Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 12

Кривая функции зависимостивыравнивается к количеству подвесок, равному 50-54. Такимобразом, можно считать, что дальнейшее увеличение числаподвесок в конструкции с точки зрения НДС элементов поясовпрактически не имеет значимого эффекта. При этом вполнеестественным видится тот фактор, что сами усилия в подвесках, атакже их чувствительность к перепадам напряжений продолжаютснижаться. Причем данная зависимость сохраняется для пролетных101строений независимо от длины пролета, и в данном исследованииоказывается справедливой и для пролета 150 м и для 300 м.Фактически оптимальным будет являться ограничение количестваподвесок диапазоном от 34 до 54 подвесок.Приэтомвпрактическомпроектированиинеобходимопонимать, что возможная экономия от увеличения числа подвесокносит сомнительный характер, поскольку оптимизация сеченийподвесок,ростколичестваузловкреплениясущественноповышают, как и трудоемкость работ по строительству, так инеобходимый объем расчетов и проектирования пролетногостроения.Наиболееподходящимрешениембудетявлятьсяопределение некоторого компромисса между пределом прочности ипределом усталости подвесок.

Иными словами, критерий несущейспособности подвески должен определяться одновременно двумяфакторами – прочностью и выносливостью. Следует избегатьситуаций, когда, к примеру, предел усталости элементов подвесокпо размаху амплитуды цикла уже достигнут, а действующиемаксимальные расчетные напряжения еще далеки от предельных. Втаких случаях следует оптимизировать сетку с точки зренияколичества подвесок или возможно угол наклона.3.4Сравнение комбинированных систем с наклонными ивертикальными подвескамиВ рамках проводимых исследований важным фактором являетсяпроведениереальногосравнениярассматриваемыхкомбинированных систем – с наклонными и вертикальнымиподвескамисцельюопределениястепениэффективностиприменения систем с наклонными связями по сравнению страдиционными схемами.Основными параметрами сравнения в данном случае являются: НДСэлементоврассматриватьсяпролетногобудутстроения.такие102Вданномкомпонентыслучаенапряженнодеформированного состояния, как напряжения элементов поясов(раздельно по компонентам – осевые и изгибные), напряжения вподвесках, размах амплитуды цикла. Вертикальная жесткость пролетного строения – относительныевертикальные деформации от действия временной нагрузки. Расходыметаллаоценивается–приоптимизацииотносительныенесущихвеличинысеченийрасходовметаллоконструкций.В данном случае, для корректности расчетов предлагаетсяотойти от плоских моделей и в рамках сравнения провеститрехмерное моделирование различных схем пролетов, с цельюмаксимально приблизить расходы металлоконструкций к реальнымв практике проектирования и строительства.Пролетные строения рассматриваются 150 и 300 м длиной, под4 полосы движения.

С целью упрощения расчетов, примем габаритпроезда как для 4-х полосного движения, с шириной полосы 3.75 м,ширина полос безопасности 2 м, проезжая часть устраивается сразделительной полосой 1м.Рис.3.36. Габарит проезжей части рассматриваемого пролетногостроенияСечения несущих элементов пролетного строения: Главные балки, балки поясов – коробчатого сечения; Проезжая часть – ортотропная плита с корытообразными ребрами,толщина листа настила – 14мм; Поперечные балки – двутаврового сечения; Подвески – гибкие элементы, в расчетной модели круглогосечения;103При этом конструкцию поперечных балок, ортотропной плитыпроезжейчасти,ветровыхсвязей,предлагаетсяоставитьодинаковыми в моделях, подлежащим сравнению.

Одновременно сэтим с целью упрощения оценки расходов, сечение подвесокпринимается одинаковым в каждой расчетной модели.Рис.3.37Схемырасчетныхконечно-элементныхмоделейрассматриваемых пролетных строений – комбинированная схема снаклонными подвесками и с вертикальными длина пролета 150 м.Проведем сравнение действующих внутренних усилий вэлементах пролетных строений. Ниже приведены диаграммыраспределения осевых сил и изгибающих моментов, действующих вверхнем поясе пролетных строений.104Рис.3.38.

Диаграмма распределения действующих осевых сил в верхнемпоясе комбинированной схемы с вертикальными подвесками. Тс.Рис.3.39.Диаграммараспределениядействующихизгибающихмоментов в верхнем поясе комбинированной схемы с вертикальнымиподвесками. Тс*м.105Рис.3.40. Диаграмма распределения действующих осевых сил в нижнемпоясе комбинированной схемы с вертикальными подвесками.

Тс.Рис.3.41.Диаграммараспределениядействующихизгибающихмоментов в нижнем поясе комбинированной схемы с вертикальнымиподвесками. Тс*м.106Рис.3.42. Диаграмма распределения действующих осевых сил в верхнемпоясе комбинированной схемы с наклонными поддвесками. Тс.Рис.3.43.Диаграммараспределениядействующихизгибающихмоментов в верхнем поясе комбинированной схемы с наклоннымиподвесками. Тс*м.107Рис.3.44. Диаграмма распределения действующих осевых сил в верхнемпоясе комбинированной схемы с наклонными поддвесками.

Тс.Рис.3.45.Диаграммараспределениядействующихизгибающихмоментов в нижнем поясе комбинированной схемы с наклоннымиподвесками. Тс*м.Изприведенныхдиаграммявновидныпреимуществапролетных строений с наклонными связями. Если значениядействующих осевых сил в элементах примерно одинаковы во всехсхемах, то разница в изгибающих моментах, действующих вверхнем поясе системы с наклонными подвесками, составляет 2025% от моментов верхнего пояса системы с вертикальными108связями. Это в значительной степени определяет значениядействующих напряжений в элементах поясов, что в свою очередьопределяет расходы основных металлоконструкций на элементыпролетов.Распределение внутренних усилий в нижнем поясе сеченияпримерно одинаковое в обеих схемах, незначительное снижениенаблюдается в системе с наклонными подвесками, связанное соптимальным распределением внутренних усилий в элементах.

Прианализе эпюр, следует обратить внимание на определенные«скачки» моментов в зоне опираний пролетов. «Особые точки»расчета методом конечных элементов в данном случае проявляютсяиз-за резкого увеличения жесткости системы в данных местах(наложенные граничные условия, стык различных элементов).На основании полученных результатов, можно сделать вывод отом, что конструкция затяжки в обоих случаях расчетов будетпримерно одинаковая. С учетом действующих значительныхрастягивающихусилий,рекомендуемымрешениемдляконструирования будет балка жесткости с ортотропной плитойпроезжей части.

Основные различия по расходам материаловконструкций можно получить при оптимизации сечений верхнегопояса пролетных строений.В целом, в рассматриваемых моделях относительные значениярасходовметаллапопролетамдлиной150мполучилисьследующие:Таблица 3.1.ПролетВертикальныеМеталл, Нижн.Металл, Верхн.Металл всего, тпояс, тпояс, т1107397150410982471345связиНаклонные связиИтого разница:11%Таким образом, полная разница относительного расходаметаллоконструкций на комбинированные пролетные строения с109наклонными подвесками составляет примерно 11% по сравнению сосхемой с вертикальными связями при длине пролета 150м.В случае расчетов пролетных строений длиной 300 м,результаты расходов металлоконструкций по схемам получилисьследующие:Таблица 3.2.ПролетМеталл, Нижн.Металл, Верхн.пояс, тпояс, т2382185342352098,7858.32957ВертикальныеМеталл всего, тсвязиНаклонные связиИтого разница:69%По результатам расчетов видно, что экономия основныхметаллоконструкцийвслучаерасчетовкомбинированныхпролетных строений длиной 300 м составляет 30%.

Это связано стем, что в случае значительных пролетов, эффект от значительныхдействующих изгибающих моментов в верхнем поясе становитсядоминирующим в определении параметров несущих сечений.1600140012001000800верт600накл4002000пояс, тМеталл, Нижн.Рис.3.46.Металл, Верхн. пояс, тГистограммаМеталл всего, тсравнительныхметаллоконструкций пролетных строений длиной 150 м.110расходов45004000350030002500верт2000накл150010005000пояс, тМеталл, Нижн.Рис.3.47.Металл, Верхн.

пояс, тГистограммаМеталл всего, тсравнительныхрасходовметаллоконструкций пролетных строений длиной 300 м.Очевидно, что в случае дальнейшего увеличения длиныпролета, процент экономии расходов металла будет возрастать.Следует также сказать, что с учетом максимально-возможногогабаритаперевозкиблоковметаллоконструкцийповысоте(имеются в виду сплошностенчатые конструкции двутаврового икоробчатогосечений)возможностьпримененияпролетныхстроений комбинированных систем с вертикальными подвескамиследует ограничить пролетом длиной 300 м.Системы с наклонными подвесками с аналогичными несущимисечениями могут проектироваться и до длины пролета в 500м.В рамках исследования, после оптимизации поперечныхсечений несущих элементов поясов комбинированных системпроведена проверка несущей способности подвесок исходя изкритериев прочности и выносливости подвески.

Оценивалисьпоказатели средних действующих напряжений в подвесках –максимальные, минимальные (с учетом знака), цикл асимметриинапряжений.11170000600005000040000Наклонные подвескиВертикальные подвески3000020000100000σ_максσ_минΔσ_подвРис.3.48. Гистограмма действующих напряжений в подвескахкомбинированных систем.Гистограмманагляднодемонстрируетпреимуществакомбинированных пролетов с наклонными подвесками.

Средниедействующие максимальные напряжения в таких схемах ниже, каквидно из графика. При этом действующие средние минимальныенапряжения выше, что позволяет сократить величину циклаасимметрии напряжений. В целом проведенный анализ показываетвозможностьэкономииосновныхметаллоконструкцийпосравнению с системами с вертикальными подвесками, что еще разподтверждаетвысокуюзаявленнуюстепеньэффективностипролетных строений указанного типа.Выводы3.5По итогам работы исследования и представленных результатовможно сделать следующие выводы:1. Проведенодетальноеизучениезаконовизмененияосновных параметров конструкции, получены графикизависимостей изменения критериев НДС пролетных112строений в зависимости от изменения рассматриваемыхпараметров.2.

Получены результаты, показывающие рациональные инерациональныезначениякритериевпроектированияконструкцийипоказателейпролетныхстроенийкомбинированных систем с наклонными подвесками.3. На основании результатов работы выявлены оптимальныепараметры назначения критериев проектирования данныхконструкций, обоснованные представленными расчетами.4. Проведеносравнениетехнико-экономическихпоказателей пролетных строений с вертикальными инаклоннымиподвесками,обозначеныдиапазоныпролетов, при которых наиболее эффективно проявляютсебякомбинированныхвертикальнымисвязями.системысВычисленызначения экономии металлоконструкций.113наклоннымиитеоретическиеГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ИУКАЗАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОЛЕТНЫХСТРОЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ СХЕМ С ГИБКИМИНАКЛОННЫМИ ПОДВЕСКАМИ4.1Назначение и возможности применения пролетовкомбинированных схем с наклонными подвескамиАнализируя полученные результаты проведенных расчетов,следует еще раз отметить высокую эффективность примененияпролетных строений данного типа.