Барановский А.А. Методы расчёта мостов

Подождите немного. Документ загружается.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

(методические указания для студентов)

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА

ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1. Построение линии влияния внутренних усилий (программа RAMA),

подготовка информации для файла исходных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2. Построение эпюр внутренних усилий (программа RAMР), подготовка

информации для файла исходных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3. Особенности подготовки исходных данных для расчета пролетных строений

с полигональным верхним поясом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ МОСТОВ КОМБИНИРОВАННЫХ

СИСТЕМ. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ПРИМЕР К ПОСТРОЕНИЮ ЛИНИЙ ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННИХ

УСИЛИЙ В НЕРАЗРЕЗНЫХ БАЛКАХ (ФЕРМАХ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ПРИМЕР ОПИСАНИЯ КОНСТРУКЦИИ СОДЕРЖАЩЕЙ

ШАРНИР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ПРИМЕР К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ УЗЛОВ

КОНСТРУКЦИИ ПРИ СМЕЩЕНИИ ОПОР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ПРИМЕР ОПИСАНИЯ СИММЕТРИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ПРИМЕР К ПОСТРОЕНИЮ ПОПЕРЧНЫХ ЛИНИЙ ВЛИЯНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В БАЛКАХ ОТ РАВНОМЕРНО

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ВДОЛЬ ПРОЛЕТА НАГРУЗКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ВАРИАНТ ОФОРМЛЕНИЯ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ . . . . . . . .

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основная цель занятий называемых «Методы расчета мостов» состоит в том,

чтобы научиться применять ранее полученные навыки работы на персональных

компьютерах совместно со знаниями по специальным общестроительным

дисциплинам, а также научиться пользоваться инженерными программами,

имеющимися на кафедре «Мосты» ПГУПС. Полученные при выполнении

заданий навыки, будут полезны при работе над курсовыми проектами

железобетонного, металлического, висячего и вантового мостов, а также в

работе над дипломным проектом, выполняемым на кафедре.

В рамках курса каждому студенту предлагается выполнить индивидуальное

задание, их список представлен в приложении 1. В задании предложен общий

вид решетчатого пролетного строения, заданы основные его параметры (длина,

высота, величина панели), а также величины постоянной и временной

нагрузок.

Все предлагаемые к расчету пролетные строения представляют собой

комбинированные решетчатые конструкции с жестким нижним поясом

(решетчатая комбинированная ферма с параллельными поясами или простая

комбинированная ферма (арка) с полигональным верхним поясом), краткое

описание и характеристика таких конструкций даны в приложении 2.

При выполнении задания необходимо:

– подготовить и представить исходную информацию о пролетном строении в

«понятном» для компьютерных программ виде (методика подготовки

исходных данных приведена в разделе 2);

– занести информацию в персональный компьютер, в соответствующие файлы

– шаблоны –

rama-dat.dat

ramp-dat.dat

;

– используя стандартную программу RAMA (файл

rama.exe

) комплекса

программ ТУРК (термо-упругий расчет конструкций) определить ординаты

линий влияния внутренних усилий в элементах фермы для пяти – шести

наиболее интересных ее стержней, охватив при этом элементы нижнего и

верхнего пояса, а также раскосы;

– используя стандартную программу RAMP (файл

ramp.exe

) рассчитать

ординаты эпюр внутренних усилий от заданной нагрузки и линию

вертикального прогиба пролетного строения;

– полученные в ходе работы программ результаты распечатать;

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

– обработать и представить в наглядном виде (схемы, графики, эпюры и т.п.)

полученную по результатам расчета информацию;

– собрать в пояснительную записку всю подготовительную информацию,

промежуточные вычисления, распечатки результатов и материалы по их

обработке, записку оформить на стандартных листах формата А4, в

соответствии с правилами принятыми в университете и сдать преподавателю.

Один из примеров оформления выполненной работы приведен в приложении 3.

Занятия по куру «Методы расчета мостов» проводятся в аудиториях и в

компьютерном классе университета. Мерой контроля по дисциплине является

зачет.

Рекомендуемая при работе над заданиями литература: Ленько О.Н.,

Никольский М.Д., Чернева И.М. Численные методы решения задач по расчету

транспортных сооружений с использованием ЭВМ. – Л.: ЛИИЖТ, 1986. –108 с.

(методические указания).

2. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ

В качестве примера подготовки исходной информации выберем решетчатое

комбинированное пролетное строение (ферму) с параллельными поясами.

Схема фермы с указанием общих данных показана на рис. 2.1.

высота

фермы

, тс/м

постоянная равномерно распределенная нагрузка

длина панели фермы

величина расчетного пролета

временная равномерно распределенная нагрузка

, тс/м

Рис. 2.1. Схема пролетного строения

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

2.1. Построение линии влияния внутренних усилий (программа RAMA),

подгот овка информации для файла исходных данных

Содержание файла – шаблона – файла исходных данных

rama-dat.dat

'ШИФР ЗАДАЧИ: (исходные данные для студентов) rama-dat.dat '

'ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИЙ ВЛИЯНИЯ УСИЛИЙ В РАМЕ '

'NE – ЧИСЛО ЭЛЕМЕНТОВ РАМЫ '

'NY – ЧИСЛО УЗЛОВ РАМЫ '

'NF – ЧИСЛО ОПОРНЫХ СВЯЗЕЙ РАМЫ '

'NP – ЧИСЛО УЗЛОВ ЕЗДОВОГО ПОЯСА РАМЫ '

'NS – ЧИСЛО ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАМЫ '

'Массив – NT1 (номер узла начала элемента) '

1 3 4 5 11 13 14 15 6 8 9 10 1 12 2 11 6 7 2 7

'Массив – NT2 (номер узла конца элемента) '

3 4 5 6 13 14 15 16 8 9 10 11 2 16 6 12 7 11 7 12

'Массив – X (горизонтальные координаты узлов) '

0. 2. 1. 2. 3. 4. 6. 5. 6. 7. 8. 10. 9. 10. 11. 12.

'Массив – Y (вертикальные координаты узлов) '

0. 3. 4*0. 3. 4*0. 3. 4*0.

'Массив – EF (продольные жесткости элементов) '

8*0.25 4*0.30 2*0.20 2*0.15 2*0.10 2*0,035

'Массив – EI (изгибные жесткости элементов) '

12*0.05 8*0.00001

'Массив – NF1 (номера закрепленных (опорных) узлов) '

1 1 16

'Массив – NF2 (направление закрепления (по Х – 1, по У – 2, заделка – 0)) '

1 2 2

'Массив – NPJ (номера узлов приложения единичной силы (ездовой пояс)) '

1 3 4 5 6 8 9 10 11 13 14 15 16

'Массив – NSK (список элементов, для которых строятся линии влияния) '

10 12 13 15 19

При построении расчетной схемы нумеруются узлы –

показаны синим крупным

шрифтом, курсивом

, пролетное строение разбивается на элементы,

показаны

красным, мелким, жирным шрифтом

см. рис. 2.2.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

345

13 14 15 16

1234 56789101112

1415 1617 18

19 20

Рис. 2.2. Расчетная схема пролетного строения

Число участков разбиения нижнего пояса длиной

не должно быть меньше

трех, иначе результат будет недостаточно точен, а вид графиков недостаточно

нагляден. Однако не стоит дробить пояс на множество элементов, чтобы не

перегружать расчет.

ПРИМЕЧАНИЕ

Система, рассматриваемая в примере, относительно проста, нумерация узлов в ней может

быть любой, однако имеет смысл делать нумерацию рациональной, например ступенчатой

(как на схеме) особенно это важно для «громоздких» систем (комбинированных арочных,

вантовых и висячих).

Принципы нумерации узлов связаны с тем, что вся информация в памяти машины

записывается в определенном порядке, в частности коэффициенты при неизвестных

записываются т.н. лентой. От ширины ленты зависит размер матрицы коэффициентов

RW (порядок системы) формируемой программой при счете.

Программы RAMA и RAMP, составлены таким образом, что размер матрицы

коэффициентов для них ограничен, и при его переполнении свыше 6000 происходит сбой в

работе или выдается не правильный результат.

Величина RW печатается на экране монитора в момент работы программы и в файле с

результатами. Если число RW больше 6000 результаты не верны.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

ПРИМЕР ПОДСЧЕТА RW

n - число узлов (каждый имеет 3 степени свободы)

, n

- номер узла начала и конца элемента (принять для элемента с наибольшей разницей)

хххх

х ххх

хх

х ххх

хххххх

хххх ххх

Коэффициенты

Лента

Отсекаемый

ряд

((

)х

=[((

)х

] х [

6000

При описании схемы показанном на рисунке, для 9 - го элемента имеем:

((8 - 2) + 1)

3 = 21 и 8

3 = 24 т.о. RW

=21

24 =504

3456 8

12345

При описании схемы показанном на рисунке, для 7 - го элемента имеем:

((8 - 1) + 1)

3 = 24 и 8

3 = 24 т.о. RW

=24

24 =576

2345 7

12345

В этом примере RW

< RW

незначительно, в сложных системах разница может быть

большой и величина RW превысит предельную для программ RAMA и RAMP величину 6000.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

Для описания пролетного строения следует изменить файл – шаблон

rama-

dat.dat

, подставив в него свои исходные данные, порядок подготовки которых

показан ниже.

ШИФР ЗАДАЧИ –

вместо имеющегося в файле – шаблоне шифра

rama-dat.dat

можно ввести свой

идентификационный номер или, например

mt501041.dat

(здесь

– шифр

факультета МТ,

501

– номер студенческой группы,

– номер студента по

журналу,

– номер выполняемого задания).

ПРИМЕЧАНИЕ

Все имеющиеся в файле – шаблоне комментарии заключены в апострофы. Стоящие в

апострофах предложения для работы программ обязательны и не должны стираться при

наборе данных.

Разделителем чисел в файле – шаблоне является пробел. Разделителем целых и десятых

долей вещественного числа в файле – шаблоне является точка.

Для исключения одинаковых имен файлов исходных данных у разных студентов, файл –

шаблон после внесения в него изменений необходимо переименовать по принципу,

описанному выше. В любом случае в названии файла исходных данных следует избегать

длинных имен и кирилицы.

NE - Число элементов рамы

– 20

(см. рис. 2.2)

NY - Число узлов рамы

– 16

NF - Число опорных связей рамы

– 3

NP - Число узлов ездового пояса рамы –

NS - Число обрабатываемых элементов рамы –

Массив данных - NT1 (номер узла начала элемента)

Массив данных - NT2 (номер узла конца элемента)

Массивы

NT1

NT2

удобнее готовить совместно, в табличной форме (см. табл.

2.1), а затем перенести в файл исходных данных.

Таблица 2.1.

№ элемента

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

NT1

1 3 4 5 11 13 14 15 6 8 9 10 1 12 2 11 6 7 2 7

NT2

3 4 5 6 13 14 15 16 8 9 10 11 2 16 6 12 7 11 7 12

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

ПРИМЕЧАНИЕ

В таблице 2.1 количество чисел в строке NT1 и строке NT2 равно числу элементов,

очередность следования – обязательно по порядку возрастания. Все числа в файл

печатаются как целые (без точек и запятых), набор ведется через пробел.

Массив данных - X (горизонтальные координаты узлов)

Массив данных - Y (вертикальные координаты узлов)

Массивы

удобнее готовить совместно, в табличной форме (см. табл. 2.2),

а затем перенести в файл исходных данных.

Таблица 2.2.

№ п/п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0. 2d. d. 2d. 3d. D. 6d. 5d. 6d. 7d. 2D. 10d. 9d. 10d. 11d. 3D.

0. h. 0. 0. 0. 0. h. 0. 0. 0. 0. h. 0. 0. 0. 0.

ПРИМЕЧАНИЕ

В таблице 2.2 количество чисел в строке равно числу узлов, очередность следования –

обязательно по порядку возрастания. Все числа вещественные (с точкой) набираются через

пробел, в строках возможна сокращенная запись через символ «*» (так три одинаковые и

идущие подряд координаты 0.5, можно записать как 3*0.5).

Массив данных - EF (продольные жесткости элементов)

Для определения продольной жесткости элементов следует воспользоваться

опытом проектирования или выполнить эскизный расчет, ход которого показан

ниже.

Расчетные схемы и эпюры необходимые при подборе жесткости элементов

представлены на рис. 2.3.

q+р

, тс/м

Эпюра M

ferm

0,25

0,5

Эпюра Q

ferm

Рис. 2.3. Расчетные схемы и эпюры к подбору продольной жесткости элементов

(пролетное строение заменено условной балкой на двух опорах пролетом L)

МЕТОДЫ РАСЧЕТА МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

 Алексей БАРАНОВСКИЙ

Изгибающий момент в любом сечении условной балки:

pq L

iii

+×

×−

() ()

;

ПРИМЕЧАНИЕ:

Для контроля изгибающий момент в середине пролета условной балки:

pq L

()

+×

в четверти пролета MpqL

025

0 094

,()

=×+×.

Перерезывающая сила в опорном сечении:

pq L

+×

()

Перерезывающая сила в середине пролета:

Продольные усилия в верхнем и нижнем поясах фермы представлявшейся

балкой:

ferm i

Продольные усилия в раскосах фермы представлявшейся балкой:

ferm i

sin

(здесь

- угол наклона раскосов к горизонтали).

Площади поперечного сечения элементов фермы

находятся с учетом

полученных значений усилий в поясах и раскосах фермы

, коэффициентов

условий работы

(эти коэффициенты учитывают особенность работы элемента

и имеют различные значения), коэффициентов надежности

и расчетного

сопротивления материала пролетного строения

mR h

ferm i

××

×× ×

ϕϕ

– для каждого из элементов поясов;

ferm i

sin

××

×× ×

ϕϕ α

– для каждого из раскосов.

ПРИМЕЧАНИЕ

Для каждого конкретного элемента фермы, по эпюре выбирается максимальное для этого

элемента значение момента или перерезывающей силы.

Коэффициент условий работы

имеет следующие значения:

– сжатый (верхний) пояс –

0,8

– растянутый (нижний) пояс –

0,85

– преимущественно растянутые раскосы –

0,85

– преимущественно сжатые раскосы –

0,7

– опорные раскосы –

0,5