автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Пространственная работа косых в плане металлических коробчатых пролетных строений мостов

минтранссгрой сссг всесоюнш орда октябрьской революции

научно-исслвдоваттский институт транспортного строительства (ЦНИИС)

ЫАШЧЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДШРОВЙЧ

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ РАБОТА КОСЫХ Я ПЛАНЕ ЫЕШЛИЧЕСКИК КОРОБЧАТЫХ . ПРОЛЕТШХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

Специальность 05.23,15 - Мосты и транспортные тоннели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

УДК [ 624.21.014.2:624.21.036.2] .001.5

Москва - 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожиом институте и во Всесоюзном ордена Октябрьской Революции научно-исследовательском институте транспортного строительства Минтрансстроя СССР.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент H.H.Глинка

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, профессор H.H.Стрелецкий

кандидат технических наук А.М.Тарасов

Ведущая организация: Государственный проектно-изыскател£

ский институт по проектированию и изысканиям больших мостов "Г^йрогрансмост"

Защита диссергации состоится 1990 г,

в час. на заседании специализированного Совета Д 133,01.01 при Всесоюзном ордена Октябрьской Революции научно-исследовательском институте транспортного строительства по адресу: 129329, г.Моснва, Кольская ул., д. I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЩ транспортного строительства.

Автореферат разослан

"¿0 " ОКТ<?(%)£ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Ж.А.Петрова

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Разработанная Шнтрангстроем ;СР и утвержденная Госстроем СССР программа "Мировой уровень1' юдусматризает к концу несущего столетия сокращение сроков введения мостовых сооружений вдвое, снижение трудозатрат до ,5-2 раз, а также расхода строительных материалов на 15-20 %.

Современные нормы проектирования автомобильных и железно-эрожных магистралей, рельеф местности, стесненность существуто-зй городской застройки и все всзрастащая интенсивность дриже-1я транспорта требуют выбора нейвыгоднейших для движения транс-зрта направления трасс. В результата возникают косые пересече-1Я, н, следовательно, косые в плана мосты и путепроводы, у во-эрых продольная ось находится под непрямым углом к осям сшра-1Я (рис. 1,в).

Все большее признание находит концепция, что мостовой пере-зд должен вписываться в наиболее рациональный вариант трассы, на наоборот.

Именно на стадии проектирования особо остро встает вопрос ациональности и надежности конструкций, а такие снижения их ые-аллоемкости за счет широкого внедрения прогрессивных кокструк-«вных решений.

В совреыеином мостостроении выполнению этих задач спосоост-ует применение прогрессивных стальных балочных коробчатых про-этных строений (Б1ШС), регламентируемых СНиПоы 2,05.03-84 "Мое-а и трубы* (экономический эффект от их внедрения составляет базе 800-900 тыс.руб. в расчете на I тыс.тонн металлоконструкций) ак наиболее эффективных конструкций для косых мостов.

Однако, недоучет особенностей работы косых БНШ, а порой и ренебрежение учетом косины опирания при их проектировании, может

X

Рис.1. Виды пересечений моста через реки (магистрали): а - прямое; б - косое с нормальным опиранием пролетного отроения; в - косое с косым опиранием; I - продольная ось моста; 2 - ось олирания; 3 - ось pekrt; 4 - угол косины об

существенным образом повлиять на эксплуатационные качества и даже несущую способность конструкции, что подтверждают имевшие место в 80-е годы аварии стальных косых мостов за рубежом.

Все возрастающая потребность в строительстве косых пересечений - с одной стероны, отсутствие в СНнП 2.05,03-84 и в других отечественных нормативных документах указаний по проектированию стальных косых мостов, недостаточная изученность пространственной работы таких конструкций и связанное с этим ограниченное применение этих рационально решений - с другой стороны, предопределили необходимость в проведении комплексных теоретико-экспериментальных исследований в области косых ЕКПС стальных мостов.

Работа выполнена на кафедре "Мосты и транспортные тоннели" МДДЙ в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой института "Исследование конструкций и методов расчета мостов и городских транспортных сооружений" (№ ГР 80078069) и в лаборатории металлических мостов ЦШЙСа по плану НИР Минтранс-строя СССР Стена ИС-90г2-427-04).

Цель работы - повышение эффективности применения прогрессивных стальных ЕКПС в косых мостах на основе совершенствования методов их проектирования; развитие инженерных методов расчета и рекомендаций по конструированию на основе новых- данных о пространственной работе косых мостов.. 2

Методика исследований включает в себя анализ результатов отечественного и зарубежного изучения данной проблемы; теоретические исследования пространственной работы стальных косых БКПС мостов; расчетные исследования с использованием приближенных методик и метода конечных элементов (ШЭ), реализованного на ЕС ЭШ; выполнение эксперимента на маломасштабных моделях и реальном мосту.

Научную новизну работы составляют;

- выявленные на основе ыногофакторного анализа новые закономерности и количественные оценки пространственной работы косо опертых стальных БШ1С постов;

- разработанный способ расчета косо опертых БКПО косых моо-тов, выведенные аналитические зависимости и расчетные формула для определения усилий и напряжений в конструкции}

- разработанные-инженерные расчетно-графические методики, алгоритм и программа расчета 5£ГЛ(3£" для определения налряженно-деформировышоро состояния косо опертьк стальных пролетных строений и оценки их прочности по СНиП 2.05.03-84. ■

Практическую зналиу.о,ст.ь работы определяют:

- предложения по утоодению и дополнению текста СНиП. 2.05.03-84 "Мосты и трубы" по-вогГросу проектирования косых мостов;

- "Пособие по проектированию косых в плане стальных балочных пролетных строений мостов", изданное в ЦНИИСе и содержащее разработанные инженерно-графические методики и рекомендации по конструированию;

- "Технические'предложения по проектированию балочных .стальных пролетных строений косых мостов",,разработанные по заказу Главного научно-технического управления Минтрансстроя СССР;

- программа расчета 8вП>б£ ".'позволяющая автоматизировать и повысить степень точности расчета стальных косых

' 3

мостов.

Внедрение результатов работы осуществлено при проектировании стальных косых ШПС, входящих в комплекс реконструируемого мостового перехода через реку Москву в Лужниках, а также в Г1Ш Тииротрансмост" при проектировании стальных мостов.

Публикация результатов и апробация работы. Основные положения диссертационной работы освещены в II статьях, в том числе одной за рубежом, в "Пособии по проектированию..." и 3 научно-исследовательских отчетах МАДИ и ЦНШС.

Отдельные разделы работы докладывались на всесоюзных научно-технических конференциях в МАДИ Ц984-8& гг.), в Казанском инженерно-строительном институте (1984-85 гг.) и в ТАДИ (Ташкен' 1984 г.), на конференции молодых ученых и специалистов ЦНШС (1989 г.), на кафедрах "Мосты" ЫАДИ (1986 г.) и МИИТа (1986 г.) на заседаниях секции постов Ученого созота ЦНШС (1933 и 1990 и

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения , 13 приложения. Основное содержа-

ние изложено На 157 страницах машинописного текста; диссертация содержит 49 иллюстраций, 10 таблиц, 179 позиций библиографии, из них 86 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РШМ

В первой главе сделан анализ тенденций развития, конструктивных и эксплуатационных особенностей и проблем проектирования стальных ВШС косых мостов, а также обоснованы и сформулированы задачи настоящей работы.

На основе передового отечественного и зарубежного опыта

мостостроения установлено, что современные цельнометаллические

ЕКПС, благодаря своим конструктивным особенностям, в том числе

комплексу архитектурных, технологических, эксплуатационных и 4

«отческих достоинств, являются наиболее эффективными и 1грессивныш конструкциями для косых мостов.

На основании выношенного анализа конструкций свальных 1С косых мостов, а чаюке опыта лх эксплуатации и экеперимен-ъяых исследований выявлено следующее:

- имеющиеся в литературе данные, о работе современных цель-[еталлических ШЮ с косым опиранием недостаточны для практи-кого использования при проектировании и нуждаются в дальней; развитии;

- уровень рациональности проектирования косых ВКГЮ зависит знания действительной работы конструкций под нагрузками, а

же от использования эффективных методов их расчета и рекоыен-ий по конструированию, достаточно полно' отражающих работу струкции и требования норматиеных документов.

В результате проведенного анализа современных норы проекта-ания стальных мостов выявлены следующие основные тенденции вршенствования проектирования косых мостов:

- все большее признание находит концепция, что мостовой пе-эд должен вписываться в наиболее рациональный вариант трассы, э наоборот;

- при проектировании косых пересечений постов через реки и ютрали применение косо опертых (косых в плане) ЕКПС (рис.Хе) ;печивает сооружению неоспоримые оксплуаяациошше итехннко-сомические преимущества по сравнении о нормально опертым» тоугольньши в плане) конструкциями (рис. I/б).

- до настоящего времени ни .в СНиП 2.05.03-34, ш в другой щческой литература (за небольшим исключением) нет указаний .оектировании косых пересечений с косиной¿8> 10° (рис.1,6), иске косо опертых мостов (рис. х,в); " •

нормы проектирования стальных мостов развитых стрлн

регламентируют проектирование косо опертых мостов (в том числе использование для расчеса приближенных методик), рассматривая их как эффективные и рациональные сооружения.

В связи с изложенный, основными задачами диссертационной работы являлись:

1. Проведение теоретических исследований пространственно работы стальных ШПС в свете совершенствования методов их про вотирования; при .этом необходимо было изучить следующие вопро сы и разработать соответствующие методики:

- формулирование главных теоретических аспектов рассматр ваемой проблемы}

- выявление и исследование особенностей работы под натру кой косых ЩПС и их пластинчатых элементов с учетом действуш нормальных и касательных напряжений;

" - разработка новых инженерных расчетно-графических метод: а на юс основе - алгоритма и программы расчета косых пролетнь строений мостов для использования в.практике проектирования.

2. Проведение экспериментального исследования работы кос ШПС по изучению особенностей работы конструкции и проверке < новных положений разработанных инженерных расчетно-графичесю методик.

3. Расчетные исследования на ЭВМ по изучению и уточнена характера, особенностей и закономерностей пространственной р боты косых ЕКПС под нагрузкой, с целью разработки практическ рекомендаций по их расчету.и конструированию.

4. Реализация и внедрение результатов исследования в практику проектирования.

При реализации Поставленных задач учитывалась специфика

современных стальных БКПС с ортотропной плитой проезда: толш

стенок и поясов главных балок; соотношение их длины к

6

ирине; размеры и формы поперечных сечений, а также величины х относительной жесткости - в пределах /£^41,0;

онструкции диафрагм и поперечных связей.

Во второйглаве представлены результаты тео-«тических исследований пространственной работы БШЮ стальных юстор.

Дан анализ современного состояния методов расчета косых в шале тонкостенных БНШ.

В настоящее время строительная механика располагает много-шсленными методами расчета тонкостенных пролетных строений 1амкнутого сечения, однако большинство из них предполагают пря-юугольний план рассчитываемой конструкции. Большой вклад в исследование мостов со стальными БКПС ачесли- советские ученые: З.А.'Ильясевич, П.ш.Лапкович, Б.Ы.Броуде, А.В.Александров, А.А. 1етропавловский, О.В.Лужин, А.А.Поташшн, М.Е.Гибшан, К.П.Большаков, Н.Н.Стрелецкий, П.Ы.Саламахин, Ц.Н.Богданов, Б.Е.Улицкий, 1.В.Урбан, А.С.Платоьов, В.Ц.Фридкин, С.К.ТерлецкиЙ, В.И.Попов, С.А.Скрябина, Е.Н.Тролко и др.

В направлении создания и развития методов расчета носьвс в хлане мостов различных систем работали советские ученые: В.В. *ацурин, В.С,Кириллов, .А.¿Александров, Г.'А.Нольде, Б.Е.Улицкий, S.Г.Игнатьев, Ю.М.Егорушсин, Р.И.Рубинчик, М.Е.Гибшман, П.М. Зарвак, Э.Р.Гольник, А.З.Семенец, В.Г.Лиманокий и др., а такие зарубежные ученые: Ф.Ванслебен, К.Шлзйхер, К.Мюллер, Я.Балаш, 1.Ханушка, Д.Мотзлей, Г.Хоеланд, Х.Хомберг, А.Щиндлер, Р.Маркс, В.Кржистек, К.Уильям, А.Скорделис и др.

На основе анализа методов расчета косых мостов, с учетом высказанных в печати мнений отечественных и зарубежных ученых я опыта проектирования косых мостов, была выявлена недостаточность существующего уровня юс расчета для использования в прак-

•7

тике проектирования.

Достаточно строгие методы пространственного расчета вес

ма трудоемки, а их применение на стадии вариантного проектир

вания не всегда экономически оправдано, а также часто ограни

чено из-за отсутствия надлежащей вычислительной техники или

программного обеспечения; это относится и к экспертной оценк

грузоподъемности и испытаниям сооружения.

Установлено,, что к основным проблемам расчетного поряди

возникшим перед инженерами-проектировщиками, относится отсут>

вие инженерных методик расчета, которые с приемлемой точност:

отражают работу конструкции, доступны для пользователя и уни

нереальны для решения широкого круга практических задач.

Проведенные автором расчетные (по приближенной методике

исследования позволили выявить в первом приближении и исслед!

вать особенности работы БШС косых мостов и их пластинчатых

элементов с учетом нормальных и касательных напряжений в зав!

симости от различных факторов, а также определить задауи для

последующих экспериментальных и расчетных по МКЭ исследован}':

Установлено, что в косых коробчатых балках максимальные _, юс

нормальные напряжения <3^, , вызванные фактором косого опирал могут быть соизмеримы с соответствующими напряжениями Со'

.ЛВС

временной нагрузки, а касательные ¿-^ от косины - значителы

превышать соответствующие напряжения от временной нагруз]

Фактор стесненного крушения , ) оказывает значи'

но меньшей влияние на работу БКПС, чек фактор косого опирали: ._) кос .кос

С, 'с ); в то же время касательные напряжения от свободн<

кручения конструкции Скр во многих случаях соизмеримы с касг ^кос

тельными напряжениями ъ-кр ', вызванные фактором косины.

На основании проведенного автором анализа конструкций стальных БКПС Ш мостов, а также с учетом обобщенных материа!

баора их опита эксплуатации и экспериментальных исследований, истематизированы основные факторы, влияющие на работу конст-укции.

Влияние косины опирания на пространственную работу ВКПС в бщем случае зависит от рада факторов:

- статической схемы пролетного строения;

- величины » где - длина пролета, 3 - ширина;

- конструкции и схемы установки опорных частей;

- характера и места приложения временной нагрузки.

В то же время влияние косины возрастает с увеличением:

- угла косины пролетного строения сС ;

- параметра относительной жесткости поперечного сечения

$ - б^/роу •

На основании выполненных теоретических обобщений сформули-званы и схематично представлены пути совершенствования методов юекгировашя ШЮ косых мостов, которые позволили выявить 1авные теоретические аспекты рассматриваемой проблемы:

- совершенствование и автонатиза^я инженерных методов рас-¡та стальных косых БЧПС для стадии вариантного проектаровайия;

- разработка рекомендаций по конструировании косых ЕКПС;

- совершенствование методов проектирования стальных косых ютов.

Автором разработал способ инженерного расчета косых пролег-х строений мостов, основанный на классических теориях стержне-х дискретных систем и тонкостенных стержней с недефорыируемым нтуром, а также методах линейных преобразований и начальных раметров. :

Предложенный способ с приемлемой точностью для стадии ва-антного проектирования отражает работу конструкции и в разви-з существующих методик расчета позволяет определить усилия и

9

напряжения в любой точке разрезных и неразрезных БКПС парал-лелограммного плана при произвольном задании нагрузок и расчетных сечений в прямоугольной системе координат.

Расчет косых БКПС выполняется в два этапа: на первом - от самоуравновешенной группы сил для упругой протяженной (4>/^>4) балки - пластинки параллелограммного плана (рис,2, а); на втором - от действия закручивающей группы сил, вызванной косиной опирания, для упругого бруса с косыми торцами (рис.2, д).

Общие изгибающий и крутящий (М^.) моменты, а также

поперечные силы $ в расчетном сечении ■ОС ,У косого пролетного строения от гюстояшых и временных равномерно распределенных нагрузок ^ определяются по формулам:

мгЩ"}у> {1)

г

- изгибающие и крутящие моменты от нагрузки ;

« о)

— - геометрические постоянные;

^щг/сс' тщ^ - <«

силы, которые в свою очередь вызывают дополнительные изгибающие (/??$,) и крутящие (/71х.) моменты:

и увеличивают опорные реакции /Ф^ в опорном узле 2 тупого угла и уменьшают опорные реакции в опорном узле I острого угл

. (б)

где - суммарная опорная реакция на опоре 0; 10

(8)

к* ^

Рис.2. Расчетные схемы разрезных косых гоолетных строений: а - упругая балка-пластинка параллолограм-много плана; б,в,г - вертикальные нагрузки; д -упругий брус с косыми торцами; в - эпюры перемещений ^ крайних главных балок

и £ду - соответственно крутильная и изгибная жесткость поперечного сечения ЕШС;

- перемещения опорных у.?лов крайних главных балок.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований работы стальник косых БКПС под нагрузкой на маломасштабных моделях из алюминиевого сплава.

Целью экспериментального исследования являлись:

1. Изучение и уточнение характера и особенностей напряженно-деформированного состояния пластинчатых элементов косых БКПС в зависимости от изменения многочисленных факторов.

2. Изучение распределения нормальных-напряжений по ширине поясов косых коробчатых балок.

3. Проверка результатов расчетных исследований пространственной работы косых БКПС на ЭШ.

4. Проверка положений и точности разработанной инженерной методики расчета косых БКПС.

Для выполнения экспериментальных работ автором был разработан специальный стенд.

Получены новые выводы, характеризующие особенности пространственной работы косых БКПС в зависимости от изменения многочисленных факторов и направленные на рационализацию проектирования и совершенствования таких конструкций.

Установлены закономерности работы косых БКПС в зависимости от характера и места расположения временной нагрузки, конструкции и схегч установки опорных частей (04), характера влияния направления подвижности 04.

Выявлено усиление неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине скошенных участков поясов, вызванное увеличением косины опирания коробчатых балок.

Установлено, что влияние конструкции диафрагм на пространственную работу стальных косых БКПС более существенно, чем в нормально опертых:

- симметричные компоненты нагружения вызывают в конструкции развитие искривляющих напряжений, в связи с чем целесообразней размещать диафрагмы под прямым углом к продольной оси моста;

- установка в опорном сечении совместно с косой диафрагмой дополнительной прямой повышает жесткость однопролетной конструкции при кручении и изгибе;

- наличие косой диафрагмы над промежуточной опорой неразрезного БКПС вызывает снижение поперечных напряжений Св

поясах над опорой до 50 %, а постановка двух ортогонально рас-32

положенных диафрагм от каждого угла к противоположной стенке - еще в большей степени, до 90 %.

Анализ результатов проведенных экспериментов выявил приемлемую точность разработанного способа инженерного расчета косых Б101С, что свидетельствует о его правомерности.

Экспериментальные исследования на физических моделях для изучения влияния таких геометрических факторов, как оС , £о/$ , 67-1 !ЕС1у требуют изготовления большого количества моделей, порядка 20-30. По этой причине наряду с экспериментальным был принят расчетный метод исследования на'ЭВМ.

Четвертая глава посвящена исследованию и расчету на ЭВМ пространственной работы косых БКПС с использованием МКЭ, реализованного в вычислительном комплексе "ЛИРА" (Киевский НИИАСС).'.

В рамках общей методики исследования, принятий в дйссер-. тационной работе, ставилось целью получение относительных величин, характеризующих изменение усилий, напряжений и прогибов конструкции: полученные величины для косой модели сравнивались с соответствующими величинами для эквивалентной по геометрическим размерам модели прямоугольного плана. Отношение •полученных величин в результатах давало серию безразмерных коэффициентов (¿1 , а построенные графики их изменения в зависимости от факторов с(, , , /Е&у правомерно использовать для качественной й количественной характеристики работы косо опертых БКПС относительно нормально опертых.

Всего в расчетном исследовании использовалось 19 моделей, одинаковых по геометрическим размерам с экспериментальной, но различающихся величиной урла косины опирания , геометрическими размерами в плане £>/$ , а также граничными условиями,

жзсткостндаи характеристиками поперечных сечений и статической

13

схемой конструкции.

На основании результатов расчетного исследования установлены важнейшие особенности напряженно-деформированного состояния косых БКПС, улучшающие по сравнении с эквивалентными нормально опертыми работу конструкции под нагрузками:

- снижение изгибающих моментов Му , нормальных напряже-

лок до двух раз и более;

- повышение аффективной ширины поясов в надопорных участках неразрезных балок;

- повышение несущей способности и жесткости косых БКПС при одинаковых длине пролета ¿-о , геометрических и жесткостных параметрах, до 1,5-2 раз.

Установлены качественные и количественные закономерности работы косых БКПС под нагрузками, в том числе с учетом нормальных продольных ) и поперечных ) напряжений, касатель-них изгибних напряжений ¿^ и касательных от свободного кручения в пролете и на скошенных участках, поперечных сил и опорных реакций.

Впервые для косых стальных БКПС выполнены ыногофакторныа исследования по' учету неравномерного распределения нормальных напряжений СЕ^. в псясах главных балок; предложены приближенные зависимости, позволяющие на основе полученных эмпирических данных приближенно оценить величины аффективной ширины поясов £ ,

Увеличение косины опирания вызывает уменьшение величин на скошенных участках, где эффективная ширина поясов может составлять 0,Ь-0,35 действительной ширины, и нао ;рот, увеличение

до 1,5 раг и более над'промежуточными опорами неразрезных

р в середине пролетов и соседних участках, над промежуточными опорами неразрезных ба-

БШ1С. 14

На основе комплексного анализа полученных эмпирических данных разработаны серии графиков, позволяющие определить внутренние усилия, напряжения, прогиби и эффективную ширину поясов стальных косых БКПС относительно соответствующих величин эквивалентных конструкций прямоугольного плана в зависимости от изменения многочисленных факторов.

В пятой главе разработаны инженерные расчетно-графические методики по расчету стальных БКПС косых мостов и рекомендации по их конструированию.

На основании полученных эмпирических данных и графиков, а также с уютом имеющихся к настоящему времени отечественных и зарубежных материалов исследований в этой области, разработана "Методика предварительной оценки работы косых пролетных строений по графикам".

Методика имеет следующие технические возможности (рис.5"): получить достоверную информацию о работе конструкции, оперативно определить величины усилий, напряжений, прогибов и эффективной ширины поясов по графикам; выполнить предварительную оценку несущей способности элементов конструкции по СНиП 2.05.03-84.

Методика содержит 27 серий графиков и сводную таблицу, ■ содержащую: описание характера и особенностей пространственной работы несущих элементов под нагрузкой и формулы для определения перечисленных показателей.

На основе созданного способа расчета косых БКПС мостов разработана "Методика инженерного расчета косых пролетных строений мостов", которая совместно с "Методикой предварительной оценки..." предназначена для решения практических задач по расчету стальных косых мостов на стадии вариантного проектирования. Технические возможности методики расчета показаны на схеме рис.4..

Методика расчета применима также для экспертной оценки

ТЛ) ивстних условий и решение общих вопросов констру оьания

чроьания

Г3£

I

га

я ый

•г* Н Н О) О о

а г. и Г- Ь '

О 43 Н05 о ® сн н

ЕЭ

О ГЧ (

•ТЭч

а О < 0,1 и ;

I

О

а) в

§ сЗ

ы о о м и

а>

13 сь

НЕ-.

О о

о,с

а>

я

о

1 Г 1

1 1 1 н

О н О

1 1 1 . О, О о

О СО О 1 с; я 3 в

но 1-| К X £ якос 'Ч

О'03 ь ^ о; м я

Ойе СцЦ И ¡1 нжм >»п «

и е- пго > 0) Д (0

ОЕ«С г о о) и д «

о о те сця ь Еч О, и в

О (Ч -( Н 65 С О ^

Разработка вариантов конструктивной схемы моста

Определение объемов материала вариантов конструкция

м »1

<а н

4

1 1 ♦ ♦ ♦

X 1 1 ш ш 1

1 н 1 " 1 н а> 1 а о 1

о о £> о, ь а> о а о 1 я « О Сц

я и: )•: о ш о о Й ¡6 гЧ — г- о

о о О.П о с о о « к £ Ч МЕ к о

К к Н Й (г Ч И Н я О к 6,2 оз сча ® о „

Б) Ы а) ей о и" о о . я л я«-; сцо к 6-1 >ч

Св ы Ж э и с а О « £ ФЕЙ КО}« х Й Э

МЕЙ О И Н Г о ш и о р- & П М со Ь

Ы Ф >-< «чш- Ю г: С4 О 0) 03 (в со Ф с$ Н Рн Аа

ньо ЙНЧС Ич К £-> Й Р»(Г Он !Ц

Новые инженерные расчетно-графические

методики и рекомендации __

Методика предваратеж ной оценки работы косш пролетшсс строений ш графикам

Методика инженерного рас чета косых пролетных строений мостов

Рекомендаций по конструированию косых пролетных строений мостов

Технико-екс комическая оценка н сравнение вариантов конструкции

Оптимизация конструкции по требованиям СПиД 2.05.03-84

Рис.3. Блок-схема проектирования косых пролетных строений мостов

Расчет конструкции ---

Ж

Методика предварительной оценки работы

Мвтодгкэ ию?в- у верного рясчотя |

Оценка несущей способ-нссти члемен-тор конструкций по СНлП 2.05.0: 84

Проверка ПРОЧНОСТИ

ЕГо по)мал> 1шм напряжениям CRm у-

Но касательным налпчже- НЯЯМ ■

I Проверка { общей

устойчв-| достй

Проверка допус-тимих волями и упругих гтрогл-боа пролетного строения

Для железнодорожных мостов J

Для автодорожных, город ских и до. мостов

а. 4.Клок-exегч расчета косых тхлетнш. строений постоя

17

грузоподъемности косых БКПС в стадиях строительства, эксплуатации и при испытаниях сооружения и содержит: теоретическую и расчетную части; расчетные схемы косых пролетных строений, в том числа разрезных и неразрезных с произвольным соотношением длин пролетов и набором главных балок в поперечном сечении; 13 таблиц с расчетными формулами для пролетных строений с различными статическими схемами и схемами загружения временной нагрузкой.

На основании созданной методики расчета разработан алгоритм и составлена программа *ЗКЕ\л/ В911>6ЕЛ расчета косых пролетных строений на базе современной вычислительной техники, позволяющая повысить степень- точности расчетов, автоматизировать, ускорить и снизить трудозатраты проектирования стальных косых мостов.

Для нувд практики проектирования автором разработаны "Рекомендации по конструированию косых пролетных строений мостов", гда отражены особенности конструирования элементов БКПС (поясов, стенок, диафрагм и поперечных связей), в том числа эскизы конструкции.

Рекомендации состоят из трех разделов: I - "Общие полоне- , ния"; 2 - "Несуще элементы стальных косых пролетных строений"; 3 - "Опорные части и условия опирания косых пролетных строений?

Шестая глава, посвящена реализации и внедрению результатов работы в практику проектирования и их экономическому обоснованию.

Сформулированы лрздложения по уточнению и дополнению текста СНиП 2,05.03-84 "Мосты и трубы" по вопросу проектирования косых мостов для следующей редакции.СНиПа.

Разработана усовэршенствованная "Принципиальная схема вариантного проектирования косых пролетных строений мостов'Чрис.'З)

Информация о характере, закономерностях и особенностях работы элементов конструкции в зависимости от парамет-

ос Ж''-В

Т ' ТЗу

идэратавнов оп-редаяенав прогибов, усилий и напряжений в элементах конструкции по графикам • в-зависимости от параметров:

главных балках

£3

£ау

Г

^'""Прогиб

Над промежуточной опорой (неразрезная)

В поясах

М"

Изгибающий момент

.Опорные реакции

■Й

Поперечные силы

В области 3 острых В пролете

опорных Я тутшх и над опо-

узлов углах рами

_ дууяг-Изгпбавдий

Определение нап-ряканяй в элементах конструкция по нормативным формулам

Нормальные продольные напряжения

£

V Касательные язгябныа напряжения

и Изгибающий момент

Нормальные продольные напряаания

Касательные

изгябные

напряжения

4,

Зффективная сирина дояса

Нормальные продольные наполнения

и^едоариг-эльная оценка несущей способности элементов конструкции ■ПО СНиП 2.05.03-84

Рио,5. Влок-схема методики предварительной оценки работы косых пролетных строений по графикам

позволяющая перейти па качественно новый уровень проектирования косых ¿1ЫС - с применением новьгх данных о работе конструкции, разработанных инженерных расчетно-графических методик и рекомендаций по конструированию.

В .сачесгве практического пособия разработано, издано в ДЬИИСе и внедрено ,:Пособие по проектированию косых в плане стальных балочных пролетных строений мостов", где на современном методической уровне изложены разработанные инженерные рас-четно-графичаские методики и. рекомендации по конструированию.

Разработанные методики и рекомендации настоящей работы использованы при проектирований косого Ш1С, входящего ь комплекс реконструируемого мостового перехода'через реку Москву в Лужнйках, а также вошли в научно-технический отчет № ГР 80078069, приняты и внедрены в ПИ "Гипротрансыост" для проектирования стальных мостов.

По заказу Главного научно-технического управления Минтранс-строя СССР в 199о г. разработаны "Технические предложения по проектировашю балочных пролетньк строений косых мостов".

Общая экономическая эффективность от внедрения результатов диссертационной работы в практику проектирования достигается за счет следующих показателей:

- снижения металлоемкости косо опертого ЙКПС по сравнению с нормально опертым вследствие уменьшения длины пролета первого п возникновения разгруж*шцего эффекта у несущей конструкции от постоннных и време^ших нагрузок;

- совершенстгоаания и автоматизации методов расчета косых 1*ШС, и как следствие этого - снижения металлоемкости запроектированной конструкции, а также уменьшения трудоемкости расчета; и составляет в расчете на I топну металлоконструкции 202 руб.

для косины сч!= 4Ь° и 31о руб. для оС= 30°; при этом металлсеь«-20

кость БКПС снижается соответственно на 13 и 21 %.

В приложениях приведены материалы по внедрению результатов настоящей работы з производство, экономическим и статистическим расчетам, программе расчета для вычислительной техники, а также проведению экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложены научно обоснованные технические разработки, позволяющие повысить эффективность применения прогрессивных стальных БКПС в косых мостах, надежность и эксплуатационные качества таких конструкций, и направленные на совершенствование методов их проектирования на основе использования новых данных о работе косо опертых БК11С, разработанных инженерных расчегно-графических методик, практических рекомендаций по конструированию и автоматизации методов расчета. •

2. Змявленч новые закономерности и количественное оценки пространственной работы косо опертых БКПС с учетом специфики стальных конструкций с ортотропнэй плитой проезда и в зависимости от изменения различных параметров: угла косинысС =15°-г90°, статической схемы главных балок; соотношения ¿¿/^ =ст18 длины к ширине пролетных строений; типов, размеров и относительной жесткости 0,1+1,0 их попэречклх сечений; конструкций опорных частей, диафрагм и характера нагрузки.

3. На основе полученных эмпирических данных разработана "Методика предварительной оценки работы косых пролетных строений по ¡райкам", предназначенная для практики проектирования

и позволяющая: выполнить оценку несущей способности конструкции по СНиИ 2.05.03-84; получить достоверную информацию о работе элементов косых ШГ по сводной таблице и определить величины усилий, ; алряжений и прогибов главных балок в зависимости от

изменения параметров , , /£Зу используя 27 серий

графиков.

4. Получены практические выводы по учету неравномерного распределения нормальных напряжений пс ширине поясов косо опертых БЬШ и разработаны серии графиков для приближенной оценки эффективной ширины поясов в косых мостах.

5. Установлены важнейшие особенности работы стальных косых Б1£ПС, улучшающие по сравнению с эквивалентными нормально опертыми работу конструкции под нагрузками: снижение изгибающих моментов нормальных напряженийи прогибов^ в середине пролетов и соседних участках, а также Му и над промежуточными опорами неразрезных балок до 2 раз и более; повышение эффективной ширины поясов в надопорных участках неразрезных балок до 1,5 раз и более; повышение несущей способности и жесткости косых БКЕЮ дс 2 раз.

6. Разработан способ инженерного расчета косых пролетных строений мостов, основанный на классических теориях стержневых дискретных систем и тонкостенных еуержней с недеформируемым контуром, позводящий в развитие существуищих методик определить усилия и напряжения в любой коощинате разрезных и неразрезных БКПС параллелограммного плана при произвольном задании нагрузок и расчетных сечений в декартовой прямоугольной системе координат

7. На основе созданного способа расчета разработана "Методика инженерного расчета косых пролетных строений мостов" и алгоритм, отражающие с приемлемой точностью для практики проектирования работу конструкции, позволяющие оценить влияние дополнительных факторов, связанных с косиной опирания, и применимые также для экспертной оценки грузоподъемности к 2ых мостов.

6. Разработанная программа Вк11>б£ " позволяет ав-

томатизировать процесс расчета по предлагаемой методике и повы-22

сигь степень точности расчетов.

9. Разработанные "Рекомендации по конструированию косых пролетных строений мостов" содержат ряд новых предложений и конструктивных решений, направленных на рациональное проецирование и совершенствование конструкций стальных БКЛС косых мостов и снижение их металлоемкости.

10. Внедрение результатов работы в практику проектирования (предложения к СНиЛ 2.05.03-84; изданные "Пособие по проектированию..." и Технические предложения по проектированию косых мостов"; мост через реку Москву в Лужниках; разработанные методики и рекомендации в отчете о НИР №> ГР 80078069, внедренного в ГШ "Гипротрансмост") будет* способствовать повышению эффективности, надежности и эксплуатационных качеств стальных косых мостов,а также снижению трудозатрат и ускорению работ по их проектированию.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Попов В.И., Маличенко С.В. Экспериментальные исследования работы коробчатых балок на изгиб// Прочность транспортных сооружений: Труды МДДИ. - M., 1983. - с. 59-63.

2. Попов В.И., Маличенко C.B. Влияние косины на напряженное состояние металлических коробчатых пполетных строений //Прочность сооружений автомобильных дорогах:Труды МАДЙ,М.,1984.-с.74-79.

3. Попов В.И., Маличенко C.B. Исследование неравномерности распределения нормальных напряжений на модели косого пролетного строения //Проектирование и содержание -мостов на автомобильных

порогах: Труды МДЦП. - И., 1984. - с. 54-58.

о

4. Попов В.И., La-'шченко C.B. Исследование работы стального коробчатого пролетного строения //Тез.докл. ХХХУ1 научн.конф. ШЖ. 2-11 апр. 1984 г. - Казань, 1984. - с. 58.

5. Попов В.И., Ыаличенко C.B., Мснов Б.И., Верцыан Н.Г. Испытанно стального моста коробчатой конструкции // Транспортное строительство. - ]98Ь. - № 7„ - с. 9-10.

6. Маличенко С.Б, 0 влиянии косины опирашя на напряженнее состояние некоторых мостовых систем с коробчатыми балками//Тез. докл. ШУП научи.конф. КИСИ. - Казань, IS85, - с. 47.

7. Романов A.A., »Маличенко C.B. Приближенный расчет косых

в плане металлических коробчатых пролетных строений мостов //Надежность конструкций мостов и тоннелей: Труды МАДИ. - М., 1986. - с. 00-06,

8. Романов A.A., Маличенко C.B. Учет неравномерного распределения нормальных напряжений по ширина плит при расчете косых в плаче коробчатых пролетных строений //Надежность конструкций постов и тоннелей: Труды М4ДИ. - Ü.,1986. - с. 87-92.

9. Шличекхо C.B. Исследование напряженного состояния плит косо опертых коробчагих пролетных строений с использованием метода конечных элементов //Совершенствование методов распета строительных конструкций: 'Груды ШДИ.-М. ,1937. - с. I08-II2.

10. Попов В.П., Маличенко C.B. Особенности пространственной работы косых коробчатых пролетных строений мостов // àtûLveSailky cascpis, ЧССР. - 1987. - № .8, т.. 35. - с. 589-602.

11. Ыаличенко С.З. Выбор оптимальных геометрических и жесткостннх. параметров конструкции пролетного строения при проектировании косо опертых стельных балочных мостов /Дез.докл.конф. молодых ученых я специал.ЦНИИО, 11-12 нояб.1989 г. - М.,

.1989. - и. 19.

12. Маличенко C.B. Пособие по проектированию косых в плане стальных балочных пролетных строений мостов. - â., 1(г1йИС, 1990. - ИЗ с. 24