автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Особенности расчета сборных металлических покрытий для временных дорог и аэродромов в условиях Ливана

РГО од

, „ . г • г. ',<О!>0 ^^

' ;'' московский_тосударстеыззый ордена.тпдаого

КРАСНОГО ЗИШНИ АВТОМОЕШГШО-ДОРОЕШЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ■ МШ

на правах рук огнеи

КАССАШ МНПЕПЬ ТАМЕР / Г {/

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕСА СБОРНЫХ Ш7ШКЧБСШК ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ВРЕМЕННЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ В УСЛОВИЯХ ЛИВАНА

специальность 05.23.11.- Строительство автомобильных дорог-и аэродромов

- АВТОРШЕРАТ диссертации на соискание ученой степени: кандидата технических наук

москва 1993

Работа выполнена ка кафедре "Строительная механика" Мое-"1 конского Государственного ордена Трудового Красного Знамен.-; автоксСлльно-дорозного института (технический университет)

Научный зуководштель - дюэтор технических наук,

профессор II. 13. Демьянушо

Каучаш консультант - кгндидат технических наук,

допент В.Г. Клейн

Официальный оппонент - доктор технических наук,

профессор В.Е. Трдгони

кандидат технических наук, * допент Е.В. Воробьева

Бедувая организация - Ш "Оргяроекттранс" при ЬШПО "Спептякавтогранс"

Защита дассерташл состоится

Ла.я 1&93 г. в $/.00 часоЕ на заседании специализированного Совета X, 053.30.01 ЬАК № при Московском Государственном ордена Трудового Красного Знамени автомобилько-дорожном институте (техническом университете) МАДК по адресу: 125829, НШ-47, Ыоаквг А-319, Иеняягоадскш проспект, 64 ауд. 42.

С диссертацией ксеео ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организаши, ■ просил направлять в адрес специализированного Совета.

Телефон для справок 155-03-28

Авторэфэра? разослан

Ч'й "лиМЛА \т г.

Ученый секретарь сяепсозага Д 053.30.01 к.т.н., допзнг Снимков

г

СБЩАЯ ХАРАКГЕЕйС ТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Б наотояпей работе рассматриваются методы решения и некоторые вопросы оптимизации гибких инвентарных конструкций для временных дорог я аэродромов в условиях Лизана. Применение инвентарных конструкций может ' иметь хороиую перспективу при усилении суцествукшнх грунтовнх дорог, строительстве сезонных трасс, возведаник временных аэродромов в удалениях я труднодоступная районах Ливана. Ос-новнкмл достоинствами инвентарных ■ ¡конструкций является возможность их многократного использования, заводского изготовления, дегкоЗ транспортировки и мснтаха.

Работа тонких, шарнирно соэдшеэннюс плат является достаточно слокной. При нагружэнии одной яз плит, усилия передаются на соединение', при этом деформации плит и основания валики и могу г выходить за пределы упругих деформаций.

Существу шие. методы расчета направлена на наиболее полное использование несущей способности покрытия и пропуск наиболее тяжелей нагрузки. К сокалэншз это приводит,как правило, к нэвсзмогнсстя повторного использования без реыонга в стапио-нарнцл условиях. При этом инвентарная конструктам лишается своего наиболее пенного качества - оборачиваемости.

Целые ^работы является:' рассмотрение вопроса расчета инвентарных конструкций с учетом их отрава от основания, рассмотренные в диссертации на основе простых инкенерных методов, дают возможность любому проектировщику осуществись расчет и х;онструЕрозакЕе шшт я не требуют щкмененая моетоя вычислительной техники, что не всегда доступно инженеру в условиях но-больпшх проектных бпро Дивана.

Предмет заштк. Предметом заиитк является: ■ рассмотрение задачи изгиба тяг на упругом основании по теории упругосга при различнее приложения нагрузки;

обосЕОЕЗние расчеткнх схем центрального, краевого и углового пагружения крайней и средней плит;

■ разработке инзенерного метода расчета гибких и жестких плит с учетом отрыва от основания;

сравнение результатов расчета с голученнши результатами на ЖМ методом конечных элементов;

т

анализ сушествуших конструкций инвентарных гибких шит с точки зрелая возможности применения в условиях Ливана.

Научная новизна. Научную новизну составляют:

яоямзяеяие метода компенсирующих нагрузол для восстановления равновесия в плите, нарушенного в результате отрыва плиты от основания, и ляквадаши расхождения мекду расчетными ре-зультаташ е действительной работой шшты;

применение гибких пепнкх металлических шшт как покрытая " временных дорог и аэродромов в Лаване,

Практическая ценность работы. Предложенный метод расчета позволяет простым путем решать задачу изгиба длит на упругом оснований о учетом отрыва без усложнения расчета и без применения при этоа каяих-то сложных расчетов на ЭВМ, что делает этот метод доступным любому проектировщику.

Апробация работы. Результаты исследования расчетов и их анализ обсуждены на заседаниях кафедры строительной механики в 1992 году.

Объем д структура работы. Диссерташя изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 63 рисунка, состоит яз введения, четырех глав, заключения я библиографии, включает 129 наименований.

СОДЕЕЕАЕИЕ даСЕРЩИИ

Во введении формулируется задача применения инвентарных конструкций, описывается её. актуальность и на основе нормативных документов исследуются вопросы объектов, нагрузок, климатических и гидрогеологических услозий, для которых они предназначены.

В первой глаЕв описывается опыт применения инвентарных конструкций га основе Российской к зарубежной практика. Рассмотрены требования, предъявляемые к таким конструкциям и приводится сравнение различных тяпов инвентарных конструкций с точки зрения ях долговэчностл, удобства траяспортяровки и монтажа, а тают стоимости возведения покрытия их них.

Сформулирована основная задача расчета, обеспечить ;.;акса-малькув оборачиваемость инвентарного покрытия, что является наиболее пенпка его качеством.

Здесь же дан обзор литературы по вопросу расчета гибких плит на упругом оснозании.

Вопросами расчета плит на упругом полупространстве занимались Пузырееский H.H., Герсеванов H.Li., Горбунов-Посадов М.И., Клейн Г.К., Черкасов Н.И., Винокуроз Л.П., Соломин В.К., д многие другие.

При решения задач о расчете пластин конечной формы широко применялись различные способы краевых условий. Это приведение к системе линейных алгебраических уравнений, метод начальных функшй, интегральных преобразования, метод компенсирующих нагрузок, развитый Кореневым Б.Г., Лужшшм О.В. и др.

В последнее время особую роль играют численные методы, в особенности метод конечных элементов МКЭ.

Существующие ыетодн расчета плит на упругом основании, в том числе и пепних полос основаны на предположении о двухсторонних связях с основанием, что часто приводит к грубым приближениям в расчетах. Вопросы отрыва плит разрабатывались Рабиновичем И.М., Синипиннм А.П., Коренезш Б.Г., Черничевской Е.И. В работах Медникова И.А., Матвеева С.А. задача решалась на базе Винклеровской модели с учетом температурных воздействий и односторонних связей с основанием.

На основе проведенного анализа для дальнейших расчетов выбирается модель упругого полупространства, которая позволяет достаточно точно оценить работу конструкции и основания и позволяет использовать многочисленные решения, сваленные в многочисленные хаблипн.

Во второй главе рассматривается метод расчета гибких шар-нлрно-соединенных плит на упругом полупространстве. Сложная задача о расчете таких плит решается в предположении упругой работы плит и основания, что обеспечивает многократное использование инвентарных конструкций.

Имеющая место анизотропность плят нэ является, как пока-зиваот расчеты, существенной для многослойных плит, что дает вовМокность решать задачу как изотропную.

Исследуемая задача'может, решаться двумя способами - либо как плоская в условиях плоской деформация, либо как пространственная, что зависит от ширины покрытия и тгпа нагрузгл.

Дифференциальное уравнение упругой линии полос и плит:

I

( V - '

где V - заданная нагрузка .

Изгибавший момент для плит:

ь' _ ^ аО „ IV ь

цч. = -——(10ат - 5а? + Зат) +Г—— Ч х -:1Л

240 1 ^ 1 и 2 120

•СЮа, - За } - К х + - -О^?)! + ^

13 I- 3! 2

РеаятиЕНое дазлоние основания:

( _ _к_)9.

2

Для пользования этими формулами выполняем следующее:

1 - предварительно назначаем размеры рассматриваемой конструкция, после чего определяем упругие характеристики плиты;

2 - по формулам находим значения А, В, С и К я вычисляем -а0 , , а^ > а3 дал8е по формулам (2) и (3) вычисляем Мх }

*х

Каноническое уравнения для шарниряо-саязакных полос я

шшт:

ЛНЪ * адн ¿V

(А* = - >

где значение, зависящее от показателя гибкости е от

характера нагрузки-, 1/2,ПГ1Да- значения, зависящие от показателя гибкости полос; усилие у шарнира. Далее вычисляем значения <уп и , У г. • На осноеэ рассмотренных оешзниЕ приведены вычисления прогибов, кзгябахшях ь;омэнтое з шарнярно-соедкнепкнх плитах, при

г

г

r-f

Рис Л - сШра'"безразмерных моментов Мх. при загружешга крайней плиты по крав .

К ' ■

iL.

Г. À *

" */ £ .

' ' ' \ 1 < ■ t . _ Рис. 2 - ¿tapa безразмерных реактивных .давлений Я* при загружекзи крайнеа плитп по край.

о- - ^ - 2

• ? •

•г 2 « — . о

1

Е- 3

а ?

йгс.З - йшра безразмерншс моментов при загрухашш крайней плиты по крав .

\

* 5 «

3 " N "Т

Г1 V *

4-

£

4-

Рис. 4 - Эпюра безразмерных реактивных давлении Кг при загрухении крайней плиты по край .

Рас.5 - Эйра безразмерных моментов Щ при загругензи

щзайней плиты по углу.

Рис.5 - Эшора безразмерных реахтивннх давлений & при загрузеншг крайней плитн по углу.

J

I. Почитать текст к и 1шм<.\.

различном приложении нагрузок.

Рассматривались случаи загружения крайних и средних плит е случае нагрузок, приложенных в середине плиты и по её краям.

На основе рассмотренных решений проведены расчеты, результаты которых представлены е виде графиков и таблиц для случая различных параметров плит и оснований (рис. 1-6)

Анализ расчетов проведенных ео 2-й главе позволяет сделать выводы о том, что ео многих случаях задачу можно рассмат-. ривагь как плоскую деформацию.

Влияние нагрузки на соседние плиты зависят от их жесткости и упругости основания и распространяется как правило на 2 шшты, соседние с нагруженной.

В третьей главе исследуется вопрос об учете отрыва шшт от основания. Задача решается методом компенсирующих нагрузок, согласно которому для учета граничных условий на решение рассмотренной области называемое осноеным, накладывается решение, называемое компенсирушим и совместно с осноеным, удовлетворяющее краевым условиям. • В данной работе изтод компенсирующих нагрузок использует-

I ся для учета отрыва шшт от основания. ^

Полученные в результате отрицательные реактивные давления, -которые в действительности не могут существовать, ликвидируют--ся путем приложения компенсирующих нагрузок по крав плиты. Величина этих нагрузок определяется исходя из еоотракений равновесия (рис. 7, 8).

1 и1

4

Рис. 7. Расчетная эпюра реактивных давлений К х без учета отрыва.

г

I!_Ь

Рис. 8. Реальная этора реактиетшс давлений £ х с учетом отрыва от основания.

Проведенные расчеты показывает, что учет отрыва приводит в существенному увеличению прогибов и изгибаших моментов в плите под нагрузкой и является необходимым для опенки реальной несушей способности покрытия, как это показано на рис, 9 - 14.

Далее в этой главе Бедется сравнение полученных результатов с расчетом плит на ЭШ методом конечных элементов. 3 основу этого сравнения приняты металлические плиты, разработанные в НАД}! Ладыгиным Е.й. п Трйгони Б.Е. Эти плиты устраиваются в ДЕа ряда с продольными шарнирами. Б плитах не возникают, как правило, остаточные дефокдати, для чего должен получить хорошее уплотнение грунт.

Пакет программ, реализующих МКЭ на ЭЗ.', разработан НИИАСС

Госстроя Украинн.

Численный эксперимент проведенный Стайным В.М., показал, что без учета отрыва плиты от основания удовлетворительные результаты получается при 20. Учет отрыга плиты возможен только при использовании прикладных программ МКЭ с последовательным приближением, где в области отрыва конечные элементы плита на упругом основании заменяются конечным элементами боз

упругого основания.

Сравнение расчетов по методу компенсирующих нагрузок и

1_I

Рис.9 - Эпюра безразмерных изгибающих моментов Мх фи заздухении крайней плиты по крав с компенсирующей нагрузкой.

Рис. 10 - Эпира.безразмерных реактивных давлений при загруаенш щнйней плиты по краю

■4

„Рис. II - Эпюра безразмерных изгибалцих моментов при загрухеняи крайней плиты по щ)ав с компенсирующей нагрузкой.

Щ. ш 1: Г ° "о * и • • > • »

-' £- А

Рис. 12 - агора безразмерных реактивных давлений при загруженш крайней плиты по крот с компенсирующей нагрузкой .

г

Рис .13 - Эпюра безразмерных изгибающих моментов Ну при згггрухении 1гра4не£ пдкты по углу с компенсирующей нагрузкой .

г

1.1КЭ показало, что отллчиз не превосходит 15% (рпс. 15-16), причем зависит от разбиения плит« на конечные элементы. Прост-ранствзш-ий характер распределения усилий и деформаций н плите подтееркдсется, а расчет по плоской схеме возможен лишь для ocssoro приллгзяия нагрузка.

Четвертая глава посяяаена оценке проведенных исследований и вопросам оптимизации конструкшш покрытая. Этот гопрос рассматривается с точки зрения Еыбора оптимальной структуры плиты, её типа для различных случаен/ определения оптимальных геометрических характеристик я определения оптимальных размеров отдельна элементов сечзягл,

Показана, что хотя трехслойные плиты более сложи в изготовления и монгане, но обеспечивая более эф^екгдвнув передачу нагрузки на грунт, имеют меньшие необратимые деформации и, следовательно, возможность многократного использования. Приведенные исследования показали, что для использования на временных дорогах я аэродроках в условиях Ливана конструкция плит может быть изменена в сторону облегчения в 1,5 раза по сравнению с шшхоЗ, разработанной в МАДй, Зто позволит удешевить плиту и облегчить её монтаз.

В заключении подведены итоги и результаты работы.

ЗХКШШШЕ

1. В диссертации исследован характер работы тонких упругих плит применяемых для врэменннх дорог я аэродромов на грунтовом основании, соответствующем модели упругого полупространства, что оправдано необходимостью повторного использования пок- ' рытий.

2. Рассмотрено влияние потери контакта мевду плитой л основанием вследствие отрыва.

Решение этого вопроса осуществлялось методом компенсирующих нагрузок ({¿КН), имеющем простую ф&зическув интерпретацию и несложную математаческуг) реализацию.

3. Полученные ¡результаты сравниваются с решениями по другим методам: метод конечных элементов (ЫКЗ), приближенным методом я анализируется с результатами натурной работы инвентарных покрытий.

4. Показано, что при расчете по упругой схеме усилия в _J lÜi

Г_£

Рис .15 - Сравнение зшоры нзгнбаицях моментов

1 - по методу компенсирупцгх нагрузок

2 - по МКЭ .

Рис. 15 - Сравнение зшоры реактивных давлений ^

1 - по методе'кошенснр^щих нагрузок,

2 - по ЫКЗ .

покрытии практически распространяется до третьей от нагружен-ной"плиты.

5. Приложение нагрузки по оси шштн приводит к более равномерному распределению усилий и перемещений и уменьшению усилий з плите.

Это необходимо учитывать при проектирований покрытия и его компановке,

6. Едя умзньтания перзмещениЯ и усилий в покрытии и воз-мокяссм его дальнэйшго повторного использования (оборачиваемости) необходимо осуществлять подготовку основания под покрытие путем создэеия выравнивающего слоя и его уплотнения.

7. Рассмотрение вопросов оптимизации параметров шшт показало, что для большинства грунтов и нагрузок целесообразно применение многосло&щх плит с заполнителем из волокнистого гофра, что обеспечивает максимальнуп неповреядаемость плит в процессе эксплуатации я их дальнейшее повторное использование.