Диссертация (1173132), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Данное решение достаточно широкораспространеноповсемумиру,реализуетсякакподжелезнодорожные, так и под автодорожные, пешеходные мосты. Сконструктивной точки зрения элементы связей могут представлятьсобой как жесткие, так и гибкие элементы. В настоящее времятенденции современного проектирования диктуют в основномиспользование в качестве связей гибких элементов канатного типа.31Рис.2.1. Комбинированное внешне безраспорное пролетноестроение с вертикальными подвесками и криволинейнымверхним поясом.Данный тип пролетов достаточно хорошо изучен, разработаныосновные рекомендации к проектированию, расчету, назначениюосновныхпараметровсооружения,диапазоныэффективныхпролетов, основные положения расчетов, определены общиедостоинства и недостатки данного решения.На рисунках 2.2-2.4 приведены диаграммы распределение эпюросевых сил, изгибающих моментов и перерезывающих сил отравномерных загружений по длине пролетного строения.

Общаякартинадеформацийпролетногостроенияотравномернораспределенных нагрузок приведена на рисунке 2.5.Рис.2.2. Распределение осевых сил по элементам конструкциипролетного строения.Рис.2.3. Распределение изгибающих моментов по элементам32конструкции пролетного строения.Рис.2.4. Распределение перерезывающих сил по элементамконструкции пролетного строения.Рис.2.5.Картинадеформацийпролетногостроенияотравномерного симметричного загружения пролетного строения.Ключевой особенностью данного типа пролетов является егочрезвычайновысокаячувствительностькразличнымнеравномерным загружениям временной нагрузкой, особенно прималой изгибной жесткости несущих элементов. При этом следуетсказать, что гипотеза о схеме работы элементов арочного моста вбольшей степени на осевые силы в данном решении не достигается.Как видно из приведенных эпюр, элементы арки и затяжки вдостаточной степени подвержены воздействиям изгибающегомомента, значение которого увеличивается с увеличением длиныпролетного строения, что приводит к необходимости увеличенияразмеров сечений элементов.Чувствительность системы к неравномерным загружениямвременной нагрузкой, появление несимметричных деформацийпролета получило название S-образного прогиба пролетногостроения.

Причины и последствия этого эффекта следует раскрытьподробнее.33S-образный прогиб пролетных строений наблюдается, какправило, во многих схемах мостов сравнительно больших пролетов,внешне статически-неопределимых систем (висячие, вантовыемосты). Обуславливает его появление наличие временной нагрузки,расположенной кососимметрично по отношению к пролетномустроению.

При этом эффект тем сильнее, чем больше вкладвременной нагрузки по отношению к постоянной, а изгибныежесткости элементов при этом минимальны.Распределение внутренних усилий, деформации элементов впролете при кососимметричном загружении приведено на схемах.Рис.2.6. Диаграмма распределения изгибающих моментов поэлементам пролетного строения от действия временной нагрузки.Рис.2.7.Диаграммараспределенияперерезывающихсилэлементам пролетного строения от действия временной нагрузки.34поРис.2.8. Картина деформаций пролетного строения от действиявременной нагрузки.Основные негативные последствия появления S-образногопрогиба пролетного строения следующие: Наблюдаетсямоментоввсменазнакасеченияхдействующихэлементов,чтоизгибающихприводиткнеобходимости усиления как верхней, так и нижней частисечения; Происходитсменазнакаотносительныхдеформацийэлемента пролетного строения; Усилиявподвескахкомбинированныхпролетовсущественно изменяются относительно действующих отпостоянных нагрузок, что приводит к дополнительнымусилениям, связанным с расчетами усталости элементов.

Приэтом в некоторых случаях усилие в элементе можетстановитьсязнакопеременным,чтонедопустимодляподвесок гибкого типа, а для условно жесткого требуетпроведение проверки по общей устойчивости элемента.Все вышеперечисленные факторы в той или иной степениприводят к необходимости увеличения геометрических размеровнесущих элементов, что в свою очередь негативно сказывается на35весе монтируемых элементов и общем расходе материалов,увеличивая, в конечном счете, общую стоимость сооружения.Анализируя работу данного типа пролетных строений, следуетсказать, что в случае кососимметричных загружений в работувключаются связи, в зоне которых располагается временнаянагрузка, остальные же связи остаются выключенными из работы ине передают нагрузку на арки.

Таким образом, в случае загруженияполовины пролета в комбинированных арочных конструкциях свертикальными подвесками в работу эффективно включаетсятолько загруженная часть пролетного строения. Для сниженияуказанного эффекта необходимо производить усиление сечений,увеличивая тем самым изгибную жесткость конструкции, делая ееменеечувствительнойкнеравномернымзагружениям,одновременно снижая величину вклада временных нагрузокотносительно действующих постоянных и завышая требуемыерасходы основных материалов конструкций пролетного строения.2.2 Эволюция конструктивно-технологических решений попроектированию комбинированных схем мостовых пролетов сполигональным очертанием верхнего поясаРассматривая явление S-образного прогиба в мостах, следуетсказать о предлагаемых в мировой практике решениях по снижениюуказанного эффекта.Одним из первых вариантов конструкций можно считатьконструкцию арочного моста с системой наклонных связей.Рассмотрим комбинированную схему пролетного строений спролетом 150 м.

Система раскосов – треугольная.36Рис.2.9. Схема пролетного строения с наклонными связями.Верхний пояс, как сжатый элемент, требует проверки поустойчивости, в зонах стыков раскосов и арок наблюдаютсязначительные скачки изгибающих моментов, чтосразу жеусугубляет напряженно-деформированное состояние арок с точкизрения прочности и общей устойчивости.Рис.2.10. Распределение изгибающих моментов в элементах арки придействии равномерно-распределенных постоянных нагрузок.Аналогичные скачки эпюры моментов наблюдаются и в затяжкепролетного строения, что приводит к необходимости усилениясечений затяжки пролета.Рис.2.11. Распределение изгибающих моментов в элементах арки призагружении половины пролета временной нагрузкойКроме того, элементы раскосов в данных конструкциях требуютрасчетанавыносливость,поскольку37пролетноестроениечувствительнокнеравномерномузагружениювременнойнагрузкой.

В жестких конструкциях осевые силы, возникающие враскосах, могут быть знакопеременные, что требует проверки наустойчивость.Вцеломзнакомеременностьвконструкцияхвнутреннихусилийподобноговтипаэлементах–нежелательна, поскольку исключает возможность использованиягибких элементов связей.Рис.2.12. Сжатые раскосы при загружении половины пролетногостроенияКомбинированная схема с вертикальными подвесками, которыеподдерживают арку упруго за счет изгибной жесткости балкижесткости, работает оптимально при равномерном распределениинагрузки. Имеются лишь небольшие деформации арки (схема «а»).Частичная нагрузка на пролетное строение приводит к болеезначительномусмещениюгоризонтальныйпроисходитсдвигчастичноев(схема«b»).продольномвыключениеАркаполучаетнаправлении,подвесокиззатемработы.Наблюдаются значительные вертикальные деформации арки изатяжки.При данном загружении гипотетически можно предположить,что нужный наклон подвесок (схема «с») может снизитьгоризонтальное смещение арки.существенноВ результате наклона подвесоквозрастает нагрузка,вызывающаяравномерныйпрогиб арки, поскольку направление нагрузки отвечает данномувиду деформаций арки.

Из-за небольшого угла наклона подвесок кгоризонталижесткостьсрасширениембалкижесткостиобеспечивает дополнительную опору для арки. Теперь конструкция38работает приблизительно как ферма - как при равномернораспределенной нагрузке, так и при частичной нагрузке.Рис.2.13. Теоретическая постановка оптимизации комбинированнойконструкции при кососимметричном загружении.Для создания более универсальной конструкции, эффективноработающей при любых условиях загружения временной нагрузкойнеобходимо включить в указанную схему второй комплектподвесок, направленных в другую сторону.Рис.2.14. Построение сетки пролетного строения комбинированнойсистемы с пересекающимися подвесками39Вотличиеотпролетовсвертикальнымиподвесками,равномерно распределенная нагрузка, является решающей дляопределения основных геометрических параметров пролетногостроения, что существенно упрощает проектирование. Благодаряхорошей упругой опоре арки и ее равномерной реакции наразличныевариантынесимметричныхзагруженийзначениядействующих изгибающих моментов в сечениях арок и затяжкисущественно снижаются.

Основное усилие, действующее в арке –продольная осевая сжимающая сила. Она и играет основную роль вопределенииразмеровнесущихсечений.Взатяжкежесоответственно основное усилие – сила растяжения.Приведем анализ эпюр изгибающих моментов, возникающих вэлементах сетчатых арок по сравнению с более традиционнымирешениями в случае симметричных и несимметричных загружений.Рис.2.15. Диаграммы распределения эпюр изгибающих моментов вслучае симметричного (см.

верхний рис.) и несимметричного (см.нижний рис.) загружений.Приведенныесхемыпоказываютзначительныйэффект«сглаживания» эпюр моментов в элементах пролетного строения.Фактически все доминирующие усилия в элементах пролетногостроения – осевые силы. Следовательно, при проектированиидопускаетсяруководствоваться40необходимымиплощадямипоперечных сечений несущих элементов, без наращивания сеченийс целью увеличения момента инерции для восприятия изгибающихмоментов.Отдельного рассмотрения требуют зоны стыковки арок сзатяжкой, где наблюдаются скачки эпюр, связанные с локальнымпереходом жесткостей – явление «скачка» эпюры моментов в этихместах вполне естественно и объясняется во многом спецификойрасчета в МКЭ. Тем не менее, по всей длине элементов арки изатяжки значения изгибающих моментов можно считать близкими кнулю по сравнению с другими приведенными комбинированнымисистемами.2.3Методология исследования поведения и поиска рациональныхкритериев проектирования пролетных строенийкомбинированных систем с гибкими наклонными подвесками.Основные понятия и формулировки МКЭ.

Постановкиматематических моделейИз приведенных эпюр видно, что комбинированные пролеты снаклоннымиподвескамиконструкциями.Вданнойявляютсяработеоченьэффективнымипредлагаетсярассмотретьосновные параметры критериев проектирования комбинированныхпролетов с наклонными подвесками.В качестве основного инструмента для проверок предлагаетсяиспользовать программный пакет Midas Civil 2011 Version 2.1,базирующийся на широко применяемом в настоящее время во всехинженерных сферах Методе Конечных Элементов (МКЭ).Термин МКЭ в действительности определяет широкий спектрвычислительных технологий в соответствии с некоторыми общимисвойствами,которыебудутрассмотренывдальнейшем.Классификация МКЭ применительно к механике конструкций взависимости от типа искомой функции может быть представленаследующим образом:41Различие между этими формулировками проистекает из видавариационного принципа, используемого для построения алгоритмаМКЭ, и, соответственно, из вида искомой функции:Поскольку МКЭпредставляетсобойодинизметодовдискретизации, то число степеней свободы конечно-элементноймодели необходимо конечно.

Характеристики

Список файлов диссертации