Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Хабаровск: ДГУПС, 2006. — 141 с.
05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Миронов Л.П. 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 ортотропной 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 поперечной 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 опорных 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 балках и в продольных рёбрах, получаемых МКЭ. КПУ (КРИТУ) принят равным квадрату отношения максимальных ординат поверхности и линии влияния изгибающих моментов в сечениях главной балки и продольного ребра, либо квадрату максимальной ординаты линии влияния опорной реакции в балке на упругих опорах. Установлен местный характер пространственной 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 закритической 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].
05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Миронов Л.П. 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 ортотропной 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 поперечной 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 опорных 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 балках и в продольных рёбрах, получаемых МКЭ. КПУ (КРИТУ) принят равным квадрату отношения максимальных ординат поверхности и линии влияния изгибающих моментов в сечениях главной балки и продольного ребра, либо квадрату максимальной ординаты линии влияния опорной реакции в балке на упругих опорах. Установлен местный характер пространственной 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 закритической 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].