Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 11

Твейта – о переменном угле падения подвескина затяжку.Данная гипотеза предполагает постоянно изменяющийся уголпадения подвески на затяжку с константной величиной приращенияугла. С целью установления наиболее оптимальной схемыпостроения схемы проведем сравнение двух сеток с одинаковыми92начальными углами падения подвески на затяжку. Длину пролетапримем 300 м. При этом следует сказать, что оптимальныедиапазоны углов, подобранные для теории Б. Брунна и Ф.

Шенакасохраняются также и для теории П. Твейта. Также диапазон угловпадения подвесок реально существует от 15 до 85 градусов. Припостроении следует избегать слишком крутых и слишком малыхуглов падений подвесок на верхний пояс пролета.Сравнению подлежат две построенные сетки комбинированныхпролетных строений с равными начальными углами подвесок.Надо сказать, что конечный вариант построения сетки потеории П. Твейта близок по результату к окончательнымоптимальным сеткам Б.

Брунна и Ф. Шенака, с той разницей, что всетках Твейта угол падения подвески на арку незначительно (±2-3о)колеблется относительно некой средней постоянной величины углападения, оптимальная величина которого была подобрана выше.Приближая сетки теории П. Твейта к сеткам Б. Брунна и Ф.Шенака, оптимальное значение величины приращения угла падениясоставляет 2-2.5о. Получившиеся в итоге сетки в целом практическиидентичны друг другу по геометрии построения.Начальный угол принят 20о, значение приращения угла принято2.5о.Рис.3.25. Проекции сеток комбинированных пролетов.

Красныйцвет – П. Твейт, черный – Б. Брунн и Ф. Шеннак.Сравнивались основные критерии НДС пролетных строений.Результаты сравнения различных комбинированных схем с сеткамитеорий П. Твейта и Б. Брунна – Ф. Шенака приведены в видеграфиков.9301 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143454749515355-5000-10000σ_вп Б-Шσ_вп Твейт-15000-20000-25000Рис.3.26. График значений действующих напряжений в верхнемпоясе комбинированных пролетных строений (Твейт, БруннШеннак)250002000015000σ_нп Б-Шσ_нп Твейт10000500001 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143454749515355Рис.3.27. График значений действующих напряжений в нижнемпоясе комбинированных пролетных строений (Твейт, БруннШеннак)9470000600005000040000σ_подв_макс Б-Шσ_подв_макс Твейт30000200001000001 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52Рис.3.28.Графикзначенийдействующихмаксимальныхнапряжений в подвесках комбинированных пролетных строений(Твейт, Брунн-Шеннак)40000350003000025000σ_подв_мин Б-Ш20000σ_подв_мин Твейт1500010000500001 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52Рис.3.29.

График значений действующих минимальных напряженийв подвесках комбинированных пролетных строений (Твейт, БруннШеннак) – критерий тенденции подвесок к ослаблению.9540000350003000025000Δσ_подв Б-Ш20000Δσ_подв Твейт1500010000500001 3 5 7 9 11131517192123252729313335373941434547495153Рис.3.30. График асимметрии цикла напряжений в подвескахкомбинированных пролетных строений (Твейт, Брунн-Шеннак) –критерий выносливости.Результатыпроведенныхрасчетовпоказывают,чтообегипотезы построения сеток комбинированных пролетов могут бытьрекомендованыкпрактическомупроектированию.Отличияполученных средних величин критериев составляют менее 5% другот друга. В целом, геометрии сеток, как было показано выше,достаточно близки друг к другу по правилам построения.

Вкачестве выводов можно сказать, что сетка Брунна-Шеннакапозволяет получить несколько заниженное значение напряжений поверхнему поясу, тогда как сетка Твейта позволяет снизитьмаксимальные напряжения, действующие в подвесках и нижнемпоясе пролета. По анализу критериев усталости элементов связи,обе сетки ведут себя совершенно идентично, численные отличиязначений перепадов напряжений в подвесках находятся в пределахпогрешности вычислений МКЭ.С точки зрения сложности геометрических построений ипроектирования верхнего пояса, оптимальной является сеткиБрунна-Шеннака, поскольку они предполагают постоянный уголпадения подвесок на верхний пояс, что в свою очередь позволяет96говорить о возможности унификации узлов прикреплений подвесок,тогда как в сетках Твейта колебания угла примыкания достигают 23 градусов.Надо сказать, что оптимальное соотношение параметров НДСконструкциииугланаклонаподвесокдостигаетсяпутемитерационного подбора индивидуального угла падения каждойподвески.Однако в таком подходе присутствуют несколько важныхаспектов, которые необходимо учитывать: Построение комбинированных схем с наклонными подвесками,где каждая подвеска имеет собственный угол наклона, на данныймомент,можетбытьосуществленоисключительноитерационными методами подбора, что не позволяет говорить ометодологии проектирования и расчета подобных схем; На практике подобные итерационные методы требуют высокогоуровня программирования и параметризации расчетных моделей.При этом в случае значительного количества критериев поискаоптимальногорешения–невсегдаудаетсянайтиудовлетворяющее всем критериям решение.

Кроме того в общемслучае – изменение угла наклона одной подвески приводит кперераспределениюусилийвовсехостальныхэлементахконструкции, что в значительной степени усложняет и затрудняетпоиск оптимального решения. Высокая точность результатоврешения в свою очередь требует построения достаточно высокодетализированных расчетных моделей, что затрудняет и тормозитпроцесс компьютерного расчета. Либо же изменение результатовкрайне незначительно на фоне общей картины НДС пролетногостроения и ими можно пренебречь. Высокая точность результатовдолжнатакжекоррелироватьсясвысочайшейточностьюизготовления, производства, монтажа и сборки конструкции, и на97результаты расчета могут в значительной степени повлиятьтехнологические аспекты жизненного цикла моста. Комбинированная система с наклонными подвесками, в которойкаждая подвеска имеет произвольный угол падения, выглядятнеприемлемо с архитектурно-эстетической точки зрения.3.3Критерии подбора количества подвесок пролетного строения.Длина панелиОдним из наиболее значимых факторов при проектированиикомбинированных пролетов с наклонными подвесками являетсяопределение количества подвесок, или длины панели шага подвесокпо верхнему поясу.

С точки зрения статических расчетов,разумеется, желательно иметь наибольшее количество подвесок,воспринимающих нагрузки. Однако здесь в силу вступают условиявозможности конструктивного размещения такого числа подвесок иэстетики восприятия конструкций (чрезмерно густые сетки).В исследовании предлагается проанализировать возможноеколичество подвесок и установить критерии назначения шагапанели по верхнему поясу. Критерием будет являться НДСэлементов пролетного строения.Рассматриваются пролетныестроения длиной 150 и 300 м. При проведении расчетов рассмотримсерию статических схем с числом подвесок от 30 до 54 с шагом 4.Результаты расчетов сведены в виде графиков, приведенных дляпролетных строений 150 м и 300м.

Рассматривались следующиекритерии: Относительные напряжения, действующие в верхнем и нижнемпоясах; Относительные максимальные напряжения, действующиеподвесках; Размах амплитуды цикла напряжений в подвесках; Тенденция подвесок к ослаблению; Значения действующих осевых сил в верхнем и нижнем поясах;98в1,210,8σвп_l=1500,6σвп_l=3000,40,2030Рис.3.31.34График384246зависимости5054коэффициентадействующихнапряжений в верхнем поясе от количества подвесок.1,210,8σнп_l=1500,6σнп_L=3000,40,2030Рис.3.32.34График384246зависимости5054коэффициентанапряжений в нижнем поясе от количества подвесок.99действующих1,210,8σподв_l=1500,6σподв_l=3000,40,2030Рис.3.33.34График384246зависимости5054коэффициентадействующихнапряжений в подвесках от их количества в пролетном строении.1,210,8σнп_l=1500,6σнп_L=3000,40,2030343842465054Рис.3.34.

График зависимости тенденции подвесок к релаксации взависимости от количества подвесок.1001,210,8Δσ_подв_l=1500,6Δσ_подв_l=3000,40,2030343842465054Рис.3.35. График зависимости значения перепада действующихнапряжений в подвесках от количества подвесок.Приведенныерезультатыпозволяютсделатьвыводорекомендуемой длине панели шага подвесок по верхнему поясу.Анализ показывает, что при числе подвесок, стремящемся к 30,основныекритерииНДСнеудовлетворительныепролетногозначения,строениявозрастаютпринимаютдействующиенапряжения в конструкции, напряжения в подвесках, растет размахамплитуды цикла напряжений в подвесках.Зависимость между количеством подвесок и критериями НДСпролетного строения не является линейной, а носит скорееквадратичныйколичествахарактер.подвесокТ.е.прискоростьдальнейшемизмененияуменьшениикритериевНДСпролетного строения возрастает.