Диссертация (Обоснование применения в мостостроении комбинированных систем в виде арки с затяжкой и пересекающимися гибкими подвесками), страница 8

Различия в результатах по сравнению срекомендациями зарубежных авторов объясняются, в частности, иотличиями в действующих нагрузках.61Рассмотрим на примере западноевропейских требований кдействующим временным вертикальным нагрузкам.Примем по нормам ENV1991-3/2000 следующие значенияэлементов нагрузки LM1 (ширина полосы – 3 м):При загружении одной полосы: Нагрузка на оси тележки – 300 кН; Расстояниемеждуосямитележкивпродольномнаправлении – 1,2 м; Равномерно распределенная нагрузка – 27 кН/м;При загружении двух полос на каждой полосе: Средняя нагрузка на оси тележки – (300+200)/2=250 кН; Средняя равномерно распределенная нагрузка – (27+7,5)/2= 17,25 кН/м;При загружении трех полос на каждой полосе: Средняя нагрузка на оси тележки – (300+200+100)/2=250кН; Средняяравномернораспределеннаянагрузка-(27+7,5+7,5)/3 = 14 кН/м;ПримемпонормамСНиП2.05.03-84*следующзиесоставляющие нормативной нагрузки А14:При загружении одной полосы: Нагрузка на ось тележки – 140 кН; Равномерно распределенная нагрузка – 14 кН/м;При загружении двух полос на каждой полосе: Средняя нагрузка на оси тележки – 140(1+1)/2=140 кН; Средняяравномернораспределеннаянагрузка–14(1+0,6)/2=11,2 кН/м;При загружении трех полос на каждой полосе: Средняя нагрузка на оси тележки – 140(1+1+1)/3=140 кН; Средняяравномернораспределенная14(1+0,6+0,6)/3=10,26 кН/м;62нагрузка–Анализполученныхданныхпозволилустановить,чтоэквивалентные нагрузки, приходящиеся на одну полосу при разныхсхемах загружения, при нормативной нагрузке LM1 превышаютсоответствующие эквивалентные нагрузки от А14 при загруженииодной полосы в 2 раза, при загружении двух полос – в 1,63 раза, призагружении трех полос – в 1,37 раза.При проведении расчетов комбинированных пролетов одним изважнейших факторов является соотношение действующих наконструкциюпостоянныхивременныхнагрузок,ихпропорциональные зависимости друг от друга.

Данные показателинапрямуюопределяютпроектированиязаконыпролетов.Сизмененияучетомкритериевразличиймеждудействующими в разных нормах нагрузками, требованиями кконструкциямикоэффициентамнадежности,применяемымматериалам зарубежные правила проектирования комбинированныхпролетных строений с наклонными подвесками нельзя впрямуюперенять и спроецировать на отечественные требования. С цельюустановления действительных значений рациональных критериевпроектирования следует провести перерасчеты пролетных строенийс учетом действующих в Росси норм и правил проектирования.Изучениеосновныхпараметровпролетныхстроенийпредлагается проводить путем многократных пересчетов плоскихконечно-элементныходновременнымкритериев.моделейподборомДалеенаразличныхоптимальныхоснованиипролетовсрассматриваемыхдостаточногоколичестваэмпирических результатов расчетов предлагается привести графикиизмененияискомыхпоказателейкритериевотизменяемыхпараметров конструкций и сформулировать выводы.Проектирование балки жесткостиПодробно о подходах к проектированию затяжки сказано впервой главе настоящей работы.

Стоит еще раз отметить, что вслучае проектирования относительно небольших пролетов и63предполагаемого двухполосного движения на мосту зарубежныеварианты проектов конструкций подобного типа рекомендуютприменение железобетонной затяжки. Однако применительно кпроектированию пролетных строений в Российской Федерациинеобходимо отметить, что мосты в 2 полосы движения пролетныхстроений сложных схем проектируются довольно редко (какправило, требуемое количество полос движения назначается неменеечетырех).Ввидуэтогосучетомопределенныхтехнологических сложностей устройства железобетонной затяжки –организация натяжения арматуры на бетон, применение бетоноввысокихклассовбетонирование,применениюпрочности,сооружениестоитсложныеопалубочныезатяжки-рекомендоватьвсеформы,кпрактическомужеметаллическуюконструкцию балки жесткости.

Разумеется, при проектированииключевым является учет действующего растягивающего усилияраспора, воспринимаемого элементами затяжки.Зона расположения конструкции затяжки заведомо растянутая,компенсация растяжения за счет устройства высокопрочнойарматурыприводиткзначительномуувеличениюрасходавысокопрочной стали и общий экономический эффект данногорешения носит несколько неявный характер, опираться присравнениивариантовтольконарасходосновныхметаллоконструкций в данном случае некорректно.1Особенности проектирования криволинейного верхнегопояса в комбинированных схемах с наклонными подвесками1В данной работе вопросы экономического сравнения устройства затяжки из бетона иметалла (и вопросы экономики строительства в целом) не рассматриваются, поскольку даннаяпроблема ценообразования затрагивает одновременно несколько факторов строительства –ПОС, последующая эксплуатация, стоимость материалов в конкретных регионах, их доставка ит.д.

Автор ограничивается описанием только технических аспектов достоинств и недостатковпредлагаемых решений.64Очертание верхнего пояса в комбинированных конструкциях снаклонными подвесками в целом не отличается от традиционныхсхем данных пролетов. Важным фактором является формаочертания верхнего пояса – круговая кривая. На мостах с сетевойаркой арка должна вписываться в окружность. Это определяетсялиниейдавленияарки.Уполукруглыхарокравномернораспределенное давление, которое направлено вдоль радиуса арки,не вызывает изгибающих моментов в арке.У мостов с сетчатойаркой вертикальные нагрузки передаются на арку почти врадиальном направлении. Допускается, тем не менее, проводитьнекоторые изменения формы верхнего пояса (спрямления к пятам)ближе к пятам, как приведено на схеме.

Данная схема построениярекомендована немецкими учеными Брунном и Шеннеком (Brunnand Schanack - 2003 г) для пролетного строения длиной пролета 100м.Рис.2.16. Схема построения очертания кривой верхнего пояса.Важным фактором при построении геометрии пролетногостроения является назначение высоты стрелы верхнего пояса. В65работе проведена серия сравнительных расчетов различных высот вдиапазоне от 15 до 25%.

Не смотря на рекомендации зарубежныхавторов о достаточности стрелы в 20%, исследование изменениямакропоказателейпролетногостроенияпридальнейшемвозрастании высоты представляет определенный научный интерес.Основные гипотезы построенияДлясетчатойнаиболееаркиэффективногомоста,использованияосновнойзадачей,преимуществвстающейпередпроектировщиками, является правильно расположить подвески.Конструкция сооружения в значительной степени определяетсявыбором сетки.

Условия напряженно-деформированного состоянияв арке и затяжке сильно зависят от угла наклона подвесок, ихколичества и расположения узлов крепления.Например, величина изгибающих моментов в верхнем и нижнемпоясе зависит от количества подвесок и связанным с этимрасстоянием между узлами соединения. Угол наклона подвесокявляется решающим фактором для количества ненапряженных(ослабленных) подвесок и величины переменной амплитудынапряжений.

Вопрос усталости и размах амплитуды цикланапряженийприпроектированииконструкцийс гибкимивантовыми элементами является ключевым и наиболее сложным.При этом, в отличие от вантовых мостов, где, как правило,последовательность натяжения вантов определяется стадиямимонтажа балки жесткости пролетного строения, в арочных сетчатыхконструкциях следует говорить о зонах работы подвесок. При этомзадачи данных комбинированных схем – многократно статическинеопределимы и точное их решение традиционными методамистроительной механики видится затруднительными чрезмернотрудозатратным.Кроме того, поскольку подвески в расчетахпринимаются гибкими, и не могут воспринимать сжимающихусилий, в общей постановке задача по расчету пролетного строенияусловно геометрически-нелинейная.

Дополнительные осложнения66возникают в связи с наличием временной подвижной нагрузки,требующей рассмотрения различных условий загружений на основелиний влияния внутренних усилий в элементах.Следует сказать, что в целом выбранная конфигурация сеткидолжна удовлетворять следующим критериям: Снижение коэффициента использования напряжения в арке инижнем поясе за счет снижения действующих изгибающихмоментов в элементах; Снижениеэффектаослабленияусилиянатяжениявподвесках; Выравнивание коэффициента использования максимальныхусилий в подвесках, оптимизация поперечных сечений; Минимизациямаксимальныхусилийвподвескахимаксимальных поперечных сечений подвесок; Минимизация амплитуд напряжений и снижение опасностиразрушения от усталости; Эстетический вид;Удовлетворение первых пяти критериев позволяет говорить обэкономии металлоконструкций для балки жесткости, подвесок иарки. Кроме того экономия материалов является следствиемуменьшения размеров несущих сечений элементов, что в своюочередь приводит к облегчению конструкций, уменьшению ихосновныхгеометрическихпараметров,основныеэлементыпролетных строений становятся более тонкие.Однакоодновременноудовлетворитьвсемприведеннымкритериям в одной конструкции невозможно.

Это связано смеханизмамипоискаоптимальныхсоотношенийрасчетныхпараметров конструкции.Врамкахоптимизациисистемыподвесокнеобходимоопределить разумный компромисс между означенными критериямипостроения сетки.67В процессе исследования будут рассмотрены 2 основныегипотезы построения сеток в комбинированных пролетах.Первый тип сетки получен согласно идее Твейта о зависимостиослабленного натяжения первой подвески от угла наклонаподвески. Твейт предлагает постоянное изменение угла наклонаподвески вдоль моста. В работе будут проанализированы различныеуглы падения подвесок на кривую верхнего пояса, определеныоптимальные диапазоны углов и значений приращений к ним.Рис.2.17.

Схема построения сетки из подвесок согласно гипотезеТвейта.При этом на приведенной схеме:α1 - начальный угол падения подвески;∆α – значение приращения угла, при этом∆α= αi+1- αi=const;Соответственно, угол падения i-й подвески равен αi= α1+(i-1).∆α,где i - порядковый номер подвески;Построение обратных подвесок осуществляется зеркально.Изменение угла наклона подвесок влево считается положительным.Угол падения подвесок на приведенной схеме становится кручеслева направо.Согласно идеям Б.

Брунна и Ф. Шенака, был разработан второйтип сетки. Эта идея основана на линии давления арки и68предполагает постоянный угол падения подвесок на арку. Внастоящей работе рассмотрены предложения по оптимизациизначений углов падения подвесок.Рис.2.18. Схема построения сетки из подвесок согласно гипотезе Б.Брунна и Ф. Шеннака.При этом на приведенной схеме:α - угол падения подвески;αi=γ-β;β – угол между подвеской и линией радиуса арки;γ – угол между линией радиуса арки и линией оси нижнегопояса;При этом значение угла γ следующее: i  (180   / 2  ( j  0.5)   /( n  1) ;φ – начальный угол арки (угол между осью нижнего пояса икасательной к верхнему поясу в точке опирания);i – Порядковый номер подвески в составе положительногонаправления (наклон влево на рисунке);j – Порядковый номер подвески применительно ко всемподвескам системы;n – Количество подвесок в системе;69В итоге в рамках исследования будут проведены сериисравнительных расчетов по плоским моделям под нагрузки итребования нормативных документов Российской Федерации сцелью оптимизации параметров проектирования сеток подвесокрассматриваемых комбинированных систем.Количество подвесок.