автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Особенности работы диафрагм в зоне разделения сталежелезобетонных пролетных строений эстакад

На правей рукописи

Марьям Морид Асади

Особенности работы диафрагм в зоне разделения сталежелезобетонных пролетных строений эстакад

(05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ 2013

Москва 2013

005058151

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре мостов и транспортных тоннелей.

кандидат технических наук, профессор Попов Виктор Иванович

Платонов Александр Сергеевич,

канди дат технических наук

Решетников Владимир Григорьевич,

кандидат технических наук, главный инженер проекта ОАО «Союздорпроект»

ЗАО «Институт «Стройпроею», г. Санкт-Петербург

Защита состоится « » и/И/^ 2013 г. в 10:00 в ауд. № 42. на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК Министерства образования и науки РФ при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете по адресу: 125319, г.Москва, Ленинградский проспект, дом 64, ауд. 42.

Справки по тел./факс+74991559324.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Ваши отзывы на автореферат в количестве двух экземпляров, заверенные печатью, просим направлять в диссертационный совет университета.

Автореферат разослан «'/¡б' » 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.В. Борисюк

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие транспортной сети в Иране идет по пути увеличения объема строительства мостовых сооружений, в том числе и в городах, где наблюдается непрерывной рост числа автотранспортных средств. Как показывает практика многих стран, решение транспортных проблем в городах связано со строительством транспортных развязок в нескольких уровнях и модернизацией существующих пересечений. И в одном и другом случаях неизбежно возведение эстакад с разветвлениями пролетных строений. В таких сложных конструкциях диафрагмы, и особенно в местах разветвления пролетного строения, играют важную роль в распределении усилий от внешних нагрузок.

При практическом проектировании назначение параметров диафрагм производится зачастую без учета их совестной работы с пролетными строениями. В этой связи исследование работы диафрагм позволяет получить результаты, способствующие корректному проектированию

сталежелезобетонных несущих конструкций, широко применяемых в условиях современного Ирана.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель диссертации состоит в выявлении особенностей работы опорных диафрагм в местах разделения сталежелезобетонных криволинейных пролетных строений городских эстакад в условиях сухого и жаркого климата Ирана с выработкой рекомендаций для проектирования и совершенствования норм проектирования сложных транспортных сооружений Ирана.

Для достижения отмеченной цели необходимо в рамках настоящей диссертационной работы решить следующие задачи:

1. Определить наиболее характерную для условий Ирана схему разделяющегося сталежелезобетонного пролетного криволинейной эстакады со столбчатыми опорами, создать конечно-элементную модель с различными по конструкции опорными диафрагмами.

2. Провести исследования по сравнению работы стержневых и гребенчатых упоров в составе характерного для условий Ирана сталежелезобетонного пролетного строения и выдать рекомендации по целесообразности применения тех или других упоров для объединения железобетонной плиты со стальными главными балками и диафрагмами.

3. Провести расчеты по оценке напряженного состояния опорных диафрагм в местах разделения сталежелезобетонных пролетных строений на базе программного комплекса метода конечных элементов при различных случаях загружения временными подвижными нагрузками и различных конструкциях диафрагм для выработки рекомендаций по их применению.

4. Провести оценку роли железобетонной плиты проезжей части в работе опорных диафрагм в зоне разделения исследуемых пролетных строений.

5. Оценить роль температурных воздействий на общее напряженное состояние диафрагм в зонах разделения сталежелезобетонных пролетных строений.

6. Сформулировать рекомендации для проектирования опорных диафрагм

сталежелезобетонных пролетных строений, разделяющихся криволинейных эстакад на столбчатых опорах для условий Ирана.

7. Представить предложения по совершенствованию норм Ирана в части проектирования сталежелезобетонных пролетных строений сложного очертания в плане.

Объект исследования: диафрагмы в месте разветвления

сталежелезобетонных пролетных строениях эстакад.

Методика исследования — расчётно-теоретическая, основанная на

российском, иранском и другом зарубежном опыте проектирования и

строительства городских надземных транспортных сооружений. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для проведения исследования особенностей работы диафрагм в зоне разветвления пролетных строений эстакад применен программный комплекс РЕМАР&КАЗТЯАЫ, который позволяет быстро получать необходимые результаты по усилиям, напряжениям и общей картине напряженного состояния исследуемых зон разветвления.

2. Созданы обобщенные конечно-элементные модели сталежелезобетонных пролетных строениях с разветвлениями, позволивщие определять усилия и напряжения в любых зонах разветвляющихся эстакад с учетом нелинейной работы материалов.

3. Впервые получены результаты по области применения гребенчатых и стержневых упоров для объединения железобетонной плиты со стальными главными балками и диафрагмами пролетных строений.

4. Впервые проведены параметрические исследования работы диафрагм в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад в условиях Ирана.

5. Определено влияние всех компонентов напряженного состояния сталежелезобетонных диафрагм в месте разветвления пролетных строений при различных граничных условиях и загружениях временной нагрузкой по нормам Ирана и температурных воздействиях, характерных для условий Ирана.

6. Установлены коэффициенты надежности по нагрузке при расчете диафрагм в местах разветвлений пролетных строений.

7. Сформулированы рекомендации по проектированию сталежелезобетонных диафрагм в местах разветвления пролетных строений эстакад с учетом специфики условий Ирана. Практическая ценность диссертационной работы заключается в

следующем:

1. Полученные автором результаты исследований особенностей работы диафрагм в местах разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад могут быть использованы на практике при разработке проектов в Иране.

2. Разработанная конечно-элементная модель разветвляющегося сталежелезобетонного пролетного строения может быть использована на практике при проведении дальнейших исследований работы мостовых сооружений.

3. Результаты исследований автора будут способствовать совершенствованию проектирования сложных транспортных сооружений в Иране.

Личный вклад автора. Диссертационная работа полностью выполнена её автором. Личный вклад автора состоит в следующем:

• проведен сбор и анализ исходных данных по запроектированным и построенным сталежелезобетонным эстакадам;

• разработана конечно-элементная модель выбранного типа разветвляющегося пролетного строения;

• проведены исследования по выявлению особенностей работы стержневых и гребенчатых упоров для объединения железобетонной плиты с главными балками и диафрагмами;

• проведены параметрические исследования особенностей работы диафрагм в местах разделения пролетных строений под действием нормативных подвижных нагрузок и температуры;

• сформулированы рекомендации и предложения по проектированию диафрагм в местах разделения сталежелезобетонных пролетных строений эстакад для условий Ирана.

Степень достоверности проведённых исследований

Степень достоверности полученных результатов подтверждается следующими фактами:

1. при моделировании исследуемых конструкций применен аппарат метода конечных элементов, который в течение многих лет и многими исследователями подтвердил наилучшее приближение расчетных моделей к реальным конструкциям;

2. при учете свойств примененных материалов — стали и железобетона, использованы нормативные показатели, принятые в Иране;

3. для расчетных моделей приняты реальные условия функционирования транспортных сооружений, работающих в условиях Ирана;

4. рецензирование опубликованных результатов проведено известными высококвалифицированными специалистами в области исследования работы мостов, в том числе сталежелезобетонных;

5. получены положительные заключения официальных оппонентов, являющихся авторитетными учеными в области сталежелезобетонных мостов.

Апробация работы. Работа была заслушена на заседаниях кафедры мостов и транспортных тоннелей МАДИ в 2011, 2012 и 2013 годах, доложена на международной научно-практической конференции в Новосибирске в 2012 г., а также ее основное содержание было сообщено на научно-исследовательской конференции МАДИ в январе 2013 г.

Публикации. По результатам исследований опубликованы 4 печатные работы. В публикациях отражены все основные положения диссертационной работы.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и общих выводов; содержит 169 страниц машинописного текста, 83 рисунок, 3 таблицы и список литературы из 116 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1 посвящена обзору климатических условий Ирана и существующих конструктивных решений пролётных строений и опор криволинейных разветвляющихся сталежелезобетонных эстакад, их особенностей, а также способы объединения железобетонной плиты со стальными балками и диафрагмами.

На основании проведенного обзора конструктивных решений сталежелезобетонных пролетных строений эстакад и методов их расчета, используемых при проектировании в Иране и других странах, сделан вывод о том, что сталежелезобетонные конструкции пролетных строений, обладающие рядом конструктивных и эксплуатационных преимуществ и широко применяемые во всем мире, целесообразны для проектирования и строительства сложных транспортных сооружений в городских условиях современного Ирана.

Отмеченные климатические особенности Ирана усиливают негативное влияние усадки и ползучести бетона железобетонной плиты проезжей части. Это в свою очередь приводит к образованию неупругих деформацией как, в продольном, так в поперечном направлениях. Плита проезжей части начинает терять свои функции жёсткого диска, замыкающего контур поперечного сечения, особенно в опорных зонах, где она подвергается растяжению от отрицательных изгибающих моментов. Именно поэтому, особенности работы опорных диафрагм в местах разветвления пролетного строения, где они подвергаются сложному внешнему воздействию, представляют научный интерес для исследования и их результаты могут иметь большое практическое значения при проектировании.

Для городских условий крупных городов Ирана сочетание сталежелезобетонных пролетных строений эстакад со столбчатыми монолитными железобетонными опорами представляется наиболее оптимальным.

В целях оптимизации технических решений сталежелезобетонных пролетных строений эстакад для условий Ирана представляет научный интерес также выбор упоров для объединения железобетонной плиты проезжей части со стальными главными балками и опорными диафрагмами. Необходимо было выявить области применения, достоинства и недостатки новых гребенчатых упоров и уже применяемых в течение многих лет стержневых упоров Нельсона..

Кроме того, в этой главе приведено сравнение основных положений норм Ирана и России и показано, что качественные результаты проводимых исследований и практические рекомендации могут быть использованы при проектировании, как в условиях Ирана, так и России.

В главе 2 проведёно компьютерное моделирование разветвляющегося

пролетного строения для проведения исследований.

Метод конечных элементов, наиболее распространенный в сравнении с другими методами, имеет наиболее универсальный характер, т. к. не требует аналитических выражений условий задачи и, следовательно, для параметров напряжённо-деформированного состояния в данной области приходится вычислять эти величины во всех узлах стыковки элементов. Этот метод и использован автором в качестве аппарата исследований.

В качестве базовой модели исследуемого пролетного строения с разветвлениями принято пролетное строение постоянной высоты с 4 коробчатыми балками, объединенными поверху монолитнной плитой и в поперечном направлении решетчатыми связями или сплошностенчатыми диафрагмами в зоне разделения основного пролетного строения. Вся модель, кроме стержневых связей состоит из пластинчатых элементов, преимущественно прямоугольной формы, с заданной толщиной оболочки.

Для принятой для исследований схемы разветвляющегося пролетного строения (рис. 1) были приняты следующие граничные условия:

а)

б)

Рис. 1. Расположение опорных частей в плане: а- при расчетах на воздействие временной подвижной нагрузки; б- тоже при воздействие температуры

В качестве программного комплекса для проведения исследований принят комплекс РЕМЛР&МА8'ГКЛЫ. дающий возможность достаточно просто и быстро получать необходимые результаты.

Ь=50м

Оп.1 Оп.2 Оп.2

Условные обозначения:

* - Шарнирно-непсщвгакная опорная часть « -4-— Шарнирно-подвижные опорные части

В главе 3 представлены результаты исследований особенности работы стержневых и гребенчатых упоров для объединения железобетонной плиты проезжей части со стальными балками и диафрагмами.

Объектом исследований являлось балочно-разрезное

сталежелезобетонное пролётное строение с двумя главными балками в поперечном сечении с упорами стержневой и гребенчатой конструкции различной компоновки. Была использована заменяющая пространственная конечно-элементная модель {рис.2).

Для исследуемых конструкций были заданы длины пролетов: 32, 40, 56 и 64 м. Соответственно высоты главных балок были таковы: 2,0 м, 2,5 м, 3,5 м и 4,0 м. Расстояние между главными балками было принято равным 3,4 м и 5,0 м., высота дополнительного прогона для всех случаев принималась равной 0,5 м Поперечные связи приняты из парных уголков сечением 100x100x10 мм.

Рис. 2. Поперечное сечение пролетного строения

Гребенчатые упоры в расчетной модели представлены пластинчатыми элементами толщиной 12 мм. Стержневые упоры диаметром 13 мм моделируются балочными элементами. Стальные балки, ребра жесткости и дополнительный прогон, как и гребенчатые упоры, состоят из пластичных элементов, преимущественно прямоугольной формы, с заданной толщиной. Поперечные связи представлены в виде балочных элементов с заданными размерами и формой поперечного сечения. Прикрепление связей к стальным балкам и прогонам принято жестким, что соответствует действительной работе в случае применения сварки.

Согласно анализу выполненных расчетов, часть которых представлено графически на рис. 3 и 4, применение гребенчатых упоров для объединения стальных балок или диафрагм с железобетонной плитой проезжей части пролетных строений повышает эффективность работы объединенных балок по всему сечению при длине пролетов не более 56 м.

Гребенчатые упоры включаются в работу стальных балок и повышают расположение нейтральной оси объединенных балок, тем самым избавляя большую часть металла от сжимающих усилий, перераспределив их на бетон, что позволяет уменьшить сечение верхнего пояса стальных балок и даже отказаться от него в некоторых случаях. Это может способствовать экономии дорогостоящего металла и упрощению производства работ по устройству упоров.

Тип применяемых упоров не оказывает практически никакого влияния на общую жесткость сталежелезобетонных пролетных строений.

С уменьшением относительной ширины пролетных строений эффективность применения гребенчатых упоров повышается.

За счет гребенчатых упоров железобетонная плита проезжей части более эффективно включается в работу на сжимающие усилия. Распределение нормальных напряжений по толщине плиты происходит более равномерно, чем при стержневых упорах.

Растягивающие усилия эффективно воспринимает арматура, работающая совместно с гребенчатыми упорами. Это обстоятельство позволяет увеличить расстояние между главными балками без значительного повышения жесткости поперечных связей. Эффективное расстояние между главными балками может быть увеличено до 7...9 м. Возможно даже полностью отказаться от стержневых связей.

350 зоо я 250

с 200

•ь 150 ® 100 50 0

32 40 56 64

Рис. 3. Изменения нормальных напряжений в верхней фибре стальных балок

7 т-----------------1

6

я 5 - 4

гЛ й 3 а> « 2 1

0

6 5

■2 4

1

32 40 56 64

Длина пролетов, м

■ стержневой упор, В = 3 м и гребенчатый упор, В = 3 м

■ гребенчатый упор, В = 4 м ■ стержневой упор, В = 4 м и гребенчатый упор, В = 5 м стержневой упор, В = 5 м

Рис. 4. Нормальные напряжения в железобетонной плите в середине пролета главных балок: а —по верхней фибре; б — по нижней фибре

В главе 4 приведены результаты параметрических исследований работы диафрагм, расположенных в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад.

32

40

56

64

С целью исследования возникающих усилий и напряжений в диафрагмах, расположенных в местах разветвления сталежелезобетонных пролетных строений в зависимости от различных факторов (различные загружения временной подвижной нагрузкой, тип диафрагм, их толщины и способы их закрепления, а также влияние температуры) была рассмотрена работа разветвляющихся эстакад по характерной схеме с симметричным криволинейным разветвлением по двум направлениям (рис. 5).

(до ответвления)

_В = 24.0 м_

3.0 м

6.0 м

железобетонная / плита, Ь=0.3м

I

6.0 м

пп

6.0 м

поперечные связи 00x100x1 Омм'

3.0 м

ш

поперечное ребро. 6 = 18 мм

!.0м|.2.0м| 4.0м [2.0м [ 4.0м ¡2.0м| 4.0м |2.0м[2.0м[

(после ответвления) В =12.0 м

Рис. 5. Характерные поперечные сечения базовой схемы пролетного строения

Расчётные модели представляют собой систему конечно - стержневых элементов для определения усилий и конечно - блочную элементную пространственную систему для получения напряжений. При этом для эстакады основного направления принято два пролёта по 50 м, а для двухпролетных ветвей - примерно по 70 м. Длины пролетов криволинейных разветвлений были приняты больше, чем длины пролетов основной эстакады только с целью усилениях их роли исследуемой зоны разветвлении. Ширина основной эстакады принята равной 24 м, а ветвей — 12 м. Радиусы кривизны ветвей для рассмотренных случаев приняты равными 100 м.

Пролётное строение неразрезной системы представляет собой систему достаточно узких трапецеидальных стальных балок и объединенные поверху монолитной железобетонной плитой проезжей части толщиной 0,3 м.

Эти конструктивные решения показали высокую эффективность как при их изготовлении, транспортировке, монтаже так и при эксплуатации в условиях России последних лет. Подобные решения могут быть применены и для условий Ирана.

Рассмотрено влияние воздействия временной подвижной нагрузки на работу диафрагм. В зависимости от загружений временной подвижной нагрузкой участков разветвляющегося пролетного строения диафрагмы подвергаются действию изгибающих и крутящих моментов, как в их плоскости, так и из плоскости. Учитывая это обстоятельство, правильная оценка внутренних усилий в диафрагмах может быть сделана только на основе

многочисленных расчетов численными методами.

Было рассмотрено два основных вида загружения: симметричное и асимметричное. В соответствии с нормами Ирана пролеты полностью загружается равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью 7,5 кН/м, а тележка временной подвижной нагрузки устанавливается в одном из загружаемых пролетов.

В поперечном направлении тележка временной нормативной нагрузки расположена в нескольких положениях: по краю, в середине левой диафрагмы между коробками и ближе к оси поперечного сечения.

При этом симметричное загружение обеспечивает наибольшие вертикальные давления на диафрагму, а асимметричное - наихудшее состояние при действии закручивающих пролетное строение сил.

Из полученных результатов (рис. 6) можно было заключить, что для опорных диафрагм сталежелезобетонных пролетных строений разветвляющихся эстакад асимметричное загружение внешними нагрузками вызывает более неблагоприятное напряженное состояние, чем симметричное загружение. Диафрагмы в общем случае испытывают продольный и поперечный (из плоскости) изгиб, а также кручение, чем создается сложное напряженно-деформированное состояние, которое следует учитывать при проектировании узлов разветвления пролетных строений.

На работу сталежелезобетонных диафрагм разветвляющихся пролетных строений не столь существенно влияет количество загруженных полос временной нагрузкой, что свидетельствует о высокой пространственной жесткости таких пролетных строений.

а)

б)

№ точек по ширине эстакады

к симметричное загружение и асимметричное загружение

Рис. 6. Нормальные напряжения в диафрагмах опорной зоны: а- диаграмма напряжений ах; б- диаграмма напряжений ау

Диафрагмы в зоне разветвления сталежелезобетонных пролетных строений претерпевают объемное напряженно-деформированное состояние. Для оценки влияние конструкции диафрагм на работу зоны разделения

30 _ 20 я 10 С О

15 -30 -20 -зо

-40

-50

пролетных строений рассмотрены сплошностенчатые диафрагмы толщиной 22 мм, которые аппроксимированы пластинами (рис. 7).

Н-б

б)

\ П-а

Рис. 7. Конечно-элементная модель диафрагм; а- одностенчатая диафрагма; б- двустенчатая диафрагма

Для получения наибольших усилий в сплошностенчатых опорных диафрагмах были рассмотрены симметричное загружение при максимальном расположении временной подвижной нагрузки, при котором обеспечивается наибольшее вертикальное давление на диафрагму в месте разделения пролетного строения.

Анализ показал что, применение двустенчатых сплошных диафрагм в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строений незначительно улучшает напряженное состояние самой диафрагмы и узла в целом по сравнению с одностенчатой диафрагмой {рис. 8).

Применение двустенчатых диафрагм может быть оправдано в основном технологическими и эксплуатационными требованиями.

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 № сечении по ширине эстакады И одностенчатая диафрагма

двухдностенчатая диафрагма (П-а) ■ двухдностенчатая диафрагма (П-б)

Рис. 8. Диаграмма напряжений ах

Помимо сплошностенчатых диафрагм в городских эстакадах часто применяют поперечные решетчатые связи, выполняющие роль распределяющей конструкции. Такие связи несколько облегчают пролетное строение, делают его визуально более эстетичным, что немаловажно для современного города.

Рассмотрены варианты решетчатых диафрагм с одной и двумя плоскостями и с исключением связей между коробками.

Расчеты показали, что для сталежелезобетонных пролетных строений применение двухплоскостных пространственных решетчатых диафрагм не дает преимуществ по сравнению с одноплоскостными связями в местах разделения пролетных строений. Для рассмотренного пролетного строения с криволинейным разветвлением даже исключение связей между коробками обеспечивает сохранение практически таких уровней усилий в стержнях, что и при наличии связей между коробчатыми балками.

Общие оценки результатов сравнения сплошных диафрагм и решетчатых связей ожидаемо свидетельствует о том что, связи недостаточно эффективны и только сплошные диафрагмы за счёт двухосного напряженного состояния включаются в совместную работу и разгружают стенки балок.

Представлял интерес исследования способа опирания диафрагм на опору в зоне разветвления пролетного строения.

Было рассмотрено три возможных случая, имеющих практическое значение в отношении их влияния на особенности работы диафрагмы в месте разветвления пролетного строения эстакады.

Рис.9. Расположение опорных частей в плане при двух шарнирно-неподвижных

опорных частях на опоре 3

Случай, представленный на рис.1,а обеспечивает полную свободу перемещениям опорных частей под исследуемой диафрагмой над опорой 3. Случай, показанный на рис.],б обеспечивает линейное перемещение опорной диафрагме над опорой 3 в поперечном направлении относительно оси эстакады. Третий случай (рис. 9) является эксплуатационным, когда одна из подвижных опорных частей может быть заклинена.

Изменение условия опирания над опорой 3 с шарнирно подвижного на шарнирно - неподвижное закрепление при симметричном загружении и максимальном количестве временной нагрузки (наибольшее давление на

диафрагму над опорой 3) показало, что при закреплении пролетного строения в одной точке от линейных смещений, наблюдается некоторое увеличения нормальных напряжений ах (рис.10).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

№ точек по ширине эстакады

в Шарнирно-подвижное опирание ■ Одна неподвижная опорная часть ш Две неподвнжные опорные части

Рис.10. Распределение напряжений в опорной диафрагме

Наибольшее значение имеет эффект перераспределения усилий в стенках главных балок и нижних поясов {рис.11).

Ст-1 Ст-2 Ст-3 Ст-4 Ст-5 Ст-б Ст-7 Ст-8 № стенки коробки

№ нижних поясов

И шарнирно-подвижные опирания одна неподвижная опорная часть ■ две неподвижные опорные части

Рис.11. Нормальные напряжения <7У в стенках и агв нижних поясов балок

Здесь видно, что при двух неподвижных опорных частях, усилиея в стенках и нижних поясов балок чуть больше, чем при одной неподвижной опорной части. При этом напряжения в стенках и нижних поясов превышают значения, полученные из расчета с подвижными опорными частями.

Из проведенных расчетов видно, что переход от шарнирно-подвижного опирания диафрагм на шарнирно-неподвижное мало влияет на распределение напряжений в диафрагмах.

Можно сделать вывод, о том, что на опоре, где предусматрено разветвление пролетного строения возможно пременение шарнирно-неподижного опирания, если такая необходимость при проектировании возникает.

На работу опорных диафрагм влияет не токлько тип диафрагмы и также ее толщина. Для сравнения были рассмотрены варианты с применением диафрагмы толщиной 22 мм и диафрагмы толщиной 14мм при симметричном загружении и максимальном положении нагрузок.

Анализ показал что, толщина стенок сплошностенчатых диафрагм мало сказывается на их работе под нагрузками. Уменьшение толщины ведет к увеличению касательных напряжений не более 8% и поэтому их толщину следует принимать минимальной из условий коррозионной устойчивости.

Воздействие временной подвижной нагрузки, конструкция диафрагм и толщины диафрагм оказывают влияние на напряжено-деформированное состояние железобетонной плиты проезжей части.

Воздействие временной подвижной нагрузки показывает, что вдоль оси моста нормальные растягивающие напряжения в плите увеличивается со стороны большего криволинейного пролета.

Сжимающие напряжения при асимметричном загружении на 30...40% меньше сжимающих напряжений при симметричных загружениях. Наличие больших растягивающих напряжений свидетельствует о возникновении трещин и выключении бетона из общей работы.

При двустенчатой диафрагме обеспечивается в пределах коробчатых балок очень жесткий диск в поперечном направлении и железобетонная плита очень в малой степени включается в работу с пролетным строением. В тоже время этот факт позволяет говорить о том, что сдвоенная диафрагма в опорном сечении неразрезного пролетного строения благоприятно влияет на общую работу пролетного строения на отрицательные изгибающие моменты.

Постановка стержневых связей одиночных и сдвоенных в месте разветвления также уменьшает напряжение в плите, на участке между стенками коробчатых балок, но гораздо в меньшей степени, всего лишь на 35...40%.

Изменение толщины вообще не оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние плиты по сравнению с применением двустенчатых диафрагм, что позволяет говорить о неопасных факторах для работы бетона.

Распределение нормальных напряжений аг в железобетонной плите во всех рассмотренных случаях показывает, что даже при наличии нескольких коробчатых балок наблюдается их неравномерность по ширине сечений в промежутке между коробками, напряжения уменьшаются и возрастают в точках над стенками коробчатых балок (рис. 12).

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

№ точек по ширине эстакады

Рис. 12. Неравномерность распределения нормальных напряжений по ширине поперечного сечения сталежелезобетонного пролетного строения

Итак, можно было сделать вывод о том что, включение железобетонной плиты проезжей части в совместную работу с главными балками и поперечными диафрагмами увеличивает общую жесткость пролетного строения. Железобетонная плита оказывает существенное влияние на работу опорной диафрагмы под действием временных подвижных нагрузок. На напряженное состояние опорных диафрагм влияет и изменение температуры, вызывающее между металлическими балками и железобетонной плитой как в течение суток, так и со сменой времен года. В работе был проведён нелинейный анализ влияния температуры на работу элементов конструкции эстакады в зоне разветления.

Для условий Ирана характерны высокие дневные температуры, доходящие до + 50°С, а иногда и более, вызывают нагрев железобетонной плиты и стальных балок пролетных строений. При этом солнце, являющееся источником нагревания конструкций, достаточно долго находится в зените и благодаря этому разница температуры между железобетонной плиты и стальными балками может быть принята равной 50°С. Эта разница температур является причиной стеснения деформаций в сечениях, как пролетного строения, так и диафрагм.

В соответствии с российскими нормами, эта же разница принимается равной 30°С (СНиП 2.05.03.-84* п.5.10) для случаев, когда температура стали выше, чем бетона плиты и наклон солнечных лучей к горизонту более или равен 30°. При этом разности температур между стальной балкой и железобетонной плитой принимаются в соответствии с криволинейной эпюрой. При определении напряжений в железобетонной плите распределение температуры и деформаций (напряжений) по толщине плиты принимается равномерным.

В настоящей работе при проведении расчетов допускали, что распределении разницы температур происходит неизменно по длине

учитываемых пролетов, что соответствует допущениям российских норм.

Было принято, что в коробчатых многоконтурных балках под единой железобетонной плитой учитывать изменение температуры по высоте стенки не имеет практического смысла. Градиент температуры от поясов балки к середине её высоты связан исключительно с нагревом от солнца. В исследуемых случаях пролетных строений наличие наклонной стенки снижает этот эффект.

При выполнении расчетов не учитывали дополнительные растягивающие напряжения в железобетонной плите из-за саморазогрева бетона вследствие экзотермии и более быстрого охлаждения стальных балок в ночное время.

Рассмотрены следующие случаи температурного воздействия на конструкцию, независимо от загружений временной и постоянной нагрузками:

1. Нагрев только железобетонной плиты проезжей части на Д=50°С по всей длине эстакады. Моделируется перегрев поверхности плиты от солнечного излучения, при этом металлоконструкция находится в тени. Градиент между железобетонной плитой и стальной балкой принят равным 50 °С.

2. Нагрев всей конструкции и железобетонной плиты на Д=50°С. Моделируется сезоные изменение температуры от -15 °С до +35 °С. Линейные температурные перемещения участков эстакады вызывают их

изгиб и кручение и, тем самым создается объемное напряжено-деформированные состояние диафрагмы в месте разветвления пролетного строения. Программный комплекс позволил получить поля главных максимальных и минимальных главных напряжений.

Анализ полученных максимальных главных напряжений показал, что вдоль коробчатых балок наблюдаются зоны растягивающих напряжений. При этом эти зоны распространяются вдоль стенок коробчатых балок. Одновременно с растягивающими напряжениями, возникают сжимающие напряжения на участках между стенками коробчатых балок, которые по абсолютной величине несколько меньше полученных растягивающих напряжений.

На криволинейных ветвях зоны растягивающих напряжений вдоль ребер коробчатых балок несколько шире, чем на основном пролетном строении, что свидетельствует о том, что опорная диафрагма на границе прямолинейного и криволинейных участков определенным образом влияет на характер напряжений в железобетонной плите. Поля минимальных главных напряжений по верхней фибре носят однозначных характер с ярко выраженным возрастанием величин над стенками коробчатых балок. Непосредственно над опорной диафрагмой эти напряжения почти в два раза больше, чем в остальных зонах.

Если нагревать все пролетное строение на 50оС, то картина деформаций и напряжений меняется существенно, что видно из полученных полей напряжений. За счет стеснения температурных деформаций, вызванного опорными закреплениями и формой пролетного строения, главные напряжения получаются более высокого порядка, чем только при нагреве железобетонной плиты. Вдоль стенок коробчатых балок эти напряжения всегда больше по величине, чем на других участках плиты.

На рис.13 и 14 показаны эпюры максимальных и минимальных главных напряжений по верхней фибре железобетонной плиты левее места разветвления пролетного строения. Во всех случаях напряжения в зоне крайних ребер стальных балок больше, чем на других участках.

1.5м .. 3.0м

3.0м ,.1.5м

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 № точек по ширине эстакады

Рис. 13. Эпюры максимальных главных напряжений отахгп. по ерхней фибре железобетонной плиты в зоне разветвления: а- при нагреве ж/бплиты на 50 С; б- при нагреве всей конструкций на 50 С

1.5м . 3.0м

т п.. т п..

Пи 1 Ян

б ШШ ГЛ

а)

б)

5.0 МПа--'

1 2 3 4 5 б 7 в 9 10 11 12 13 14 15 16 17

№ точек по ширине эстакады

Рис. 14. Эпюры минимальных главных напряжений гл. по верхней фибре железобетонной плиты в зоне разветвления: а- при нагреве ж/б плиты на 50 С; б- при нагреве всей конструкций на 50 С

Эпюры имеют характерную форму соответствующую расположению ребер главных балок.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что для повышения трещиностойкости железобетонной плиты проезжей части, целесообразно в месте разветвления пролетного строений под диафрагмой располагать шарнирно-подвижные опорные части. Еще одной мерой может служить устройство поперечного предварительного напряжения в зонах разветвления пролетного строения левее опорной диафрагмы, что было установлено и при проведении исследований плитных железобетонных пролетных строений разветвляющихся эстакад.

В диафрагме, работающей совместно с пролетным строением, под действием нагрева, возникают нормальные напряжения ох и ау. При этом образование нормальных напряжений оу связано с пространственным характером работы диафрагмы в составе сталежелезобетонного разветвляющегося пролетного строения. Под действием температуры стеснение деформаций происходит за счет защемления диафрагмы в стенках и плитах коробчатых балок. При этом защемление вдоль железобетонной плиты и вдоль стенок стальных балок имеет разную податливость в плоскости диафрагмы. Поля напряжений ах и су при расположении одной неподвижной опорной части в створе диафрагмы для ее стальной части показаны на рис. 15 и 16.

200 МПа

500 МПа--

300 МПа---и3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 № точек по ширине эстакады

Рис. 15. Нормальные напряжения стх в стальной части: а,б,в- эпюры напряжений ахв сечениях 1-1,2-2 и 3-3

При нагреве всей конструкции пролетного строения картина нормальных

напряжений вдоль осей X и У существенно отличается от аналогичной картины, полученной при нагреве только верхней плиты. Напряжения ах изменяются вдоль пролета диафрагмы в соответствии с эпюрами, приведенными на рис.15, а, б, в в зависимости от сечений по высоте диафрагмы. Если по нижней фибре напряжения имеют ярко выраженные максимумы (рис. 15,а), то приближаясь к приближаясь к верхней фибре, они становятся достаточно равномерными (рис. 15,б,в).

Что касается нормальных напряжений оу, то как показали расчеты, они при нагреве только железобетонной плиты весьма малы (рис.16). Их уровень резко возрастает при нагреве всей конструкции. Максимальные значения этих напряжений наблюдаются в точках сопряжения диафрагм с наклонными стенками коробчатых балок. Эти максимальные значения не превышали 140 МПа.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 № точек по ширине эстакады ■ при нагреве всей конструкций на 50 °С и принагревеж/бна 50 °С

Рис. 16. Диаграмма напряжений ау

Из полученных результатов вытекает, что диафрагма в месте разветвления сталежелезобетонного пролетного строения не работает как самостоятельная балочная конструкция поперек пролетного строения, а является важной конструктивной составляющей разветвляющегося пролетного строения, участвующей активно в работе всего сложного пролетного строения.

Общие выводы

1. Исходя из природно-климатических и социально-экономических условий Ирана, для городских эстакад с разветвлениями целесообразны сталежелезобетонные пролетные строения с монолитной плитой проезжей части.

2. В качестве опор для разветвляющихся эстакад предпочтительными, как и для многих других стран, являются столбчатые железобетонные конструкции в наименьшей степени стесняющие подэстакадное

пространство и обеспечивающие простоту сооружения, минимальный расход материалов, наилучшую видимость для проезжающего транспорта под эстакадой, хорошие эксплуатационные качества.

3. Для объединения монолитной железобетонной плиты проезжей части со стальными главными балками и опорными диафрагмами при их пролетах до 56 м для условий Ирана целесообразно применять гребенчатые упоры, а при больших пролетов стержневых упоров с головками при обеспечении устойчивости сжатых поясов.

4. Расчет современных сталежелезобетонных пролетных строений эстакад, в том числе с разветвлениями, имеющими в своем составе диафрагмы, следует производить на основе таких программных комплексов как РЕМАР& ЫА8ТЯАЫ, позволяющих быстро и с большой практической точностью получить необходимые данные для проектирования. Учитывая жаркий и сухой климат Ирана необходимо при моделировании расчетной модели пролетного строения учитывать нелинейный характер деформирования бетона.

5. Диафрагмы, расположенные в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад, в том числе с криволинейными отходящими ветвями, испытывают под действием внешних воздействий, включаю температуру, объемное напряженно-деформированное состояние, являющееся составной частью объемного напряженно-деформированного состояния сложной пространственной системы.

6. Для сталежелезобетонных пролетных строений эстакад с несколькими стальными коробчатыми балками пролетами до 50...70 м в месте разветвления основного пролетного строения целесообразно устройство одностенчатых диафрагм, проходящих по всей ширине пролетного строения или с применением пониженной высоты поперечных балок на участках между главными коробчатыми балками.

7. На участках между опорными сечениями целесообразно устройство одноплоскостных решетчатых связей только внутри коробчатых балок.

8. В сплошностенчатых диафрагмах разветвляющихся пролетных строений под действием подвижных нагрузок и температуры возникают все компоненты внутренних усилий, в том числе нормальные напряжения вдоль вертикальной оси бу, сопоставимые по абсолютной величине с продольными нормальными напряжениями бх.

9. В многопролетной широкой эстакаде на работу диафрагмы в месте разветвления пролетного строения не оказывает существенного влияния размещение одной шарнирно-неподвижной опорной части и даже заклинка еще одной опорной части не сказывается отрицательно на ее работе.

10. Толщина стенок сплошностенчатых диафрагм мало сказывается на их работе под нагрузками и поэтому их толщину следует назначать минимальной из условий коррозионной устойчивости.

11. Железобетонная плита, объединенная для совместной работы с диафрагмами, улучшает распределение нормальных напряжений от подвижной нагрузки по ширине пролетных строений. При двустенчатой диафрагме наиболее опасный участок плиты находится между стенками

коробчатых балок, где могут возникать значительные растягивающие напряжения.

12. От действия температуры при нагреве пролетного строения до 50°С , что характерно для условий Ирана, в железобетонной плите возникают главные напряжения до 5МПа, в то время как в стенке диафрагмы продольные нормальные напряжения могут составить 500 МПа. Наиболее нагруженными от действия температуры являются участки над крайними главными балками.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Попов В.И., Марьям Морид Асади. Не которые особенности работы диафрагм в местах разветвлений сталежелезобетонных пролетных строений эстакад // Вестник МАДИ/ вып. 4(31). - М.:МАДИ, 2012. - С.77 -82.

2. Попов В.И., Марьям Морид Асади. Особенности влияния стержневых и гребенчатых упоров на работу сталежелезобетонных балок пролетных строений мостов // Сборник ФГУП «РОСДОРНИИ» «Дороги и мосты», №27/1, 2012г.- С.197 - 206.

3. Марьям Морид Асади. Опорные диафрагмы в зонах разветвления сталежелезобетонных пролетных строений // Сборник материалов XVII Международной научно-практической конференции.-Новосибирск: Издательство НГТУ, 2012. - С.202-204.

4. Попов В.И., Марьям Морид Асади. Исследование работы сталежелезобетонных пролетных строений мостов в программном комплексе РЕМАР & КАЗТЯАЫ // Сборник материалов XV Международной научно-практической конференции. -Новосибирск: Издательство НГТУ, 2012. -С.122-131.

Подписано в печать: 14.04.2013 Объем: 1,0 п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 72 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

На правах рукописи

04201356097

сЛг

Марьям Морид Асади

Особенности работы диафрагм в зоне разделения сталежелезобетонных

пролетных строений эстакад

(05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов,

мостов и транспортных тоннелей)

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, профессор Попов В.И

Москва 2013

Содержание

Глава 1. Обзор конструктивных решений криволинейных эстакад со сталежелезобетонными пролетными строениями и применяемых методов расчета при их проектировании. Постановка цели и задач диссертации применительно к условиям Ирана....................................................................14

1.1. Особенности климатических условий Ирана, влияющих на работу сталежелезобетонных конструкций пролетных строений мостов................14

1.2. Обзор конструкций сталежелезобетонных городских эстакад в мировой практике и в Иране.............................................................................15

1.2.1. Разновидности сталежелезобетонных пролетных строений.........15

1.2.2. Диафрагмы в разветвляющихся сталежелезобетонных пролетных строениях эстакад........................................................................20

1.2.3. Общие сведения о конструкциии криволинейных сталежелезобетонных эстакад........................................................................31

1.2.4. Способы объединения железобетонной плиты со стальными балками.............................................................................................................33

1.2.4.1. Средства и способы объединения железобетона и стали........33

1.2.4.2. Объединение упорами особой формы.......................................36

1.2.4.3. Особености гибких стержневых и ленточных упоров.............40

1.2.5. Особенности опор сталежелезобетонных эстакад с

разветвляющимся пролетными строениями.................................................45

1.2.6. Исследуемые типы диафрагм в местах разделения пролетных строений...........................................................................................................50

1.3. Нагрузки, принимаемые в Иране для проектирования сталежелезобетонных мостов...........................................................................52

1.4. Обзор методов расчета и исследований криволинейных

разделяющихся эстакад и других сложных конструкций..............................54

Выводы по главе.................................................................................................58

ГЛАВА 2. Компьютерное моделирование разветвляющегося пролетного строения для проведения исследований..........................................................60

2.1. Последовательность разработки модели исследований и проведения

расчетов в программном комплексе FEMAP & NASTRAN.......................60

2.3. Описание пространственной конечно-элементной модели

разветвляющейся конструкции пролетного строения.................................66

Выводы по главе..............................................................................................79

Глава 3. Особенности работы узлов объединения железобетонной плиты с главными балками и диафрагмами...................................................................81

3.1. Общие сведения........................................................................................81

3.2. Объект исследования и его конечно-элементная аппроксимация.......82

3.3. Анализ и сравнение полученных результатов.......................................87

Выводы по главе..............................................................................................91

Глава 4. Результаты исследований работы диафрагм, расположенных в месте

разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад...................93

4.1. Общие сведения........................................................................................93

4.2. Влияние воздействия временной подвижной нагрузки на работу диафрагм...........................................................................................................94

4.3.Влияние конструкции диафрагм на работу зоны разветвления пролетных строений......................................................................................104

4.4.Влияние способа опирания диафрагм на их работу............................115

4.5.Влияние толщины диафрагм..................................................................122

4.6.Влияние железобетонной плиты на работу диафрагм........................124

4.7. Влияние температуры на работу сплошностенчатых диафрагм........128

Общие выводы и рекомендации..........................................................................141

Литература.............................................................................................................145

Введение

В XXI веке экономика, наука техника в мире, особенно в наиболее развитых странах, развиваются очень быстро. В городах наблюдается непрерывный рост число автомобилей и пропускной способности дорог и улиц.

Наибольшие задержки движения возникают в местах пересечения автомобильных дорог, поэтому здесь нужны специальные инженерные сооружения, обеспечивающие беспрятственный проезд автомобилей на разных уровнях. Особенно сложны такие сооружения в городах, где в условиях окружающей городской застройки и сложившейся сети улиц концентрируются большие потоки автомобилей. Благодаря достижениям науки и эффективным технологиям в мире построено много сложных транспортных развязок в больших городах. Такие страны, как Франция, Россия, США, Япония занимают ведущие положение в этой области. Примеры построенных транспортных развязок приведены на рис. 0.1.

В современных конструкциях городских эстакад и путепроводов, наряду с предварительно напряженным железобетоном при тех же длинах пролетов, для пролетных строений широко применяют сталь, а также сталь в сочетании с железобетоном. Технические решения, обеспечивающие применение стали в пролетных строениях, позволяют уменьшить расход бетона и в ряде случаев достигнуть снижения стоимости сооружений по сравнению с железобетонными несущими конструкциями.

Наиболее распространенными в прямолинейных, криволинейных и косых путепроводах и эстакадах в качестве основных несущих элементов являются пролетные строения с коробчатыми и одностенчатыми балками, объединенными на уровне верхнего пояса балок монолитной железобетонной плитой. Объединение плиты со стальными главными балками чаще всего осуществеляют с помощи стержневых упоров с головками.

Транспортная развязка, Лос-Анджелес, Калифорния, США

Транспортная развязка, Москва

Транспортная развязка, Гравелли Хилл, Бирмингем, Великобритания

Разветвляющиеся эстакады на подходе к мосту в г. Череповец Россия

Рис. 0.1. Примеры многоуровневых транспортных развязок

5

Сталежелезобетонные пролетные строения появились значительно позже стальных и железобетонных несущих конструкций. Развитию сталежелезобетонных конструкций в мостостроении способствовало несколько обстоятельств и, прежде всего, эффективное распределение усилий между железобетоном плиты и сталью балок.

Сталежелезобетонные пролетные строения являются специфическим современным видом мостовых конструкций, получившим широкое распространение в Иране. Для сталежелезобетонных пролетных строений характерны экономия стали, увеличение вертикальной и горизонтальной жесткости и ряд других преимуществ по сравнению с другими видами пролетных строений.

В мировой практике проектирования и строительства транспортных развязок постоянно происходят определенные изменения, вызванные непрерывно изменяющимися условиями движения и совершенствованием расчетов сложных систем. Как и ранее в современном мостостроении сохраняются требования по снижению материалемкости конструкций при одновременном повышении их надежности и долговечности. В этой связи большую роль играют современные методы расчета, применяемые в практике проектирования транспортных развязок. Использование численных методов в сочетании с компьютером облегчает труд инженеров и позволяет в то же время повысить качество проектов транспортных сооружений и экономичность получаемых решений. Наиболее популярным численным методом в течение многих последних лет является метод конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ даёт возможность проводить расчёты сложных, многократно статических неопределимых пространственных систем с учётом специфики материала конструкций и особенностей его деформирования под нагрузками, что особенно важно для сталежелезобетонных пролетных строений.

При проектировании современных конструкций многоуровневых

транспортных развязок в городах необходимо учитывать фактор

б

стесненности местных условий, требования по минимальной строительной высоте и срокам строительства.

Один из наиболее сложных узлов транспортных развязок является зона разделения пролетных строений, где распределение усилий специфично, и может быть определено специальными расчётами или испытанием моделей. Наиболее уязвимыми узлами широких криволинейных эстакад являются зоны разделения пролетных строений, где могут располагаться диафрагмы, опирающиеся на столбчатые опоры. При эксплуатации узлов разветвлений и ответвлений криволинейных эстакад возникают проблемы, связанные с обеспечением устойчивости и прочности.

В разветвляющихся пролётных строениях зона разветвления представляется недостаточно изученной с точки зрения распределения усилий и напряжений. Особенности работы эстакад с разветвлениями и ответвлениями связаны с опиранием пролётных строений на тонкие столбчатые опоры и наличием диафрагм. Эти особенности усиливаются в широких криволинейных и косых несущих конструкциях.

Для удобства расчётов на компьютерах рещаемые задачи представляются в матричной форме. Известны универсальные программные расчётные комплексы (ПРК) зарубежных разработчиков: SAP, MIDAS/Civil, LUSAS, STAAD.Pro, RM-SPACEFRAME MSC NASTRAN, ANSYS, Cosmos и др.

Исследованию особенностей работы железобетонных плитных разделяющихся эстакад посвящен работы Ле Хоанг Ха и Фам Ван Тхоан, выполненные в 2007- 2010 гг.под руководством проф. В,И,Попова в МАДИ (ГТУ) [35,70]. В этих работах было показано, что разделение несущих конструкций существенно влияет на работу зоны разделения. В железобетонных плитных пролетных строениях это ведет к необходимости усиленного армирования зон разделения в двух ортогональных направлениях. В зонах над столбчатыми опорами возникает необходимость

установки арматуры на восприятия значительных касательных напряжений.

7

Для стальных и сталежелезобетонных разделяющихся пролетных строений сложной формы большое значение имеет проектирование и конструирование диафрагм в местах разделения пролетных строений.

Потеря устойчивости диафрагм при сложной конструкции пролетных строений ведет к необратимым процессам в работе всей сложной системы разветвляющихся эстакад. Применение той или иной конструктивной формы поперечной распределяющей конструкции (сплошностенчатой или решетчатой, плоской или пространственной) также повлияет на общую работу разделяющихся пролетных строений и особенно непосредственно в зоне размещения диафрагм, где такое разделение чаще всего и происходит.

Вопросам расчёта и проектирования сложных транспортных сооружений и развязок посвящены работы М.Е. Гибшмана[16, 17, 18, 19], П. М. Саламахина [55,56], В.И. Попова [44,45], Корнеев М.М. [31] и др. Применение МКЭ к расчёту сложных конструкций дано в работах российских и зарубежных учёных и специалистов: Зенкевич. О., Нгуен Ван Мой [29,41], и др. Большой вклад в исследования мостовых конструкций по обеспечению надёжности и долговечности внесли Васильев А.И., Потапкин. A.A., Платонов. A.C., и др. [9,10,48,43].

В области сталежелезобетонных мостов большой вклад в развитие теории их расчёта внесли Быстров В.А., Решетников В.Г., Стрелецкий H.H. и др [8,53,64]

Решению вопросов проектирования диафрагм в разделяющихся сталежелезобетонных пролетных строениях посвящена настоящая работа, результаты которой будут полезны как для Ирана, так и других стран, включая Россию.

Актуальность темы. Развитие транспортной сети в Иране идет по

пути увеличения объема строительства мостовых сооружений, в том числе и

в городах, где наблюдается непрерывной рост числа автотранспортных

средств. Как показывает практика многих стран решение транспортных

проблем в городах связано со строительством транспортных развязок в

8

нескольких уровнях и модернизацией существующих пересечений. И в одном и другом случаях неизбежно возведение эстакад с разветвлениями пролетных строений. В таких сложных конструкциях, диафрагмы, и особенно в местах разветвления пролетного строения, играют важную роль в распределении усилий от внешних нагрузок.

При практическом проектировании назначение параметров диафрагм производится зачастую без учета их совестной работы с пролетными строениями. В этой связи исследование работы диафрагм позволяет получить результаты, способствующие корректному проектированию

сталежелезобетонных несущих конструкций, широко применяемых в условиях современного Ирана.

Цель н задачи диссертационной работы. Цель диссертации состоит в выявлении особенностей работы опорных диафрагм в местах разделения сталежелезобетонных криволинейных пролетных строений городских эстакад в условиях сухого и жаркого климата Ирана с выработкой рекомендаций для проектирования и совершенствования норм проектирования сложных транспортных сооружений Ирана.

Для достижения отмеченной цели необходимо в рамках настоящей диссертационной работы решить следующие задачи:

1. Определить наиболее характерную для условий Ирана схему разделяющегося сталежелезобетонного пролетного криволинейной эстакады со столбчатыми опорами, создать конечно-элементную модель с различными по конструкции опорными диафрагмами.

2. Провести исследования по сравнению работы стержневых и гребенчатых упоров в составе характерного для условий Ирана сталежелезобетонного пролетного строения и выдать рекомендации по целесообразности применения тех или других упоров для объединения железобетонной плиты со стальными главными балками и диафрагмами.

3. Провести расчеты по оценке напряженного состояния опорных диафрагм в местах разделения сталежелезобетонных пролетных строений на базе программного комплекса метода конечных элементов при различных случаях загружения временными подвижными нагрузками и различных конструкциях диафрагм для выработки рекомендаций по их применению.

4. Провести оценку роли железобетонной плиты проезжей части в работе опорных диафрагм в зоне разделения исследуемых пролетных строений.

5. Оценить роль температурных воздействий на общее напряженное состояние диафрагм в зонах разделения сталежелезобетонных пролетных строений.

6. Сформулировать рекомендации для проектирования опорных диафрагм сталежелезобетонных пролетных строений разделяющихся криволинейных эстакад на столбчатых опорах для условий Ирана.

7. Представить предложения по совершенствованию норм Ирана в части проектирования сталежелезобетонных пролетных строений сложного очертания в плане.

Объект исследования. Диафрагмы в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строениях эстакад.

Методика исследования. Расчётно-теоретическая, основанная на российском, иранском и другом зарубежном опыте проектирования и строительства городских надземных транспортных сооружений.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Для проведения исследования особенностей работы диафрагм в зоне разветвления пролетных строений эстакад применен программный комплекс БЕМАР&ЫАЗТКАЫ, который позволяет быстро получать необходимые результаты по усилиям, напряжениям и общей картине напряженного состояния исследуемых зон разветвления.

2. Созданы обобщенные конечно-элементные модели сталежелезобетонных пролетных строениях с разветвлениями, позволивщие определять усилия и напряжения в любых зонах разветвляющихся эстакад с учетом нелинейной работы материалов.

3. Впервые получены результаты по области применения гребенчатых и стержневых упоров для объединения железобетонной плиты со стальными главными балками и диафрагмами пролетных строений.

4. Впервые проведены параметрические исследования работы диафрагм в месте разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад в условиях Ирана.

5. Определено влияние всех компонентов напряженного состояния сталежелезобетонных диафрагм в месте разветвления пролетных строений при различных граничных условиях и загружениях временной нагрузкой по нормам Ирана и температурных воздействиях, характерных для условий Ирана.

6. Установлены коэффициенты надежности по нагрузке при расчете диафрагм в местах разветвлений пролетных строений.

7. Сформулированы рекомендации по проектированию сталежелезобетонных диафрагм в местах разветвления пролетных строений эстакад с учетом специфики условий Ирана. Практическая ценность диссертационной работы заключается в

следующем:

1.Полученные автором результаты исследований особенностей работы диафрагм в местах разветвления сталежелезобетонных пролетных строений эстакад могут быть использованы на практике при разработке проектов в