Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Диссертационная работа:

Тряпицын Юрий Владимирович. Методики расчета и снижение металлоемкости ортотропной плиты пролетных строений металлических мостов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 Хабаровск, 2006 141 с. РГБ ОД, 61:06-5/2587

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕ
НИЙ МОСТОВ С ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТОЙ 13

1.1. Методы расчета на прочность ортотропной плиты как самостоятельного
элемента конструкции 13

  1. Метод ортотропной плиты (пространственная схема) 14

  2. Методы коэффициента поперечной установки на основе модели балочного ростверка (плоская схема) 17

  1. Учет пространственной работы ортотропной плиты в составе пролетного строения. 23

  2. Расчет на выносливость 25

  3. Расчет на устойчивость 26

  1. Расчет на общую устойчивость плиты 27

  2. Расчет на местную устойчивость элементов ортотропной плиты 29

  3. Влияние начальных несовершенств и поперечной нагрузки на несущую способность листа плиты между ребрами по критерию устойчивой прочности 30

1.5. Учет упругопластической стадии работы при расчете на прочность, жест
кость, устойчивость и выносливость элементов ортотропной пли
ты ..37

  1. Совершенствование конструкции ортотропнои плиты пролётных строений металлических мостов 40

  2. Трещиностойкость и совместная работа дорожной одежды с ортотропнои плитой 43

1.8. Выводы по главе 45

ГЛАВА 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО
РАСЧЕТА ОРТОТРОПНОИ ПЛИТЫ И ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ В ЦЕ
ЛОМ 48

2.1. Научные предпосылки методики расчёта металлического моста с ортотроп-

нои плитой и постановка задачи её совершенствования 48

2.2. Разработка нового приёма определения коэффициента поперечной установ-

ки 66

  1. Сравнение результатов расчётов 72

  2. Выводы по главе 76

ГЛАВА 3. СНИЖЕНИЕ МЕТАЛЛОЁМКОСТИ ОРТОТРОПНОИ ПЛИТЫ МЕ
ТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ 77

  1. Постановка задачи 77

  2. Снижение металлоёмкости ортотропнои плиты при варьировании количе-

ства продольных рёбер жёсткости 81

3.3. Снижение металлоёмкости ортотропнои плиты при варьировании толщины

покрывающего листа плиты. Исследование влияния уменьшения толщины листа на изгибную жёсткость пролётного строения в целом и орто-

тропнои плиты как самостоятельного элемен
та 88

3.4. Выводы по главе 94

ГЛАВА 4. УЧЁТ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНЫХ НЕСОВЕРШЕНСТВ (ПОГИБИ)
НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПЛАСТИНЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ С ОРТОТРОПНОИ
ПЛИТОЙ 96

  1. Постановка задачи 96

  2. Разработка методики учёта влияния начальных несовершенств (погиби) на несущую способность пластинчатых элементов 97

  3. Анализ результатов расчётов по предложенной методике 115

  4. Выводы по главе 120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123

ЛИТЕРАТУРА 126

ПРИЛОЖЕНИЕ!. СВИДЕТЕЛЬСТВА О ВНЕДРЕНИИ 138

Введение к работе:

Актуальность. При строительстве автодорожных, железнодорожных, пешеходных, сборно-разборных мостов широко используются пролётные строения с металлической ортотропной плитой. Перспективность использования этой конструкции обусловлена возможностью существенного (в три раза) снижения постоянной части нагрузки от собственного веса на пролётное строение по сравнению с железобетонным аналогом. Кроме этого, в мостах больших пролётов, даже при применении ортотропной плиты остаётся нерешённой задача снижения постоянной части нагрузки от собственного веса пролётного строения. Резервы несущей способности листа настила и ортотропной плиты в целом определяют задачу снижения металлоёмкости ортотропной плиты при обеспечении условий устойчивости, прочности её элементов, трещиностойко-сти и совместной работы одежды ездового полотна (дорожной одежды) с ортотропной плитой. Последнее условие требует применения современных конструкций одежды ездового полотна (далее, дорожной одежды) и защитно-сцепляющего слоя, и других конструктивно-технологических мероприятий, направленных на совершенствование конструкции самой ортотропной плиты. Для аналитических расчётов мостов с ортотропной плитой используются методы балочного ростверка (МБР), методы ортотропной плиты (МОП) [1-4]. В этих методах ортотропная плита и главная балка рассчитываются отдельно, т.е. не учитывается их совместная работа, а также дискретность раположения про-

дольных рёбер плиты. Это приводит к недостоверным результатам. Конечно-элементные модели учитывают и дискретность расположения ребер, и совместную работу. Их эффективное использование возможно при применении современных ЭВМ, но они не дают простого аналитического метода расчета балочных мостов, учитывающего совместную работу элементов конструкции и дискретность расположения ребер. Отсюда вытекает необходимость в снижении металлоёмкости ортотропной плиты и в уточнении метода балочного ростверка путем численных экспериментов на конечно-элементных моделях.

В расчётах на устойчивость, заложенных в СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы" [4], пластинчатые элементы покрывающего листа плиты между продольными рёбрами жёсткости рассматриваются как идеальные жёсткие пластинки, теряющие устойчивость в упругопластической стадии. Однако они являются гибкими пластинками, имеют начальную погибь технологического происхождения и, кроме сжатия вдоль рёбер, испытывают поперечный изгиб между ними. В этом случае, пластинка, после потери устойчивости первого рода (по Эйлеру), работает на сжатие в закритической стадии до исчерпания несущей способности второго рода (по прочности, жёсткости, ограниченным пластическим деформациям). При нагрузке, меньшей несущей способности, лист плиты между рёбрами получает остаточную погибь и далее работает в упругой стадии. Следовательно,, лист плиты между продольными рёбрами находится в более сложном напряжённо-деформированном состоянии, чем это принято в СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы" [4]. В связи с этим актуальной остаётся про-

блема оценки несущей способности и снижения металлоёмкости ортотропной плиты в металлических мостах.

Ставится цель исследования - Разработать методики, позволяющие уточнить расчёты на прочность и устойчивость и обоснованно реализовать резервы несущей способности металлических мостов с ортотропной плитой.

В рамках поставленной цели выделены основные задачи, решение которых является необходимым условием достижения цели:

сравнить результаты расчета по методу балочного ростверка (МБР) с результатами расчёта по методу конечных элементов (МКЭ), и разработать методику учёта совместной работы элементов пролётного строения в МБР;

снизить металлоёмкость ортотропной плиты путём уменьшения количества продольных ребер и толщины покрывающего листа ортотропной плиты при соблюдении условий прочности, устойчивости, жесткости элементов ортотропной плиты, трещиностойкости дорожной одежды и её совместной работы с ортотропной плитой в автодорожных мостах;

разработать методику оценки снижения несущей способности листа плиты между рёбрами при начальных несовершенствах (погиби);

разработать методику назначения допусков на начальные несовершенства (погибь) в листе плиты между рёбрами при изготовлении в зависимости от проектных сжимающих напряжений в пролетных строениях металлических мостов. Это позволит повысить изгибную жёсткость листа между рёбрами

и, следовательно, трещиностойкость дорожной одежды в надрёберной зоне ор-I

тотропной плиты в автодорожных мостах.

Методология исследований. В качестве методов и приёмов исследований в диссертации использованы общие методы теории познания: анализ существующих методов расчёта пролётных строений металлических мостов с орто-тропной плитой, сравнение результатов расчёта по различным методам (по МБР И МКЭ), синтез и оценка гипотез о работе элементов конструкции на основе математического эксперимента. Использованы математическое и конечно-элементное моделирование, вариантное проектирование, методы строительной механики

Объектом исследования принято однопролетное строение Lp = 17,4 м моста с ортотропной плитой из стали базовой марки 15ХСНД по проекту 1764Р -КМ1 габаритом Г-6,5. Пролётное строение рассчитывалось МБР и МКЭ на временные нагрузки АК-11 и НК-80 с учетом собственного веса пролетного строения. Высота пролетного строения Н=99,6 см, расстояние между поперечными балками /=3.5 м, продольные ребра жесткости 1.4x18 см, лист плиты между ребрами 1.2x33 см. Расчёты МБР выполнялись согласно СНиП [4]. Расчеты МКЭ выполнялись с помощью программного комплекса ЛИРА 9.0. Количество КЭ модели достигало 500 тысяч. Продолжительность расчета одного варианта на ПК с тактовой частотой 2Гц доходила до 12 часов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. В МБР разработан новый прием определения коэффициента попе
речной установки (КПУ) для главной балки. Для продольных рёбер введён
коэффициент распределения внешней нагрузки и внутренних усилий
(КРНУ). Для вычисления КПУ и КРНУ необходимы линии влияния опор
ных реакций и изгибающих моментов в многопролётной балке на упругих
опорах, получаемые методами строительной механики или с помощью
справочников, и поверхности влияния внутренних усилий в главных бал
ках и в продольных рёбрах, получаемых МКЭ. КПУ (КРНУ) принят рав
ным квадрату отношения максимальных ординат поверхности и линии
влияния изгибающих моментов в сечениях главной балки и продольного
ребра, либо квадрату максимальной ординаты линии влияния опорной ре
акции в балке на упругих опорах. Установлен местный характер простран
ственной работы продольного ребра, что не учитывается, ни в МБР, ни в
МОП, когда оно "размазывается" по верхнему поясу главной балки.

2. Выявлены новые закономерности работы мостов больших и малых
к пролётов. Получены варианты рациональных решений ортотропной плиты

и рекомендации по области их применения. Установлена закономерность влияния толщины листа настила на жёсткость балочных автодорожных мостов с главными балками открытого сечения. Получены зависимости прогиба листа плиты между рёбрами от расстояния между ними и толщины листа при нагрузке НК80.

3. Предложены методика оценки снижения несущей способности листа плиты между рёбрами при начальных несовершенствах и методика назначения допусков на начальные несовершенства (погибь) при изготовлении в зависимости от проектных сжимающих напряжений. Показано, что лист плиты между рёбрами практически всегда будет работать в закри-тической стадии. Задание начальной погиби необходимо в листе плиты толщиной, меньшей 12мм, рекомендованной СНиП [4], для обеспечения прочности дорожной одежды в надрёберной зоне в автодорожных мостах с оптимизированной ортотропной плитой. Для этого предложено создавать искусственно начальную погибь с реализацией пластических деформаций в тонком листе плиты между рёбрами при изготовлении. Величину погиби предложено назначать равной величине линейно упругого прогиба листа плиты между рёбрами, эквивалентной величине прогиба этого листа при учёте геометрической и физической нелинейности (установлено Платоновым А.С. [9]), от подвижной нагрузки. В этом случае пластинка будет работать как мембрана, прогибы будут малыми, не превышающими половины - трети толщины листа (установлено на основе решения уравнений Кармана, полученного Забавниковым Б.И. [13]), и лист плиты толщиной, например, 4мм, будет таким же жёстким, как и лист толщиной 12мм, рекомендованной СНиП [4].

Практическая ценность работы заключается в возможности использования разработанных методик расчёта и результатов исследования для совершен-

ствования проектирования, обеспечения надёжности и экономичности строительства и эксплуатации металлических мостов с ортотропной плитой. Разработанные в диссертации методики позволяют:

усовершенствовать расчёт на прочность продольного ребра и главной балки по методу балочного ростверка с помощью грубых конечно-элементных моделей, что повышает точность расчёта по МБР и оставляет его конкурентоспособным в отношении МКЭ за счёт существенно меньших потерь времени на подготовку исходных данных и времени расчёта;

оценить снижение несущей способности сжатого листа плиты между рёбрами при наличии начальных несовершенств, а также рассчитать обоснованное назначение начальных несовершенств (погиби) в листе плиты между рёбрами при изготовлении, что позволяет снизить, если не устранить, упругопластические прогибы листа плиты между рёбрами, ведущие к образованию трещин в дорожной одежде. Эффект снижения металлоёмкости ортотропной плиты достигает 32%, что составляет 6,7% веса исследованного пролётного строения. Получены варианты рациональных решений ортотропной плиты и рекомендации по области их применения. Решенная задача снижения металлоёмкости ортотропной плиты предполагает следующее на автодорожных мостах: - использование современных и разработку новых конструкций дорожной одежды и защитно-сцепляющего слоя гидроизоляции;

создание начальной погиби листа плиты между рёбрами, которую лист

может получить в процессе эксплуатации. При этом происходит смена напряженно-деформированного состояния с изгибного на мембранное. В результате выпученный между рёбрами лист толщиной 4-8мм в усовершенствованной конструкции ортотропной плиты будет жёстче листа толщиной 12 мм. На защиту выносятся

Новый прием определения КПУ или КРНУ с использованием МКЭ и предложения по совершенствованию учета пространственной работы пролётных строений мостов по методу балочного ростверка, который используется для определения напряжённо-деформированного состояния элементов пролётного строения и широко применяется в проектной практике при конкретных проектах;

Обоснование достигнутого эффекта снижения металлоёмкости при соблюдении условий прочности, устойчивости, жесткости и начальных несовершенств (погиби) пластинчатых элементов ортотропной плиты;

Предложенные методика оценки снижения несущей способности сжатого листа плиты между рёбрами при наличии начальных несовершенств и методика назначения начальных несовершенств (погиби) этого листа ортотропной плиты при её изготовлении.

Подобные работы
Доброчинская Ирина Валерьевна
Совершенствование методики расчёта сталежелезобетонных автодорожных пролётных строений мостов с комплексным учётом конструктивно-технологических факторов
Федулов Илья Викторович
Методика вероятностной оценки ресурса железобетонных пролетных строений мостов
Павлов Евгений Иридиевич
Методика экспериментальной оценки динамических характеристик прол#тных строений автодорожных мостов
Сергеев Алексей Анатольевич
Методика экспериментальной оценки динамических воздействий подвижной нагрузки на пролетные строения автодорожных мостов
Харламов Дмитрий Николаевич
Методика испытаний, расчета и конструкция стальных катковых опорных частей автодорожных мостов
Агеев Алексей Владимирович
Аэроупругость пролетных строений мостов
Дядькин Сергей Николаевич
Обоснование, технология навесной сборки и мониторинг вантовых пролетных строений мостов с учетом климатических факторов (На примере моста через реку Обь у г. Сургута)
Митропольский Николай Михайлович
Пространственный расчет стальных коробчатых пролетных строений мостов в упругопластической стадии
Нгуен Нам Ха
Автоматизация проектирования и оптимизация сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов
Ращепкин Артем Алексеевич
Совершенствование оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов на основе автоматизации расчетов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net