Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 3

Это в известной мереограничивает применение таких систем в железнодорожных мостах.Рис.1.5. Комбинированная система профессора Поливанова.Следует сказать, что комбинированные системы, в которыхдополнительный верхний пояс имеет по отношению к балке12значительную жесткость не получили распространения в СССР, ношироко применялись за рубежом. В этой системе, получившейназвание «Bowstring», дополнительный пояс представляет собойкак бы обычную арку и сама система может быть названа какжесткая арка с жесткой затяжкой.Рис.1.6.

Комбинированная система жесткая арка-жесткая затяжка.В качестве эволюции данного решения следует говорить осистеме «жесткая арка - жесткая затяжка», в которых объединениеэлементов осуществляется посредством наклонных подвесок.1.2Пролетные строения комбинированных систем с наклоннымиподвескамиИнтересным примером данного решения является мост черезпролив между побережьем европейского материка и датскимостровом Фемарн (1963 г) с главным пролетом длиной 248.4 м сжесткими арками, распор которых воспринимается проезжейчастью, подвешенной к аркам на гибких наклонных подвесках.13Рис.1.7. Мост через пролив Ферман. Схема моста. Конструктивныерешения.Мостпредназначендляпропускажелезнодорожногоиавтомобильного транспорта в одном уровне.

При размерах арок,удовлетворяющихвертикальнаятребованиямжесткостьпрочностисистемывиустойчивости,вариантеподвесок,перпендикулярных оси моста характеризовалась неприемлемымзначением. С целью повышения жесткости системы подвески былинаклонены под углом 55о к линии проезда, образуя ромбическиеячейки между точками пересечения.Подвески запроектированы из стальных канатов и не могутвоспринимать сжимающих усилий. Однако рассчитанные какраскосы балочной фермы с жестким верхним поясом они имеютдвузначныелиниивлияниясотносительнонебольшимиотрицательными площадями. Работа на сжатие таких подвесокисключается, если сжимающее усилие от временной нагрузки,размещенной в пределах отрицательного участка линии влияния, непревышает растягивающего усилия от постоянной нагрузки,распределенной вдоль всего пролета, что с учетом длины панелиподвесок видится весьма маловероятным.14Такимобразом,схемабылатрансформированавмногорешетчатую параболическую ферму с жестким верхнимпоясом, что значительно повысило вертикальную жесткость, приэтом система утратила возможность S-образной формы прогиба отвременных нагрузок, значения деформаций стали однозначными.Пролетное строение рассчитывалось при помощи ЭЦВМ, как 99раз статически неопределимая система.

Общая устойчивость арокпроверенапутемпроведениянатурногоиспытаниямоделипролетного строения размером в 1/200 натуральной величины.Данныйпримерхорошоиллюстрируетэффективностьконструкций комбинированных систем с наклонными подвесками.За рубежом конструкции подобного типа получили название«Сетчатые арки» - «Network Arches». Тем не менее, в виду малойраспространенности данных пролетов по территории СССР и РФследует отметить определенную недостаточность информации поданным конструкциям в технической и строительной литературе.Во многом это связано со сложностью проведения расчетовпролетных строений данного типа в виду их высокой степенистатическойнеопределимости.Однаковнастоящеевремяразработаны эффективные программные пакеты, предназначенныедлярешениязадачпрочностиистроительноймеханики,базирующиеся на широко применяемом в настоящее время МетодеКонечных Элементов. Использование этого метода позволяет сминимальнымизатратамипроизводитьрасчетысложныхмногократно статически неопределимых схем.

Таким образом, внастоящее время можно говорить о возможности успешногорешениязадачтакогородаииспользованиисложныхкомбинированных схем в реальной практике проектирования истроительствамостов,одновременноразрабатываяэффективные с точки зрения материалоемкости конструкции.15болееЭффектнаклонныхподвесокбылоткрытивпервыеиспользован в 1920-е годы шведским инженером ОктавиусомНильсеном.Рис.1.8.Комбинированнаясхемапролетногостроенияснаклонными подвесками Нильсена.НильсенпостроилвШвециипримерно70мостовкомбинированных систем с полигональным верхним поясом снаклонными подвесками, которые располагались подобно фермеУоррена, чередуясь направлением вверх и вниз. Самый длинныймост Нильсена мост Castelmoron, 1933 г, длина пролета 145 м.Таким образом, ему удалось снизить изгибающий момент в арке дотаких значений, что продольная сила стала решающей при расчетеразмеров.

При этом сам Нильсен пересекающиеся подвески в своихконструкциях не использовал. Однако предлагаемое решениепозволило существенно сократить размеры основных несущихэлементовпосравнениюсдругимикомбинированнымиконструкциями. При этом стоит отметить, что в 1926 году Нильсензапатентовал конструкцию комбинированных пролетных строенийс наклонными пересекающимися подвесками.Рис.1.9.

Комбинированная схема с пересекающимися подвесками.16ИдеяНильсенаисследованияхполучиланорвежскогосвоедальнейшеепрофессораПераразвитиеТвейтавподруководством профессора Филиппа Штейна. Твейт расположилподвески таким образом, что они пересекались друг с другом, покрайней мере, дважды и образовывали сетку. Именно такоерасположение подвесок было применено на мосту через проливФемарн.С конца 60-х годов мосты с сетчатой аркой стали оченьпопулярны в Японии.

В 1962 году профессор Масао Наруока сталвнедрять эту идею мостов в своей стране. Мост Аки с пролетомдлиной 110 м, построенный в 1968 году, стал первым мостом ссетчатой аркой в Японии. С тех пор эти мосты называются мостами«Нильсена-Лозе» (Герман Лозе (1815-1893) – Немецкий ученый,предложивший комбинированную конструкцию жесткая аркажесткая затяжка в XIX вв), напоминая об их изобретателях. За этовремя было построено свыше 50 мостов с длиной пролета от 150 до256 м.

Один из наиболее впечатляющих из них - мост Шинхамадера(с пролетом длиной 254 м), построенный в 1991 г.Рис.1.10. Мост Шинхамадера. Схема сооружения.ВРоссийскойстроительствоФедерациимостовоговпереходаданныйчерезмоментрекуОбьведетсявг.Новосибирске, проект разработан в ЗАО «Институт «Стройпроект»иявляетсянасегодняшнийденьединственным примеромприменения конструкций такого типа в реальных объектах РФ.Длина руслового пролета составляет 380 м.17Рис.1.11. Русловое пролетное строение моста через р. Обь в г.Новосибирске.Пролетное строение – металлическое под 6 полос движения,аркизапроектированыкоробчатогопеременногосечения,объединенные поперечными ветровыми связями.

Конструкциязатяжкипредставляетсобойметаллическиеглавныебалки,объединенные поперечными балками и стальной ортотропнойплитой проезжей части.Подвески арки изготавливаются по технологии Monostrand ипредставляютсобойвыполненныхизканатизоцинкованнойсемипроволочныхпроволоки.стрэндов,Каждыйстрэндзапрессовывается на заводе в пластиковую оболочку, с заполнениемпространства специальной смазкой.

На монтаже пучки стрэндовформируются в защитных пластиковых трубах. Применениемонострендовэффективновподвескахпроизводитьпролетногонеобходимуюстроениярегулировкупозволяетусилий,возникающих в подвесках на стадиях строительства и эксплуатациимоста.Вкомбинированныхотметитьопределенныесистемахподобныхэксплуатационныетиповследуетдостоинства,какнапример нечувствительность схемы к проведению работ по заменевант, что для вантовых мостов является одним из наиболеесерьезных критериев расчетов и проектирования – так называемый«Расчет на обрыв ванта», рекомендованный SETRA.18Рис.1.12. Схема устройство вант по технологии моностренд.1.3Практика современного проектирования пролетных строенийкомбинированных систем с наклонными подвесками.Конструктивные решения, экономические аспектыПословамТвейта,применениеподобныхконструкцийпозволяет сэкономить 40-70% основных металлоконструкций посравнению с мостами других систем аналогичных пролетов.

Нижеприведенграфик,показывающийвеличинурасходаметаллоконструкций железнодорожных мостов в Германии вдиапазоне пролетов от 40 до 200 метров – комбинированнойсистемы с наклонными подвесками по проекту инженеров Брунна иШенека (Brunn and Schanack - 2003 г) и других систем.19Рис.1.13.

График сравнения расходов металлоконструкций мостов вГермании.Зарубежный опыт применения конструкций подобного типапоказываетвысокуюэкономическуюэффективностьмостовкомбинированных систем. Большое внимание уделяется правиламформирования сетки наклонных подвесок, определения критериевпостроения – частота подвесок, угол падения, длина панели.

Средидостоинств таких систем следует отметить также, что авторыпроектов рекомендуют устраивать форму очертания верхнего поясапролетного строения по окружности, в отличие от традиционныхкомбинированных решений с полигональным верхним поясом, гдеего очертание принимается параболическим. Это в свою очередьпозволяетобеспечитьвозможностьунификацииблоковметаллоконструкций верхнего пояса.

При этом в виду высокойвертикальнойжесткостиданныхпролетоввидитсявполневозможным и перспективным их применение под железную дорогу.Исследуя данный вид конструкций, необходимо сказать, что в видунезначительности действия продольных изгибающих моментов,доминирующей силой становится усилие продольного сжатия арок.20Опираясь на это, Твейт рекомендует для арок применение сеченийоткрытого профиля – прокатных двутавров. Данное решениепозволяет в значительной степени упростить технологическиестороны проектирования и строительства конструкций данноготипа – упрощение монтажных стыков по сравнению с коробчатымисечениями, уменьшение работ по окраске конструкций, снижениеколичествасварочныхработвстыках,уменьшениевесамонтируемых элементов.Рис.1.14.

Схема рекомендуемых Твейтом сечений арки, узелкрепления подвескиДля больших пролетов с учетом различных монтажных стадийстроительства, рекомендуется все же проектировать арки вварианте замкнутых (коробчатых) сечений.Важной деталью при проектировании является форма арки. Намостах с сетевой аркой арка должна вписываться в окружность. Этоопределяетсялиниейдавленияарки.Уполукруглыхарокравномерно распределенное давление, которое направлено вдольрадиуса арки, не вызывает изгибающих моментов в арке. У мостовс сетчатой аркой вертикальные нагрузки передаются на арку почтив радиальном направлении.Тем не менее, очертание арки по окружности не всегдаоправдано с точки зрения эстетического восприятия конструкции вцелом. Арка малой высоты стрелы арки, как часть очерченнойкруговой кривой выглядит «незавершенно», более того, для арок с21точки зрения восприятия и механики поведения более естественнаформаквадратнойпараболы.Поэтомувпрактическомпроектировании, особенно при наличии различных эстетическийтребований к сооружению, иногда бывает целесообразно отойти отидеальной круговой кривой и обозначить небольшие спрямленияарок к зонам пят.