Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 9

Длина панелиС точки зрения статики расчетов, самое благоприятное – иметьмного подвесок, поскольку расстояния между точками крепленияна верхнем и нижнем поясе будут меньше. Это соответственноприводит к снижению внутренних усилий во всех элементахконструкции.Однакоприувеличенииколичестваподвесоквозникают проблемы технологического характера - возрастаетсложность изготовления металлоконструкций верхнего пояса сучетом большого количество узлов крепления подвесок. Чрезмерногустая сетка пролетов также негативно сказывается на его внешнемэстетическом восприятии. Оптимальное решение по количествуподвесоклежитвкомпромиссемеждуоптимальнымимакропараметрами статических расчетов и технологии сооруженияпролета.Для упрощения поиска решения выполнен ряд статистическихрасчетов с целью определения оптимального количества подвесок вконструкции в зависимости от диапазонов пролетов.

Результатомрасчетов будет являться определение оптимального количестваподвесок в конструкции, исходя из критерия, что дальнейшееувеличение количества подвесок не приводит к существеннымизменениям макропоказателей пролетов.Критерии сравнения с комбинированными пролетами свертикальными подвескамиОдновременно с этим в рамках исследования будут проведенысравненияэффективностикомбинированныхсистемпримененияспролетныхнаклоннымиистроенийвертикальнымиподвесками под разные диапазоны пролетов. Оцениваться будут70расходы материалов на пролеты и общие показатели напряженнодеформированного состояния элементов конструкций, значениявнутренних усилий, возникающих в элементах.Выносливость подвесокЧрезвычайно важным критерием при проведении расчетовпролетных строений является оценка выносливости элементовподвесок.

Важным фактором при построении сетки подвесокявляется определение степени тенденции подвесок к релаксации. Вкомбинированных системах данного типа, как правило, пределпрочностиподвескинедостигаетсяпривсехвозможныхзагружениях. Главным критерием является предел выносливости –размах амплитуды цикла напряжений в подвесках.Имеем:b+c=dx71Таким образом, имеем следующее соотношение к расчетурелаксации подвесок:Цельюработыявляетсяустановлениеоптимальнойконфигурации сеток с целью снижения фактора возможнойрелаксации подвесок.Основные постановки расчетовДля проведения серии сравнительных расчетов с цельюоптимизации параметров проектирования задействован методконечных элементов, конкретно пакет Midas Civil.

Моделированиеи расчеты осуществляются посредством генерации наборов плоскихмоделей и трехмерных моделей.В конечно-элементных моделях с целью оценки действующихфакторов НДС элементов пролетных строений в плоской (2D)постановке предлагается использовать следующие типы конечныхэлементов:1.

Элемент типа TRUSS - Стержень. Линейный элемент,обладающийоднойстепеньюсвободы–линейноепродольное перемещение dx. При помощи элемента данноготипа моделируются подвески пролетных строений.722. ЭлементтипаBEAM–Балка.Линейныйэлемент,обладающий в общем случае 6-ю степенями свободы (3поступательные, 3 вращательные), в плоской постановке – 3(2 поступательные, одна вращательная). При помощиэлементов данного типа моделируются элементы балокнижнего и верхнего поясов пролетных строений.3.

Элементтипа–PLATEплита.Плоскийэлемент,обладающий 5-ю степенями свободы в каждом узле (3поступательные, 2 вращательные). При помощи данныхэлементов моделируются элементы ортотропной плиты в 3Dмоделях пролетных строений.В качестве нагрузки предлагается рассматривать временнуюподвижную вертикальную нагрузку, принятую в соответствии сГОСТ Р 52748-2007 - «Дороги автомобильные общего пользования.Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габаритыприближения»иСП35.13330.2011-«Мостыитрубы».Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*.Все расчеты проводятся в линейной постановке.2В качестве материалов элементов конструкций используемсталь со следующими характеристиками – E=2,06*105 Мпа, ν=0,3 –для стали несущих конструкций элементов, E=1,9*105 Мпа, ν=0,3 –для высокопрочной вантовой стали.В качестве сечений элементов будем использовать поперечныесечения, приближенные по жесткостным характеристикам креальным конструкциям.2Безусловно, подход к расчету гибких элементов, коими являются ванты, долженбыть условно нелинейным, ввиду эффекта «провисания» вант от действиясобственного веса.

Однако данная проблема более актуальна в вантовых мостахбольших пролетов, где имеются сравнительно длинные пологие ванты. Вкомбинированных конструкциях же данный эффект считается величиной второгопорядка малости и с целью упрощения проведения расчетов допускается импренебречь.732.4ВыводыВ целом, подытоживая изложенную выше информацию можносделать следующие выводы и основные пути исследования вопросапроектирования пролетных строений комбинированных систем сгибкими наклонными пересекающимися подвесками:1.

Наоснованииприведенныхсхемэволюциирешенийкомбинированных систем с гибкими подвесками можно сделатьвывод о том, что применение сеток наклонных подвесок являетсяэффективнымшагом,позволяющимсущественноснизитьдействующие значения изгибающих моментов в элементахконструкций, а также фактически ликвидировать негативныепоследствия эффекта S-образного прогиба пролета.2. Определен инструмент проведения расчетов пролетных строений–Методконечныхэлементов,сформулированыосновныеположения формирования математических моделей конструкций,параметры моделей, материалов, специфика нагрузок.3. Обозначены основные критерии, подлежащие исследованию –верхний пояс (очертание, высота стрелы), нижний пояс.

Выявленыосновные критерии построения рациональных сеток – теориипостроения, углы падения подвесок, количество подвесок.4. Важной частью исследования является проведение сравнениятехнико-экономическихпоказателейпролетныхстроенийкомбинированных систем с вертикальными и наклоннымиподвесками.5. Определена методика проведения исследования, как проведениебольшого количества статических расчетов в конечно-элементнойпостановке, путем генерации математических моделей пролетныхстроений.74ГЛАВА III.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯКОНСТРУКЦИЙ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙКОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ С ПОЛИГОНАЛЬНЫМВЕРХНИМ ПОЯСОМ И ГИБКИМИ ПОДВЕСКАМИ3.1Исследование аспектов проектирования верхнего поясапролетных строенийИсследование влияния высоты стрелы верхнего пояса нанапряженно-деформированное состояние (здесь и далее НДС)элементов конструкций пролетного строения.Проведем серию расчетов пролетных строений с высотойстрелы верхнего пояса, равной 15,16,18,20,22,25 % от длиныпролета. При этом для рассмотрения примем 2 пролета – 150 м и300 м, запроектированные под 4 полосы движения нагрузки А14.Рис.3.1. Схема к изменению высоты стрелы верхнего поясапролетного строения.Результаты расчетов представлены в виде графиков. Награфикахпредставленыпараметрыизменениядействующихсредних напряжений в элементах нижнего пояса, верхнего пояса иподвесок в процентах.

Также рассматривается размах амплитудыцикла напряжений в подвесках с целью оценки выносливостиподвесок. При этом за 100% приняты напряжения, действующиепри минимальной высоте сечения – 15% от пролета.75Рис.3.2. Общий вид конечно-элементной модели пролетногостроения.140120100σ_вп80σ_нпσ_подв60Δσ_подв40200151618202225Рис.3.3. Сводный график зависимости значений действующихнапряжений в элементах пролетного строения при длине пролета150 м.7612010080σ_вп60σ_нп40200123456Рис.3.4. График изменения значения действующих напряжений вэлементах поясов пролетного строения при длине пролета 150м.120115110105σ_подв1009590123456Рис.3.5. График изменения значения действующих напряжений вэлементах подвесок пролетного строения при длине пролета 150м.771201008060Δσ_подв40200123456Рис.3.6. График изменения значения размаха амплитуды цикланапряжений в элементах подвесок пролетного строения при длинепролета 150м.140120100σ_вп80σ_нпσ_подв60Δσ_подв40200151618202225Рис.3.7.

Сводный график зависимости значений действующихнапряжений в элементах пролетного строения при длине пролета300 м.7812010080σвп60σнп40200123456Рис.3.8. График изменения значения действующих напряжений вэлементах поясов пролетного строения при длине пролета 300м.125120115110σподв1051009590123456Рис.3.9. График изменения значения действующих напряжений вэлементах подвесок пролетного строения при длине пролета 300м.791201008060Δσ_подв40200123456Рис.3.10. График изменения значения размаха амплитуды цикланапряжений в элементах подвесок пролетного строения при длинепролета 300м.Как видно из приведенных результатов, изменение высотыстрелыверхнегопоясапролетногостроениянезначительносказывается на распределении действующих средних напряжений вэлементахконструкции.Данныйэффектговорит оработеконструкции в большей степени на осевые усилия в элементах,нежели на изгиб.

При изменении высоты стрелы верхнего пояса на10%, действующие напряжения в нем уменьшаются на 10%,напряжения в нижнем поясе уменьшаются на 20%, напряжения вподвесках возрастают на 20%. При этом более существенныеизменения в коэффициенте выносливости подвесок, увеличениевысоты стрелы верхнего пояса эффективно снижает коэффициентасимметрии цикла напряжений в подвесках.Таким образом, в практическом проектировании в случаевозникновения проблемы усиления подвесок в связи с усталостью,более эффективным решением будет небольшое увеличение высотыстрелы верхнего пояса.

С учетом того что гибкие подвески восновном изготавливаются из достаточно дорогой высокопрочной80стали,решениеувеличениявысотыстрелымогутиметьперспективы с экономической точки зрения.Полигональныйконструкцияхнаверхнийвсехпоясвкомбинированныхэксплуатационныхстадияхработыпролетного строения от действия нагрузок подвержен воздействиюзначительных сжимающих осевых сил. Соответственно, как длялюбого сжатого элемента, при расчетах требуется проведениерасчетов по общей устойчивости пояса.