Автореферат (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 2

Новосибирске.Научная новизна исследования заключается в следующем: Автором впервые разработаны и сформулированы критерии и основные положения проектирования пролетных строений мостов комбинированных систем по схеме «жесткая арка - жесткая затяжка» с наклоннымиподвесками; Впервые в практике отечественного мостостроения получены результаты оптимальных диапазонов значений основных назначаемых припроектировании параметров конструкций, таких как – высота стрелы верх3него пояса, форма очертания кривой верхнего пояса, оптимальные углыпадения подвесок, количество подвесок; В работе представлены предложения автора по эффективномупроведению процесса расчетов пролетного строения, основные положенияпроводимых расчетов, теоретические постановки задач, критерии оценкирезультатов; Автором выявлены и обозначены оптимальные сферы возможности практического применения пролетных строений данных комбинированных систем;Достоверность результатов исследования подтверждается использованием результатов работы автора в проектировании и строительстве руслового пролетного строения в составе мостового перехода через р.

Обь в г.Новосибирске, а также анализом предшествующих трудов отечественныхи зарубежных авторов применительно к данным конструкциям пролетныхстроений.Практическая ценность работы состоит в возможности использования результатов исследования автора проектными и строительными организациями, на стадиях Проектной документации и текущего строительства, для разработки и сравнения оптимальных конкурентоспособных вариантов пролетных строений автодорожных мостов с большими пролетамии формулировки критериев оценки эффективности проектных решений.Методика апробирована в реальных объектах строительства по проектуЗАО «Институт «Стройпроект», на кафедре «Мосты» ПГУПС.Апробация работы.

Результаты исследований и основные научныеположения доложены на кафедре мостов, тоннелей и строительных конструкций МАДИ в 2017 и 2018 годах, научно- практической конференцииПТУПС в 2016 году и научно-методической и научно-исследовательскойконференции МАДИ в 2018 году.Публикации. По результатам исследования опубликовано три печатные работы в журналах, находящихся в списке рекомендованных ВАКРоссийской Федерации.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 140 страниц машинописного текста, в том числе 129 страниц основного текста, 90 рисунков, 4 таблицы, список литературы на 10 страницах, содержащий 118 источников.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность темы исследования,определяются цель, основные задачи и методы исследования.Первая глава посвящена анализу теории и практики проектирования пролетных строений мостов комбинированных систем СССР, РФ и зарубежом.

Рассматривается историческая эволюция конструктивных реше4ний данных пролетных строений. Особое внимание уделено развитию конструктивных решений по пролетным строениям классификации типа«жесткая арка – жесткая затяжка» на основе зарубежного опыта проектирования данных пролетов. Озвучиваются проблемы и особенности, возникающие при проектировании мостов данных систем.Основная проблема изучения конструкций пролетных строений комбинированных систем с наклонными подвесками по схеме «жесткая арка –жесткая затяжка» заключается в чрезвычайно малой степени распространенности их применительно к практике мостостроения СССР и РФ. Одновременно с этим следует отметить значительную сложность и комплексность расчетной части проектирования пролета.

Данные схемы представляют собой многократно статически-неопределимые системы, в общемслучае обладающие определенной геометрической нелинейностью (гибкиеэлементы подвесок, работающие только на растяжение) с криволинейнымочертанием верхнего пояса. С учетом действия временной подвижнойнагрузки и необходимости построения действующих линий и поверхностей влияния для каждой из подвесок одновременно по нескольким критериям, задача статического расчета систем подобного типа без использования специальных методик в значительной степени осложняется.Одновременно с этим, анализируя зарубежный опыт проектированияи строительства пролетных строений подобного типа, следует выделятьопределенные различия в отечественных и зарубежных подходах к проектированию и строительству мостов.Данные комбинированные системы, получившие за рубежом название «Сетчатые арки», в первую очередь изначально были разработаны поджелезнодорожные нагрузки.

В конструкциях подобного типа доминирующим усилием, возникающим в верхнем поясе пролетного строения, является усилие осевого сжатия, при этом значения действующих изгибающихмоментов в сечениях сведены к минимуму. Отсюда в практике зарубежного строительства мостов данного типа в основной массе рекомендуетсяприменение открытого профиля несущих сечений верхнего пояса.Одновременно с этим, с целью повышения общей вертикальнойжесткости пролетного строения, зарубежные решения предлагают в основной массе применение конструкции затяжки из монолитного преднапряженного железобетона (пример конструкции железоюетонной затяжкипредставлен на рисунке 2). При этом стоит отметить, что проектирование истроительство мостов данного типа в мировой практике в значительнойстепени осуществляется либо под однопутную железную дорогу, либо поддвухполосное автомобильное движение. При этом при дальнейшей увеличении ширины пролетного строения, авторы рекомендуют устраивать5напрягаемую арматуру поперек продольной оси конструкции затяжки.Рис.2.

Рекомендуемая конструкция поперечного сечения железобетонной плиты затяжки пролетного строенияПредлагаемое решение имеет очевидные плюсы, связанные с экономией расхода основных металлоконструкций пролетного строения. Однако, данный критерий оценки эффективности пролетов мало объективен сучетом всех условий строительства в Российской Федерации. На рисунке 3представлен график расходов металлоконструкций на железнодорожныемосты в Германии.Рис.3. График сравнения расходов металлоконструкций мостов в ГерманииЭкономия металлоконструкций 40-70%, озвученная зарубежнымиавторами, достигается именно за счет устройства затяжки из предварительно напряженного железобетона. Однако в условиях РФ, с учетом всехтехнологических аспектов, традиций подходов к строительству, стоимо-6стей материалов решение с железобетонной затяжкой к настоящему времени видится малоперспективным.Важным аспектом проектирования является форма очертания кривойверхнего пояса пролетного строения.

В «сетчатых арках» верхний поясдолжен быть очерчен по круговой кривой, в отличие от традиционных параболических очертаний комбинированных пролетов отечественных примеров.Современные решения по проектам пролетов данного типа позволяют говорить о сооружении комбинированных пролетных строений больших пролетов – известны примеры пролетных строений с длиной до 500метров. При рациональных условиях применения данные пролетные строения могут составить конкуренцию более традиционным системам мостовбольших пролетов – вантовым и висячим мостам, а также иным более традиционным комбинированным системам.В диссертационном исследовании предлагается к рассмотрениюпредложения по совершенствованию методологии проектирования и расчета комбинированных схем с гибкими наклонными пересекающимисяподвесками на основе проведенных автором исследований и отечественного и зарубежного опыта проектирования конструкций данного типа применительно к нагрузкам, материалам и требованиям нормативных документов Российской Федерации.Во второй главе рассматриваются основные особенности проектирования пролетных строений комбинированных систем с вертикальнымиподвесками, озвучиваются их особенности, недостатки и возможные путиследования к решению указанных проблем путем применения систем снаклонными пересекающимися связями.

Формулируются основные постановки и положения к исследованию, разъясняются подходы к проведениюисследовательской работы методом математического моделирования, обозначаются критерии оценки полученных результатов.С точки зрения комбинированных арочных мостов с гибкими подвесками наиболее распространенная схема пролетного строения – комбинированная с полигональным верхним поясом с системой вертикальныхподвесок. Ключевой особенностью данного типа пролетов является егочрезвычайно высокая чувствительность к различным неравномерным загружениям временной нагрузкой, особенно при малой изгибной жесткостинесущих элементов. На рисунке 4 представлены диаграммы распределениядействующих изгибающих моментов от временной нагрузки.7Рис.4. Диаграмма распределения изгибающих моментов по элементам пролетногостроения от действия временной нагрузкиКак видно из приведенных эпюр, элементы верхнего пояса и затяжкив достаточной степени подвержены воздействиям изгибающего момента,значение которого увеличивается с увеличением длины пролетного строения, что приводит к необходимости увеличения размеров сечений элементов.Чувствительность системы к неравномерным загружениям временной нагрузкой, появление несимметричных деформаций пролета получилоназвание S-образного прогиба пролетного строения.Основные негативные последствия этого явления следующие: Наблюдается смена знака действующих изгибающих моментов всечениях элементов, что приводит к необходимости усиления как верхней,так и нижней части сечения; Происходит смена знака относительных деформаций элементапролетного строения; Усилия в подвесках комбинированных пролетов существенно изменяются относительно действующих от постоянных нагрузок, что приводит к дополнительным усилениям, связанным с расчетами усталости элементов.

При этом в некоторых случаях усилие в элементе может становиться знакопеременным, что недопустимо для подвесок гибкого типа, адля условно жесткого требует проведение расчетов по общей устойчивости элемента.Все вышеперечисленные факторы в той или иной степени приводят кнеобходимости увеличения геометрических размеров несущих элементов,что в свою очередь негативно сказывается на весе монтируемых элементови общем расходе материалов, увеличивая, в конечном счете, общую стоимость сооружения.Наиболее эффективным путем решения проблемы кососимметричных загружений в пролетных строениях данного типа является устройствонаклонных пересекающихся подвесок. На рисунке 5 представлены диаграммы распределения действующих изгибающих моментов от временнойнагрузки.8Рис.5.

Диаграмма распределения изгибающих моментов по элементам пролетногостроения от действия временной нагрузки в пролетных строениях с наклонными подвескамиНа приведенной схеме наблюдается значительный эффект «сглаживания» эпюр моментов в элементах пролетного строения. Фактически вседоминирующие усилия в элементах пролетного строения – осевые усилиясжатия и растяжения.

Следовательно, при проектировании допускается руководствоваться необходимыми площадями поперечных сечений несущихэлементов, без наращивания сечений с целью увеличения момента инерции для восприятия изгибающих моментов.Изучение изменений и оптимизации основных параметров пролетных строений предлагается проводить путем многократных пересчетов конечно-элементных моделей различных пролетов с одновременным подбором оптимальных рассматриваемых критериев.Основные параметры конструкций, подлежащие исследованию и детальному изучению, следующие: Основные параметры проектирования верхнего пояса арки.