Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 10

Коэффициент запаса поустойчивости напрямую зависит от величины действующего усилияв поясе, соответственно при анализе конструкции приведеноизменение величины действующей сжимающей силы. Результатырасчетов представлены в виде графика. При этом, следует отметить,что относительные результаты зависимости действующего вверхнем поясе сжимающего усилия от величины стрелы оказалисьидентичными(разница±1%).Аналогичнопроанализированоизменение действующего осевого растягивающего усилия в затяжкепролетного строения.12010080F верхнего пояса60F нижнего пояса40200151618202225Рис.3.11. График зависимости изменения действующих осевыхусилий в верхнем и нижнем поясах пролетаСогласно графику, прослеживается существенное изменениедействующих осевых сил в элементах конструкции в зависимости81от принятой высоты стрелы верхнего пояса.

Следовательно, вслучаееслиустойчивостиполученноеверхнегозначениепоясакоэффициентаотносительномало,общейпомимосокращения свободной длины элемента и усиления его сечения,допускается увеличить стрелу пояса, что в свою очередь приведет куменьшению действующих осевых сил и соответственно –повышению коэффициента запаса по устойчивости.Необходимо отметить, что пролетное строение высотой стрелыверхнего пояса выше 20% обладает с некоторой точки зренияопределенной архитектурной непривлекательностью. Верхний поясарки, очерченный по круговой кривой, получается слишкомвытянутыйкверхуитребуетопределенныхдоработоксэстетической точки зрения восприятия конструкций. Кроме того,большая кривизна элементов приводит к определенным проблемамизготовления и монтажа конструкций, что является немаловажнымфактором при проектировании пролетов данного типа.Одновременно с этим анализировались эпюры моментов,действующих в элементах пролетного строения.

По результатамрасчетов видно, что характер распределения диаграмм моментов поэлементам сохраняется независимо от высоты стрелы верхнегопояса, при этом значения моментов относительно небольшие,изменения их объясняются в первую очередь особенными точкамиграничных условий метода конечных элементов, что входит впринятоезначениевозможнойвычислений.82погрешностипроводимыхРис.3.12. Огибающая диаграмма распределения действующихизгибающих моментов в элементах конструкции от действиярасчетных нагрузокПо приведенной схеме видно, что распределение моментов поэлементам конструкции носит условно постоянный характер (заисключением особых точек на концах пролетного строения).Даннаякартинараспределениясохраняетсявовсехрассматриваемых схемах пролетных строений.В целом, анализируя НДС элементов конструкций, можносказать, что при проектировании комбинированных пролетовданного типа высоту стрелы верхнего пояса следует назначать вдиапазоне 16-18% от длины пролета.

При этом начать расчетырекомендуется с 16%, в дальнейшем при соответствующемобосновании – увеличить до 18%.3.2Анализ критериев построения схемы подвесокОсновной задачей, встающей перед проектировщиком приразработке конструкций комбинированных пролетных строений сполигональным верхним поясом и системой гибких наклонныхпересекающихся подвесок, является построение корректной схемы«сетки» подвесок. Во второй главе настоящей работы достаточноподробно изложены основные гипотезы правил построения сетки83подвесок (теория П. Твейта, теория Б. Брунна и Ф. Шенака).Основными аспектами при построении сетки являются: Теория построения (П.

Твейт – Б. Брунн и Ф. Шенак); Угол падения (начальный угол и константный угол); Количество подвесок (длина панели по верхнему поясу);Сцельюпостроенииустановлениясеткиподвесокоптимальныхпараметровпредлагаетсяпровестиприсериюсравнительных расчетов пролетных строений с одновременнымотслеживанием изменения основных показателей,действующихвнутренних усилий, напряжений, общего НДС конструкций.Расчеты предлагается проводить для двух пролетов с длиной150 и 300 м. Высота стрелы верхнего пояса принята 16% от длиныпролета.

Схемы и значения действующих расчетных нагрузокостаются неизменными.Первым к рассмотрению предлагается принять схему подвесокгипотезы Б. Брунна и Ф. Шеннака, предполагающую постоянныйугол падения подвесок на верхний пояс. В качестве оптимальногосогласно рекомендациям примем значение угла падения 60 о. Приэтом при проведении расчетов рассмотрим диапазон углов паденияот 51 до 69 градусов с шагом в 3о. В каждом расчетном случаефиксируем основные показатели НСД конструкции.Рис.3.13. Схемы комбинированных пролетных строений, угол84наклона подвески меняется от 51о(верхний рисунок) до 69о(нижнийрисунок)Результаты проведенных расчетов приведены в виде графиков.В зависимости от угла падения подвесок, отслеживалисьследующие показатели: Относительные напряжения, действующие в верхнем и нижнемпоясах; Относительные максимальные напряжения, действующиевподвесках; Размах амплитуды цикла напряжений в подвесках; Тенденция подвесок к ослаблению; Значения действующих осевых сил в верхнем и нижнем поясах;110105100σ_впσ_нп95908551Рис.3.14.5457График60зависимости6366действующих69относительныхнапряжений в верхнем и нижнем поясе пролетного строения отизменения угла падения подвесок.

Пролет 150м.Из проведенного анализа видно, что в целом, угол наклонаподвесокв разумных пределах не сильно сказывается на НДСэлементов поясов пролетного строения. В целом, каких-либосущественныхизмененийдействующихвнутреннихвдиаграммахусилий85(моменты,распределенияосевыеиперерезывающие силы) не замечено. Исключение составляют ужечрезвычайно пологие углы (<50 градусов), однако данные углынарушают общие правила построения сеток – проекции лучейподвесок падают под слишком пологим углом на балку жесткости.Одновременно с этим сетка не захватывает приопорные зонызатяжки пролетного строения, что в свою очередь снижает уровеньэффективностиработыпролетногостроениянавременнуюнагрузку.Рис.3.15. Пример некорректно построенной сетки с углом падения40о.

Большинство пересечений подвесок сконцентрировано в зонесередины пролеты.Слишком пологий угол также приводит к возрастаниюдействующих напряжений в поясах пролетного строения и в самихподвесках. По результатам расчетов значение углов паденияподвесок на верхний пояс меньше 50 градусов – неэффективно и нерекомендуется к практическому проектированию.86102100989694σ_подвески9290888651545760636669Рис.3.16.

График зависимости изменения значения действующихнапряжений в подвесках от величины угла падения. Пролет 150м.Сточкизрениязначениядействующихмаксимальныхнапряжений в подвесках, приведенная диаграмма однозначноуказывает, что оптимальный угол падения подвески к верхнемупоясу находится в диапазоне от 59 до 63 градусов. Дальнейшиеуточнения угла в данной постановке задачи затруднительны,поскольку влияние изменение угла на столь малые величиныприводит к изменениям значений действующих усилий в пределахпогрешностей расчета.

При этом необходимо учитывать еще иконструктивные особенности узлов прикрепления, возможныеотклонения и т.д.871,201,000,800,60К-т релаксации0,400,200,005154Рис.3.17.57График,коэффициента606366показывающийтяготениясхемы69изменениеподвесокотносительногокрелаксациивзависимости от угла падения подвесок. Пролет 150м.Из графика видно, что увеличение угла падения провоцируетвозможное ослабление натяжения подвесок.

Эффект объясняетсятем, что при больших углах система в работе стремится ккомбинированным конструкциям с вертикальными подвесками.Следовательно, увеличивается вероятность релаксации подвесок ипоявленияS-образногопрогибаконструкцииотдействиявременных нагрузок. Данный аспект следует учитывать припроектировании сравнительно легких конструкций, в которыхвеличина интенсивности временных нагрузок растет относительнодействующихпостоянных.Однакоизменениеугланаклонаподвесок на более пологий может быть эффективным решением, вслучаеесливпроектируемойконструкцииопределенные тенденции к релаксации подвесок.88существуют16014012010080Δσ_подв604020051545760636669Рис.3.18. График значения размаха амплитуды напряжений вэлементах подвесок пролетного строения при длине пролета 150м взависимости от угла падения подвесок.Увеличение значения угла падения подвесок приводит квозрастанию амплитуды цикла напряжений.

В случае большихуглов падения система стремится в работе к комбинированнойсхемесвертикальнымиподвесками,котораядостаточночувствительна к проблеме усталости вертикальных связей.160140120100σ_впσ_нп80σ_подвески60Δσ_подв4020051545760636669Рис.3.19. Сводный график, показывающий изменение значений89основных показателей конструкции от угла падения подвесок дляпролета длиной 150 м.Аналогичные исследования проведены для пролетного строениядлиной 300 м, с целью установить влияние величины угла паденияподвесок на верхний пояс на основные параметры конструкциипролетного строения значительной длины пролета.110105100σ_вп95σ_нп90858051Рис.3.20.54График5760зависимости63действующих69относительныхнапряжений в верхнем и нижнем поясе пролетного строения отизменения угла падения подвесок. Пролет 300м.102100989694σ_подв9290888651545760906369Рис.3.21. График зависимости изменения значения действующихнапряжений в подвесках от величины угла падения.

Пролет 300м.1,201,000,800,60K_relax0,400,200,0051Рис.3.22.54График,коэффициента576063показывающийтяготениясхемы69изменениеподвесокотносительногокрелаксациивзависимости от угла падения подвесок. Пролет 300м.16014012010080Δσ_подв6040200515457606369Рис.3.23. График значения размаха амплитуды напряжений вэлементах подвесок пролетного строения при длине пролета 300м взависимости от угла падения подвесок.91160140120100σ_впσ_нп80σ_подв60Δσ_подв40200515457606369Рис.3.24. Сводный график, показывающий изменение значенийосновных показателей конструкции от угла падения подвесок дляпролета длиной 300 м.В целом, тенденции изменения показателей комбинированныхпролетных строений при длине пролета 300 м сохраняютсяотносительно 150 м.

Аналогично допускается сделать вывод онеэффективности слишком малых и слишком больших угловпадения (<50о и >60о). Значения действующих в элементах поясовосевых усилий от изменения угла наклона подвесок не зависят.Увеличение же угла наклона подвесокприводит к некоторомуувеличению действующих изгибающих моментов в верхнем поясе.Этот эффект объясняется опять же стремлением системы работатькак комбинированный пролет с вертикальными подвесками.Аналогичное сравнение проведено для теории построения сетоксогласно гипотезе П.