автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Стальные конструкции мостов из ортотропных плитных элементов

направахрукописи

ПЛАТОНОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВ ИЗ ОРТОТРОПНЫХ ПЛИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05.23.11 - «Проектирование и строительство дорог,

метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004 г.

на правахрукописи

ПЛАТОНОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВ ИЗ ОРТОТРОПНЫХ ПЛИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05.23.11 — «Проектирование и строительство дорог,

метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва^20Ь4> К- *" ■";!':

* * <« > ГГ ' 'I > I у) >

, '•*» 0»(" Ч, I

Работа выполнена в

ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Потапкин Анатолий Алексеевич доктор технических наук, профессор Почечуев Александр Петрович доктор технических наук, профессор Саламахин Павел Михайлович

Ведущее предприятие ОАО «Гипротрансмост»

Защита состоится 26 марта в 10 час.

на заседании Диссертационного совета Д 303.018.01 при ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства», по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО ЦНИИС

Автореферат разослан

Отзыв в двух экземплярах просим направлять в адрес совета.

Общая характеристика работы Актуальность

Стальные конструкции из ортотропных плитных элементов (рис. 1) получили расширенное применение в пролетных строениях и пилонах мостов в последние 30 лет. В первые 20 лет объемы их внедрения составили около 1000 тыс. м2 проезжей части, а к 2003 году превысили 3000 тыс. м2.

Плитные ортотропные элементы легче железобетонных в 3-4 раза при прочих равных условиях. Это главное достоинство и предопределило области их рационального применения:

- пролетные строения балочно-неразрезных, вантово-балочных, висячих и других систем больших пролетов автодорожных и городских мостов, в которых собственный вес составляет основную долю расчетной нагрузки. Применение стальных конструкций из ортотропных плитных элементов уменьшает расчетную вертикальную нагрузку мостов от собственного веса в 2-2,5 раза. Эффект проявляется при этом существенной экономией материалов на пролетные строения, опоры, пилоны и фундаменты, благоприятными условиями взаимодействия мостов с геомассивами, а также: исключением сезонности монтажных работ, возможностью конструирования главных балок постоянной высоты, удобной для монтажа их продольной надвижкой или внавес с большими консолями;

- балочные пролетные строения, малых и средних пролетов автодорожных, городских и железнодорожных мостов, в том числе наплавных* и разводных, сборно-разборных для временного и краткосрочного восстановления, где использование легких стальных конструкций оправдано функциональным назначением моста, технологическими и экономическими соображениями.

Создание современных вантово-балочных и висячих мостов, поражающих воображение огромными величинами пролетов, оригинальностью и прогрессивностью решений, было бы немыслимо без использования стальных ортотропных конструкций. Более того, мировая практика мостостроения выдвигает сегодня необходимость использования еще более легких конструкций.

Таким образом, ортотропные плитные элементы, являясь основными функциональными частями пролетных строений и пилонов, определяют уровень технико-экономических параметров всей системы мостового сооружения: «пролетное строение-опоры (пилоны) -фундаменты-геомассивы».

Вместе с тем большое разнообразие ортотропных плитных конструкций на начальном этапе внедрения в мостостроение не отвечало требованиям технологичности при заводском изготовлении и монтаже, а также надежной эксплуатации.

Потребительские свойства стального проката для мостостроения не отвечали в полной мере особенностям работы ортотропных конструкций, в

а - унифицированная конструкция с продольными ребрами полосового сечения; б - конструкция моста для моста через реку Волга в г. Ульяновске с продольными ребрами коробчатого сечения

Рисунок 1. Примеры монтажных секций ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов

первую очередь в части обеспечения ударной вязкости и свойств в направлении Z (по толщине). Отсутствовали критерии предельных состояний для таких конструкций и методы их расчета в предельном состоянии. Использование ортотропных стальных конструкций в железнодорожных мостах явилось вообще новым направлением развития мостостроения. Все это приводило постоянно к достижению компромиссов по противоречивым требованиям: минимизация расхода стали или трудозатрат на изготовление и монтаж; использование при расчете предпосылок только упругой или упругопластической стадии работы материала в предельном состоянии; учет условных или фактических схем передачи нагрузок на ортотропные элементы через конструкции мостового полотна и др.

В связи с этим, создание научных основ разработки эффективных конструктивно-технологических решений стальных конструкций из ортотропных плитных элементов является актуальной проблемой.

Цель

Целью работы является создание научных основ разработки конструктивно-технологических решений пролетных строений и пилонов, компонуемых из плитных ортотропных элементов, различных конструктивных систем, климатического исполнения и функционального назначения с высокими технико-экономическими показателями.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- обосновать технические решения ортотропных плит проезжей части, рациональные по совокупному учету требований миниминизации расхода стали, трудозатрат при изготовлении и монтаже, а также надежности в эксплуатации;

- разработать методы расчета ортотропных плит проезжей части автодорожных, железнодорожных и городских мостов, учитывающих особенности конструкции, мостового полотна и воздействий подвижной нагрузки, в том числе для железнодорожных мостов на прямых и кривых участках пути, а также физически и геометрически нелинейные процессы при деформировании плит в предельном состоянии по прочности с обоснованием соответствующих критериев;

- исследовать потребительские свойства толстолистового проката низколегированного и экономнолегированного для конструкций из ортотропных плитных элементов с учетом специфики их работы, особенно в части обеспечения высоких значений KCU и KCV в конструкции обычного и северных А и Б исполнений и свойств по толщине проката - в направлении Z;

исследовать потребительские свойства проката двухслойного коррозионностойкого для ортотропных балластных корыт железнодорожных пролетных строений;

- исследовать экспериментальным путем (на лабораторных образцах и натурных объектах) закономерности работы ортотропных плитных элементов

на поперечный и продольный изгиб в упругой и упруго-пластических стадиях работы, в том числе в предельном состоянии по прочности и до исчерпания несущей способности;

- провести комплексные опытные работы на железнодорожных пролетных строениях, установленных на действующей сети железных дорог с интенсивным движением и Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке;

- научное сопровождение проектирования, изготовления и монтажа конструкций уникальных мостовых сооружений, в том числе с проведением приемочных обследований и испытаний и анализом полученных результатов;

обобщение результатов теоретических, экспериментальных лабораторных и натурных исследований, в том числе при эксплуатации, с подготовкой требований по применению в мостостроении новых конструктивно-технологических решений для учета в нормативных документах.

Научная новизна

1. Разработана концепция оптимизации конструкции ортотропной плиты проезжей части автодорожных, железнодорожных и городских мостов - по совокупному учету требований минимизации расхода стали, технологии заводского изготовления и монтажа, надежности в эксплуатации.

2. Установлены новые закономерности взаимодействия листа настила ортотропных плит с подкрепляющими его продольными ребрами различных типов и разработана автоматизированная методика учета этих закономерностей при расчете плитных на поперечный изгиб (по схеме «плитно-балочных конструкций») с учетом геометрического нелинейного деформирования.

3. Обоснован критерий предельного состояния ортотропной плиты при работе на поперечный и продольный изгиб, определяемый ограниченным развитием пластических деформаций материала в конструктивных элементах определенной величины, безопасной для эксплуатационных свойств сооружения.

4. Установлены новые закономерности деформирования ортотропной плиты проезжей части автодорожных и городских мостов в предельном состоянии по прочности и до исчерпания несущей способности. Впервые разработан автоматизированный метод их учета при расчетах плиты на поперечный и продольный изгиб, основанный на решении последовательными приближениями нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих изгиб гибких ортотропных пластинок за пределом упругости работы материала с разложением этих уравнений на системы линейных уравнений по методу конечных разностей.

5. Разработаны научный основы формирования потребительских свойств низколегированного толстолистового проката и его сварных соединений при заводском изготовлении и монтаже ортотропных конструкций обычного и северных А и Б исполнений.

6. Впервые разработана научная концепция применения ортотропных конструкций из двухслойной коррозионнойстойкой стали в балластных корытах железнодорожных пролетных строений, включающая обоснование конструктивно-технологических решений и методов расчета, отражающих специфику передачи нагрузки от подвижного состава на плиту на прямых и кривых участках пути.

7. Обоснованы конкретные формулы проверок и прочности ортотропных конструкций.

Практическая ценность и реализация

1. Результаты работы включены в СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", изменения и дополнения к этому документу 1991 года, стандарты Корпорации "Трансстрой": СТП-004-97, СТП- 005-97, СТП-006-97, СТП-012-2002 и другие действующие нормативные документы, а также проекты новых СНиП и СП "Мосты и трубы, что обеспечило при дополнительном научном сопровождении массовое внедрение ортотропных конструкций в автодорожных, железнодорожных, пешеходных, городских мостах различных систем, назначения, обычного и северного А и Б исполнения.

2. Разработанные конструкции из плитных ортотропных элементов применены при проектировании, заводском изготовлении и монтаже практически всех стальных автодорожных и городских мостов в нашей стране, в том числе при реконструкции МКАД и строительстве 3-го транспортного кольца в г. Москве. Общий тоннаж смонтированных конструкций около 800 тыс. тонн, а также в типовом проекте Гипротрансмоста инв. № 1298 стальных коробчатых пролетных строений 33,6 и 45,0 м для прямых и кривых участков пути, обычного и северных А и Б исполнений. По этому проекту предприятиями ЗАО "Воронежстальмост" и ЗАО «Курганстальмост» изготовлено 135 пролетных строений. Они установлены в мостах России, в том числе на БАМ, и стран СНГ. По оригинальности исполнения и достигаемому эффекту при монтаже и эксплуатации данные конструкции не имеют аналогов в мостостроении. (Общий тоннаж внедренных конструкций около 10 800 т).

3. Новые конструктивно-технологические решения защищены 12 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и полезные модели.

Предмет защиты

1. Научно-обоснованные технические решения стальных конструкций из ортотропных плитных элементов обычного и северных А и Б исполнений пролетных строений и пилонов различных систем автодорожных, пешеходных и городских мостов и закономерности их напряженно-деформированного состояния при работе на поперечный и продольный изгиб в упругой стадии, предельном состоянии по прочности и состоянии, предшествующем исчерпанию несущей способности.

2. Методы теоретического анализа напряженно-деформированного состояния ортотропной плиты проезжей части автодорожных и городских мостов при работе на изгиб с учетом факторов физической и геометрической нелинейности; критерии предельного состояния по прочности, а также результаты соответствующих экспериментальных исследований.

3. Закономерности влияния легирования, вредных примесей и технологических металлургических процессов на эксплуатационные и сварочно-технологические свойства проката низколегированного и экономнолегированного для изготовления конструкций из ортотропных плитных элементов.

4. Технические решения железнодорожных пролетных строений с балластным корытом ортотропной конструкции и с главными балками коробчатого сечения, компонуемых из ортотропных плитных элементов, и закономерности их напряженно-деформированного состояния на прямых и кривых участках пути.

5. Методы теоретического анализа работы железнодорожных пролетных строений с учетом фактического состояния мостового полотна и специфики воздействия подвижной нагрузки на прямых и кривых участках пути, результаты соответствующих экспериментальных исследований.

6. Закономерности влияния легирования, вредных примесей и технологии металлургических процессов обуславливающие эксплуатационные и сварочно-технологические свойства проката двухслойного коррозионностойкого для изготовления балластных корыт из ортотропных плитных элементов железнодорожных пролетных строений.

Апробация

Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на следующих научных форумах:

1.Ученый совет ЦНИИС, 1970-2003 гг.

2. Секция "Мосты" Ученого совета ЦНИИС, 1970-2003 гг.

3. Научно-технический семинар по экономии металла и других строительных материалов при проектировании объектов для транспортного строительства. "Уралгипротранс", Свердловск, 1974.

4.Научно-техническая конференция "Особенности проектирования и строительства Байкало-Амурской магистрали в сложных инженерно-геологических условиях". Минтрансстрой, МПС, Чита, 1975.

5.Международный симпозиум АИПК, Москва, 1978.

6. Научно-техническая конференция "Повышение эффективности и качества транспортного строительства на БАМе, а также в других районах Сибири и Дальнего Востока. Минтрансстрой, ЦНИИС, Москва, 1979.

7. Всесоюзное научно-техническое совещание "Достижения и передовые методы защиты от коррозии железнодорожных транспортных конструкций". МПС, ВНИИЖТ, ЦНИИТЭИ, Москва, 1982.

8. Российско-израильский семинар "Строительство и эксплуатация мостов", Москва, 1995.

9. Вторая международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта МПС, Московский государственный университет путей сообщения, Москва, 1996.

10. Научно-практическая конференция "Проблемы строительства, реконструкции и эксплуатации мостовых сооружений в крупных городах. Корпорация "Трансстрой", Москва, 1995.

11. Международный симпозиум "Исследования и строительство в экстремальных условиях", Международная академия информатизации, Москва, 1996.

12. Международная конференция "Передовые технологии на пороге XXI века, посвященная 145-летию со дня рождения В.Г. Шухова, Правительство Москвы, Международный и Российский Союзы научных и инженерных общественных объединений, Москва, 1998.

13. Российский семинар (конференция) "Повышение надежности строящихся и эксплуатируемых мостов", Федеральный дорожный департамент, Павловский дорожный учебно-инженерный центр. Павловск, 1998.

14. Техническая конференция "Проблемы проектирования и строительства сложных мостовых сооружений на магистралях московского мегаполиса". Корпорация "Трансстрой", Москва, 1999.

15. Научно-практическая конференция "Скоростные автомагистрали в мегаполисах. Корпорация "Трансстрой", Москва, 1999.

16. Научно-практическая конференция "Современные методы проектирования, строительства и эксплуатации мостов", посвященная 70-летию Мостотреста. Корпорация "Трансстрой", Москва, 2000.

17. Научно-практическая конференция "100 лет Парижской золотой медали Российского мостостроения (Проскуряковские чтения). МИИТ, Москва, 22.12.200.

18. Научно-практическая конференция «Опыт проектирования и строительства однопилонного вантового моста с пролетом более 400 м (мост через р. Обь у г. Сургута)», Корпорация «Транссстрой», Москва, 18-19 апреля 2001 г.

19. Международная научно-практическая конференция «Градоформирующие технологии XXI века», Москва, 11-12 сентября 2001 г.

20. Семинар «Современные высокопрочные низколегированные стали для строительной индустрии», ЦНИИчермет им. И.П. Бардина, Nibinm Produkt Company., Москва, 1-3 октября 2001 г.

21. Международная научно-практическая конференция «Новые конструктивно-технологические решения при сооружении пролетных строений мостов». Корпорация «Трансстрой», 16-17 октября 2002 г., Москва.

22. Заседания Ассоциации мостостроителей России. Москва, 1995-2002 гг.

23. Результаты работы экспонировались на ВДНХ в 1987-1989 гг. Автор награжден двумя золотыми и одной серебряной медалями.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 72 печатные работы в научно-технических сборниках и профессиональных журналах, в том числе 12 изобретений и полезных моделей, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, 7 нормативных документов.

Состав и объем

Диссертация состоит из общей характеристики работы, семи глав, основных выводов, списка литературы из 140 наименований; изложена на 361 странице, содержит 33 таблицы и 84 рисунка.

Содержание

В первой главе изложено состояние вопроса, обоснована актуальность решаемой проблемы, поставлены цель и конкретные задачи научных исследований, определены методы исследований, изложены выносимые на защиту вопросы, научная новизна и практическая значимость работы.

Главы со второй по четвертую включительно посвящены автодорожным и городским мостам, а главы с пятой по седьмую включительно -железнодорожным мостам.

Во второй главе рассмотрены основные решения конструкций из ортотропных плитных элементов в автодорожных и городских мостах с историческим анализом тенденций развития за рубежом и в нашей стране (за последние 30 лет). В основу положены литературные источники, проекты, а также работы диссертанта, указанные в реферате.

Большой вклад в развитие ортотропных конструкций внесли: доктора технических наук Большаков К.П., Попов С.А, Потапкин А.А., Почечуев А.П., Саламахин П.М., Стрелецкий Н.Н., Улицкий Б.Е., Шишкин В.Ю.; кандидаты технических наук Агеев B.C., Гребенчук В.Г., Дорошкевич А.А., Егоров В.П, Егорушкин Ю.М, Иванайский Е.А., Мамлин ГА, Митропольский Н.М, Молгина Г.М., Орлов В.Г., Пемов И.Ф., Попов В.И, Польевко В.П., Скрябина Т.А., Фукс Г.Б., Чепрасов Д.П.; инженеры Брук Л.И, Бялик Б.Ф., Верцман Н.Г., Гитман Э.М., Гурьев С.В., Журавов Л.Н., Капунников И.К., Копырин В.И.,

Корноухов Г.П., Кручинкин А.В., Маринов Б.Д., Монов Б.Н., Опанасенко О.В., Передереев Б.М.,, Подберезный Н.И.

Из аналитического обзора следует, что объектами применения ортотропных плитных элементов явились пролетные строения балочных, вантово-балочных, висячих и комбинированных систем, открытого, полуоткрытого и коробчатого поперечного сечения, а также стальные пилоны мостов различного назначения в том числе оригинальной аэроустойчивой конфигурации.

Преобладающее распространение за рубежом получили одноярусные конструкции ортотропных плитных элементов, состоящие из листового, полотнища, ортогонально подкрепленного в одном уровне продольными и поперечными ребрами. Распределение массы металла в рационально запроектированных конструкциях составляет: лист настила - 50-55 %, продольные ребра - 30-35 %, поперечные балки - 15-20 %. При этом масса ортотропной плиты проезжей части достигает 30-40% от массы всего пролетного строения.

В отечественном мостостроении применяли сначала три принципиально различные конструктивные формы ортотропных плитных элементов: с двухъярусным расположением продольных и поперечных ребер, одноярусные, подобные зарубежным, и щитовые, окаймленные по периметру (полностью или частично) уголками или швеллерами. Это многообразие приводило в каждом конкретном случае к удорожанию мостов.

Положение усугублялось большим разнообразием конструктивно-технологических решений ортотропных плитных элементов по габаритным размерам и ориентации монтажных блоков, типу продольных ребер и узлов их пересечения со стенками поперечных балок, заводских и монтажных сварных, болтовых и комбинированных стыков.

Значительное влияние на общую эффективность ортотропной конструкции оказывает тип продольных ребер и их стыков. Выделено три типа:

- открытого поперечного сечения: сварные или из прокатных профилей (простых или образованных роспуском сложных, в том числе роспуском листа на полосы);

- коробчатого поперечного сечения, как правило, холодногнутые из листа толщиной 5-6 мм, реже сварные;

- комбинированные сварные, включающие в себя элементы коробчатого и открытого сечения.

Продольные ребра коробчатого сечения применяют чаще за рубежом, однако за этим стоят ошибочные предпосылки о неизменяемости их контура при изгибе плиты, достаточной надежности односторонних угловых сварных швов малых катетов и другие.

Вариантное проектирование выявило (табл.1), что металлоемкость пролетных строений в зависимости от типа продольных ребер может колебаться в интервале от 0 до 4 %.

Таблица 1

Показатели расхода стали на пролетное стрсекие вактоао-балопнок системы моста чере! р. Днепр в Киеве при различных шлих

продольных ребер ортотропнон плиты

Показателя Тип н сечение продольного ребра ортогропной плиты

чнч ^JS-J

ЗХ и f il

. M

Фибровые напряжения продольного ребра, кгс/см3 £ -684-2314 -641 1993 -662 2354

Площадь поперечного сечения продольного ребра, см1 60,0 58,2 104,3(52,15)

Масса 1 \с плиты без учета поперечных балок, хг 156,8 152,1 136,7

Масса 1 м2 плиты с поперечными балками, кг 211,0 206,3 190,9

Масса 1 м3 плиты с монтажными элементами, юг 213,2 209,3 195,2

Тоже, % 109 107 100

Расход стали на орготропную шшту пролетного строенил, т 2992,1 2938Д 2739,&

Эффект снижение массы главных балок за счет резервов шопы, т 73,0 55,9 0

Масса пролетного строения, т 5600,Q 5563,2 5420,7

То же, % 103,3 Г02,б 100

В работе показано, что наиболее экономичными по совокупным затратам оказываются решения с продольными ребрами из простой полосы и прокатного уголка. При сложившихся стоимостных затратах на стальной прокат, изготовление и монтаж конструкций приоритет должен отдаваться наиболее технологичным решениям (рис.2).

Дополнительно из рассмотрения тенденций развития признано целесообразным:

при подборе рабочих сечений плиты изменять толщину листа настила, оставляя без изменения сечения подкрепляющих элементов, что улучшает распределение колесной нагрузки по плите и обеспечивает одинаковыми многочисленные стыки продольных ребер и поперечных балок и узлов пересечения продольных ребер со стенками поперечных;

выполнять монтажные стыки покрывающего листа сварными встык, а продольных ребер и поперечных балок на высокопрочных болтах;

ориентацию монтажных блоков вдоль пролетных строений с габаритными размерами по длине и ширине, обеспечивающими минимальный раскрой толстолистового проката и оптимальное использование площади железнодорожных платформ при перевозке монтажных блоков в горизонтальном положении без прикрытия.

Из анализа реализованных проектов следует, что поперечные сечения пролетных строений различных систем могут иметь различную конфигурацию в зависимости от конкретных условий и компоноваться из плоских ортотропных элементов и блоков главных балок двутаврового, Ь —образного или коробчатого сечения, включающих в себя также фрагменты ортотропных плитных элементов.

Вместе с тем выявлена целесообразность прогрессивной универсальной технологии сооружения мостов с использованием унифицированных коробчатых блоков полной заводской готовности, включающих фрагменты ортотропных элементов.

Решение, оптимизированное по приведенным затратам, отличается от минимизированного по расходу стали, как показали результаты исследования, увеличенным в 2-2,5 раза шагом поперечных балок (за счет этого уменьшается количество поперечных балок и их стыков и, главное, сложных в исполнении многочисленных узлов пересечения продольных ребер со стенками поперечных балок) и, как следствие, повышенным на 4-6 % расходом стали.

Работа диссертанта в части проектирования, заводского изготовления, монтажа и эксплуатации данных конструкций закреплен в действующих нормативных документах различных уровней в том числе СНиП 2.05.03-84* и СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы».

При разработке нового проката для конструкций из ортотропных плитных элементов уделено повышенное внимание и обеспечение необходимой прочности, пластичности и сплошности в направлении толщины, повышению ударной вязкости, позволяющему осуществить (переход на контроль КСУ

шах!шит 13200 (14200)

Ту=2.67

Вариант 1 Вариант 2

180x12-200x15 1140x90x10-160x100x10 у у =2.67 у у =2.85

111=0,166 1 \ ш=0,334 / /

ьх 1 1 1 1- — _ и

а-400 -350

V * г,-*"'.

Р, - площадь стенки поперечной балки;

ри - площадь полки поперечной бадки;

I - пролет поперечной балки;

Р - расчетная нагрузка на лист от колеса;

Му максимальный изгибающий момент в поперечной балке:

с* и (Ту-максимальные напряжение соответственно

прольных ребрах и поперечных балках;

Рисунок 2 .

Схема оптимизированного ортотропного плитного элемента

вместо KCU), а также комплексу научно-технических проблем, связанных с понятием "свариваемость".

Этими проблемами наряду с диссертантом занимались специалисты институтов ЦНИИчермет, ВНИИЖТ, НИИмостов, ЦНИИпроектстальконструк-ция, металлургических комбинатов "Азовсталь", "Северсталь", "Носта (ОХМК)".

Большой вклад внесли: Агеев B.C., Большаков К.П., Гладштейн Л.И.., Гоцуляк

A.А., Гребенчук В.Г., Конюхов А.Д., Кручинкикн А.В., Морозов Ю.Д., Мулько Г.Н., Патон Б.Е., Пемов И.Ф., Передереев Б.М., Подберезный Н.И., Татарников

B.В., Толокин, Л. И., Шафигин Е.К., Шишкин В.Ю.

Выявлены при этом важные закономерности формирования потребительских свойств. Показано, что при регламентированных ГОСТ 6713 требованиях к содержанию вредных примесей серы и водорода, получить стабильные механические свойства проката по временному сопротивлению и относительному сужению не представляется возможным. Фактографические исследования выявили полную идентичность строения поверхностей разрушения при испытаниях на разрывных образцах и образцах расщепления. Это означало, что несплошности в макроизломах и низкая прочность в направлении толщина проката взаимосвязаны и вызваны совместным действием двух факторов: скопление в осевой зоне сульфидов марганца и водородным охрупчиванием.

Установлено также, что для повышения механических свойств проката в направлении Z необходимо существенное, по сравнению с ГОСТ 6713, уменьшение загрязненности сульфидами и снижение структурной и химической неоднородности содержания водорода, а гарантирование требуемого уровня Z - свойств обеспечивается лишь

при содержании серы не более 0,015 % и ограничения содержания водорода не более 3,0 см3 на 100 г. металла. Снижение содержания серы и фосфора способствует существенному повышению ударной вязкости KCV. Так, требуемый уровень KCV > 29,0 Дж/см2 при -20° С для проката категории 2 и при -40° С для категории 3 обеспечивается при снижении содержания серы и фосфора менее 0,015 и 0,020 % соответственно.

Данные выводы были реализованы в дальнейшем диссертантом при разработке требований к прокату толстолистовому экономнолегированному (с микролегированием ванадием или ниобием) базовых марок 15ХСНДА и 10ХСНДА по ТУ 14-1-5120-92.

Главное требование заключалось с резким ограничением» в прокате серы и фосфора. В зависимости от класса проката массовая доля серы и фосфора установлена не более:

Кроме того, на основе анализа предшествующего опыта совершенствования стального проката для мостостроения приняты следующие концепции обеспечения высоких потребительских свойств стального проката для ортотропных конструкций:

- сохранение свойственных ГОСТ 6713 категории проката 1,2 и 3 по виду термообработки, что наряду с прочим обеспечивает условия для производства проката с необходимыми механическим свойствами;

- ужесточение по сравнению с ГОСТ 6713 требований по допустимым расслоениям металла в изломах надрезанных образцов. Так, расслоения в прокате 1-го класса признали недопустимыми и они снижались в 4 раза в прокате 2-го класса, что создавало, предпосылки к повышению сопротивляемости проката хрупким разрушениям;

- поставка проката с гарантированным уровнем механических свойств в направлении толщины, что обеспечивает соблюдение в этом отношении требования СНиП 2.05.03-82* . Временное сопротивление разрыву в направлении толщины проката не менее 75 % (для 1-го класса) и не менее 50 (для 2-го) временного сопротивления разрыву в плоскости проката по ГОСТ 6713;

- нормы допускаемых дефектов для проката 1-го класса, отвечающие требованиям 0-го или 1-го классов сплошности, и для металлопроката 2-го класса - 1-го и 2-го класса сплошности по ГОСТ 22727;

- дополнительные испытания на ударный изгиб на образцах с острым' надрезом вида У (образцы Шарпи).

Выполненные (в соответствии с действующими нормативными документами) экспериментальные исследования механических свойств, химсостава и структуры нового проката в состоянии поставки толщиной 12-40 мм подтвердили правомерность технических требований ТУ 14-1-5120-92 и свидетельствовали о повышенной пластичности и вязкости металла.

Так, например, показатели относительного удлинения в большинстве случаев укладывались в интервал (19-25 %).

Результаты испытания показали: значения ударной вязкости КСи при температурах +20° С, -20° С, -40° С, -60° С и -70° С; ударной вязкости КСУ при температурах -20° С, -40° С и во многих случаях при -60° С (табл. 2); угла изгиба на широком образце положительные.

Излом образцов во всех случаях волокнистый. В структуре металла преобладает мелкое зерно 9-10 баллов, по сравнению с металлом проката по ГОСТ 6713, в котором преобладает зерно 8-9 баллов.

Установлено также, что сварные соединения проката из стали 10 (15) ХСНДА, полученные односторонней одно- и двухпроходной сваркой под флюсом, чувствительны к низкотемпературному охрупчиванию, особенно по линии оплавления.

Для изучения причин этого явления совместно с проф. Чепрасовым Д.П. и к.т.н. Иванайским Е.А. (Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова) проведены исследования общей и тонкой структуры шлифов, вырезанных из стыковых соединений. При этом были применены рентгеноструктурный (на установке ДРОН-2) и фрактографический (на сканирующем микроскопе с большой глубиной резкости) методы оценки изломов образцов после их испытания на ударную вязкость.

Установлено, что длительное пребывание зоны термического влияния (ЗТВ) шва в области высоких (свыше 1300° С) температур при сварке проката на повышенных погонных энергиях приводит к более полному растворению в аустените карбидов ванадия и ниобия, росту зерна аустенита, диффузии углерода из основного металла в наплавленный, насыщению расплавов фосфором. Последующее охлаждение вызывает формирование неблагоприятной видманштеттовой структуры, выпадение из аустенита карбонитридов ванадия и ниобия, которые приводят к локальному искажению кристаллических ячеек феррита и, следовательно, к снижению подвижности дислокаций.

Снижение погонной энергии сварки устраняет отмеченные недостатки, что учтено в практических конструктивно-технологических решениях сварных соединений.

Для рассмотренных видов проката исследованы и рекомендованы практические конструктивно-технологические решения заводских и монтажных соединений. Они включены в действующие нормативные документы.

Третья глава посвящена разработке методов расчета ортотропной плиты проезжей части автодорожных и городских мостов на поперечный и продольный изгиб с учетом физической и геометрической нелинейности работы. При этом принималось во внимание, что ряд задач об изгибе жестких ортотропных пластинок при загружении их равномерно-распределенной нагрузкой и в упругой стадии работы материала решены в работах Амбарцумяна С.А., Вольмира Н.С., Лехницкого С.А

Однако эти решения не могли быть использованы для исследования напряженно-деформированного состояния ортотропных плит проезжей части автодорожных и городских мостов, поскольку не учитывали особенности их конструктивной компоновки, загружения нагрузками от скатов автомобилей в виде отдельных «пятен», а также фактическое состояние конструкции в предельном состоянии по прочности, которое, как показано далее, не ограничивается только упругой работой материала.

Из работ указанных авторов следует, что погрешность расчетов по уравнениям изгиба жестких ортотропных пластинок зависит от степени

Таблица 2

Результаты серийных испытаний толстолистового прокат» марок 10ХСНДА и 15 ХСПДА по ТУ 14-1-5110-91_

Марка Класс Категория Толщина мм Плавка партия Массовая доля, % Ударная вязкость, КСУ кгсм/см1 при С*

Р в +20 0 -20 -40 -60 -70

10ХСНДА 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 12 14 20 Э-40790 Э-40683 Э-40686 Э-40791 0.012 0.013 0.012 0.011 0.013 0.013 0.008 0.013 18.5 15.5 16.0 8.0 7.8 20.8 20.8 17.2 9.8 9.0 11.5 Ш 13.8 10.2 5.1 5.1 18.8 19.4 16.8 5.8 8.9 8.2 10.0 9.8 10.2 3.6 3.6 10.8 12.8 18.8 6.1 4.5 5.2 8.5 8.0 8.8 3.6 3.0 14.5 13.8 14.5 4.8 3.0 3.6 7.2 6.2 6.0 2.0 2.6 2.6 7.4 5.5 3.5 3.8 3.8 6.5 и 3.8 1Я 1.4 1.2 5.6 10.5 1.6 3.2 1.6

3 16 Ю-40943 0.013 0.015 22.0 23.8 22.0 21.6 9.0 14.4 13.8 9.2 9.9 16.0 14.2 14.8 12.5 7.0 8.0 1.2 4.8 1.5 .

2 2 2 1 1 1 10 14 16 Э-40820 Э-40687 Э-40594 0.014 0.016 0.011 0.018 0.015 0.019 10.0 9.0 9.8 17.2 19.0 17.5 7.0 8.8 6.0 62 5.8 16.8 14.4 14.4 5.4 5.5 4.5 4.5 4.8 10.5 12.8 11.4 3.9 4.0 3.8 3.5 3.8 6.5 10.2 7.2 3.6 3.9 4.5 4.0 4.0 6.0 6.1 4.8 2.2 3.2 22. 2..8 2.0 1.9 4.5 3.0 1.6 1.0

2 12 Э-40873 0.020 0.009 16.1 19.8 19.4 16.2 15.5 16.6 11.5 6.6 10.6 9.4 4.1 6.1 1.4 2.5 3.5 2.4 2.8 1.2

2 • 2 2 3 3 12 16 32 3-40873 Ю-40954 Э-40769 0.020 0.011 0.017 0ЮО9 0.019 0.015 17.0 16.2 16.8 21.0 20.6 17.5 16.0 18.1 18.1 11.5 10.8 10.4 17.6 14.4 19.8 10.6 17.8 108 8.0 8.8 8.8 15.6 16.2 12.6 8.2 10.6 5.8 5.8 6.0 5.5 7.1 7.5 8.5 5.0 4.8 3.1 .3.6 3.4 3.9 2.6 6.8 4.9 4.2 1.8 1.6 4.5 4.5 22 0.9 1.1 2.8 1.9 0.8 0.9

3 3 14 Ю-408866 0.018 0.025 18.0 17.6 17.6 16.8 14.4 14.4 11.2 11.1 10.2 7.4 6.0 8.5 4.8 2.5 4.8 5.1 3.8 6.0

15ХСНДА 1 1 10 Ю-40619 0.013 0.010 16.8 14.0 16.5 11.2 10.5 7.0 8.0 6.8 6.8 3.0 3.2 4.0 1.8 1.6 3.6 1.4 1.1 1.4

3 3 1 12 20 Ю-40666 Ю-40551 0.012 0.025 0.026 0.011 11.2 11.5 9.8 12.8 8.0 9.0 7.8 100 6.8 6.8 4.2 7.5 3.5 3.8 7.5 2.8 2.8 1.5 1.5 1.5 1.0 1.1 1.2 0.8 0.7 0.9 0.8 0.8 1.8 1.0

3 3 12 КМОббб 0.012 0.026 13.8 11.8 12.4 8.5 10.4 9.0 6.0 5.8 >.2 4.8 4.9 4.5 7.0 12 1.4 1.0 10. 1.2

Примечание. Категория 1 поставлялась термоупрочненной с прокатного нагрева

дисперсности подкрепления листа и от относительной распределенности внешней нагрузки по площади плиты.

В ортотропных плитах автодорожных мостов продольные ребра жесткости расставлены с малым интервалом и правомерность замены фактической системы континуальной здесь не вызывала сомнения. Иначе обстоит дело с поперечными балками и распределением нагрузки вдоль моста. Поперечные балки расположены редко, а их жесткость превышает значительно жесткость продольных ребер. Если в поперечном направлении нагрузка от колеса автомобиля распределяется на один или больше отсеков (с учетом распределяющей роли дорожного покрытия), то в продольном направлении на длину намного меньшую расстояния между поперечными балками.

Таким образом, чтобы избежать погрешности в расчетах, потребовалось учесть дискретность расположения поперечных балок.

Указанный «пробел» был устранен в работах Скрябиной Т. А., Саламахина П.М. и Попова В.И. однако при сохранении расчетных предпосылок изгиба жестких ортотропных пластинок в упругой стадии работы материала.

Систему дифференцированных уравнений в частных производных, описывающую изгиб гибких, ортотропных пластинок, вывел впервые Ростовцев Г.Г. применительно к расчету авиационных конструкций. Однако решения этой системы найдено не было.

Важное практическое значение приобрела частная задача о пространственном взаимодействии листа настила с подкрепляющими его продольными ребрами.

В зарубежных нормах, например, DIN 1072 и DIN 1079 введена зависимость между толщиной t листа настила и расстоянием а между продольными ребрами следующего вида.

взаимодействия листа и продольных ребер, равный 0,17.

Очевидно, что единый коэффициент т не может корректно описывать особенности работы листа с продольными ребрами различных типов.

Таким образом, с учетом вышеизложенного потребовалось решить следующие задачи:

- о пространственном взаимодействии листа настила с подкрепляющими его продольными ребрами при загружении колесной нагрузкой по исходной и деформированной схеме с варьированием геометрических параметров конструкций;

- об изгибе ортотропных плитных элементов от конкретных загружении колесной нагрузкой с учетом физической и геометрической нелинейности с

где допустимы упругий прогиб листа между продольными

ребрами из условия надежной работы дорожного покрытия;

т - поправочный коэффициент, учитывающий особенности

проведением соответствующих теоретических исследований напряженно-деформированного состояния;

- по обоснованию критериев предельного состояния ортотропных плитных элементов по прочности с разработкой формул расчетных проверок прочности;

- об особенностях расчета металлических пилонов.

Показано, что лист настила совместно с продольными ребрами представляет из себя тонкостенную плитно-балочную конструкцию, для теоретического исследования работы которой под временной нагрузкой целесообразна автоматизированная методика пространственных расчетов на конкретные загружения конструкций с произвольной формой поперечного сечения, разработанная в общем виде проф. Улицким Б.Е. и проф. Потапкиным А.А. Использована программа метода перемещений пространственного расчета по схеме "плита-стержень-плита". Основная система образовалась введением распределенных связей в узлах i, за которые принимались места пересечения двух и более реальных "плит", которыми являлись участки листа настила или продольных ребер, заключенные между смежными узлами.

Задачу о пространственном взаимодействии элементов ортотропной плиты с учетом геометрической нелинейности решали итерационным способом. На первом этапе расчета учитывали проектную геометрическую схему, а затем деформированную с внесением корректировки в исходную геометрическую схему. Методика оказалась универсальной в части оценки напряженно-деформированного состояния листа настила и подкрепляющих его продольных ребер на различных стадиях нагружения вплоть до предельного состояния.

Результаты расчетов ортотропных плит с равными t и а, но различными типами продольных ребер (простая полоса, коробчатое трапециевидного очертания из прокатного уголка, образованных продольной разрезкой коробчатых ребер) показали, что значение m зависит от крутильной жесткости ребер, а именно: при полосовых ребрах m получается действительно равным ~ 0,17, а в других случаях равным ~ 0,34. Это имеет принципиальное значение для рационального назначения ant Выявлено, что замкнутые коробчатые ребра из тонкого толщиной 4-6 мм проката не обладают из-за деформативности контура существенными, преимуществами в распределении нагрузки поперек плиты по сравнению с ребрами открытого сечения.

Результаты исследования были использованы при проектировании мостов и вошли в п. 4.178 СНиП 2.05-03-84* "Мосты и трубы".

Задачу об изгибе ортотропных плит проезжей части мостов с одновременным учетом физической и геометрической нелинейности диссертант решал, приняв за основу известную в теории анизотропных плит систему дифференциальных уравнений, которой удовлетворяют одновременно взаимозависимые факторы: прогиб и функция напряжений.

Здесь применительно к рассматриваемым конструкциям принято: Ч(х,у) - внешняя поперечная нагрузка, вызывающая изгиб плиты; <р - функция напряжений; о - прогиб;

Охи - изгибные жесткости ортотропной плиты в ортогональных направлениях и .

О =

Ь'х > Ь'у >

а в

а и Ь - расстояния между продольными ребрами и поперечными балками плиты соответственно;

- моменты инерции продольного ребра и поперечной балки соответственно;

- действительная крутильная жесткость плиты ,

где аг - эмпирический коэффициент;

Е, в, ц - модули упругости, сдвига и коэффициент Пуассона материала;

Т[> Т1у, Г^ - мембранные продольные усилия в плите;

- продольные усилия в плите от совместной работы ее с главными балками.

Левая часть второго уравнения, приравненная только к поперечной нагрузке представляет уравнение изгиба жестких физически или

конструктивно анизотропных плит.

Один из путей учета дискретности поперечных балок заключался в нагружении плиты, состоящей только из листа и продольных ребер, реакциями удаленных поперечных балок.

Диссертантом предложено приближенное, но достаточное по степени достоверности автоматизированное решение системы методом последовательных приближений с разложением дифференциальных уравнений на линейные системы уравнений по методу конечных разностей.

Решение позволило представить внешнюю нагрузку и правые части дифференциальных уравнений в виде факторов, отнесенных к узлам сетки. При этом корректно решался также вопрос о конечноразностном представлении граничных условий. При использовании метода конечных разностей учтены известные положения, например, опубликованные в работах Безухова Н.И., Лужина О.В., Скрябиной Т.А. и других.

Поскольку действительная несущая способность ортотропных плит при изгибе, как показали результаты исследований, превышает значительно условную, определяющей упругой стадией работы материала, то следует концепция о целесообразности расчета ортотропных плитных конструкций при проектировании по методу предельных состояний с соблюдением основных методических положений ГОСТ 27751 "Надежность строительных конструкций и оснований". Предельное состояние 1а характеризуется не полным исчерпанием несущей способности плиты, а ограниченным развитием пластических деформаций материала, величина которых обусловливать следующими факторами (порознь или в сочетаниях): повреждением ездового покрытия, усталостью или хладноломкостью материала в зоне пластического деформирования или частичным выключением плиты из совместной работы с главными балками за счет образования остаточной «погиби» конструктивных элементов.

Указанным условиям отвечает состояние, при котором в середине пролета наиболее нагруженных продольных ребер образуются от расчетных нагрузок остаточные фибровые деформаций порядка 0,7 % при сохранении упругого ядра в верхней части.

От нормативных нагрузок признано целесообразным ограничиться учетом упругой стадии работы материала.

Диссертантом разработаны конкретные формулы проверки прочности плиты в целом и ее конструктивных элементов.

Например, наиболее важную проверку прочности растянутого при изгибе ортотропной плиты крайнего нижнего волокна среднего продольного ребра в зоне отрицательных моментов главных балок пролетного строения предложено выполнить по формулам:

устхс + т,х|ахр£11ут;

<*хс + т2Яу„ш,

где расчетное и нормативное сопротивления металла продольного

ребра;

Ч7» Хи т>П1|,т2 - коэффициенты условий работы;

Установлены конкретные значения этих коэффициентов для различных расчетных комбинаций.

При разработке формул для проверки прочности листа настила исходили из энергетического условия пластичности, по которому пластические деформации начинаются в тех участках, где интенсивность напряжений достигает величины, равной напряжению текучести при линейном напряженном состоянии. Этому условию отвечает формула:

о-,1 -<т,<г} — а\

геометрическая интерпретация которой представляет эллипс - предельный контур пластичности.

Из рассмотрения этого условия совместно с диаграммами Мора для напряжений и деформаций при плоском напряженном состоянии следует, что

начало текучести определяется величиной и знаком соотношений между главными напряжениями.

Формула проверки прочности отвечает условию ограничения интенсивности

где - е-, - предельная упругая деформация при плоском напряженном состоянии; с£> - номинальная остаточная деформация соответственно для растянутых « + » и сжатых «-» участков конструкции.

Нормативные требования получили апробацию при проектировании многих мостов и вошли полностью в приложение 18 (обязательное) СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы".

Для оценки напряженно-деформированного состояния ортотропных конструкций пилонов использованы комплексные методы статических и динамических расчетов вантово-балочных пролетных строений, основанные на правилах известного в строительной механике автоматизированного многофункционального метода конечного элемента (МКЭ).

Для учета на мосты ортотропной конструкции ветровых воздействий использован дополнительно расчетный комплекс "Диана", разработанный Митропольским Н.М., который позволил рассчитывать сложные ортотропные системы с числом пространственных узлов до 1000 при 4000 степеней свободы. Диссертантом разработаны расчетные схемы пилонов ортотропной конструкции, по которым учитывали пространственное взаимодействие пилонов со всеми частями мостового сооружения: балки жесткости, гибкие несущие элементы (ванты) и даже фундаменты на стадиях монтажа и эксплуатации. Использование этих схем позволило оценить напряженно-деформированное состояние пилонов в целом и фрагментов плитных ортотропных элементов.

В четвертой главе рассмотрены результаты экспериментального исследования работы на изгиб плитных ортотропных конструкций в упругой и упругопластической стадиях. В методическом отношении оно развивалось по двум направлениям:

- лабораторные на моделях;

- натурные на реальных конструкциях, как правило, входящие в комплекс приемочных обследований и испытаний пролетных строений.

В обоих случаях для исследования напряженно-деформированного состояния конструкций использованы современные расчетные и экспериментальные тензометрические методы.

При планировании экспериментов на моделях использовали положения теории подобия и размерности.

Приоритет отдавали физическому моделированию с целью изучения процессов, происходящих в металлических конструкциях. Модели изготавливали из стального проката с такими же физико-механическими

характеристиками и сварочно-технологическими процессами, что и в прототипе.

Модели плитной ортотропной конструкции испытывали по двум вариантам, имитирующими работу на растяжение или сжатие в составе пролетного строения.

Схема испытания листа настила принята по указанным вариантам одинаковой.

Обустройства экспериментального стенда обеспечивали при необходимости местный изгиб листа, общий изгиб модели или одновременно обеих этих воздействий (рис.3).

В процессе исследования местного изгиба листа настила испытательная нагрузка превосходила нагрузку, отвечающую упругому состоянию листа в 13,7 раз. При этом отсутствовали разрушения, связанные с нарушением сплошности конструкций. Этот факт свидетельствует о больших резервах несущей способности листа.

Воздействие испытательной нагрузки на изгиб листа распространялось, главным образом на 5 панелей между продольными ребрами. Это показало, что, расчетную схему изгиба листа в поперечном направлении плиты можно принять в виде неразрезной пятипролетной пластинки на упругоподатливых и поворачивающихся опорах, каковыми являются продольные ребра.

Установлено также, что в листе помимо изгибных возникают и мембранные напряжения. Доля мембранных напряжений увеличивается по мере роста испытательной нагрузки и общего прогиба листа.

При этом

Стмем = (ст + а") 0,5 и атг = ±(а"'а) 0,5,

где агмем и Сиз,. - значения мембранных и изгибных напряжений по нижней и верхней фибрам листа; - соответственно суммарные фибровые

напряжения.

На специальных моделях получены данные по локальному (в месте передачи колесной нагрузки) развитию в листе настила линий Чернова-Людерса. Эти линии появляются, как известно, в пластической стадии работы конструкций от сдвигов под действием максимальных касательных напряжений (рис.4,5) анализ их распределения представил определенный интерес для оценки особенностей деформированного листа.

Когда ах и <гу разных знаков (точки 1 и 2 рис. 4), максимальные касательные напряжения равны

Г мах = +4г2ху

и действуют по площадкам, нормальным к плоскости Х,У, т.е. к плоскости горизонтального листа. Если ах = ау, (точка 1), то направление площадки действия максимальных касательных напряжений составляет приблизительно

1 - домкрат с манометром, 2 - домкрат с месдозой, 3 - система • силовой рамы и балок для обеспечения общего изгиба модели, 4 - конструкции, имитирующие передачу нагрузки от ската автомобиля на лист настила плиты

Рисунок 3. Обустройства стенда для испытаний моделей ортотропной плиты

угол 45° с осью X. При увеличении соотношения угол направления

площадки действия максимальных касательных напряжений уменьшается.

Если же стх и сту одного знака, как это имеет место в точке 3 ( рис.4), то максимальные касательные напряжения приблизительно равны

ПРИ (°у>ст*)

Сравнительное испытание моделей с остаточными напряжениями от сварки и без них (после термического отжига выявили заметное влияние на общую деформативность плит остаточных напряжений от сварки и заключалось оно в следующем.

Если результирующее напряжение от совместного действия испытательной нагрузки и остаточных напряжений от сварки не превышали предела упругости материала, то соблюдается принцип упругого наложения этих напряжений. После превышения предела упругости начинались пластические деформации материала в соответствии с его физико-механическими свойствами. Прогибы плит с остаточными напряжениями от сварки были выше при равных нагрузках приблизительно на 10-13 %.

При испытаниях моделей ортотропной плиты на общий изгиб максимальная испытательная нагрузка превышала в 10 раз нагрузку, соответствующую началу пластических деформаций в нижних фибрах продольных ребер. Однако исчерпания несущей способности плиты вследствие нарушения ее сплошности объясняется перераспределением усилий в конструкции с дополнительным проявлением напряжения мембранного характера и свидетельствуют о достигнуто не было большие резервы несущей способности плиты при работе на изгиб.

Экспериментальные данные показали, что предельное состояние по прочности ортотропных плит должно определяться не исчерпанием их несущей способности, а развитием пластических деформаций, величина которых может быть ограничена рядом факторов: повреждением защитно-ездового покрытия, хладноломкостью и усталостью стали в зонах пластического деформирования, частичным выключением плиты из совместной работы с главными балками за счет образования остаточной «погиби».

Установлено также, что при испытательной нагрузке, превышающей в 3-4 раза предельную нагрузку, отвечающую упругому состоянию конструкции, увеличивается существенно расхождение между теоретическими и экспериментальными результатами. Это объясняется, с одной стороны, увеличением эффекта местной деформации плиты, а, с другой стороны, нарушением принципа "простого нагружения" за счет нелинейных факторов деформирования.

Исследования натурных объектов проводились в упругой стадии работы ортотропных конструкций под испытательной нагрузкой с целью проверки исходных предпосылок проекта, в том числе методов расчета. Во всех случаях результаты были положительными.

а - измеренные деформации в листе настила (точки 1,2 и 3), продольные обозначения цифрой без штриха, поперечные - со штрихом; б - фактическое очертание линий сдвига «Чернова-Людерса», Е - относительная деформация, Р - нагрузка, Н/9,81

Рисунок 4 « Результаты испытания опытной модели I ортотропной плиты на изгиб

(пример)

а - измеренные деформации в листе настила (точки 1,2), б - фактическое очертание линий сдвига «Чернова-Людерса», £ - относительная деформация, Р - нагрузка, Н/9,81

Рисунок 5, Результаты испытания опытной модели П ортотропной плиты на изгиб

(пример)

Показательны в этом отношении значения конструктивных коэффициентов к наибольшим фибровым напряжениям, например, в различных сечениях главной балки и пилона пролетного строения автодорожного моста через реку Обь в районе г. Сургута от испытательной нагрузки (табл.3).

Таблица 3

Наибольшие фибровые напряжения в сечениях балки вантового пролетного строения и пилона от испытательной нагрузки

Сечение Фибры Напряжения (кг/см2) Конструкта в-ный коэффициент

Наибольш ее измерение Нагрузка (рис. 1) Расчетное

1 Нижние -251 4 -252.3 0.99

2 Нижнее -158 5 -166.1 0.95

6 Верхнее -153 6 -174.4 0.88

6 Нижнее 147 6 172 0.85

Пилон 10 Верховая стойка -300 4 -303 0.99

11 Низовая стойка -200 6 -207 0.97

Подобные данные имели место и при испытаниях других мостовых сооружений.

Пятая глава посвящена новым решениям ортотропных конструкций для железнодорожных мостов и включает следующие позиции:

- анализ тенденций развития в зарубежном и отечественном мостостроении, технико-экономические аспекты;

- обоснование специфики конструктивно-технологической компоновки ортотропных плитных элементов;

- исследование сварочно-технологических свойств проката двухслойного коррозионностойкого для ортотропных конструкций балластных корыт;

- обоснование новых типов коробчатых пролетных строений.

По результатам обобщения разнообразных информационных источников в работе показано, что за рубежом стальные пролетные строения с ортотропной плитой проезжей части открытого, полуоткрытого и коробчатого поперечного сечения, как правило, с ездой поверху, применяют наиболее часто в наиболее массовых пролетах - от 8 до 50 м.

При этом имеется тенденция к росту объемов применения пролетных строениях с ездой на балласте, уложенным в стальное балластное корыто ортотропной конструкции, что обусловлено строительством высокоскоростных магистралей и интенсивным развитием городов с транспортными развязками на кривых и уклонах.

Именно это направление получило наибольшее развитие в данной работе (см. также главу 6).

В работе показано, что наличие в нашей стране мощного железнодорожного кранового оборудования типа консольных кранов ГЭК-80, ГЭПК-80/100, ГЭПК-130 и типа стреловых кранов ЕДК создает, даже по сравнению с США и ФРГ, особо благоприятные условия для применения рассматриваемых конструкций.

Восьмидесятые и последующие годы ознаменовались разработкой и массовым внедрением (по типовому проекту № 1298) стальных пролетных строений коробчатого сечения пролетами 33,6-5-55,0 м и решетчатых пролетами 14,0-66,0 м (по типовому проекту № 1062) с балластном корытом ортотропной конструкции из двухслойной коррозионностойкой стали. Соответствующие материалы в более подробном изложении даны в главе 6.

В 90 годах опыт разработки и внедрения пролетных строений по типовому проекту № 1298 использован и развит Гипротрансмостом в двух путепроводах на пересечении проспекта Мира с малым кольцом Московской железной дороги (МЖД) и пересечении МКАД с Павелецким и Белорусским направлениями МЖД.

В целях достижения наивысшего технического уровня отечественных пролетных строений признано целесообразным применение для ортотропных балластных корыт двухслойного коррозионностойкого проката. Разработанные в этом направлении технические решения не имеют аналогов по оригинальности и достигаемому эффекту.

По совокупности механических, технологических и качественных параметров наибольший интерес представил прокат марки

09Г2С+12Х18Н10Т по ГОСТ 10885 рис. 6,7).

Технические требования к прокату основного слоя марки 09Г2С были адаптированы к требованиям ГОСТ 6713 для базовых в мостостроении марок

15ХСНД и 10ХСНД.

Задача научного обеспечения изготовления мостовых конструкций из двухслойной коррозионностойкой стали оказались довольно сложной, поскольку все технологические операции с ней, начиная от хранения и обработки всех видов механической обработки, резки и сварки, кончая контролем качества в готовой продукции, отличались специфическими особенностями по сравнению с подобными операциями над традиционно применяемой в мостостроении однослойной низколегированной сталью.

Особую сложность представили вопросы обеспечения ее свариваемости. Процесс сварки связан в данном случае с перемешиванием при плавлении низколегированной стали основного слоя, высоколегированной стали

1 - основной слой, 2 - планирующий слой, 3 - граница сопряжения основного и планирующего слоев

Рисунок б. Структура двухслойного проката марки 09Г2С+12хХ181110Т при 100 (а) и 500 (б) - кратном увеличении

1 - лист настила, 2 - продольные ребраО, 3 - поперечная балка, 4 - консольный участок ортотропной плиты, 5 - бортовой элемент балластного корыта, 6 - консоль балластного корыта, 7 - тротуарная консоль, 8 - стенка коробчатой главной балки, 9 -ребристая плита нижнего пояса, 10 - элементы поперечных связей, 11 - поперечина железнодорожного пути, 12 - балласт, 13 - слой усиления, 14 - тротуарные блоки

Рисунок 7. Поперечное сечение стального железнодорожного пролетного строения расчетным пролетом 33,6 м

I, II, III - зоны, соответствующие долям 20, 40 т 90%металла 09Г2С в металле 12Х18Н10Т; IV, V - зоны, соответствующие долям 20,40 т 90%металла 09Г2С в металле 12Х18Н10Т; А, Ф, М — структурные состояния соответственно аустенитное, ферритное и мартенситное. По оси абсцисс дан эквивалент хрома, по оси ординат - эквивалент никеля

Рисунок 8. Диаграмма структурного состояния зон смешения металлов в

сварочных соединениях двухслойной стали марки 09Г2С+12Х18Н10Т (присадочные материалы 06Х25Н12ТЮ и 10Х25Н13Г2)

плакирующего слоя, а также сварочных присадочных материалов. От доли участия каждого из этих материалов в сварном соединении, регулируемой технологией сварки, зависят механические и антикоррозионные свойства сплава "смешения".

Структурное состояние сплава сварного шва и последовательность сварки прогнозировали в первом приближении по диаграмме Шеффлера (рис.8) в зависимости от суммарного содержания аустенитно-образуюгцихся элементов (по эквивалентному действию никеля - Ni3) и феррито-образуюгцихся элементов (по эквивалентному действию хрома

Определенным точкам на диаграмме отвечают структурные состояния, соответствующие усредненным составам свариваемых сталей и сварочных присадочных материалов. Прямые, соединяющие указанные точки, характеризуют структурное состояние возможных промежуточных сплавов при сплавлении означенных материалов.

Анализ диаграммы Шеффлера позволил сформулировать принципиальные положения по технологии сварки двухслойной стали в ортотропных конструкциях. Важнейшие из них:

- в первую очередь должен быть сварен низколегированный слой двухслойной стали, при этом ни в коем случае не следует допускать проплавления нержавеющей стали. Небольшое содержание нержавеющей стали в низколегированном металле (аналогично зоне III на диаграмме рис.8) неминуемо приведет к образованию хрупкой мартенситной структуре и трещинам в шве. По этой причине нельзя вторичным сваривать низколегированный слой металла;

- при сварке нержавеющего слоя соответствующими присадочными материалами следует стремиться к минимально возможному проплавлению низколегированного металла, чтобы по примеру зоны I диаграммы (рис.8) получить аустенитную структуру сплава;

возможна и целесообразна сварка проката на всю толщину аустенитными присадочными материалами при минимальном проплавлении низколегированного слоя; большой запас аустенита металла шва делает маловероятным в данном случае образование хрупкой мартенситной структуры;

- формы подготовки стыкуемых кромок и виды соединений по опыту других отраслей принять по ГОСТ 16098.

Данные концептуальные положения по свариваемости двухслойных сталей приняты за основу при проведении обширных исследований. Результаты положительные и отражены в нормах. Опытные работы подтвердили полностью правомерность результатов исследования.

По результатам исследования и опытных работ разработаны типовые стальные железнодорожные пролетные строения 33,6 и 45,0 с ездой поверху с герметизированной коробчатой балкой и балластным корытом из двухслойной коррозионностойкой стали (инв. № 1298).

Пролетные строения запроектированы в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы" под один железнодорожный путь в обычном и северном А и Б исполнениях с вариантами установки на прямых и кривых, однопутных и двухпутных участках пути, в районах с расчетной сейсмичностью до 9 баллов.

Наряду с типовыми пролетными строениями 33,6 м и 45,0 м, разработаны также проекты унифицированных пролетных строений: разрезного 55,0 м и неразрезных

n х 45,0 м и 45,0 + n х 55,0 + 45,0 м.

Пролетные строения изготавливал Курганский завод металлических мостовых конструкций. Всего на мостах железных дорог России и стран СНГ установлено 135 пролетных строений.

В шестой главе приведены разработки по методам расчета ортотропной плиты железнодорожных пролетных строений на прямых и кривых участках пути.

При этом впервые рассмотрена многофакторная задача о распределении нагрузки мостовым полотном с ездой на балласте на ортотропную плиту для прямых и кривых участков пути.

В качестве основополагающего расчетного параметра принята эпюра давления шпалы на балласт. Многофакторность задачи определяется разнообразием условий взаимодействия шпалы с основанием, которые изменяются в процессе эксплуатации как за счет непостоянства физико-механических характеристик балласта вследствие промерзания, оттаивания, засорения, уплотнения или разрыхления, так и за счет накопления зазоров под шпалой и периодической подбивки. Этим вопросам большое внимание уделено в работах Шахунянца Г.М., Лысюка B.C. и других авторов.

Поскольку наибольшее распространение при исследовании и проектировании элементов пути получила расчетная схема, отражающая фактическое взаимодействие подрельсовых элементов пути после сплошной равномерной подбивки шпал при стабилизировавшейся балластной призме, как дающая наибольшую неравномерность распределения давления по подошве шпалы, то она принята за основу и в данной работе.

Учтена возможность дополнительного неравномерного распределения давления балластом вследствие его замерзания и оттаивания.

Задача в целом состояла из двух частей:

1. Определение эпюры давления по подошве шпалы, как исходного расчетного параметра.

2. Распределение балластом нагрузки от шпал на плиту проезжей части.

Первая часть задачи основана на гипотезе о прямой пропорциональности

между давлением шпалы на основание и ее осадкой, применяемой обычно при расчетах железнодорожного пути.

Эпюру давления по подошве шпалы представлены в виде отдельных сосредоточенных сил или прямоугольных площадок с равномерно распределенным давлением в пределах каждой площадки.

I РОС...НАЦИОНАЛЬНАЯ ] БИБЛИОТЕКА | С11«ч»«грг J 33

* ОЭ МО «кт !

Напряжение в конкретной точке поверхности плиты на требуемой глубине определяется с помощью классической задачи Буссинеска. При этом суммируются эффекты от нескольких сосредоточенных сил, полученных в результате интегрирования эпюры давления по подошве шпалы.

Рассмотрены три случая нагружения плиты:

1. поезд движется по пути, расположенному на прямой.

2. поезд движется по пути, расположенному на кривой.

3. поезд стоит на кривом участке пути.

Результаты расчетов поясняются рис.9.

Как видно, расчетным для ортотропной плиты в мостах на кривых участках пути является случай, когда поезд движется по мосту, а невыгоднейшим - при положении наружного рельса над продольным ребром плиты в пролете между стенками главной балки.

При непосредственном креплении рельсов к стальной плите (безбалластная езда) нагрузка, передаваемая непосредственно на лист плиты, определяется из расчетной схемы "колесо-рельс". Рельс рассматривается при этом неразрезной балкой бесконечно большой длины постоянного сечения, лежащей на равноупругих опорах, каковыми могут быть либо узлы непосредственного прикрепления рельсов к плите через упругую прокладку, либо деревянные поперечины.

Для исследования и практических расчетов стальной ортотропной плиты проезжей части железнодорожных пролетных строений использованы те же методы, что и для автодорожных. Учитывали при этом следующие особенности:

- специфика нагружения;

- поперечные балки или диафрагмы как жесткие опоры по отношению к листу, подкрепленному продольными ребрами;

- ограничение работы плиты упругой стадией, с целью повышения выносливости.

Напряженно-деформированное состояние изгибаемой ортотропной плиты балластного корыта может быть описано дифференциальное уравнением вида

где д(х, у) - поперечная нагрузка (с учетом передачи ее на плиту мостового полотна),

Ох, - жесткости плиты на изгиб в ортогональных направлениях х и у;

Поскольку в мостах на кривых применяют, как правило, прямолинейные пролетные строения, что удобно для изготовления и монтажа конструкций, то очевидно смещение оси пути относительно осей пролетных строений. Спектр

Рисунок 9. Схема распределения нагрузки от подвижного состава через конструкции мостового полотна на ортотропнуо плиту пролетного строения

а)

и

т

Гт1 В & 1 П 1 1 П! 1 > 1

(1 1 \! \ V

а - подвижноп состав па прямой, б - подвижной состав движения по кривои радиусом 350 м

в - подвижной состав стоит на кривол радиусом 350 м. 1 - по результатам исследовании, 2 - по СНиП 2,05.03-84* 'Мосты и трубы* при распределении

нагрузки на длину 270+2Н, 3 - то же, при распределении нагрузки на длину 270+Н. Н, К, Рн , 0, Рв , К', Н' - характерные точки, р - ордината эпсры давления по подошве ыпалы

СУх - то же, по поверхности плиты.

силовых воздействий подвижного состава на пролетные строения получается довольно сложным.

Рассмотрена удобная для адаптации к автоматизированным пространственным методам расчета схема передачи нагрузок от подвижного состава на пролетное строение, по которой все силовые воздействия, возникающие от подвижного состава на кривой и передающееся на пролетное строение, приводятся к подошве рельс условного пути, ось которой совпадает с осью пролетного строения (рис. 10). Принято:

С = с'со5а = с';

Кн+ (к- сБта) (0,5-—);

Ь

К„ = (к-с Бта )' (0,5+

Ь

Р = Р = С'е-"св Г > О

М„ . с'(Ьр+Ь81па )+(К„ +Е„)" й; М„=(К»-ЕВ)Й,

где н и в- индексы к обозначениям нагрузок на наружный и внутренний (по отношению к дуге кривой) рельсы;

С - центробежная нагрузка; к - расчетная временная вертикальная нагрузка; й - переменная по длине пролетного строения стрела фактического смещения оси пути относительно оси пролетного строения (принимается с учетом знака).

Нагрузки К и С приняты в практических расчетах в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы". Центробежная нагрузка является при этом функцией временной вертикальной нагрузки, скорости ее движения и радиуса кривой пути.

Частные случаи:

- подвижной состав стоит на мосту, тогда в данных формулах исчезают все члены, связанные с С;

- подвижной состав переходит на прямую - остаются только Кн и К„.

Седьмая глава посвящена натурным исследованиям опытных

железнодорожных пролетных строений.

Объем и состав опытных работ были определены по предложениям автора решениями Главного технического управления и Научно-технического совета Корпорации "Трансстрой" и Главного управления пути МПС, а именно -с использованием двух опытных пролетных строений расчетным пролетом 33,6 м. Одно из них было установлено на эксплуатируемом мосту с интенсивным движением (мост через реку Дон на 368 км участка "Узловая-Ряжск" Московской железной дороги, другое - на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в г. Щербинка.

Рисунок 10. Условная схема № 1 зягружения пролетного строения от обращающейся временной нагрузки на кривом участке пути

Цель опытных работ заключалась во всесторонней комплексной проверке технологических и эксплуатационных характеристик новых решений и использовании полученных результатов при создании типового проекта пролетных строений.

Для достижения указанной цели решали в соответствии со специальной программой следующие основные задачи:

- отработка технологий заводского изготовления и монтажа конструкций, главным образом, в части конструкций балластного корыта из двухслойной коррозионностойкой стали и цельнонеразрезных коробчатых главных балок длиной 34,2 м;

- исследование особенностей работы конструкций под воздействием статических и динамических воздействий эксплуатационной нагрузки, особенно усталостной прочности новых конструктивно-технологических решений балластного корыта и главных балок;

исследование коррозионной стойкости конструкций под воздействием окружающей среды.

Для исследования напряженно-деформированного состояния конструкций применяли приборы и оборудование, традиционно используемое для обследования, статических и динамических испытаний железнодорожных пролетных строений. Для углубленного изучения работы узлов сопряжения продольных и поперечных ребер ортотропной плиты использовали метод акустической эмиссии.

Опытное пролетное строение моста через реку Дон 368 км участка 'Узловая-Ряжск" Московский дороги (рис. 11) запроектировано и осуществлено стальным, коробчатого сечения с ездой поверху на балласте под один железнодорожный путь и временную вертикальную нагрузку С14; расчетным пролетом 33,6 м и полной длины 34,2м.

Основные несущие конструкции пролетного строения выполнены из низколегированной конструкционной стали марки 10ХСНД по ГОСТ 6713. При северном исполнении А и Б должна применяться сталь соответственно марок 15ХСНД-2 и 1-ХСНД-З по ГОСТ 6713. Элементы балластного корыта, непосредственно соприкасающиеся с балластом, изготовлены из горячекатаной двухслойной коррозионностойкой стали марки 09Г2С+12Х18Н10Т по ГОСТ 10885.

Опытное пролетное строение для Экспериментального кольца ВНИИЖТ в Щербинке запроектировано под временную вертикальную нагрузку, обращающуюся на "кольце", и имеет следующие конструктивные отличия:

- главная балка предусмотрена со стыком на высокопрочных болтах в середине пролета;

Лист ортотропной плиты на половине длины пролетного строения принят из двухслойной коррозионностойкой стали марки 09Г2С+12Х18Н10Т по ГОСТ 10885, а на другой половине - из низколегированной стали марки 15ХСНД по ГОСТ 67131 с защитой от коррозии со стороны контакта с балластом

{

а) - пролетное строение в сборе с бортовыми элементами балластного корыта

б) - подготовка пролетного строения к погрузке краном ЕДК-125

Рисунок 11. Опытные работы по монтажу пролетного строения

различными металлизационными и лакокрасочными покрытиями (рис. 12, табл.4).

Большой творческий вклад в исследование этого пролетного строения наряду с диссертантом внесли сотрудники ВНИИЖТ Дорошкевич А. А., Орлов В.Г., Молгина Г.М.

Опытное строительство подтвердило хорошие монтажные качества новых конструкций. Они отличались высокой степенью заводской готовности и пригодностью к скоростному монтажу при любых климатических условиях.

Наибольший интерес представили результаты обследования конструкций внутри коробчатых главных балок. Ранее имелось опасение, что внутри закрытых коробок будет создаваться климат, способствующий образованию конденсата и усиленному развитию коррозии металла (по сравнению с проветриваемыми коробчатыми конструкциями). Это опасение не подтвердилось. Установлено, что конструкции внутри коробчатой главной балки сухие. Следы образования конденсата, а также коррозии металла отсутствовали в первые 10 лет эксплуатации. Далее коррозионные процессы развивались значительно медленнее, чем в проветриваемых коробчатых пролетных строениях.

Эти данные имеют важное практическое значение для экономии эксплуатационных затрат.

Статические испытания пролетных строений обращающейся нагрузкой показали, что конструктивные поправки для элементов главной балки по деформациям и напряжениям находились в пределах 0,81-0,99 и достаточно близки к 1,0. Некоторое отличие измеренных величин от расчетных связано с не учетом при расчете ряда факторов: трения в подвижных частях, участия в работе пролетного строения элементов пути и др. Влияние этих факторов проявилось здесь в пределах, отмечаемых обычно для разрезных балочных металлических пролетных строений.

Одновременно выявлены заметные запасы несущей способности ортотропной плиты на местный изгиб, что объяснено конструктивной унификацией сечений элементов продольных и поперечных ребер.

В целом полученные материалы показали, что работа опытных пролетных строений достаточно близка к расчетным предпосылкам. Ортотропная плита, хотя и имеет некоторые запасы при работе на местную нагрузку, запроектирована достаточно рационально.

Динамические характеристики пролетного строения на действующей сети исследовали при прохождении через мост двухсекционного тепловоза ТЭ-3 со скоростями 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 и 80 км/ч. При этом с помощью универсальных приборов Гейгера, используемых как деформографы, записывали вертикальные и горизонтальные (поперек моста - в уровне ортотропной плиты проезжей части) прогибы пролетного строения в середине пролета.

При обработке диаграмм установлено следующее:

34200.

1-8 «защитные покрытия на участи» ортотропной плиты и» степи-иарюИ5ХСНД,В * лист настала ортотролиоишиты изЧоррозион-ностойкойстап* марки С0Г2С+12Х18Н1СЛТ, 10 -гомтыусиления размером29СХЗ*1СШхЗмм из сгекпоппасти^Я - аааодской СТЫК'ПЛИТЫ"

Рисунок 12.Схемаопытных участковантикоррозионнойзащитыбалпастного корыта опытного пролетного строения на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке

Т»бяииа'4; •

' лист* мстила ортотропной илнты

Позиция на рис. Мегаалямциониоепоирьггие Лакохрасочяое покрытие

-'Ишшшаь- Технологические параметры * Наимсйою-• назерввяв. Ксшместю еже»:

^{дпрлжсяпс Ю ' "'■• " дуге,В' ' Сила тона, ......А ..... Толщина,

ДиЕКОВОе; 50-90 35: .128 . ШШи 1

ЭП-00-10 2

■щ , Цшге-алкжи- ^ИДС!; Ц; шШ;

"''".'.виешжГ,' ЭП-00-10' ■г

Цияхйвое^ 25г ¡100 ЭП-00-10; ; 2.

4 ЦИШР-ЕЯЮКИ» ' 150-|80 15* 100 : -ЗШХИСИ

. ниевос'< "

' 5 Алюминиевое •зоб зо- 130-140 - ЭП-00-10 -2

б Алюминяевое ..... »50-180; 30 ; 130-140 ЭП-ОО-Ю '2

.7- г - ЭП-ОО-Ю

■- *ч- ». МОШМ.

пйрлаиоЯ

1 яоверхнво-;

ТИ

Максимальная динамическая добавка к вертикальному прогибу пролетного строения (1 + ^ = 1,04) имела место при скорости движения тепловоза 70 км/ч .

Период собственных вертикальных колебаний пролетного строения составил 0,2 с при допускаемом 0,37 с по СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы". Собственные колебания затухали через 2 сек. Максимальная амплитуда собственных вертикальных колебаний составила 0,6 мм при скорости движения тепловоза 80 км/ч. Максимальная амплитуда вынужденных горизонтальных колебаний пролетного строения составила 0,67 мм при скорости движения тепловоза 80 км/ч. Характеристики собственных горизонтальных колебаний пролетного строения записать не удалось из-за их незначительной величины горизонтальных собственных колебаний.

Коробчатая главная балка оказалась весьма целесообразной конструкцией по восприятию воздействий подвижного состава.

Подобные результаты получены и на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ.

Первое обследование внутренней полости балластного корыта на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ было выполнено через 5,5 лет эксплуатации.

Результаты испытания подтвердили свидетельствовали о высокой долговечности монтажно-заводского стыка главной балки и узлов сохранения ортотропной плиты со стенками главных балок. Какие-либо повреждения или расстройства в них не обнаружены.

Сварные швы двухслойной коррозионностойкой стали выдержали эксплуатационные испытания. Трещины или иные повреждения в них не возникли.

Анализ осцилограмм показал, что при проходе над поперечной балкой каждой тележки подвижного состава напряжения в верхнем поясе под крайним продольным ребром ортотропной плиты изменялись от 0 до 68 МПа. Тяжелому режиму нагружения подвергались при этом швы прикрепления верхнего пояса к стенке поперечной балки.

Поэтому большее внимание было уделено изучению долговечности узлов сопряжения продольных ребер и поперечных балок ортотропной плиты. Выявлено, что элементы узла реагировали на воздействия каждой вагонной тележки.

Менее долговечными оказались отдельные узлы, в которых при заводском изготовлении не выдержали заданные допуски на размеры и форму сопряженных элементов.

В других частях пролетного строения после 25 млн. циклов нагружения повреждения не обнаружены.

С целью оптимизации решения узла сопряжения продольных и поперечных ребер ортотропной плиты испытаны далее еще 4 варианта сопряжений:

1) со снятыми болтами прикрепления;

2) прикрепление через резиновые прокладки с постановкой упругих шайб и затяжкой болтов на проектное усилие;

3) сохранение существующего прикрепления с постановкой упругих шайб и затяжкой болтов с усилием на проектное усилие;

4) устройство в месте прикрепления «псевдошарнира» путем использования специальных вырезов в вертикальных стенках продольных ребер и поперечных балок с постановкой одного центрального болта.

Подробное исследование напряженно-деформированных состояний узлов показало, что наиболее удачным и жизнеспособным явилось решение узла опирания через резиновую и распределяющую металлическую прокладки с постановкой пружинных шайб под болты прикрепления.

Основные выводы

1. По результатам исследования разработана и получила широкое внедрение в мостостроении оптимальная по совокупным затратам одноярусная конструкция ортотропного плитного элемента, как правило, с продольными ребрами полосового сечения, для автодорожных и городских мостов и двухъярусная конструкция, как правило, с продольными ребрами таврового сечения для железнодорожных мостов.

2. Обоснованы принципы компоновки. поперечных сечений пролетных строений разнообразных систем из однотипных унифицированных блоков ортотропной плиты проезжей части и блоков главных балок двутаврового, Ь-образного или коробчатого сечения. При этом наиболее эффективным оказался путь создания унифицированных автодорожных и городских мостов с использованием неразрезных пролетных строений с пролетами от 84 до 147 м из коробчатых блоков полной заводской готовности, транспортируемых по железной и автомобильным дорогам (с универсальной технологией их изготовления и монтажа). Применение таких конструкций позволило перекрывать также пролеты до 315 м в мостах вантово-бал очных систем.

3. В ортотропных конструкциях автодорожных, городских и железнодорожных мостов различного типа исполнения установлены области и условия эффективного применения следующих видов стального проката:

- толстолистовой и фасонный низколегиррованный базовых марок 10ХСНД и 15ХСНД по ГОСТ 6713, а в отдельных случаях и по ГОСТ 19281 и 19282;

толстолистовой экономнолегированный (с микролегированием ванадием или ниобием) базовых марок 15ХСНДА и 10ХСНДА по ТУ 14-15120-92;

- толстолистовой атмосферостойкий по ТУ 14-1-4519-88 базовой марки 14ХГНДЦ;

- толстолистовой низколегированный с микролегированием церием марки 09Г2СЮЧ по ТУ 14-1-5065-91 и ТУУ 322-16-127-97;

- толстолистовой (с микролегированием ниобием) базовой марки 12Г2СБД по ТУ 14-1-5455-2002.

Для указанного проката выявлены особенности технологии заводского изготовления и монтажа ортотропных конструкций обычного, северных А и Б исполнений и установлены закономерности формирования потребительских свойств.

Главным является обоснованное ограничение вредных примесей: серы и фосфора (ниже 0,020 %), а также оптимизация легирования и термообработки, обеспечивающие применение малопроходных технологий сварки при изготовлении и монтаже.

4. По результатам исследования изгиба ортотропных конструкций проезжей части автодорожных и городских мостов с использованием автоматизированных методик пространственного расчета в линейной и нелинейной постановках обоснованы закономерности взаимодействия листа настила, продольных и поперечных ребер, что позволило (при дополнительном учете результатов технологических исследований) обосновать практические рекомендации по рациональным толщинам листа настила, типам продольных и поперечных ребер и расстоянию между ними. Так, минимальную толщину листа ортотропных плит проезжей части мостов всех назначений рекомендовано принимать равной 12 мм. Тогда в автодорожных и городских мостах минимальное расстояние между продольными ребрами полосового сечения может быть принято равным 400 мм, а между более жесткими на кручение ребрами - 350 мм, а в железнодорожных мостах 300-400 мм, что уточняется по результатам расчета.

Изгибная и крутильная жесткости продольных ребер существенно влияют на форму и величину местного прогиба лист настила. Без учета этих факторов возможна ошибка порядка 20 % при назначении минимальной толщины листа из условия обеспечения надежной работы защитно-ездового покрытия. Бытующая в практике проектирования ортотропных плит гипотеза о неизменяемости контура тонкостенных (4-6 мм) продольных ребер коробчатого сечения оказалась не корректной. Ребра такого типа деформируются при изгибе и кручении и не обладают поэтому заметными преимуществами в поперечном распределении нагрузки по сравнению с ребрами таврового, уголкового и даже полосового сечения.

5. При работе на изгиб листа настила (между продольными и поперечными ребрами) и ортотропной плитой проезжей части в целом (между главными балками) преобладают в упругой стадии закономерности изгиба жестких пластин и в упругопластической стадии - гибких с возрастанием роли мембранных усилий.

Приемлемую точность расчета ортотропных плит в упругопластической стадии вновь разработанная диссертантом методика, основанная на уравнениях изгиба гибких конструктивно-анизотропных пластинок в сочетании с методом упругих решений для учета пластических деформаций.

Установлено, что ортотропные конструкции обладают большими резервами несущей способности при работе на изгиб, обусловленными особенностями деформирования в упругопластической стадии с проявлением мембранных разгружающих усилий. Эти резервы реализуются в предельном состоянии по прочности, которое для ортотропной плиты проезжей части автодорожных и городских мостов определяется деформационным критерием -остаточным прогибом, равным 1/2000+1/4000 расстояния между поперечными балками. В этой норме учтено безопасное влияние малых пластических деформаций на выносливость и хладостойкость стали и конструкций, незначительный эффект частичного выключения плиты из работы с главными балками за счет образования остаточной «погиби», а также условие сохранения функциональных свойств защитно-ездового покрытия.

Разработаны и включены в действующие нормативные документы формулы расчетных проверок для наиболее характерных участков и сечений ортотропной плиты.

6. Подтверждена по результатам лабораторных и натурных исследований, целесообразность и эффективность установленных в различных регионах России и стран СНГ железнодорожных коробчатых пролетных строений со стальным балластным корытом ортотропной конструкции: разрезного 33,6 м по проекту Гипротрансмоста шифр 510 РЧ, разрезных 33,6 м и 45,0 м по проекту Гипротрансмоста серии 3.5012-143 (шифр 1298), а также разрезного 55,0 м и неразрезных с комбинацией пролетов 33,6; 45,0 и 55,0 м. Впервые применены в мостостроении стальные ортотропные конструкций из двухслойной коррозионностойкой стали.

Возможны также варианты балластного корыта из низколгированной стали с защитой ее со стороны балласта комбинированными металлизационно-лакокрасочными покрытиями, например, на основе металлизации алюминием или цинкалюминием с лакокрасочным покрытием из ЭП-00-10.

7. Прогнозирование металлургических структур сплава сварного шва и последовательности- сварки двухслойной коррозионностойкой стали целесообразно по диаграмме Шеффлера в зависимости от суммарного содержания аустенитно-образующих элементов (по эквиваленту никеля) и феррито-образующих элементов (по эквиваленту хрома). Обоснованы новые научные принципы и практические рекомендации по технологии заводского изготовления конструкций мостов из двухслойной коррозионностойкой стали; обычного, северных А и Б исполнений.

8. Разработан метод расчета на изгиб ортотропных плит проезжей части железнодорожных мостов, учитывающий особенности конструктивной компоновки плиты, состояния мостового полотна и воздействия подвижной нагрузки на прямом и кривых участках пути. В случае применения мостового полотна с ездой на балласте принята расчетная схема, отражающая фактическое взаимодействие подрельсовых элементов пути после сплошной равномерной подбивки шпал при стабилизировавшейся балластной призме. При этом установлено, что эпюры давлений под шпалами, определенные по новой

методике в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", отличаются количественно, а на концевых участках и качественно. Последнее обстоятельство важно для расчета мостов на кривых, когда имеет место максимальное смещение оси пути относительно оси пролетного строения.

Для исследования напряженно-деформированного состояния коробчатых пролетных строений на кривых участках пути, когда необходимо учитывать сложное воздействие на пролетное строение центробежных сил и смещение равнодействующей временной вертикальное нагрузки относительно оси пролетного строения. Разработан , учитывающий данные положения, автоматизированный метод пространственного расчета пролетных строений по схеме плитно-балочной конструкции.

Разработанная схема распределения нагрузок на кривой дает приемлемую точность для общего расчета пролетного строения.

Выбор исходной расчетной схемы передачи центробежных усилий на коробчатое пролетное строение - через два рельса или только через один наружный - не влияет на напряженное состояние стенок и нижнего пояса коробчатой балки, а также на деформативность пролетного строения в целом.

Коробчатая конструкция главной балки эффективно работает при эксцентричных загружениях на кривых. Перегрузка наружных стенок коробчатой балки на кривой минимального радиуса Я = 300 м не превышает 5-7 %.

9. Коробчатая конструкция главной балки из ортотропных элементов рациональна при статических и динамических воздействиях подвижной нагрузки, особенно на кривых участках пути. Принятое впервые оригинальное конструктивно-технологические решение по подкреплению стенок главной балки вертикальными ребрами жесткости оказалось достаточно надежным в эксплуатации.

10. Из испытанных конструкций сопряжения продольных ребер с поперечными балками наиболее долговечна конструкция, в которой между сопрягаемыми поясами продольного ребра и поперечной балки размещена упругая резиновая прокладка и стальной брус в болтовом соединении вместо обычных шайб применены пружинные шайбы, а болты затянуты на усилие 6-8 тс);

- конструкция непосредственного сопряжения продольных ребер с поперечными балками ортотропной плиты (без болтов прикрепления) неприемлема из-за низкой долговечности и по условиям общей устойчивости плиты.

И. Результаты опытных работ указывают на целесообразность применения балластных корыт рассмотренного типа не только в сплошностенчатых, но и в решетчатых пролетных строениях с ездой понизу и поверху.

12. Результаты работы включены в СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы», стандарты Корпорации «Трацсстрой»: СТП-004-97, СТП-005-97, СТП-) 12-2002. Объем внедренных разработанных ортотропных конструкций составил около

800 тыс. т а автодорожных и городских мостах и около 10,8 тыс. т в железнодорожных моста.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Научные статьи, доклады, нормативные документы

1. Платонов А. С. Рекомендации по проектированию стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. М., ЦНИИС, 1968,17 с.

2. Платонов А. С. Особенности работы стальной ортотропной проезжей части мостов в упруго-пластической стадии. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 24, М.; 1968, с. 24-31.

3. Платонов А.С. Расчет стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов на изгиб в предельном состоянии по прочности. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 28, М., 1969, с. 16-27.

4. Платонов А.С., Бурнштейн В.Л., Горбунов Ю.Н., Степенская Т.Л. Определение неравномерности продольных деформаций в плитах проезжей части мостов. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 33. М., 1969, с. 16-18.

5. Платонов А.С. Особенности стальных ортотропных плит в упруго-пластической стадии. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 76, М, "Транспорт", 1970, с. 149-160.

6. Платонов А. С. Критерий предельного состояния прочности для стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 45, М., 1971, с. 5-8.

7. Платонов А.С, Вроно Б.М. Стальные мосты с ортотропной плитой проезжей части. Сб. трудов ЦНИИпроектстальконструкция, вып. 16, М., "Стройиздат", 1972, с. 148-158.

8. Платонов А.С. Местная работа листа стальных ортотропных плит проезжей части мостов. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 88, М., "Транспорт", 1973, с. 29-45.

9. Платонов А.С. Указания по проектированию мостов и труб ВСН ... 73). М., "Метроснаб", 1973 т. III, стр. 154-158 и 214-227.

Ю.Платонов А. С., Большаков К. П. Тенденции развития и пути совершенствования конструкций стальных и сталежелезобетонных мостов в СССР. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 90 "Конструкции, расчет и технология изготовления стальных мостов". М., "Транспорт", 1974, с. 417.

И.Платонов А.С. Развитие конструкций стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 90 "Конструкции, расчет и технология изготовления стальных мостов", М., "Транспорт", 1974, с. 17-41.

12.Платонов А.С. Расчет стальной подребренной плиты на изгиб и устойчивость. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 90 "Конструкции, расчет и

технология изготовления стальных мостов". М., "Транспорт", 1974, с. 99-104.

13. Платонов А.С. Пути снижения материалоемкости стальных пролетных строений мостов. Тезисы докладов на общесоюзном семинаре по экономии стали. Свердловск, 1974, с. 32-35.

14.Платонов А.С. Стальные коробчатые пролетные строения малых и средних пролетов. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 94 "Исследования и современные конструкции стальных мостов". М., "Транспорт", 1975, с. 77-94.

15.Платонов А.С. Требования к металлическим пролетным строениям для БАМа, особенности их конструкций и технологии монтажа. Тезисы доклада на научно-технической конференции "Особенности проектирования и строительства БАМ в сложных инженерно-геологических и климатических условиях", Чита, 1975, с. 32-33.

16. Платонов А.С. Стальные железнодорожные пролетные строения коробчатого сечения с ездой поверху на балласте. Сб. докладов международного симпозиума АИПК, М., 1978, с. 87-90.

17. Платонов А.С. Экспериментальное исследование работы неразрезной балки в упругой и упруго-пластической стадиях при неравномерной осадке опор. Сб. трудов ЦНИИС, вып. 110, М., "Транспорт", с. 5-17.

18.Платонов А.С. Распределение нагрузки от подвижного состава на плиту проезжей части стальных железнодорожных пролетных строений с ездой поверху. Сб. трудов ЦНИИС, вып. ПО, М., "Транспорт", 1979, с. 17-29.

19.Платонов А.С, Большаков К.П., Щербина Г.Ф. Стальные железнодорожные пролетные строения коробчатого сечения с ездой поверху на балласте. Сб. тезисов докладов Научно-технической конференции по проблемам БАМ, М., ЦНИИС, 1979, с. 121.

20.Платонов А.С, Лесохин Б.Ф., Андронова Л.И. Работа под нагрузкой стального пролетного строения рамной конструкции с ортотропной плитой. Сб. трудов ЦНИИС, М., "Транспорт", 1982, с. 76-88.

21. Платонов А.С, Большаков К.П., Корноухов Г.П., Брук Л.И. Стальные железнодорожные пролетные строения коробчатого сечения с балластным корытом из коррозионностойкой стали. Сб. трудов ЦНИИС, М., "Транспорт", 1982, с. 14-18.

22.Платонов А.С, Большаков К.П. Новые перспективные решения в области мостостроения. Тезисы сообщений Всесоюзного научно-технического совещания "Достижения и передовые методы защиты от коррозии железнодорожных транспортных конструкций". М., ЦНИИТЭИМПС, 1982, с. 10-11.

23.Платонов А.С и др. СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", Приложение 18 "Металлические конструкции", М., 1984, с. 175-178.

24.Платонов А.С., Канунников И.К., Гребенчук В.Г. Стальные мосты с ортотропной плитой в проезжей части. Обзорная информация. М., ВПТИтрансстрой, 1984,50 с.

25.Платонов А.С., Герасименко Г.И., Канунников И.К., Передереев Б.М. Исследования технологии изготовления конструкций мостов из коррозионностойкой стали. Сб. трудов ЦНИИС "Совершенствование конструкций и технологии изготовления металлических мостов". М., "Транспорт", 1984, с. 60-69.

26.Платонов А.С. Исследование опытного стального коробчатого железнодорожного пролетного строения с балластным корытом из коррозионностойкой стали в процессе эксплуатации. В кн. "Прогрессивные конструкции и технологические процессы в строительстве стальных мостов". М., "Транспорт", 1985, с. 18-25.

27.Платонов А.С, Корноухов Г.П., Брук Л.И. Новые типовые железнодорожные пролетные строения. "Транспортное строительство", № 8, М., 1987, с. 15.

28.Платонов А.С, Большаков К.П. Защита от коррозии балластных корыт стальных мостов, Сб. Трудов ВНИИЖТ "Методы от коррозии подвижного состава и металлоконструкций ж.д. транспорта", М., 1988, с. 116-119.

29. Платонов А.С Строительные нормы и правила. Мосты и трубы СНиП В. II-4 (проект) М., ЦНИИС, 1987, с. 100-149.

30. Платонов А.С, Орлов В.Г., Брук Л.И., Дорошкевич А.А. Эксплуатационные испытания коробчатого пролетного строения, со стальным балластным корытом. В кн. "Исследования стальных конструкций коробчатых мостов", М., "Транспорт", 1988, с. 10-15.

31. Платонов А.С, Канунников И.К., Брук Л.И., Орлов В.Г., Молгина Г.М. Пролетные строения со стальным балластным корытом для железнодорожных мостов. Научно-информационный сборник, "ВПТИтрансстрой", 1989, с. 10-22.

32.Платонов А.С, Милейковский М.А., Душницкий В.М., Антропова Е.А., Лисицына Г.П. Результаты оценки научно-технического уровня действующих технических условий на продукцию мостостроения. Сб. трудов ЦНИИС "Управление качеством строительства в новых условиях хозяйствования". М., 1991, с. 52-61.

33. Платонов А.С, Кручинкин А.В. Стальные и сталежелезобетонные пролетные строения современных мостов. "Транспортное строительство", №11, 1995, с. 32-35.

34.Платонов А.С Современные конструктивно-технологические решения мостов со стальными и сталежелезобетонными пролетными строениями. В сб. трудов Российско-израильского семинара "Строительство и эксплуатация мостов", М., 1995, с. 38-40.

35.Платонов А.С. Прокат стальной с высокими потребительскими свойствами для мостовых сооружений в больших городах. В сб. трудов

Российско-израильского семинара "Строительство и эксплуатация мостов", М., 1995, с. 68-70.

36. Платонов А.С. Современные тенденции и перспективы развития отечественного мостостроения. В сб. трудов ЦНИИС, "Юбилейный выпуск", М., 1995, с. 40-51.

37.Васильев А.И., Польевко В.П., Платонов А.С. Вопросы долговечности эксплуатируемых автодорожных и городских мостов и меры по увеличению срока их службы. Тезисы сообщений на Научно-практической конференции Корпорации "Трансстрой" "Проблемы строительства, реконструкции и эксплуатации мостовых сооружений в крупных городах", М., 1995, с. 2.

38.Платонов А.С. Прокат стальной с высокими потребительскими свойствами для мостовых сооружений в больших городах. Тезисы сообщений на Научно-практической конференции Корпорации "Трансстрой" "Проблемы строительства, реконструкции мостовых сооружений в крупных городах", М., 1995, с. 6-8.

39.Бондарович Б.А., Платонов А.С., Тельтевская В.А Обеспечение надежности при расчете выносливости стальных пролетных строений мостов. В сб. Международного симпозиума "Исследования и строительство в экспериментальных условиях". М., 1996, с. 10-11.

40.Платонов А.С, Пемов И.Ф., Подберезный Н.И. Новые виды стального низколегированного проката для мостостроения. "Транспортное строительство" № 3,1996, с. 12-14.

41.Платонов А.С Диагностика технического состояния и предложения по реконструкции моста через Сайменский канал (Восточный) в Выборге. "Вестник мостостроения", № 3,1997, с. 31-35.

42.Чепурнов К.Г., Пшеничников С.К., Алекинов Г.Г., Акатов В.П., Платонов А.С, Егоров В.П. Новые конструктивно-технологические решения сборной железобетонной плиты проезжей части сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных и городских мостов. М, "Транспортное строительство", № 2,1997, с. 14-18.

43. Платонов А.С., Чепуркин В.В., Коледа ГЛ. Основные положения новых нормативных документов в мостостроении. "Транспортное строительство", №1,1998, с. 6-7,15.

44. Платонов А.С. Научно-технические аспекты применения в мостостроении низколегированного, экономнолегированного, атмосферостойкого и коррозионно-стойкого стального проката. В сб. сообщений Международной конференции "Передовые технологии на пороге XXI века", посвященной 145-летию со дня рождения В.Г. Шухова. М., "Инженер", 1998, с. 158-160.

45.Чепрасов Д.П., Иванайский Е.А., Платонов А.С, Гребенчук В.Г., Подберезный Н.И. Свойство монтажных сварных соединений мостовых конструкций из сталей 10ХСНДА и 15ХСНДА. "Сварочное производство", №6, М., 1998, с. 16-19.

46.D.P. Cheprasov, E. A. Ivanaiskii, A.S. Platonov, V.G. Grebenchuk, N.I. Podbereznji. Propezties of assembly welded joints in bridge structures of 10 KhSNDA and 15 KhSNDA stee. "Welding international", № 12, 1998, с 983-987.

47.Платонов А.С., Ройзман И.Б., Кручинкин А.В, Лобков М.Л., Мещеряков ММ. СТП 006-97. Устройство соединений на высокопрочных болтах в стальных конструкциях мостов М., Корпорация "Трансстрой", 1998, 60 с.

48.Платонов А.С., Кручинкин А.В. СТП-004-97. Навесной и полунавесной монтаж металлических пролетных строений мостов. М., Корпорация "Трансстрой", 1998,26 с.

49.Кручинкин А.В., Платонов А.С., Гребенчук В.Г., Подберезный Н.И., Вронский А.В., Агеев B.C., Гурвич А.К., Пащин А.Н., Зиль В.М. СТП 005-97. Технология монтажной сварки стальных конструкций мостов. М., Корпорация "Трансстрой", 1998,146 с.

50.Кирьян В.И., Миходуй Л.И., Жданов CJL, Мирянин В.Н., Демченко Ю.В., Лукьяненко Е.П., Дуда Н.И., Платонов А.С., Гребенчук В.Г. Перспективы применения стали 09Г2СЮЧ в мостостроении. "Сварщик", №2, Киев, 1999, с. 4-7.

51. Платонов А.С. Стальные мостовые сооружения на автомагистралях мегаполисов. В сб. материалов Научно-практической конференции "Скоростные автомагистрали в мегаполисах", М., 1999, с. 47-48.

52.Платонов А.С, Васильев А.И., Жуков Ю.М. Новая система нормативных документов по проектированию, строительству и приемке в эксплуатацию мостов и труб. В сб. трудов ЦНИИС, вып. 201 "Научные проблемы мостостроения", М., 2000, с. 7-17

53.Гребенчук В.Г., Платонов А.С, Подберезный Н.И. Современные проблемы монтажной сварки стальных конструкций мостов. В сб. трудов ЦНИИС, вып. 201 "Научные проблемы мостостроения". М., 2000, с. 17-24.

54.Платонов А.С. Научное обеспечение мостостроения. В сб. трудов ЦНИИС, вып. 203 "Институт на пороге третьего тысячелетия". М., 2000, с. 41-53.

55.Полищук Н.А., Платонов А.С, Васильев А.И., Жуков Ю.М., Чепуркин В.В. О разработке СНиП "Свода правил по мостовым сооружениям и водопропускным трубам. "Транспортное строительство", № 11, 2000, с.1-6.

56.Платонов А.С и др. Энциклопедия «Транспортное строительство». Раздел «Мостостроение», т.1, Корпорация «Трансстрой», 2002,639 с.

57.Платонов А.С, Гребенчук В.Г., Кручинкин А.В. Стандарт предприятия СТП 012-2000., «Заводское изготовление стальных конструкций мостов», «Вестник мостостроения», № 1-2,2002, с.44-47.

58.Платонов А.С. Особенности требований к материалам для стальных ортотропных конструкций мостов. «Вестник мостостроения» № 3-4, 2002, с. 60-65.

59.Платонов А.С. Требования к стальному прокату для металлических мостовых конструкций. Сб. трудов научно-практической конференции Минтранса РФ «Современные технологии строительства, реконструкции, ремонта и содержания искусственных сооружений на автомобильных дорогах», М., 2002, с. 96-127.

60.Платонов А.С. Требования к стальным мостовым конструкциям северного А и Б исполнения. Тезисы доклада на научно-практической конференции «Проектирование и строительство транспортных объектов в условиях Республики Саха (Якутия)., Якутск, 2003, 72 с.

Авторские свидетельства, патенты на изобретения и полезные модели

61.Платонов А.С., Щербина Г.Ф. А.с. № 920096 от 14.07.1980 "Узел крепления плиты проезжей части к балке пролетного строения моста".

62.Платонов А.С, Большаков К.П., Щербина Г.Ф. А.с. № 983169 от 23.08.1982 "Мост".

63.Платонов А.С, Большаков К.П., Щербина Г.Ф., Корноухов Г.П., Брук Л.И. А.с. № 996810 от 14.10. 1982 "Горизонтальный монтажный стык блоков пролетного строения моста".

64. Платонов А.С, Большаков К.П., Щербина Г.Ф., Корноухов Г.П., Брук Л.И. А.с. № 1008335 от 01.12.1982 "Сборное продольно-члененное на секции балластное корыто железнодорожного моста".

65.15.03.1983 "Опора временного моста". Каменцев В.П., Иванов В.В., Крыльцов В.Е., Платонов А.С. А.с. № 1028764 от

66. Платонов А.С, Большаков К.П., Корноухов Г.П., Брук Л.И., Кручинкин А.В., Ивкин В.Л. Ах. № 1077971 от 08.11.1983 2Пролетное строение моста".

67.Френкель П.И., Корноухов Г.П., Шебякин О.С, Большаков К.П. А.СПлатонов А.С, Краснов В.М., Щербина Г.Ф. А.С № 1101491 от 07.03. 1984. "Узел коробчатых элементов фермы моста".

68.Френкель П.И., Большаков К.П., Шебякин О.С, Платонов А.С А.С № 1406290 от 01.03.1988. "Узел сопряжения коробчатых элементов металлической фермы моста".

69.Платонов А.С А.с. № 1694768 от 17.11.1989. "Сборное сталежелезобетонное пролетное строение моста".

70.Кручинкин А.В., Платонов А.С. Патент № 2133792 от 27.07.1999. "Соединительное устройство сборной железобетонной плиты сталежелезобетонного моста".

71.Кручинкин А.В., Платонов А.С, Дербугов В.В., Медников Ю.П., Храмушин A.M., Рянский А.С Полезная модель № 20142 от 20.10.2001. «Болтовое соединение».

72.Каганов Л.Н., Кручинкин А.В., Платонов А.С., Решетников В.Г., Тариков A.M. Патенты на изобретение № 2178037 от 10.01.2002. «Пролетное строение моста (варианты)».

Подписано в печать 03.02.2004. Формат 60 х 84 "16. Печать офсетная. Объем 3,75 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 3.

Отпечатано в типографии ОАО ЦНИИС. Лицензия ПЛД № 53-510 от 22.10.1999 г.

129329, Москва, Кольская 1 Тел.:(095)180-94-65

»-2695

Введение g

1. Состояние вопроса (краткий аналитический обзор). у

1.1. Актуальность проблемы, цель, задачи и методы исследования. д

1.2. Научная новизна, практическая ценность и реализация работы, предмет защиты, апробация. /

2. Конструктивно-технологические решения

Ф автодорожных и городских мостов.

2.1. Тенденции развития

2.2. Унификация конструктивной компоновки ортотропной плиты проезжей части.

2.3. Конструкционные материалы, специфика потребительских свойств, заводские и монтажные соединения

3. Методы расчета ортотропных плит автодорожных и городских мостов на поперечный и продольный

Щ изгиб с учетом физической и геометрической нелинейности их работы.

3.1. Взаимодействие листа настила с подкрепляющими продольными ребрами

3.2. Решение задачи об изгибе ортотропных плит с учетом физической и геометрической нелинейности. jjg

3.3. Критерий предельного состояния по прочности.

ЗА Расчетные проверки прочности, местной и общей устойчивости.

3.5, Особенности расчета металлических пилонов вантово-балочных и висячих мостов. /

4. Экспериментальные исследования ортотропных плит автодорожных и городских мостов. /5"

4.1. Цель и задачи экспериментов. /5*

4.2. Местная работа листа настила.

4.3. Изгиб ортотропных плит . пд

5. Конструктивно-технологические решения железнодорожных мостов. /

5.1. Тенденции развития. /ду

5.2. Прокат стальной двухслойный коррозионностойкий йо^ для балластных корыт ортотропной конструкции, специфика потребительских свойств, заводские и монтажные соединения.

5.3. Новые типы коробчатых пролетных строений. ni^

6. Методы расчета ортотропной плиты железнодорожных пролетных строений на прямых и кривых участках пути . йАЪ

6.1. Временная нагрузка от подвижного состава. %

6.2. Теоретические решения задачи об изгибе плиты.

6Д Особенности взаимодействия ортотропной плиты с главными балками пролетных строений на кривых участках пути.

7. Экспериментальные исследования опытных железнодорожных пролетных строений. д

7.1. Цель, задачи и организация.

7.2. Результаты обследования, статических и динамических испытаний.

7.3. Антикоррозионная защита . jq^

7.4. Результаты исследования усталостной прочности. 3Z

Стальные конструкции из ортотропных плитных элементов (рис.1) получили расширенное применение в пролетных строениях и пилонах мостов в последние 30 лет. В первые 20 лет объемы их внедрения составили около 1000 тыс. м2 проезжей части, а к 2003 году превысили 3000 тыс. м2.

Плитные ортотропные элементы легче железобетонных в 3-^4 раза при прочих равных условиях. Это главное достоинство и предопределило области их рационального применения:

- пролетные строения балочно-неразрезных, вантово-балочных, висячих и других систем больших пролетов автодорожных и городских мостов, в которых собственный вес составляет основную долю расчетной нагрузки. Применение стальных конструкций из ортотропных плитных элементов уменьшает расчетную вертикальную нагрузку мостов от собственного веса в 2-ь2,5 раза. Эффект проявляется при этом существенной экономией материалов на пролетные строения, опоры, пилоны и фундаменты, благоприятными условиями взаимодействия мостов с геомассивами, а также: исключением сезонности монтажных работ, возможностью конструирования главных балок постоянной высоты, удобной для монтажа их продольной надвижкой или внавес с большими консолями; балочные пролетные строения малых и средних пролетов автодорожных, городских и железнодорожных мостов, в том числе наплавных и разводных, сборно-разборных для временного и краткосрочного

L" a - унифицированной конструкции с продольными ребрами полосового сечения. б - моста через рск\ Волгл в г Ульяновске с продольными ребрами коробчатого сечения

1 t Примеры монтажных секций ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов восстановления, где использование легких стальных конструкций оправдано функциональным назначением моста, технологическими и экономическими соображениями.

Создание современных вантово-балочных и висячих мостов, поражающих воображение огромными величинами пролетов, оригинальностью и прогрессивностью решений, было бы немыслимо без использования стальных ортотропных конструкций. Более того, мировая практика мостостроения выдвигает сегодня необходимость использования еще более легких конструкций.

Таким образом, ортотропные плитные элементы, являясь основными функциональными частями пролетных строений и пилонов, определяют уровень технико-экономических параметров всей системы мостового сооружения: «пролетное строение-опоры (пилоны) -фундаменты-геомассивы».