs koos esindusliku fuajeega. Samas asub piletimüügikassade ja info ala. Teise korruse idaküljel asuvad ooperimaja juhatuse ruu-mid, kolmandal harjutusruumid ja tantsuartistide harjutussaal koos kõrvalruumidega.

Joonis 5. Hoone pikilõige

13

Ooperimaja juhatuse ruumid asuvad hoone idapoolses küljes 2. korrusel ning 3. korruse hõivavad harjutusklassid ja prooviruumid koos kuulamisraamatukoguga. 4. korrusel asuvad prooviruumid ja balletiartistide harjutussaal koos riietusruumidega. Lavastuse ettevalmistus-ruumid on koondatud maa-alustele korrustele: –1 korrusel asub greenroom tualettruumidega ja –2 korrusel õmblustöökoda proovikabiinidega, grimmi- ja riietusruumid. Esinejate korruste-vaheline liikumine ja pääs lavale on võimaldatud trepikoja kaudu.

Joonis 6. Maa-aluse korruse plaan

7. Fassaadi- ja viimistlusmaterjalid

Hoone funktsioonist tulenevalt eeldab fassaadilahendus ajatuid, klassikalisi materjale. Südalin-nas asuv ooperimaja peaks mõjuma väljapeetult, kuid paistma oma arhitektuuriga silma. On oluline, et sellise hoonemassiivi kõrval, nagu seda on Solarise keskus, iseloomustaks ooperi-maja detailsus, läbimõeldavus, kuid samas teatud reserveeritus.

Fassaadikontseptsioon rõhutab hoone vormi ja arhitektuurset ideed, mistõttu on hoone esimesel ja teisel korrusel kasutatud ühte ning eenduval kolmandal ja neljandal korrusel teist materjali. Ülemised kaks korrust on kaetud oksüdeeritud vasega, mis harmoneerub olemas-oleva Estonia rohelise kivikatusega. Alumistel korrustel on kasutatud fassaadikattena piimjat klaasprofi liiti.

14

Viidatud allikad

1. „Rahvusooper Estonia uue hoone asukoha valik ja linnaehituslik analüüs”, Arhitektide Liit, Urban Management, ARS Projekt, 2010.

2. P. Jänes, „Ooperimaja mittesaamisloost”, TeaterMuusikaKino, juuli, 2003. [Võrgumaterjal]. http://www.temuki.ee/arhiiv/2003/07/03juuli_t04.htm. [Kasutatud mai 2013].

3. T. Mattisen, „Kolm sõna: teha veel paremini. Kõik!”, Sirp, 14. september, 2012, [Võrgumaterjal]. http://www.sirp.ee/index.php?option=com_content&view=article&id=15803:kolm-sona-teha-veel-paremini-koik&catid=5:muusika&Itemid=12&issue=3408. [Kasutatud mai 2013].

4. Rahvusooper Estonia koduleht, [Võrgumaterjal]. http://www.opera.ee/rahvusooper/maja. [Kasutatud mai 2013].

15

Summary

Th e New House for the Estonian National OperaIn 1913 the Estonia Th eatre in Tallinn designed by Finnish architects’ duo Armas Lindgren and Wivi Lönn was completed. Th e theatre which was designed in Art Nouveau/classicist style was the largest building in Tallinn back then.

Since the erection the theatre building has accommodated many political, cultural, sport and other events that have a remarkable part in Estonia’s history.

Th e only theatre building in Tallinn that was built specially for opera and ballet performances has become too small. From the 1970’s onwards various architectural competitions have been organized in order to fi nd a solution for a new opera house, but for diff erent reasons the build-ing has not been built yet.

On 2010 the theatre manager Aivar Mäe gathered a group of specialists to discuss the expan-sion of the National Opera. Th e discussions resulted in an overview document, in which the best possible sites for the new opera house were proposed. Unfortunately the favourite area next to the Admiraliteedi pool has already been planned out diff erently and this means the opera cannot be designed on that site.

In this thesis other potential locations for the opera house were analysed, and in this study it was decided to design the building into the park next to Solaris Centre which is today known under the name of Teatri väljak.

Due to the size of the plot a variety of so-called “compact opera houses” has been studied and thereby the site’s suitability for the theatre was verifi ed. In this thesis the room programme was based on the Kopavogur opera house in Iceland, Reykjavik.

Various situational schemes were analysed and a suitable solution was found. Th e road east from the building has been changed into two-way street. Th e one-way road next to the Solaris Centre is replaced by a pedestrian area. Th e new public square can be a crossed by the north-south direction, and also the south-north direction. It also enables opera guests to enter the underground fl oor.

Th e building architecture is mainly prescribed by the characteristics of the site and the room programme. Th erefore, the stage area with the fl y tower was the basis of the design and the rest of the rooms were packed around it keeping all necessary horizontal and vertical connections in mind.

Th e building should be designed taking the city environment into account. It should be avoided for the opera house and outbuildings to be too close together which would imped the movement of pedestrians and create a “bottleneck” situation. Th erefore, the building’s ground fl oor and 2nd fl oor are narrower than the upper two fl oors.

It is enabled to go from the existing Estonia theatre to the new opera house: on the under-ground fl oor there is a connecting block which also accommodates rooms that are not in need of direct daylight. Th ere is also a connecting tunnel for the visitors and the parking lot can be used by both theatre buildings.

Th e function of this building requires the use of timeless, classic materials in the façade solu-tion. Th e concept emphasizes the architectural idea of the building. Th is is why the fi rst two fl oors of the building are covered by one and the upper fl oors by another material.

16

JALAKÄIJATE SILD RAKVERE VALLIMÄE PUHKEALAL

Autor: Taavi KivistikJuhendaja: TTK emeriitprofessor Jaan Rohusaar

Sissejuhatus

Suuresildeliste sildade ja saalehitiste kandesüsteemina kasutatakse laialdaselt tasapinnalisi rippkandjaid, kus kandesüsteemi oluliseks osaks on tross, mille kujupüsivaks muutmiseks ehk stabiliseerimiseks ja kandeelemendina kasutamiseks lisatakse jäigaks paindeelemendiks teras-sõrestik või jäigastustala. Tross, ehitusstaatikas nimetatakse ka – niit, on element, mis saab vastu võtta vaid tõmbejõudu. Seega varrasteks, kus võib tekkida surve ja (või) paine, trossi kasutada ei saa.

Traditsiooniline rippkandja koosneb väga suure tugevusega (teras)trossist, mis on riputitega ühendatud paindejäiga jäikustalaga, mis lisaks kujupüsivuse tagamisele täidab ka saalehitise katusekonstruktsiooni või silla sõidutee ülesannet. Selline kandesüsteem on ühekordselt staa-tikaga määramatu ja suhteliselt väikese paindejäikusega, mis nõuab erilist tähelepanu paigu-tiste arvutamisel, seda eriti asümmeetrilise koormuse korral. Sisejõudude leidmisel on tegemist tüüpilise mehaaniliselt mittelineaarse ülesandega, mis reeglina tähendab seda, et klassikalises ehitusmehaanikas kasutatav algparameetrite printsiip ja jõudude mõju sõltumatuse printsiip täpse lahendi leidmiseks täies ulatuses ei ole kasutatavad. Ülesande täpsel lahendamisel tuleb kasutada paljude tundmatutega mittelineaarseid võrrandisüsteeme, mis koosnevad lisaks tasa-kaaluvõrranditele ka paigutiste pidevuse võrranditest. Lihtsamatel juhtudel, väikeste sillete kor-ral, ei õigusta võrrandisüsteemide koostamine ja lahendamine ennast arvutuste suure töömahu tõttu. Insenerlikuks lahenduseks, mis ei nõua suurt kaasamõtlemist, on loodud arvutusvõte, kus kanduri geomeetria ja ristlõigete jäikused antakse ette ja projekteerimise käigus tehakse vaid kontrollarvutused paigutise leidmiseks, mis on seotud projekteerimisel kasutatavate rist-lõigete parameetritega. Tuleb lahendada vaid kuupvõrrand ja dimensioonida ristlõiked. [1]

1. Jäigastustalaga rippsilla arvutus jõudude mõju sõltumatuse printsiibi alusel

Järgnevalt vaatleme rippsilla arvutusvõtet lineaarse arvutusskeemi järgi, mis võrreldes täp-sustatud arvutustega mittelineaarse arvutusskeemi järgi annab tulemuse, mis suhteliselt väi-keste silde pikkuste korral (15...30 m) erineb vaid 5–10% täpsest arvutusest ja seda tagavara kasuks [3].

Vaatleme klassikalist rippsilla konstruktsiooni (joonis 1).

17

Joonis 1. Jäigastustalaga rippsild

Olgu jäigastustalaks lihttala paindejäikusega EI ja olgu selle lihttala kohal riputitega ühendatud varrasahel või tross normaaljäikusega EA, mille vertikaalsete riputite sõlmed asetsevad ruut-parabooli võrrandi järgi:

y = 4fx (L – x) / L2. (1)

Teljestiku alguspunkt olgu vasaku pülooni tipp, x-telg on horisontaalne vasakult paremale ja y-telg on vertikaalne, suunatud ülalt alla.

Esimeses lähenduses loeme trossi kinnituskohad püloonidega liigenditeks, mis võtavad vastu trossi telje sihilisi toereaktsioone. Täpsemal arvutusel peame arvestama ka teljestiku alguspunkti asendi muutust seoses püloonide hoidetrosside pikenemisega silla koormamisel. Et vältida püloonides paindemomendi tekkimist, toetuvad püloonid vundamentidele liigend-tugedega. Jäigastustala üks tugi on liikumatu liigendtugi (joonisel 1 vasak tugi), teine liikuv liigendtugi, mis võimaldab horisontaalset paigutist temperatuurimuutusest ja ka silla võima-likust kõverdumisest koormamisel. Tala, püloonid ja tross moodustavad ühekordselt staatikaga määramatu süsteemi, mis on tasakaalus jäigastustalale rakendatud aktiivse väliskoormuse qy ja toereaktsioonide toimel. Toereaktsioonide komponente on seitse: trossi vertikaalsed ja horison-taalsed kinnitused; liikuva liigendtoe vertikaalreaktsioon ja liikumatu liigendtoe vertikaal- ja horisontaalreaktsioon, mis võtab vastu silla käiguteele rakendatud horisontaalkoormuse. Esi-meses lähenduses eeldame, et toimib algparameetrite printsiip ja otsime lahendust vastavalt jõudude mõju sõltumatuse printsiibile.

Olgu jäigastustala koormatud ühtlaselt jaotatud koormusega qy = const. Eeldame, et süsteem on tasakaalus ja talale asetatud koormus võetakse vastu tala paindejäikusega ja koormus kan-dub riputite kaudu trossile. Tala töötab jätkuvtalana, kus lisaks välistugedele on vertikaalseteks tugedeks ka riputid. Riputid ei saa vastu võtta horisontaalisuunalist jõukomponenti. Jaotame jäigastustala ja seega ka jäigastustalaga vertikaalsete riputite abil ühendatud trossi paneelideks pikkusega l, mille arvuks on n = L / l. Trossi sisejõud saab olla arvutatav paneelide kaupa lõike kohta koostatud tasakaaluvõrrandist ΣX = 0.

18

Si = H / cosφi, (2)

kusφi – paneeli i trossi kaldenurk horisontaali suhtes;cosφi = l / [l2 + (yi – y(i–1))2]0,5;H = M(y) / y – trossi toereaktsiooni horisontaalprojektsioon, mis ühtlaselt jaotatud koor-muse qy = const = q korral on arvutatav

H = qL2 / 8f. (3)

Vaatleme järjekorranumbriga i trossi sõlme tasakaalu. Sõlm on koormatud trossi sisejõududega Si, Si+1 ja riputi sisejõuga Ti (joonis 2).Koostame riputi ja trossi ühendussõlme kohta tasakaaluvõrrandid.

Si

S(i+1)

Tiφ(i+

1)

φ i

Joonis 2. Riputi ja trossi ühendussõlm

Võrrandist ΣX = 0, arvestades (2), saame

–Si cosφ1 = .Si+1 cosφi+1 = H (3a)

ja tasakaaluvõrrandist ΣY = 0 saame –Si sinφ1 +.Si+1 sinφi+1 + T = 0, millest

T = H (tanφi – tanφi+1) (4)

Kui trossikandja sõlmed moodustavad ruutparabooli vastavalt valemile (1) ja tanφ = dy / dx, siis

tanφi = 4f (1 – 2x / L) / L, (5)

kusx = il;l = L / n – riputite vahekaugus;–n – paneelide arv.

Asetades valemisse (4) tangensite väärtused (5) ja horisontaalreaktsiooni H väärtuse vastavalt valemile (3), saame riputi sisejõuks T, mis ühtlase lauskoormuse korral on ühe riputi paneeli

19

pikkuse ulatuses kasuskoormuse resultant. Seega, kui trossi läbirippe võrrandiks on ruutpara-bool, on kõikide riputite sisejõud võrdsed:

T = qL / n = ql. (6)

Seega riputi kinnitussõlme tasakaaluvõrranditest selgub huvitav tõsiasi: olenemata jäigastusta-lale rakendatud vertikaalse koormuse suurusest ja asukohast on ruutparaboolikujulise kande-trossi korral kõikides riputites võrdne sisejõud, mis ühtlase lauskoormuse puhul võrdub panee-lile rakendatud koormuse resultandiga.

Sellest järeldub aga, et jõudude mõju sõltumatuse printsiip kehtib ja kogu silde ühtlast koor-must võime vaadata kui kahe poolkoormuse summat. Seega poole silde koormamisest tekib ka poole väiksem horisontaalreaktsioon ja riputite tõstejõud.

Poole silde koormamisel tekib jäikustala jaoks asümmeetriline koormus, kus välisjõuga koormamata pool talast on koormatud ainult riputite tõstejõuga (joonisel 3 vasakpoolne tala-osa), mille suurus on pool täiskoormusest ja teise talapoole koormuseks on aktiivse jõu ja riputite poolt põhjustatud tõstejõu summa, seega sama suur vertikaalne koormus ülevalt alla (joonis 4).

Asümmeetriliselt koormatud jäigastustalaga rippkandja kandetrossi sisejõud on kaks korda väiksem kui sümmeetrilise koormuse puhul ja koormamata jäigastustala poolele mõjub vaid riputite sisejõud tõstejõuna (joonis 4).

Järelikult, kui rippkandja jäikustala on piisavalt jäik, trossi ristlõige piisava jäikusega ja pai-gutised jäävad piiridesse δ = Δ / L = 1 / 500, võime kindlasti lugeda, et süsteem töötab vastavalt algparameetrite printsiibile ja olenemata koormusest on ruutparabooli kujulise trossi puhul kõikides riputites sisejõud võrdne.

Trossi ekstreemne sisejõud Smax on trossi kinnituskohas, mis ühtlasest lauskoormusest võrdub summaarse toereaktsiooniga

Smax = R = √ H² + (qL / 2)².

(7)

Jäikustala töötab ligikaudu lõpmatult pika jätkuvtalana sildega L = nl, kus n on paneelide arv. Sellisel juhul on tala ekstreemseks omakaalu paindemomendiks toemoment Mt, mis tekib riputi kinnituskohas (joonis 3).

Mt = –ql² / 12 (8)

Jäikustala ekstreemne paindemoment sümmeetrilisest koormusest tekib riputite kinnituskohas vastavalt seosele (8). Asümmeetrilise koormuse paindemoment, kui ühtlase lauskoormusega on koormatud vaid pool sillet, on joonisel (4). Vastavalt eelduseks võetud jõudude mõju sõltu-matuse printsiibile on selge, et trossi horisontaalne toereaktsioon asümmeetrilisest koormusest on pool sümmeetrilise koormuse toereaktsioonist. Seega:

H(a) = qL² / 16. (9)

20

Kui endiselt arvestame jõudude mõju sõltumatuse printsiibi kehtivust, siis asümmeetrilisel koormusel on riputites tekkiv jõud kaks korda väiksem kui sümmeetrilisel koormamisel ja see tekitab jäikustalale tõstejõu, mis põhjustab omakorda negatiivse paindemomendi. Liidame need kaks koormust ja saame asümmeetrilise koormuse poolele talale suurusega qa = q / 2. Koormatud silde poolel tekib positiivne paindemoment, koormamata poolel negatiivne. Oma-kaalukoormus kui sümmeetriline koormus tekitab tüüpilise jätkuvtala paindemomendi, kus negatiivne toemoment Mt = 2 / 3(qokl2 / 8) on kaks korda suurem kui avamoment Ma.

2. Jäikustala sisejõud sümmeetrilisel ja asümmeetrilisel koormamisel

Jäikustala sisejõud sümmeetrilisest koormusest, milleks on omakaalukoormus ja võimalik kasuskoormuse variant lauskoormusena lõpmatult pika jätkuvtala koormamisel on esitatud joonistel 3 ja 4.

Joonis 3. Jäikustala koormus ja sisejõud omakaalukoormusest

Joonis 4. Asümmeetriliselt koormatud rippsilla jäikustala paindemoment

21

Jäikustala ekstreemne paindemoment tekib asümmeetrilisest koormusest, kui koormatud on vaid pool sillet. [1:5]

Kui arvestada jõudude mõju sõltumatuse printsiipi, siis asümmeetrilisel koormusel on ripu-tites tekkiv jõud kaks korda väiksem kui sümmeetrilisel koormamisel. See tekitab jäikustalale tõstejõu, mis põhjustab omakorda negatiivse paindemomendi. Kui liita need kaks koormust, siis saame asümmeetrilise koormuse poolele talale suurusega qa = q / 2. Koormatud silde poo-lel tekib positiivne paindemoment, koormamata poolel negatiivne. [1:5], joonis 4.

Aktiivse vertikaalse asümmeetrilise lauskoormuse resultandid ja riputite koormus moodus-tavad jõupaari jõududest qL / 4 õlaga L / 2. Seega aktiivset jõupaari Mq = qL² / 8 tasakaalus-tavad toereaktsioonide poolt põhjustatud jõupaar MR = RL. Momentide võrdsusest on leitav toereaktsioon: R = qL / 8. (10)

Maksimaalne paindemoment on silde veerandil suurusega

Mmax = q / 2 ∙ (L / 2)2 / 8 = qL2 / 68. (11)

Nagu selgub, on riputitega kandetrossi külge kinnitatud asümmeetriliselt koormatud jäigas-tustala maksimaalne paindemoment kaheksa korda väiksem kui sama sildega lihttala painde-moment sümmeetrilisest koormusest.

Käesolevas projektis on järgnevates arvutustes omakaalukoormus 3,5 kN/m ja kasuskoor-mus 9,6 kN/m.

3. Jäikustala dimensioonimine

Asümmeetrilisel koormamisel on kindlasti raskem tagada paigutistingimuse rahuldamist. Silla mõlemad pooled saavad paigutise, mida elastses olukorras võib arvutada lihtsa skeemi järgi sildega L / 2. Seega summaarne paigutise [Δ] = L / 400 = 3000 / 400 = 7,5 cm ehk alumise ja ülemise paigutise punkti vahe lubatud suuruse järgi leiame minimaalse paindejäikuse.

I ≥ 5q (L / 2)4 / 384E ([Δ] / 2) = 5 ∙ 4,8 ∙ (15 000)4 / (348 ∙ 2,1 ∙ 105 ∙ 37,5) = 40 200 ∙ 104 mm4

Valime jäikustalaks kuumaltvaltsitud tala IPE 500, mille telginertsimoment

I = 48 200 cm4 > 40 200 ∙ 104 mm4.

Sama profi il rahuldab ka tugevustingimust, sest selle profi ili vastupanumoment W = 1930 ∙ 103 mm3 on piisav.

Valitud profi ili tugevustingimust kontrollime maksimaalse paindemomendi Mmax = 10 + 135 = 145 kNm järgi, mis on omakaalukoormuse ja asümmeetrilise koormuse pain-de momentide ekstreemväärtuste summa. Kontrollime ekstreemse pinge järgi. Maksimaalne pinge jääb tunduvalt alla arvutusliku tugevuse valitud profi ili terasele [f] = 235 MPa.

σmax = Mmax / W = 145 ∙ 106 / 1930 ∙ 103 = 75 < 235 = [f]

22

4. Kandetrossi sisejõud ja paigutised

Kandetrossi ekstreemne sisejõud tekib trossi kinnitussõlmes püloonile olukorras, kus sild on koormatud ühtlase lauskoormusega omakaalust qok = 3,5 kN/m ja kasuskoormusest qkk = 9,6 kN/m. Seega trossi arvutuslik sisejõud on vertikaalse ja horisontaalse toereaktsiooni geo meetriline summa

Smax = [(13,1 ∙ 30 / 2)2 + (13,1 ∙ 302 / (8 ∙ 7,5))2]0,5 = 278 kN.

Vastavalt maksimaalsele sisejõule valime kataloogist vajaliku tugevuse ja jäikusega EA trossi.

Käesolevas projektis on valitud tross näitajatega:Ø = 30 mm;A = 791 mm2;E = 1,70 ∙ 105 MPa;Smax = 630 kN.

Trossi sisejõud Si paneelis i on arvutatav funktsioonina horisontaalreaktsioonist H ja trossi kaldenurgast φi horisondi suhtes seosest Si = H /cosφi. Trossi pikkus paneelis li on arvutatav li = l / cosφi. Nii saame leida trossi pikkuse muutuse Δi. Igas paneelis maksimaalse koormuse korral tekib paigutis

Δi = Si ∙ li / EA = Hl / EA ∙ 1 / cosφi2 (12)

ja summaarse trossi pikkuse muudu ΔL saame avaldada kõikide paneelide trosside pikkuse muutude summana

ΔL = Σ1nΔi. (12a)

Teades trossi pikenemist koormamisel, on võimalik leida läbirippe suuruse muut, mis annab infot silla vertikaalsest paigutisest.

Ruutparabooli pikkust võime vaadata kui paneeli trossi pikkuste summat Σli, mis avaldub ka ruutparabooli silde L ja läbirippe f kaudu.

Σli = L + 8f 2 / 3L (13)

Trossi pikkuse järgi saama leida ka läbirippe

f = [3L (Σli – L) / 8]0,5 (14)

ja trossi pikkuse muudu järgi läbirippe muudu.

Leiame deformeerumata trossi pikkuse lalg algasendis, kuiL = 30 m;F = 7,5 m;

23

Σli = 30 + 8 ∙ 7,52 / 3 ∙ 30 = 35,00 m.

Kasutades valitud trossi ristlõike parameetrite puhul seoseid (12) ja (12a), saame arvutada trossi summaarse pikenemise ΔL = 76 mm. See tähendab, et vastavalt seosele (14) saame trossi pikkuse Σli = 35,076 m korral uueks läbitippeks

fq = [3 ∙ 30 (35,076 – 30) / 8]2 = 7,557 m,

mis tähendab, et trossi läbirippe juurdekasv on

Δf = fq – f = 7557 – 7500 = 57 mm.

Esitatud suuruses ei ole arvestatud jäikustala paindejäikuse kaasatöötamisel silla kui terviku paigutisel. Et jäikustala ilma trossi kaasatöötamiseta saaks paigutise Δf, peaks tal olema koor-mus

q* = 384 ΔfEI / 5L4 = 384 ∙ 57 ∙ 2,1 ∙ 105 ∙ 4,82 ∙ 108 / 5 ∙ 34 ∙ 1016 = 0,55 N/mm = 0,55 kN/m.

Nagu selgub, on jäikustala poolt vastu võetud koormus 0,55 kN/m vaid 5% piires kandetrossi poolt vastu võetud koormusest (13 kN/m) sama paigutise korral. Seega võime silla summaar-seks paigutiseks lugeda vaid kandetrossi paigutise 57 mm, teades, et sellega on meil tegemist ka 5% suuruse tagavaraga.

Kokkuvõte

Käesolevas töös on selgitatud, millal ja kuidas võib kasutada jäikustalaga rippsilla lihtsus-tatud tugevus- ja paigutisarvutusi jõudude mõju sõltumatuse printsiibi alusel. Kui kande-trossile kinni tatud riputite sõlmed moodustavad ruutparabooli, tekib olukord, kus olenemata koormuse suurusest ja asukohast on kõikides riputites võrdne sisejõud. Omakaalukoormus ja sümmeetriline kasuskoormus põhjustavad siis jäikustalas sisejõud, mis on võrdsed jätkuvtala sisejõududega. Ekstreemne paindemoment kasuskoormusest, mille suuruseks on kaheksandik lihttala ekstreemsest paindemomendist, tekib jäikustalas siis, kui on koormatud pool sildest. Silla paigutist on võimalik arvutada trossi pikenemise kaudu paneelide kaupa.

Artiklis tuuakse lihtsustatud arvutusskeemi kasutamise näiteks Rakvere Vallimäe puhkeala 35 m sildega jalakäijate silla põhielementide dimensioonimine.

Viidatud allikad

1. J. Aare, V. Kulbach, Metallkonstruktsioonid II, Tallinn, 1970.2. K. Lellep, M. Kiisa, TTK Toimetised nr 15, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2013.3. J. Rohusaar, Ehitusstaatika (käsikiri), Tallinn, 2014.

24

Summary

Pedestrian Bridge at the Recreation Area of Vallimäe in RakvereTh e article observes how and when it is possible to use the simplifi ed calculations of strength and defl ections of a suspension bridge with a stiff ening girder based on the principle of inde-pendency of the eff ect of forces. When the nodes of the carrying cable and suspenders form a shape of a square parabola, it causes equal internal forces in the suspenders, despite the size and position of the load. Th e dead load and symmetrical imposed load cause internal forces in the stiff ening girder that are equal to the internal forces of a continuous beam. Th e extreme bend-ing moment from the imposed load which is 1/8 of the extreme bending moment of a simply support beam occurs in the stiff ening girder only when half of the span is loaded. Th e deforma-tion of the bridge can be calculated through the elongation of the cables by each panel. In order to demonstrate the usability of a simplifi ed calculation scheme, the dimensioning of the main elements of the 35-metre Rakvere Vallimäe pedestrian bridge was done for this research article.

25

UURIMUS EELPINGESTATUD RUUMILISTEST TERASKONSTRUKTSIOONIDEST

Autor: Kristjan RoosJuhendaja: TTK emeriitprofessor Jaan Rohusaar

Sissejuhatus

Käesolev artikkel käsitleb eelpingestatud ruumilist teraskonstruktsiooni. Eesmärgiks on kont-rollida jõudude mõju sõltumatuse printsiibi kehtivust keerulises koormusolukorras ning leida eelpingestatud ning väänatud ruumilise sõrestiku varraste sisejõudude leidmise algoritmid ver-tikaalkoormusest ja tõestada nende õigsust katseliselt.

Antud uurimustöö on üks osa Tallinna Tehnikakõrgkoolis kümnekonna aasta jooksul pro-fessor Jaan Rohusaare juhendamisel toimuvast uurimusest varraskonstruktsioonide materjali-mahukuse vähendamiseks. [1...7] Artiklis kajastatud töö on kolmas osa ruumilise sõrestiku uurimusest. Esimene uurimus käsitles ainult sõrestiku koormamist asümmeetriliselt ja eraldi momendiga. Teine uurimus käsitles sõrestiku eelpingestamist ja koormamist asümmeetrili-selt koos. Käesolevas töös käsitletakse kõiki neid komponente koos ehk sõrestik pingestatakse eelpingega, koormatakse asümmeetriliselt kasuskoormusega ning küljelt lisatakse moment e vääne.

Varraste sisejõudude arvutamiseks kasutatakse lihttala analoogi võtet. Uurimustöös kesken-dutakse sõrestiku kolmanda paneeli kaldvarraste arvutamisele.

1. Katseobjekti kirjeldus

Käesolevas töös uuritakse paralleelvöödega ruumilist sõrestiku mudelit (vt joonist 1). Sõrestik on vertikaaltasapinna suhtes sümmeetriline. Fragmendi joonmõõtmed on tegelikust sõrestikust 7,5 korda väiksemad. Sõrestiku ülemine vöö koosneb kahest paralleelsest vardast vahekaugu-sega 0,6 m. Alumine vöö on üksikvarras. Mudel koosneb kaheksast paneelist pikkusega 0,6 m, seega sõrestiku sille on L = 8 × 0,6 = 4,8 m. Sõrestik on kahepoolse kaldega, kalle horisontaali suhtes on a = arctan ( 2f

L ) = arctan (16) (9,46°) . Sõrestiku kõrgus ehk ülemiste vööde tasapinna ja

alumise vöö vahe on 0,6 m. Mudel on valmistatud terastorudest läbimõõduga 28 mm ja seina paksusega 2 mm.

26

Joonis 1. Ruumilise sõrestiku skeem

2. Koormusskeem

Koormusskeemi kohaselt on sõrestiku mudel koormatud kesklõike suhtes asümmeetrilise koor-musega. Koormuse tekitamiseks sõrestikule on mehaaniliste katsetuste laboris ehitatud kangi-süsteem. See süsteem võimaldab kordistada kangil olevat raskust. Tekitatud koormus jaguneb sõrestiku sõlmpunktidesse. Esimesel juhul on kangi ülekandearv 15 ja kangil olevas korvis ras-kuseks 65 kg. Seejärel paigaldatakse sõrestiku mudeli alumiste vööde sümmeetrilistesse sõlme-desse eelpingetõmb (vt fotot 1). Tõmbiks on ümarterasest latt Ø13,8 mm, mille mõlemad otsad on keermestatud. Viimasena rakendatakse moment. Moment on rakendatud sõrestiku keskele. Moment on tekitatud selliselt, et 0,45 m pikkuse konsooli otsa on rakendatud punktkoormused 5, 10 ja 15 kN. Jõudu tekitatakse hüdraulilise tungrauaga.

Foto 1. Eelpingestatud ja koormatud sõrestiku mudel

27

Eelpingestatud ja väänatud katse käik koosneb seitsmest etapist. Esimene mõõtmine tehakse olukorras, kus sõrestikule mõjub ainult omakaal. Teises olukorras eelpingestatakse sõrestik, keerates tõmbile pinge sisse. Seejärel teostatakse eelpinge mõõtmine. Kui mõõdetud eel-pinge jääb oluliselt erinevaks vajalikust, siis korrigeeritakse ja teostatakse uus mõõtmine, kuni saavutatakse vajalikule küllalt lähedane tulemus. Kolmandas etapis rakendatakse sõres-tikule asümmeetriline koormus ja märgitakse andurite näidud. Neljandas etapis rakendatakse kons truktsioonile konsooli abil vääne ja märgitakse andurite näidud. Viiendaks eemaldatakse vääne ja võetakse lugemid. Kuuendaks eemaldatakse koormus mudelilt ning mõõdetakse uuesti eelpinge. Seitsmendaks eemaldatakse pinge tõmbist ja teostatakse mõõtmine. Selliselt saadakse edasi- ja tagasikäigu aritmeetiline keskmine, mis vähendab mõõtmistest tekkivat viga.

3. Lihttala analoogi kasutamise võte

Sisejõudude suhtes staatikaga määratud ruumilise sõrestiku sisejõudude leidmiseks võib kasu-tada lihttala analoogia võtet. Tegelik ruumiline sõrestik asendatakse staatikaga määratud võrd-sildelise lihttalaga, mille kohta koostatakse põikjõu ja momentide võrrandid ja epüürid. Liht-tala lõikes toimivate sisejõudude kaudu leitakse lõikes esinevate varraste sisejõud.

Keerulised koormusolukorrad on mõttekas lahutada osadeks ja nendest osakoormustest ühikjõu mõistet kasutades koostada lihttala sisejõud. Osakoormuste poolt põhjustatud varraste sisejõud leitakse lõigete kaupa. [1]

Joonis 2. Lihttala sisejõudude epüürid

Vaatleme 3. paneeli sisejõude.

Lihttala sisejõud punktkoormusest:

Q = ± 0,5 x P.

Paindemoment muutub paneeli ulatuses, paneeli alguses:

M3a = 0,5 ∙ 2l = 1 ∙ l, paneeli lõpus M3l = 0,5 ∙ 3l = 1,5 ∙ l.

28

Joonis 3. Sõrestiku sisejõud

3. paneeli varraste sisejõud ühikkoormusest silde keskel

S3D = S3 * D = Q3 x cosα / 2 × cosφ

cosα = 6 / √ (1 + 62)

cosφ = h / √ (h² + (l / cosα)² + (b / 2)²)

Asümmeetriline ühikkoormus poolel sildel.

Joonis 4. Lihttala sisejõud asümmeetrilisest koormusest

29

Toereaktsioonid:

Re = Rt = 3 / 2;

Re* = Rt* = ½.

Lihttala sisejõud:

Q3 = 1,5; M3 = 3,5l – 4,5l;

Q3* = 1,0; M3* = 2,0l – 3,0l.

3. paneeli varraste sisejõud:

S3d = Qcosα / 2cosφ;

S3VA = M / h = 3,5 ∙ l / h;

S3VÜ = −M / 2h =− 4,5 ∙ l / 2h.

Sümmeetrilise 3. paneeli varraste sisejõud:

S3 * d = Qcosα / 2cosφ;

S3 * VA = M / h = 2 ∙ l / h;

S3 * VÜ = −M / 2h = −3 ∙ l / 2h.

Joonis 5. Sõrestiku sisejõud asümmeetrilisest koormusest

Ühikmoment M = P ∙ d = 1 ∙ d ruumilise sõrestiku sümmeetriatasandite lõikejoonel.

30

Vertikaalsed toereaktsioonid:

Re = −Rt = Re* = −Rt* = 1 ∙ d / 2 ∙ b.Väändemoment vertikaalpinnas kogu sõrestiku ulatuses:

MV = R ∙ b = d / 2.

Paneeli vöödes väändemoment sisejõude ei põhjusta, sest vööd on omavahel paralleelsed.

S3 * VÜ = S3 * VA = 0

Diagonaalide sisejõud ühikkoormusest leiame momendi tasakaaluvõrrandist ülemise vöö teljele:

S3 * D ∙ cosφ ∙ b = MV ∙ cosα;

S3 * D∙ = d ∙ cosα / (2 ∙ cosφ∙b).

4. Ruumilise eelpingestatud talakandja katsetulemuste ja arvutuste võrdlus

Käesolevas uurimustöös arvutati lihttala analoogi võtet kasutades ruumilise terassõrestiku kol-manda paneeli varraste sisejõude sümmeetriliselt. Töös kasutati ühikkoormuse võtet ja seetõttu saab leitud algoritme kasutada erineva suurusega koormuste rakendamise korral, kuna kõiki-des keerulistes konstruktsioonides lahutatakse jõusüsteemid komponentideks, leitakse vastavad sisejõud ja summeeritakse need lõpuks. Arvutuste tegemisel oli eelduseks, et toereaktsioonide arvutamisel võime kasutada jõudude mõju sõltumatuse printsiipi, st jõusüsteemi poolt põhjus-tatud toereaktsioon võrdub selle jõusüsteemi komponentide poolt põhjustatud toe reaktsioonide summaga. Sõrestiku varraste sisejõudude arvutamisel kasutati lõikevõtet, st mõtte lise lõikega sõrestikust eraldatud osa on tasakaalus sellele osale rakendatud välisjõudude ja lõikepindadesse jäävate sisejõudude toimel. Arvutustes kasutati katseseadmes olevate materjalide katseliselt mõõdetud konstante.

Ruumilise terassõrestiku mudeli peal tehti ka vajalikud katsetused. Sõrestiku katsetamiseks valmistati mitmed vajalikud detailid, et saaks samaaegselt koormata katse seadet erinevate koormustega, milleks oli eelpinge, asümmeetriline kasuskoormus ja vääne sõrestiku harjalt. Arvutuste ja katsetulemuste võrdlus on tehtud sõrestiku kolmanda paneeli varraste numbri-tega 1, 2, 9, 10 ning 17 kohta. Vardad 1 ja 2 on sõrestiku ülemised vööd, 9 ja 10 on langevad kaldvardad ja 17 on alumine vöö.

Katsetulemused langesid teoreetiliselt saadutega kokku umbes 10% veaga. Katsetulemused kinnitavad, et arvutuslikult saadud sisejõud langevad kokku katsetulemustega. Seega leitud algo ritmid eelpingestatud ruumilise sõrestiku sisejõudude leidmiseks on korrektsed ning või-vad olla kasutusel tegelike ehituskonstruktsioonide arvutamisel. See tähendab, et keerulisi konstruktsioone võib lahutada lihtsamateks eraldiseisvateks konstruktsioonideks. Selliselt saab leida lihtsamate konstruktsioonide sisejõud ja need lõpuks summeerides saadakse keerulisema konstruktsiooni sisejõud.

31

Arvutuste ja katsetulemuste erinevused on tingitud sellest, et sõrestik on toereaktsioonide suhtes staatikaga määramata ning eelnevate katsete käigus on sõrestiku mudel deformeeru-nud – nii näiteks on alumised vööd välja nõtkunud (λ = 120) ning sõrestik on propelleris, mil-lest tingituna on toereaktsioonide suurused erinevad.

Arvutuste ja katsetulemuste võrdlused on näidatud allpool olevates tabelites 1, 2 ja 3.

Tabel 1

Arvutuslikud ja katselised sisejõud

Koormused

Kasuskoormus 10,730 kN

Eelpinge 5,009 kN

Täiendav eelpinge 3,790kN

Vääne 4,172 kN

Arvutuslikud sisejõud

Katselised

sisejõud

Varda nr Kasuskoormusest Eelpingest Täiendavast eelpingest Väändest Sisejõud kokku

1 –3,449 2,191 1,657 –6,728 –6,329 –6,143

2 –3,449 2,191 1,657 –3,372 –2,973 –3,137

9 1,711 –0,311 –0,235 1,563 2,729 2,540

10 1,711 –0,311 –0,235 –3,200 –2,034 –2,374

17 10,730 –5,902 –4,466 0,172 0,534 –0,285

tõmb 5,009 3,790 2,330 11,130 11,121

1' –2,299 2,191 1,657 –6,729 –5,180 –5,713

2' –2,299 2,191 1,657 –2,872 –1,323 –1,005

9' 1,141 –0,311 –0,235 4,563 5,159 4,878

10' 1,141 –0,311 –0,235 –1,200 –0,605 –0,947

17' 6,131 –5,902 –4,466 2,172 –2,064 –2,396

Erinevate koormuste ühikkoormused

h = 0,6 Kasuskoormus Q = 1 Eelpinge X = 1 Vääne V = 1

l = 0,6 Varda nr vasak parem mõlemad mõlemad

b = 0,6 1 –1,125 –0,750 0,437 –0,894

d = 0,75 2 –1,125 –0,750 0,437 –0,688

sin α = 0,1644 9 0,558 0,372 –0,062 1,094

cos α = 0,9864 10 0,558 0,372 –0,062 –0,767

cos φ = 0,6626 17 3,500 2,000 –1,178 1,000

32

Tabel 2


Koormused


Eelpinge 5,009 kN

Täiendav eelpinge 3,718 kN

Vääne 8,705 kN


Katselised

sisejõud

Varda nr Kasuskoormusest Eelpingest Täiendavast eelpingest Väändest Sisejõud

kokku

1 –3,461 2,191 1,626 –9,781 –9,425 –9,027

2 –3,461 2,191 1,626 –3,992 –3,637 –3,194

9 1,717 –0,311 –0,231 4,441 5,618 5,590

10 1,717 –0,311 –0,231 –4,527 –3,351 –3,986

17 10,768 –5,902 –4,381 0,174 0,659 0,654

tõmb 5,009 3,718 4,885 13,613 13,562

1' –2,307 2,191 1,626 –10,781 –9,272 –9,984

2' –2,307 2,191 1,626 –2,992 –1,483 –1,265

9' 1,145 –0,311 –0,231 8,441 9,045 9,048

10' 1,145 –0,311 –0,231 –4,527 –3,923 –3,375

17' 6,153 –5,902 –4,381 1,174 –2,956 –2,114




b = 0,6 1 –1,125 –0,750 0,437 –0,894

d = 0,75 2 –1,125 –0,750 0,437 –0,688

sin α = 0,1644 9 0,558 0,372 –0,062 1,094

cos α = 0,9864 10 0,558 0,372 –0,062 –0,767

cos φ = 0,6626 17 3,500 2,000 –1,178 1,000

33

Tabel 3


Koormused


Eelpinge 5,009 kN

Täiendav eelpinge 3,542 kN

Vääne 13,348 kN


Katselised

sisejõud

Varda nr Kasuskoormusest Eelpingest Täiendavast eelpingest Väändest Sisejõud

kokku

1 –3,512 2,191 1,549 –11,382 –11,154 –11,809

2 –3,512 2,191 1,549 –3,604 –3,376 –3,556

9 1,743 –0,311 –0,220 8,344 9,556 8,857

10 1,743 –0,311 –0,220 –6,941 –5,729 –5,886

17 10,925 –5,902 –4,173 0,267 1,117 1,362

tõmb 5,009 3,542 7,287 15,838 15,860

1' –2,341 2,191 1,549 –15,382 –13,984 –13,742

2' –2,341 2,191 1,549 –1,604 –0,206 0,224

9' 1,162 –0,311 –0,220 13,344 13,975 14,194

10' 1,162 –0,311 –0,220 –6,941 –6,309 –6,273

17' 6,243 –5,902 –4,173 2,267 –1,565 –1,615




b = 0,6 1 –1,125 –0,750 0,437 –0,894

d = 0,75 2 –1,125 –0,750 0,437 –0,688

sin α = 0,1644 9 0,558 0,372 –0,062 1,094

cos α = 0,9864 10 0,558 0,372 –0,062 –0,767

cos φ = 0,6626 17 3,500 2,000 –1,178 1,000

Kokkuvõte

Käesolevas artiklis vaadeldi eelpingestatud ruumilist teraskonstruktsiooni, millel teostati eri-nevaid katsetusi. Teraskonstruktsiooni koormati eelpingega, asümmeetrilise koormusega ning ekstsentrilise koormusega.

Katsetulemused näitavad, et ruumilise terassõrestiku arvutamisel jõudude mõju sõltu matuse printsiip kehtib. Väliskoormuste liitmisel kasvavad varrastes sisejõud lineaarselt. Katsetule-mused langesid teoreetiliselt saadutega kokku umbes 10% veaga. Välja töötatud algoritmidega saab lahutada jõusüsteemid komponentideks ning leida vastavad sisejõud eraldi ja lõpuks sise-jõud summeerida.

34

Arvutuste ja katsetulemuste mõningased erinevused on tingitud sellest, et sõrestik on toe-reaktsioonide suhtes staatikaga määramatu ning eelnevate katsete käigus on sõrestiku mudel deformeerunud. Eelnevate katsete käigus on näiteks alumised vööd välja nõtkunud (λ = 120) ning sõrestik on propelleris, millest tingituna on toereaktsioonide suurused erinevad.

Järgmistes uurimustöödes oleks huvitav uurida järk-järgulist eelpingestamist, st vertikaal-set koormust rakendada ja eelpingetõmbi pingestada kordamööda, selliselt ei lähe alumistes vöödes survejõud ekstreemseks.

Viidatud allikad

1. J. Rohusaar, Teoreetiline mehaanika, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2001.2. J. Rohusaar, Ehitusstaatika, Tallinna Tehnikakõrgkooli Toimetised nr 17, Tallinn: Tallinna Tehnika-

kõrgkool, 2014. [Käsikiri].3. J. Rohusaar, P. Ratt, Terassõrestike materjalisäästlikkusest, Tallinna Tehnikakõrgkooli Toimetised

nr 3, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2003.4. J. Rohusaar, E. Allikvee, Eelpingestatud sõrestike materjalisäästlikkusest, Tallinna Tehnikakõrgkooli

Toimetised nr 4, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2004.5. J. Rohusaar, M. Komendant, T. Ental, Minimaalse massiga varraskonstruktsioonidest, Tallinna

Tehnikakõrgkooli Toimetised nr 8, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2005.6. J. Rohusaar, S. Randmäe, Ruumilise terassõrestiku varraste sisejõudude analüütiline leidmine,

Tallinna Tehnikakõrgkooli Toimetised nr 9, Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool, 2006.7. J. Rohusaar, Materjalisäästlikust ehitamisest, Tallinna Tehnikakõrgkooli Toimetised nr 10, Tallinn:

Tallinna Tehnikakõrgkool, 2008.

Summary

Study on Prestressed Spatial Steel StructuresTh e article focuses on diff erent tests performed on a prestressed spatial steel structure. Th e steel structure was loaded with prestress, asymmetric load and eccentric load.

Th e test results showed that when calculating of a spatial steel truss, the principle of inde-pendency of the eff ect of forces is valid. When summing external loads, it causes the internal forces in the bars to grow linearly. Th e test results correspond with the theoretical calculations with an inaccuracy of 10%. With the algorithms developed during the research, it was possible to divide the forces into components, to calculate the internal forces separately, and in the end, sum up the internal forces.

Th e minor diff erences in calculations and tests are caused by the fact that the structure is statically indeterminable concerning the support reactions. In addition, the shape of the model of the structure has deformed during previous tests. For example, during previous tests, the bars of the lower part of the truss have buckled (λ = 120) and the truss has twisted, which has caused the diff erent support reactions.

In further research, it would be interesting to study gradual prestressing, i.e. implement the vertical load and prestress in turns, as this would not cause extreme inner forces in the lower bars of the truss.

35

HAMMASREDUKTORI PROJEKTEERIMINE ÜLIKERGLENNUMASINATEL KASUTAMISEKS

Autor: Taavi TammeveskiJuhendaja: TTK lektor Tavo Kangru

Sissejuhatus

Kerglennundus on populaarne harrastus, mida on võimalik kõrgendikerohketes piirkondades harrastada. Tänu tehnika arenemisele on spordiala saanud uued mõõtmed – õhkutõusmiseks ei pea mäenõlvu otsima ega sobivat tuulesuunda ootama. Motoriseeritud delta- (vt fotot 1) või paraplaanid (vt fotot 2) on olnud turul juba aastakümneid, kuid mootorite kompaktsus ja madal ostuhind on teinud selle harrastusspordi paljudele kättesaadavamaks.

Kuigi tehnika arenedes on jõuallikad efektiivsemaks ja kompaktsemaks muutunud, on nen-del masinatel jõuülekandeid vähe arendatud. Enamasti kasutatakse rihmülekandeid, vähesel määral hammasülekandeid. Artikli eesmärk on võrrelda rihm- ja hammasülekandeid ning anda ülevaade ülikerglennumasinatele sobiva hammasülekande projekteerimisest.

Foto 1. Motoriseeritud deltaplaan [1]

36

Foto 2. Motoriseeritud paraplaan [2]

1. Peaülekanne

Antud peaülekanne on 3,2 korda aeglustav, see tähendab, et propelleri pöörlemissagedus on 3,2 korda madalam kui mootori väntvõllil. See on vajalik, et jõuallikaks kasutatav 2-taktiline sisepõlemismootor ja tõukejõudu andev propeller töötaksid efektiivseimalt. Reduktor tõstab väändemomenti, mis omakorda tagab propellerile ühtlasema töörežiimi.Hammasülekande eelised [3]:

sisendvõlli sujuva pöörlemise korral pöörleb ka väljundvõll sujuvalt; ülekandesuhe on igal ajahetkel konstantne; suured lubatavad pöörlemiskiirused; väike mass ja mõõtmed; pikk tööiga; suur kasutegur, hästi määritud hammasülekande korral: 0,98…0,99; eriti soodsatel juhtu-

del 0,995; suhteliselt väikesed koormused võllile.

Miinused: tööga kaasneb müra; kõrged nõuded valmistamise täpsusele.

37

Reduktori projekteerimineHammasrataste materjaliks valitakse kõrgekvaliteetne teras Orvar Supreme, materjali omadu-sed on näidatud tabelis 4. Termiliselt töödeldakse nitriitimise teel.

Tabel 1

Orvar Supreme materjali omadused 20 C° juures [4]

kõvadus, HRC 45

tihedus, kg/m3 7800

elastsusmoodul, N/mm2 210 000

voolavuspiir, MPa 1280

tõmbetugevus, MPa 1420

hind, €/kg 10

2. Peaülekande esmane tugevusarvutus

Teades mootori töörežiime ja reduktori ülekandearvu, modelleeriti Solid Edge ST4 projektee-rimistarkvaraga vajalikud hammasrattad. Hammasülekande materjali ja termotöötluse sobivus on arvutatud alljärgnevalt [5:11–21].

Arvutuslik kontaktpinge

δH = 436 × 103 × 3√KHa × KHβ × KHv × × =u + 1

uFt

d1 × b2 (1)

= 436 × 103 × 3√1 × 1,03 × 1,1 × 1,31 × 18 101 545 = 130 MPa,

mis on piisav, sest lubatud kontaktpinge nitriitimisel on 1050 MPa,kusKHa – tegur, mis arvestab koormuse jaotust hammaste vahel. Valin KHa = 1,0; KHβ – koormuse kontsentratsioonitegur. Valin KHβ = 1,03;KHv – koormuse dünaamikategur. Valin KHv = 1,1; u – ülekandearv. u = 3,19;d1 – vedava hammasratta jaotusringjoone läbimõõt, m;b2 – veetava hammasratta laius, m.

Ringjõud Ft:

Ft = = = 738 N,2T2

d2

2 × 320,0867

(2)

kusT2 – pöördemoment, Nm;d2 – veetava hammasratta jaotusringjoone läbimõõt, m.

38

Arvutuslik paindepinge suurratta (vt joonist 1, pos 1) hammastes δF2:

σF2 = = = 176 MPa, (3)KFa × Yβ × KFβ × KFv × YF2 × Ft

b2 × m1 × 1 × 1,03 × 1,2 × 3,62 × 738

0,015 × 0,00125kusKFa – sirghammastega ratastel KFa = 1;Yβ – sirghammaste puhul valin Yβ = 1;KFβ – valitakse tabelist KFβ = 1,03;KFv – 1,2;YF2 – 3,62.

Arvutuslik paindepinge väikehammasratta (vt joonist 1, pos 2) hammastes δF1:

YF1

YF2 σF1 = δF2 × = 176 × = 195 MPa,4,025

3,62 (4)

kusYF1 – 4,025.

Mõlema hammasratta paindepinge on piisav, sest nitriitimisel on lubatud maksimum 830 Mpa.

A

A

A-A

14R6

/m6

O

17h7

0 -0,01

8O

40-0

.04-0

,06O

10H

6/h6

O

22

4

87,5

168,4

O 50 47°

32°

1

56,94

2

Joonis 1. Hammasülekanne reduktoris

39

Kokkuvõte

Võrreldes rihmülekandega on hammasülekande gabariitmõõtmed väiksemad, mis on põhiline argument kerglennunduses. Kuigi hammasülekandega kaasneb mõningane müra kasv ning tootmine on kallim kui rihmülekandel, on hammasülekandel ülikerglennunduses suuremad eelised.

Projekteeritud reduktorikorpus ja hammasrattad on valmistatud Tallinna Tehnikakõrgkooli lõiketöötluslaboris, kus viiakse läbi ka nende töökindluse katsetused.

Viidatud allikad

1. “www.swedishaerosport.se”, Swedishaerosport AB, [Võrgumaterjal]. http://www.swedishaerosport.se/uploads/gallery83_large.jpg. [Kasutatud 17. märts, 2013].

2. “en.wikipedia.org”, Wikipedia, [Võrgumaterjal]. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Mike_Fifi eld_CA_2007.jpg. [Kasutatud 15. märts, 2013].

3. “et.wikipedia.org”, Wikipedia, [Võrgumaterjal]. http://et.wikipedia.org/wiki/Hammas%C3%BClekanne. [Kasutatud 11. aprill, 2013].

4. www.uddeholm.ee, Udde-Tooling OÜ, [Võrgumaterjal]. http://www.uddeholm.ee/english/fi les/orvar_supreme-english.pdf. [Kasutatud 11. aprill, 2013].

5. P. Dunajev, O. Lelikov, Masinaelementide projekteerimine. Tallinn: Valgus, 1989.

Summary

Designing a Reduction Unit for Ultraweight Aircraft sWhen compared to a belt drive, the gear drive mechanism is of smaller weight, which is a main argument in designing gear reducers for lightweight aircraft s. Although a gear drive is nois-ier and its production more expensive than of a belt drive, gear drive mechanisms have more advantages in ultralight aviation. Th e designed reduction unit and gears have been produced in the TTK University of Applied Sciences metal cutting laboratory. It is also planned to test the parts for durability and liability in the future.

40

TOORIKU ETTETÕMBAMISE SEADME KINNITUSHAARADE PROJEKTEERIMINE

Autor: Madis MoorJuhendaja: TTK lektor Tavo Kangru

Tooriku ettetõmbamise seadme ajalugu ulatub 1980. aastatesse, kui NC/CNC-treipingid aren-gut alustasid. Sel ajal alustasid treipingid arengut võimaldamaks odavamalt ja ökonoomsemalt toodangu väikese ja keskmise suurusega partii tootmiseks. Tooriku ettetõmbamise seadme eesmärk ongi mehhaniseerida tooriku edasitõmbamist treipingis, et pingi operaatorite tööd vähendada. CNC-treipinkide arenguga ja juurutamisega tootmisesse kindlustati töötsükli usal-dusväärsus. Tooriku ettetõmbamise seadme abil on võimalik tõsta tööpingi tootlikkust.

Tooriku ettetõmbamise seade on tööriist-rakis, mida kasutatakse CNC-treipingis materjali automaatseks ettetõmbamiseks. Ettetõmmatava materjali profi il võib olla ümar- või kuuskant-materjal. Peamiselt kasutatakse seadet ühes paigalduses töödeldavate detailide tooriku edasi-tõmbamiseks. Töötlemise tsüklis töödeldakse detail vastavalt joonisele (keermed, sooned jms), seejärel lõigatakse detail toorikust maha ning tsükli viimase sammuna tõmmatakse ettetõmba-mise seadme abil toorik uuesti CNC-treipingi nullpunkti. Seejärel on töötsükkel valmis uuesti käivitamiseks, operaatori olemasolu ei ole vajalik.

Tooriku ettetõmbamise seade võimaldab töödelda pikki detaile lihtsasti kahes paigalduses. Seejuures kasutamata tööpingi pinooli, mis annab tööriista magasinile suurema liikumisvõima-luse ja vähendab kokkupõrke ohtu. Järgnev arutelu kajastab Tallinna Tehnikakõrgkoolis välja-töötatud seadmele (vt sele 1) kinnitushaarade projekteerimist.

CNC-treipingi tooriku ettetõmbamise seadme tähtsaks osaks on kinnit u shaarad. Kinnitus-haarad peavad olema piisavalt jäigad ja tagama stabiilse kinnituse toorikule. Kuna seadmega teostatakse tuhandeid töötsükleid, siis peavad kinnitushaarad olema projekteeritud kulumis-kindlast materjalist. Käesoleva seadme puhul on otsustatud kasutada materjali Hardox 400. Materjalivaliku põhjenduseks on antud terase väga hea kulumiskindlus, mis on vajalik ettean-tud nõuete täitmiseks. Komplektsesse seadmesse kuulub kolm kinnitushaara. Kinnitushaara geomeetria on projekteeritud vastavalt, et oleks võimalik haarata toorikuid pakkide lähedalt. Tooriku väike väljaulatus pakkidest annab väikestel läbimõõtudel parema jäikuse detaili töötle-misel. Kinnitushaarad valmistatakse allhanke korras laserlõikepingis. Laserlõikepink tagab kin-nitushaaradele vajaliku täpsuse. Järgneval joonisel on näha projekteeritud kinnitushaara ühte võimalikest geomeetriatest (vt sele 2). Kinnitushaara materjali paksuseks on valitud 3 mm.

41

Sele 1. Tooriku ettetõmbamise seadme eskiis

Sele 2. Kinnitushaara eskiis

Seadme kinnitushaara geomeetriat analüüsiti kasutades lõplike elementide meetodit rakenda-vat tarkvara. Järgmisel selel on näidatud analüüsi kinnituspunktid ning mõjuvad jõud ja mõjuva jõu suund (vt sele 3). Analüüsis kasutatakse 2,3-kordset varutegurit. Punkt A on silindriline kinnituspunkt, millel on pöörlemisvabadus. Punkt B on kinnituspunkt tooriku pinnal. Punkt C on silindriline seadme korpuses liikuv kinnituspunkt, millele mõjub antud analüüsis 1600 N jõud.

Selel 4 on näha kinnitushaarale mõjuvaid jõudude kontsentratsioonipiirkondi (vt sele 4). Kasutades 2,3-kordset varutegurit, ulatuvad p inged kuni 500 MPa-ni. Kinnitushaara tipus on mõjuvad pinged kõige suuremad, ulatudes 1400 MPa-ni, mis on tingitud kinnituspunkti väike-sest pindalast. Hardox 400 materjali tõmbetugevus on 1000 MPa. Sellest lähtuvalt vastab vali-tud materjal etteantud nõuetele ning omab ka piisavat varutegurit.

42

Sele 3. Haara kinnituspunktid

Sele 4. Haara tugevusanalüüs

43

Kokkuvõte

Projekteeritud seadme puhul on kinnitushaarade geomeetria tähtsal kohal. Kinnitushaarade projekteerimisel kasutati varutegurit 2,3 ning lõppmudelit kon trolliti lõplike elementide mee-todiga. Kasutades kinnitushaara materjalina Hardox 400, on tagatud piisav tugevus. Lisaks olemasolevale kinnitushaara geomeetriale on vajalik projekteerida erinevaid lahendusi, et tõsta seadme universaalsust. Eri geomeetriaga kinnitushaarad annavad vabaduse haarata eri-neva kujuga materjali profi ile, näiteks kuuskant materjale, keermestatud pindasid ning õõnsaid materjale (torusid).

Summary

Designing the Grips for Workpiece Feeding DeviceTh e article focuses on one of the aspects of metal cutting process – feeding of the workpiece to a metal cutting machine. Th e focus of the research is on the novel type of grips, which make it possible to grip workpieces of circular and hexagonal cross-section. Th e device consists of a body and three grips attached to it. Finite element method was used to design and analyse the mechanical elements of the device.

44

PÄIKESEPANEELIDE KASUTAMISE PERSPEKTIIVIDEST EESTIS

Autor: Kristo VaherJuhendaja: TTK professor Toomas Pihl

Sissejuhatus

Tallinna Tehnikakõrgkooli lõputöö raames viis diplomand Kristo Vaher läbi uurimuse saamaks aru, kas Eesti piirkonnas on mõttekas päikest järgida, seda siis mitmes teljes või üldse mitte. Varasemalt on töö autor analoogse toote oma töö raames vastavalt kliendi poolt ette antud tin-gimustele valmistanud, kuid kuna lepingud on alati seotud tähtaegadega, siis ei olnud aega tee-masse süveneda ja taustinformatsiooni uurida.

Päikese järgimise tehnoloogiate tasuvusuuringuid Eesti piirkonnas on tehtud väga vähe-sel määral. Pigem on see jäänud PV-paneeli1 süsteemide müüjate enda huviks ning seda pole tehtud teaduslikul eesmärgil. Võib-olla sellepärast, et PV-paneelide kasutamine on olnud seni vähetähtis ja pigem nišitoode ning rohelist eluviisi viljelevate inimeste pärusmaa. Seni on taas-tuvenergia teemat, selle vajalikkust ja tasuvust käsitletud pinnapealselt ning jäädud jutuajamise tasemele, reaalsete tegudeni on hakatud jõudma alles viimasel ajal. Võib-olla ei ole olnud meie aeg ja ühiskond selle jaoks piisavalt küps, võib-olla ei ole tehtud piisavalt teadvustamistööd, võib-olla on takerdunud see poliitiliste otsuste taha.

Selge on see, et ühel päeval saavad meie fossiilsed kütused otsa ja siis on juba hilja hakata mõtlema, kuidas edasi – tegutseda tuleb juba täna. Tegutsemine ja asja laialdane kasutuselevõtt viib tehnoloogiat kiiremini edasi. Hetkel on PV-paneelide tehnoloogia veel toores, kasutegur väike ja toote hind kõrge, kuid kui väga tahetakse ja nähakse selles potentsiaali, areneb tehno-loogia kiiresti edasi. Viimase kümne aasta jooksul on tuule- ja päikeseenergia kasutamisviisid laienenud ja kasutamiskulud vähenenud, mistõttu võib prognoosida nende osatähtsuse kiiret suurenemist tulevikus. Taastuvate energiavarude laiemat kasutuselevõttu loetakse tähtsaks mitte üksi mittetaastuvate varude ammendumisohu tõttu, vaid ka seetõttu, et nende kasuta-mine ei suurenda õhu süsinikdioksiidisisaldust.

Elektrienergia tarbimise kasv maailmas on olnud väga kiire. Selleks, et üha kasvavat ener-giavajadust katta, tuleb arendada uusi, paremaid ja efektiivsemaid tehnoloogiaid ning paren-dada olemasolevaid, et süsteemi poolt toodetav energia oleks maksimaalne. Praegu on kõige suurema osakaaluga elektrienergia tootmises kütustpõletavatel soojuselektrijaamadel ca 2/3, mis ei ole meie üha kasvavat energiavajadust, kliima soojenemist ja energiavarude piiratust sil-mas pidades jätkusuutlik. Tuuleelektrijaamade ja päikeseelektrijaamade osakaal kogu maailma elektrienergia tootmisest on hetkel veel väga väike, kuna oleme oma arengus üleminekufaasis,

1 PV-paneelid – pooljuhtmaterjalidest fotoelektrilised päikesepaneelid.

45

kus alles leitakse efektiivseid ja tasuvaid tehnoloogiaid energia tootmiseks taastuvatest energia-allikatest. USA Department of Energy hinnangul kasvab kogu maailma energiatarbimine kuni aastani 2025 ca 2% aastas ning seni kindlaks tehtud fossiilsed kütused saavad lähima paarisaja aasta jooksul otsa.

1. Uurimustöö

Uurimustöö hüpoteesiks oli, et päikese aktiivne järgimine annab PV-paneelide puhul olulise tootlikkuse kasvu ja samas tasub päikest järgiva alusraami investeering ennast ära sama aja jooksul, kui on seda PV-paneelide investeering ise. Päikese järgimisega saavutatav suurem toot-likkus peab ära katma investeeringu sama perioodi jooksul, kui on seda PV-paneelide investee-ring. Ilma toetusteta ning arvestamata infl atsiooni, on see tänaste turuhindade juures ja sõltu-valt süsteemi suurusest 15–20 aastat.

Päikesekiirguse hulga kohta erinevates Euroopa piirkondades on mitmeid väga põhjalikke andmebaase, kust saab vajalikku infot kiirgusenergia hulga kohta Eestis. Uurimustöö jaoks koguti andmeid peamiselt Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituudi (EMHI) ja Photo-voltaic Geographical Information System’i (PVGIS) andmebaasidest. Töö käigus analüüsiti põh-jalikumalt Eesti piirkonda ja seda, milline päikest järgiv süsteem siia piirkonda kõige paremini sobib ning kui kiiresti see ennast on võimeline tagasi teenima.

Taastuvenergia tulevikuprognooside, sh päikeseenergia osas on väga erinevaid maailmavaa-teid: kes ennustab aastaks 2050 täielikult üleminekut taastuvenergiale, kes ennustab fossiilsete kütuste põletamise suurt osatähtsust. Andmete valikul ja nende esitamisel uurimustöös on vali-tud pigem kuldne kesktee ja jäädud realistlikuks.

2. Päikeseenergia Eestis ja mujal Euroopas

Uurimustöö jaoks vajalikud kiirgusenergia hulgad erinevate Euroopa piirkondade kohta võeti PVGISi andmebaasist. Mida rohkem ekvaatori suunas liikuda, seda soojemaks läheb kliima ning suuremaks maale langev päikesekiirguse hulk. PVGISi andmebaasist teiste Euroopa rii-kide kohta otsitud andmete põhjal võib järeldada, et Eestis on aastane päikesekiirguse hulk sama suur, kui on see Kesk-Euroopas (vt sele 1). Nende andmete põhjal selgub, et Eestis on isegi rohkem päikeseenergiat, kui on seda Põhja-Saksamaal, kus propageeritakse väga suuresti päikesepaneelide kasutamist.

Suurem päikesekiirguse hulga erinevus algab Vahemerepiirkonnast. Huvitav tähelepanek erinevate süsteemide võrdlemisel erinevates piirkondades oli, et Põhja-Euroopas on vertikaalse pöörleva teljega süsteem efektiivsem kui kaldus teljega ja Vahemere piirkonnas vastupidi. See tuleneb süsteemide võimekusest päikest mööda asimuuti järgida. Nimelt kaldusteljega süsteemi asimuut on maksimaalselt 90° (tõusu ja loojangu vaheline nurk maksimaalselt 180°), kui verti-kaalse pöörleva teljega süsteem võib pöörata ümber oma telje kas või 360°.

46

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

fikseeritud vertikaalne pöörlev telg kaldus telg kahes teljes

Sele 1. Erinevates Euroopa piirkondades päikese kiirgusenergia hulk ühe ruutmeetri kohta,

mis langeb 1 kWp PV-paneelide süsteemile aastas (kWh/m2)

05

101520253035404550

vertikaalne pöörlev telg kaldus telg kahes teljes

Sele 2. Erinevate süsteemide tootlikkuse kasv protsentides erinevates Euroopa piirkondades

Nagu graafi kult näha (vt sele 2), on kõige suurem efekt päikest järgida Põhja-Euroopas, kõige suurem erinevus tuleb välja polaarjoonel. Selge on see, et mida kaugemale ekvaatorist liikuda, seda väiksemaks jääb aastane kiirgusenergia hulk ja efektiivsuse kasv ei tähenda alati suuremat tootlikkust. Põhja-Euroopas annavad päikest järgivad süsteemid suurema tootlikkuse kasvu kui Euroopa lõunapoolsemates piirkondades.

--

- - -- - -

-- -

--

- - -- - -

-- -

P K

L LL

KK L

47

Kahes teljes päikest järgiv süsteem toodab Eestis aastas keskmiselt 40% rohkem elektrienergiat kui fi kseeritud süsteem. Talvekuudel on kaheteljelise süsteemi energia tootlikkus ca 20–30% suurem kui fi kseeritul ja suvekuudel rohkem kui 50%.

3. Päikese järgimine

PV-paneele paigaldatakse mitmel erineval viisil. Selle peamisteks põhjusteks on paigaldatava süsteemi suurus, geograafi line asukoht ja süsteemi paigaldamise eesmärk. Kui eesmärk on pai-galdada kodumajapidamisse mõned üksikud paneelid põhivajaduste rahuldamiseks, siis paigal-datakse paneelid fi kseeritud kujul parimasse võimalikku kohta suunaga lõunasse ja optimaalse kaldenurgaga. Suuremad süsteemid, nagu näiteks elektrienergiapargid, kasutavad lisaks fi ksee-ritud süsteemidele ka päikest järgivaid süsteeme. Süsteemi valik sõltub siin juba geograafi li-sest asukohast ja eesmärgist saavutada maksimaalne tootlikkus. Mida lähemal ekvaatorile, seda vähem on vajadus päikest järgida, kuna päikese trajektoori asimuut muutub seal aasta lõikes oluliselt vähem kui näiteks Eestis ning sellest tulenevalt ei saavutata suurt tootlikkuse kasvu. Mida rohkem põhja või lõuna suunas ekvaatorist, seda suurema efekti annab päikese järgimine saavutamaks suuremat tootlikkust.

PV-süsteemid jagunevad kulupõhiselt mitmeks osaks, mille maksumus sõltub paigaldatava süsteemi võimsusest. Suur rahaline erinevus tuleb võrguga ühendatud ja mitteühendatud süs-teemide puhul. Võrguga mitteühendatud (off -Grid) süsteemi puhul on vaja energiat salvestada, seda nii PV-paneelide ebaühtlasest tootlikkusest tulenevalt energiatarbimise ühtlustamiseks kui ka ülejääva energia salvestamiseks. Võrguga ühendatud (on-Grid) süsteemide puhul toi-mub nii-öelda akuna elektrivõrk. Lisaks paneelide, inverterite ja akude maksumusele tuleb teha investeering ka paneelide paigalduslahendusse. Kõige odavam lahendus on paigaldada paneelid olemasoleva hoone katusele, mis on optimaalse kaldega ja suunaga lõunasse. Sobiva viil katuse puudumisel või selle väikese pindala tõttu tuleb paneelid paigaldada tugevale alusraamile lamekatusele või maapinnale, mis konstrueeritakse vastavalt objekti võimalustele ja süsteemi võimsusele ning mis võib maksta isegi mitu tuhat eurot süsteemi kW kohta. Lisaks fi kseeri-tud asendiga raamile on olemas mitmeid aktiivseid alusraame, mis PV-paneele päikese suunas pööravad, tehes seda siis ühes või kahes teljes.

Renewable Energy Policy Network for the 21st Century and Institute for Suistainable Energy Policies (REN21) 2012. aasta raportist, mis võtab kokku taastuvenergia valdkonnas toimuva 2011. aastal kogu maailmas, tuleb välja, et maailma keskmine hind PV-paneelide süsteemi katu-sele paigaldatava süsteemi kohta on 1900–2500 EUR/kW (eramutel süsteemid 3–5 kW, tööstus 100–500 kW) ja maapinnale paigaldatavate elektrijaamade 2,5–100 MW süsteemide maksumus 1400–1800 EUR/kW.

4. Tasuvusaeg

40% suurem aastane tootlikkus, mis on umbes 400 kwh/a 1 kWp süsteemi kohta, on Eesti piir-konnas piisavalt suur, et kasutada efektiivsema energia tootmise jaoks päikest järgivaid süs-teeme. Suurema tootlikkuse jaoks tehtava investeeringu tasuvusaeg sõltub muidugi sellest, kui

48

palju investeeritakse selle efektiivsuse saavutamiseks ehk siis, kui palju läheb maksma päikest järgiv süsteem.

Võttes aluseks keskmise kodutarbija elektriarve 2013. aastal, saame elektrienergia hin-naks ~0,14 eurot koos käibemaksuga. Korrutades elektrihinna tootlikkuse kasvuga, mille saame kahes teljes järgiva süsteemiga, saame rahaliseks võiduks 1 kWp süsteemi puhul aastas ~56 eurot. Siit edasi tuletades ja võttes aluseks, et järgiva süsteemi tasuvusaeg võiks olla umbes sama, mis on PV-paneelide investeering ise ja et päikest kahes teljes järgiv süsteem paneelide pindalaga ca 25 m² ning mis on sobiv Eesti piirkonda, maksab umbes 5000 eurot, siis selline süsteem peaks mahutama enda peale vähemalt 5,5 kWp jagu PV-paneele (vt sele 3).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 3 5 7 9 11

aasta

alusraamile paigaldatud PV-paneelide võimsus kWp

tasuvusaeg - päikese järgija maksumusega 5500 EUR

tasuvusaeg - päikese järgija maksumusega 4000 EUR

PV-paneelide investeeringu tasuvusaeg

Sele 3. Kahes teljes päikest järgiva alusraami tasuvusaeg võrreldes PV-paneelide investeeringuga

Kokkuvõte

Nüüdisaegne ühiskond sõltub elektrist. Ühelt poolt tarbib arvuliselt kasvav inimkond järjest rohkem energiat, teiselt poolt on aga selgeks saanud energiavarude piiratus ja traditsiooniliste energiatootmisviiside kahjulik toime keskkonnale. Selleks tuleb leiutada uusi ja tõhusamaid tehnoloogiaid, saavutamaks samade ressursside juures suurem kasutegur ja üha enam tuleb kasutusele võtta taastuvatest energiaallikatest tulevat energiat, et meie energiavajadused oleks ka tulevikus rahuldatud. Aastaks 2050 ennustatakse inimeste arvuks üheksa miljardit. Kõige suurem energiaressurss on muidugi päike, millest tulevat otsest energiat kasutatakse täna-päeval väga vähe. Päikesest tulev energia hulk on nii suur, et see kataks hetkel kogu maailma energia vajaduse 10 000-kordselt. Teoreetiliselt saaks kogu maailma energiavajaduse rahuldatud päikese paneelidega, mis asuksid pindalal alla 800 × 800 km.

49

Töö eesmärgiks seatud hüpotees leiab kinnitust. Esiteks, et päikest on mõttekas Põhja-Euroopas järgida, ja seda eriti Eesti piirkonnas, ning teiseks, et alusraam tasub ennast ära sama perioodi jooksul, mis PV-paneelide investeering ise, kui selle maksumus jääb alla 5000 euro. Aktiivse järgimisega saavutatakse Eesti piirkonnas kuni 40%-line tootlikkuse kasv, mis on pii-sav teenimaks tagasi järgimissüsteemi investeeringut mõistliku aja jooksul. Eesti piirkonnas on aastane otsekiirguse energia hulk ca 1100 kWh/m2, mida on umbes sama palju kui keskmiselt kogu Saksamaal. Kuna Saksamaal on sama palju päikeseenergiat kui Eestis, siis on meie riigis PV-paneelide kasutuselevõtu areng jäänud pigem poliitilise tahte ja otsuste taha.

Tulevikusuundi vaadates on selge, et meie energia nõudlus kasvab üha kiiremini kasvava rahvaarvu tõttu. Üha uusi tehnoloogiaid ja olemasolevate täiendusi tuleb kasutusele võtta, et suurendada efektiivsemat energiatootmist taastuvatest energiaallikatest. Fossiilsete kütuste varud on enam-vähem kindlaks määratud ja kurb tõsiasi on, et neid ei jätku väga pikaks ajaks. Greenpeace’i hinnangul võiksime aastaks 2050 minna üle 100% taastuvenergia kasutamisele.

Otsides Eesti tingimustesse sobivat järgimissüsteemi, võrreldi turul pakutavaid analoog-seid tooteid ning jõuti järeldusele, et ideaalset toodet ei ole. Kõige sobivam oleks ühe Saksamaa tootja toode, kuid selle hind on natuke kõrge.

Töö koostamise käigus kogutud kiirgushulga andmed Eesti piirkonnas, peamiselt PVGISi andmebaasist ja EMHI mõõtmistulemused, võivad olla tõesed, kuid reaalsete tulemuste saamiseks tuleks läbi viia võrdlev test fi kseeritud, ühes teljes ja kahes teljes järgiva süsteemi vahel. Igal konkreetsel piirkonnal on oma eripärasused ja neid PVGISi andmebaas ei kajasta. Sellist katset või mõõtmistulemust ei ole teadaolevalt seni Eestis mitte ükski ettevõte ega hari-dusasutus korraldanud, mida muidugi võiks teha.

Summary

Perspectives of Using Solar Panels in Estonia Th e modern civilisation is highly dependent on the production and consumption of electric energy. Th e traditional way of producing electricity by burning fossil energy sources cannot be sustainable in a longer perspective. Th e article gives an overview of the possibilities of using solar energy for the production of electric energy, and shows that even in the climatic condi-tions of Northern Europe, it is possible to produce solar energy for almost throughout the year. Th is, however, shall require investments which will defi nitely pay off in a long run.

50

LIIKLUSOHUTUSE TAGAMINE LIIKLUSJÄRELEVALVE

PLANEERIMISE ABIL

Autor: Argo HallikJuhendaja: TTK lektor Sven Kreek

1. Uurimuskäik

Vaadeldava töö eesmärgiks oli liiklusjärelevalve planeerimine, et selgitada välja kitsaskohad ja teha ettepanekud liiklusjärelevalve planeerimise kui protsessi efektiivsemaks muutmiseks. Lõputöö võib jagada kolmeks osaks, millest igaühte võib vaadelda kui eraldi uurimuskäiku.

Esimeses osas analüüsisin erinevaid dokumente, mis võetakse liiklusjärelevalve planeerimi-sel aluseks. Tänu nende dokumentide analüüsimisele sain parema ülevaate liiklusjärelevalve olemusest ja see mõjutas lõplikku hinnangut ettepanekute tegemisel, mis võiksid minu arvates liiklusjärelevalve planeerimist efektiivsemaks muuta.

Teises osas töötlesin ja analüüsisin politseis registreeritud statistikat liiklusõnnetuste ja -süü-tegude kohta, et saada ülevaadet perioodi 2010–2012 liiklusohutusolukorrast ning hinnata, kui-das on politsei suutnud talle seatud eesmärke täita. Kuna läbisin diplomieelse praktika Politsei- ja Piirivalveametis, oli mul ligipääs politsei statistiliste andmete andmebaasile ning sain edukalt teostada andmekaevet ja neid lõputöös kasutada. Pean seda uurimuse osa väga oluliseks, sest esiteks sain vajaliku statistika, mille põhjal teha järeldusi, ning teiseks sain kogemuse politsei andmebaaside kasutamise kohta, mis osutus keerulisemaks, kui ma oodata oskasin, eelkõige andmekvaliteedist tulenevate erisuste tõttu. Kuna otsisin kõik oma lõputöös kasutatud statis-tilised andmed iseseisvalt, hoomasin liiklusjärelevalve planeerimist üha enam. Lisaks liiklus-ohutusealase statistika analüüsile tutvusin erinevate teaduslike uuringutega ja käsitlesin neid oma lõputöös.

Kolmandas osas viisin läbi ekspertintervjuud eesmärgiga välja selgitada ekspertide arvamu-sed liiklusjärelevalve planeerimisest kui protsessist. Intervjuud viisin läbi e-posti vahendusel. Ekspertide valikul konsulteerisin politseipoolse juhendajaga. Valituteks osutusid Lääne prefek-tuuri liiklusjärelevalvetalituse juht Sander Peremees, Põhja prefektuuri liiklusjärelevalvekeskuse liiklustalituse juht Sirle Pai, Ida prefektuuri liiklusjärelevalvetalituse juht Annika Elm, Lõuna prefektuuri korrakaitsebüroo Viljandi politseijaoskonna patrullteenistuse vanem Riho Rei ja korrakaitsepolitseiosakonna liiklusbüroo liiklusjärelevalvetalituse juhtivkorrakaitseametnik Marili Kohava. Intervjueeritavate valikul lähtusin loogikast, et üle-Eestilise vaate saamiseks peab olema esindatud iga prefektuur. Koostasin 11 küsimust ja edastasin need viiele eksperdile. Eks-pertide intervjuudest selgus, et oluline osa liiklusjärelevalve planeerimisel on ka meedia plaanil, mistõttu tegin täiendava intervjuu e-posti vahendusel Politsei- ja Piirivalveameti kommu-nikatsioonibüroo peaspetsialisti Tuuli Härsoniga. Esitasin talle neli küsimust, mis kujunesid

51

tulenevalt ekspertide vastustest. Mind üllatas meeldivalt intervjueeritavate ausus ja otsekohe-sus. Intervjuudest saadud vastuste põhjal sain teha järeldusi lõputöö eesmärgi täitmiseks ehk ettepanekute tegemiseks liiklusjärelevalve planeerimise protsessi efektiivsemaks muutmiseks.

Saadud kogemuste põhjal julgen väita, et eksperdid on koostööaltimad, kui oodata oskasin. Ekspertide all ei pea ma silmas ainult intervjueeritavaid, vaid ka lõputöö retsensenti Tarmo Miilitsat, kes oli retsenseerimise hetkel Politsei- ja Piirivalveameti peadirektori asetäitja korrakaitsepolitsei alal.

Ettepanekute tegemisel liiklusjärelevalve planeerimise efektiivsemaks muutmisel lähtusin lisaks eespool nimetatule ka praktikakogemusest Politsei- ja Piirivalveametis. Kahe praktika kokkuvõttes osalesin nii liiklusjärelevalve planeerimises kui ka teostamises. Näiteks liiklus-järelevalve teostamise puhul osalesin politseioperatsioonil „Kõik puhuvad”, Tallinna-Tartu ratta-maratoni eskortimisel ja kiirreageerimisüksuse ning avariigrupi patrulltöös. Liiklusjärelevalve planeerimise puhul osalesin erinevatel juhtide koosolekutel, „Teatetantsu” liiklus turvalisuse tagamise planeerimisel, koostasin võrdlustabeli 01.07.2011 kehtima hakanud liiklus seaduse ja varasemalt kehtinud liiklusseaduse kohta ning iganädalasi aruandeid toimunud liiklusõnne-tuste kohta. Praktikate käigus, mis olid huvitavalt organiseeritud, hakkasin vaatama politseile positiivsema pilguga kui varem, ja leian, et koostööd Politsei- ja Piirivalveameti ning Tallinna Tehnikakõrgkooli vahel võiks süvendada.

2. Järeldused

Töö käigus jõutakse järeldusele, et liiklusjärelevalve planeerimine on üks oluline osa liiklus-ohutusest, mida tuleb vaadelda kui süsteemi. Näiteks liiklusjärelevalve teostamist mõjutavad oluliselt erinevad meediakajastused, mis inimeste teadlikkust tõstavad. Mitte ainuüksi politsei ei suuda tagada liiklusohutust, vaid see tagatakse erinevate organisatsioonide ja ametiasutuste koostööl. Liiklusjärelevalve planeerimise kui protsessi efektiivsemaks muutmisega suureneb liiklusohutus, kuid ideaalse tulemuse saavutamiseks sellest ei piisa.Lõputöös käsitletu põhjal järeldasin järgmist.1. Erinevad strateegilised dokumendid, mille alusel liiklusjärelevalvet korraldatakse, korda-

vad teineteises püstitatud eesmärke.2. Tallinna–Tartu ja Tallinna–Pärnu maanteedele paigaldatud kiiruskaamerate suurim efekt

oli nende paigaldamise esimesel aastal.3. Alkoholi- või narkomõju all olevatest juhtidest põhjustavad joobes juhid 82,4% inimkanna-

tanutega liiklusõnnetusi.4. Politsei- ja Piirivalveamet ei ole perioodil 2010–2012 suutnud täita liikluses alkoholi- või

narkomõju all olevate juhtide süül hukkunute arvu vähendamise eesmärki.5. Politsei- ja Piirivalveamet ei ole perioodil 2010–2012 suutnud täita liikluses turvavarustust

mittekasutanud hukkunute arvu vähendamise eesmärki.6. Politsei- ja Piirivalveamet ei ole perioodil 2010–2012 suutnud täita liikluses hukkunud

kergliiklejate arvu vähendamise eesmärki.7. On olemas seos korrakaitseliste politseipatrullide keskmise ööpäevase väljapaneku ja toi-

munud inimkannatanutega liiklusõnnetuste vahel – enim inimkannatanutega liiklus-õnnetusi toimub juulis, mil korrakaitseliste politseipatrullide keskmine väljapaneku arv öö päevas on aasta lõikes kõige väiksem.

52

8. Enim liiklusõnnetusi toimub jalakäijate osalusel detsembris, mil korrakaitseliste politsei-patrullide keskmine väljapanek ööpäevas on aasta lõikes üks suuremaid, mis viitab sellele, et liiklusjärelevalve pole planeeritud analüüsipõhiselt.

9. Liiklusjärelevalve analüüsimisel tuleb aluseks võtta kuupõhine lähenemine.10. Statistilised andmed Politsei- ja Piirivalveameti andmebaasides pole täpsed, tuleb tegeleda

andmekvaliteediga.11. Väärteomenetluse läbiviimine on liiga ajamahukas.12. Politsei- ja Piirivalveametis on ressursipuudus.

3. Ettepanekud liiklusjärelevalve tõhustamiseks

Lõputöös välja pakutud ettepanekud liiklusjärelevalve planeerimise kui protsessi efektiivse-maks muutmiseks põhinevad minu isiklikul arvamusel. Ettepanekute tegemiseks arvestasin oma praktikakogemusi Politsei- ja Piirivalveametis, tuginesin intervjuude käigus välja selgi-tatud ekspertide arvamustele ja analüüsisin politseis registreeritud liiklusohutusalast statistikat ning strateegilisi dokumente, mis võetakse liiklusjärelevalve planeerimisel aluseks.

Minu kõige olulisem ettepanek on analüüsipõhisus, mis tähendab, et liiklusohutust ja seal-hulgas ka liiklusjärelevalvet tuleks planeerida teaduslike uuringute ja analüüside põhjal. Näiteks jalakäijate puhul tuleb välja selgitada, millal antud liiklejagrupp kõige enam liiklusõnnetustesse satub, mis vanuseklassist ja soost jalakäijatega toimub enim liiklusõnnetusi. Seda tuleks arves-tada liiklusjärelevalve planeerimisel, et ajal, mil jalakäijatel on suurim tõenäosus liiklusõnnetus-tesse sattuda, jälgib politsei jalakäijaid tavapärasest tähelepanelikumalt ja teeb end jala käijatele liiklusõnnetuste ennetamise eesmärgil võimalikult nähtavaks. Lõputöös tõin välja seitse ette-panekut.1. Mõiste „analüüsipõhine liiklusjärelevalve” defi neerimine.2. Sihtgrupipõhiste detailanalüüside teostamine liiklusjärelevalve prioriteetsete valdkondade

kohta.3. Andmesisestajate töökohtade loomine.4. Korrakaitseliste politseipatrullide keskmise ööpäevase väljapaneku ühtlustamine kuude

lõikes, mis oleks seoses toimunud liiklusõnnetustega.5. Politsei- ja Piirivalveameti liiklusliini üleriigiline rakendamine.6. Liiklusjärelevalvet puudutavate strateegiliste planeerimisdokumentide arvu vähendamine.7. Väärteomenetluse protsessi lihtsustamine.

Kokkuvõte

Vaadeldavas töös antakse ülevaade liikluskorraldusest Eesti teedel ja tehakse ettepanekud liikluskorralduse parandamiseks. Alustuseks analüüsitakse olemasolevat seadusandlust liikluse reguleerimiseks. Seejärel vaadeldakse liiklusrikkumiste statistikat vabariigi teedel sõltuvalt ajast ja kohast. Seejärel intervjueeritakse liikluse asjatundjaid, et välja selgitada nende arvamus liik-lusolukorra parandamiseks. Töö käigus jõutakse järeldusele, et liiklusjärelevalve planeerimine on üks oluline osa liiklusohutusest, mida tuleb vaadelda kui süsteemi. Mitte ainuüksi politsei ei suuda tagada liiklusohutust, vaid see tagatakse erinevate organisatsioonide ja ametiasutuste

53

koostööl. Liiklusjärelevalve planeerimise kui protsessi efektiivsemaks muutmisega suureneb liiklusohutus, kuid ideaalse tulemuse saavutamiseks sellest ei piisa. Tarvis on kogu ühiskonna teadlikku suhtumist liikluskorraldusse ja nulltolerantsi rikkumiste vastu.

Summary

Ensuring Traffi c Safety by Planning Traffi c Control Th e article gives an overview of road traffi c management in Estonia and also proposes solutions for improving traffi c management in Estonia. First, the author analyses the current legislation regulating traffi c. Secondly, statistics of traffi c infringements are analysed. Th en, traffi c special-ists are interviewed to fi nd out their views about improving the traffi c situation in Estonia.

Th e author concludes that planning traffi c control is an important part of traffi c safety, which should be looked at as a systematic whole. Th e police alone cannot ensure traffi c safety; it is achieved through the cooperation between diff erent organisations and authorities. Making traffi c planning as a process more effi cient would improve traffi c safety, but for achieving ideal results, this would not be enough. What we need to do is to raise society’s awareness about traf-fi c management and apply zero tolerance about traffi c infringements.

54

TOIMETISTE TULEVASTELE AUTORITELE

Tallinna Tehnikakõrgkooli emeriitprofessor Jaan Rohusaar

Mulle on tehtud meeldivaks ülesandeks olla edasi TTK ja ka TTK ÜTTÜ toimetiste koostaja ja vastutav toimetaja. Kasutades toimetaja õigust artiklite valikul ja redigeerimisel, juhin auto-rite tähelepanu mõningatele asjaoludele, mida oleks kasulik enne artikli kirjutamist ja esi tamist teada. Teaduslikule-tehnilisele kirjandusele esitatud nõuded ja tavad erinevad mõnevõrra ilukirjandusele ja ka tarbetekstidele esitatud nõuetest.

Teadusliku-tehnilise kirjanduse hulka kuuluvad õpikud, käsiraamatud, monograafi ad ja tea-duslike artiklite kogumikud. Artiklid võivad olemuslikult olla ülevaateartiklid ja/või probleem-artiklid. Ülevaateartiklite autoriteks on tavaliselt vastava ainevaldkonna suurimad asjatundjad ja seal käsitletakse probleeme vastavuses nende arengulooga või seoses mõne olulise persooni eluloolise tähtpäevaga.

Meie toimetistes peaks olema tegemist tüüpiliste probleemartiklitega. See tähendab ühe kindla teema käsitlust, kui autoril on midagi lisada üldtuntud faktidele. Artiklina on mõttekas vormistada töö siis, kui autoril on käsitletava probleemi kohta midagi uut ütelda! Ja uudsus mitte ainult üliõpilase seisukohalt, sest tema jaoks on ju iga töö uudne, vaid ka töö juhendaja jaoks, kes peaks vaadeldavat teemat valdama laiemas spektris.

Põhimõtteliselt on uudsed kõik eksperimentaalsetes töödes saadud katsetulemused. Katseid ju selleks tehaksegi, et kontrollida olemasolevaid teoreetilisi seisukohti või leida-kontrol-lida katsetatavate objektide sõlmi või materjalide tugevus- ja deformatsiooninäitajaid. Põhi-mõtteliselt uudne on alati ka mingi uus loominguline lähenemine arhitekti või disaineri loomingus.

Kuna meie kooli jaoks on ikkagi põhitegevuseks inseneride koolitus, siis toimetistes avalda-miseks oodatakse eelkõige artikleid, kus on deduktiivselt uuritud mingit probleemi ja jõutud matemaatika ja loogikaga mingite tulemusteni, mida seni pole osatud näha või eksponeerida.

Kirjutama asumisel mõelge alati artikli adressaadile. Miks peaks võõras inimene, kellele teie nimi ei ütle midagi, seda artiklit lugema?

Artikli ülesehitusel on tavaliselt kindlalt väljakujunenud kaanonid. Artikli pealkiri peab võimalikult täpselt kajastama seda, mida soovitakse lugejale selgitada. Kogenud lugeja piirdub esialgu sellega, et loeb sissejuhatuse läbi. Sissejuhatus sisaldab probleemi olemuse selgitust. Peab selguma, mida, miks ja kuidas on tarvis töötada, et tõstatatud küsimust edasi arendada. Seega peab sissejuhatusest selguma, kuidas soovitakse uurida ja millist tulemust on oodata ja mida saadi. Kui suudate kirjutada veenva sissejuhatuse, olete võitnud lugeja tähelepanu! Ja nüüd pöörab kogenud lugeja esialgu lehti ja otsib artikli lõpust kokkuvõtet, et vaadata, mis välja tuli. Rõhutaksin, et ka negatiivne tulemus võib huvitav olla!

Artikli keskne osa on teema arendus. Sealt selgub, kuidas ja mida soovitud tulemuste saamiseks tehakse. Kui on tegemist pikema käsitlusega, siis on otstarbekas see osa jagada ala-pealkirjadega lõikudeks. See kergendab lugejal kiiresti üles leida teda huvitavat osa. Autor peab arvestama, et tavalugeja sageli piirdubki vaid sissejuhatuse, alalõikude pealkirjade ja kokku-võtte lugemisega. Teemaarendusest peab selguma, kuidas te uute tulemusteni jõudsite ja kuidas nad sobituvad seniste teadmistega vaadeldavast probleemist. Lugejale asja lihtsamaks tegemi-seks kasutage oluliste kohtade märgistamiseks julgelt erinevaid šrift e või allajoonimisi. Loomu-likult kuuluvad siia ka joonised ja fotod, kui nad aitavad probleemi selgitada või on vajalikud katseolukorra dokumenteerimiseks.

Hea tava kohaselt ei kasutata teadusartiklites enesekohast asesõna „mina”. Kui on tegemist autorite kollektiiviga, aga ka selleks, et näidata enda kuulumist mingisse kollektiivi, kasutatakse asesõna mitmuses. Nt „Meie arvates...”, „Meie seisukoht selles küsimuses on...” jne. Sageli kasu-tatakse ka kaudset kõneviisi, mida siiski soovitaksin vältida. Kui soovitakse mingitel põhjustel tingimata rõhutada ainuautorlust, kasutatakse väljendit „Autori arvates...” jne.

Kokkuvõttes esitatakse lühidalt saadud tulemus ja vastatakse küsimusele, mis sissejuhatuses püstitati. Kui autor kavatseb sama teemaga edasi tegeleda, võib märkida, mida on plaanis edas-pidi teha.

Uskuge, sisuline süvenemine artiklisse leiab aset vaid siis, kui autor on osanud välja mõelda intrigeeriva pealkirja ja seejärel sissejuhatuse ja kokkuvõtte selliselt koostada, et lugeja teie probleemist ja selle lahendusest huvitub.

tallinna tehnikakÕrgkooli ÜliÕpilaste toimetised nr 16

Documents