WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Мыцик Владимир Станиславович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЫНОСЛИВОСТИ СТАЛЬНОЙ ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТЫ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

Специальность 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог,
метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Мо­ск­ва – 2007 г.

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Научно-исследова­тельский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС).

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Васильев Александр Ильич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук

Шестериков Владимир Иванович

Кандидат технических наук, профессор

Попов Виктор Иванович

Ведущая организация: ОАО «Гипротрансмост»

Защита состоится «21» декабря 2007 го­да, в 12-00 часов на заседании диссерта­ционного совета ДМ 303.018.01 при «Научно-исследовательском институте транс­портного строительства» по адресу: 129329, г. Москва, ул. Кольская, д. 1, ОАО ЦНИИС.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО ЦНИИС. Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «21» ноября 2007 го­да

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Петрова Ж. А.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. До 1991г. отечественные нормы не регламентировали расчеты автодорожных мостов на выносливость. Впервые такие требования были включены в действующий СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы». Однако, дополнения 1991г. не учитывали ряд специфических особенностей нагружения элементов ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от вертикальной временной нагрузки с позиции оценки выносливости. Более того, при регламентированных в СНиП 2.05.03-84* эффективных коэффициентах концентрации напряжений необходимость выполнения расчетов на выносливость, как правило, отпадала. Наблюдаемая в последние годы тенденция к росту интенсивности движения грузового автотранспорта по проезжей части обострила эту проблему. В этой связи возникли реальные предпосылки к снижению ресурса элементов ортотропной плиты проезжей части по выносливости, с наступлением предельного состояния сначала второй, а затем и первой группы. В условиях низких температур, характерных для эксплуатации конструкций северного А и Б (по СНиП 2.05.0384*) исполнения, усталостные повреждения могут привести к катастрофическим последствиям.

Таким образом, назрела необходимость проведения научных исследований по проблеме оценки выносливости конструкций ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов с разработкой соответствующей методики. Она должна учитывать особенности движения автотранспорта и закономерности накопления усталостных повреждений от автодорожной нагрузки, а также позволять использование современных компьютерных программ, позволяющих корректно учесть индивидуальные особенности работы ортотропной плиты любой конструкции под нагрузкой, вероятность положения на проезжей части и перспективы развития временных нагрузок.

Целью работы является разработка методики оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Адаптация нормативной нагрузки для оценки выносливости ортотропной плиты;

2. Изучение вероятностных особенностей поперечного положения грузовых автомобилей на проезжей части моста и его влияние на напряженное состояние элементов ортотропной плиты различной конструкции;

3. Оценка закономерности накопления усталостных повреждений в ортотропной плите от воздействий многоосных грузовых автомобилей;

4.Экспериментальное натурное исследование влияния поперечного положения автомобиля КамАЗ-55111 на напряженное состояние элементов ортотропной плиты проезжей части;

5. Разработка методики оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок.

Методы исследования. В соответствии с целью и задачами диссертационной работы исследования выполнены с использованием современных теоретических и экспериментальных методов. Теоретические методы базировались на научных положениях математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, строительной механики, метода предельных состояний и теории надежности. Экспериментальные исследования проводили на натурном мостовом сооружении с использованием современной компьютерно-измерительной тензометрической системы.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Обоснован расчетный метод перехода от обращающихся и перспективных грузовых автомобилей к условной абстрагированной эквивалентной по воздействию на плиту нормативной нагрузке посредством специального коэффициента усталостного приведения и предложена схема этой нагрузки при оценке выносливости ортотропной плиты;

2. Выявлены закономерности влияния на усталостную прочность элементов ортотропной плиты проезжей части воздействий автомобильной нагрузки: вдоль моста при малых длинах линий влияния в пределах 36 м и поперек моста в пределах нормируемых габаритов полосы проезжей части;

3. Получена теоретическая зависимость котангенса угла наклона кривой усталости при нагружении ортотропной плиты до 5х106 циклов для конструкционных сталей, используемых в отечественном мостостроении.

Практическая значимость. Методика оценки выносливости стальной ортотропной плиты автодорожных мостов от обращающихся нагрузок позволяет привести долговечность ортотропной плиты в соответствие с проектным сроком службы моста. В табличном редакторе Microsoft Excel разработана специальная программа «Auto-fatigue», позволяющая оперативно определять долговечность по выносливости стальных ортотропных плит автодорожных мостов. Даны предложения по оценке остаточного ресурса элементов и узлов ортотропных плит, а также по учету ежегодного накопления усталостных повреждений в зависимости от реального количества пропущенных по проезжей части грузовых автомобилей с целью корректировки остаточного ресурса по выносливости.

Вопросы, выносимые на защиту:

1. Адаптация нормативной нагрузки оценки выносливости ортотропной плиты;

2. Результаты исследования вероятностного поперечного положения грузовых автомобилей на проезжей части моста и его влияния на напряженное состояние ортотропной плиты с продольными ребрами различной конструкции;

3. Методика оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок;

4. Предложения по оценке остаточного ресурса стальной ортотропной плиты эксплуатируемых автодорожных мостов.

Достоверность основных научных положений и результатов исследования обеспечивается корректностью теоретических и экспериментальных исследований (в пределах принятых допущений), а также удовлетворительным совпадением полученных в результате теоретических исследований данных с данными эксперимента на натурном объекте.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы ОАО «Гипротрансмост» в проекте моста через реку Москву на участке Краснопресненского проспекта от МКАД до проспекта Маршала Жукова для оценки усталостной долговечности разработанных и испытанных в «НИЦ «Мосты» ОАО ЦНИИС при участии автора диссертационной работы новых конструктивных решений узлов ортотропной плиты с продольными ребрами замкнутого трапециедального сечения.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на заседаниях секции «Строительство и реконструкция искусственных сооружений (мосты, путепроводы, виадуки и т.п.)» Ученого совета ОАО ЦНИИС, а также на 64-й научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского Автомобильно-Дорожного Института МАДИ (ГТУ).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены в 5 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического указателя и приложений. Полный объем диссертации составляет 182 стр., включая 73 рисунка, 22 таблицы и 2 приложения. Основной текст (без оглавления, библиографического указателя, приложений, рисунков и таблиц) излагается на 117 страницах. Библиографический указатель включает 114 наименований.

Диссертация выполнена в Филиале ОАО ЦНИИС НИЦ «Мосты».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации в исторической последовательности описаны и проанализированы основные тенденции развития и применения для проезжей части автодорожных мостов стальных ортотропных плит. Проанализированы конструктивные особенности элементов и узлов ортотропных плит, основные места образования усталостных повреждений. Рассмотрены методики расчета мостовых конструкций на выносливость по отечественным и зарубежным нормативным документам.

Решением вопросов по конструкциям ортотропной плиты на начальном этапе их внедрения в СССР внесли коллективы Воронежской лаборатории сварки ЦНИИСа, Воронежского и Курганского заводов мостовых конструкций, МИИТа, МАДИ, Гипротрансмоста, институтов Союздорпроект, Ленгипротрансмост, Киевский филиал Союздорпроекта, ЦНИИПСК, УкрПСК, Ленинжпроект.

Большой вклад в развитие ортотропных мостовых конструкций в нашей стране внесли: В.С. Агеев, К.П. Большаков, Н.Г. Верцман, Э.М. Гитман, В.Г. Гребенчук, А.А. Дорошкевич, В.П. Егоров, Л.Н. Журавов, Е.А. Иванайский, Г.П. Корноухов, А.В. Кручинкин, Г.А. Мамлин, Н.М. Митропольский, Г.М. Молгина, Б.Д. Монов, Б.М. Передереев, А.С. Платонов, Н.И. Подберезный, В.П. Польевко, В.И. Попов, А.А. Потапкин, А.П. Почечуев, П.М. Саламахин, Т.А. Скрябина, Э.Я. Слоним, В.А. Смирнов, Н.Н. Стрелецкий, Б.Е. Улицкий, Г.Б. Фукс, В.Ю. Шишкин, и др.

Большой вклад в исследование выносливости элементов стальных мостов был внесен в теоретических и экспериментальных исследованиях В.А. Балдина, К.Б. Бобылева, В.В. Болотина, К.П. Большакова, В.Г. Гребенчука, В.М. Горпинченко, В.И. Дворецкого, Б.Н. Дучинского, В.С. Ковальчука, Ю.Г. Козьмина, Е.Е. Кочерговой, Р.З. Маниловой, П.П. Михеева, Г.А. Николаева, Н.И. Новожиловой, В.О. Осипова, М.Л. Палагина, В.Н. Савельева, А.Д. Сергиевского, В.И. Труфякова, Е.П. Феоктистовой, В.Ю. Шишкина и др.

Широкое практическое применение в мировой практике получили одноярусные ортотропные плиты с продольными ребрами 3-х видов:

- открытого поперечного сечения, сварные или из прокатных профилей;

- замкнутого поперечного сечения, холодногнутые из листа толщиной 58мм;

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

Из всего многообразия применяемых продольных ребер для ортотропных плит за рубежом отдают предпочтение холодногнутым из листа толщиной 56 мм ребрам коробчатого сечения. Они могут быть трапециедальные, U и V-образные. Первые наиболее употребительны. Такие ребра приваривают к листу настила односторонними швами, что требует вдвое меньшей длины швов, чем для плоских ребер. Замкнутые ребра эффективны при работе на изгиб и кручение, что улучшает распределение местной нагрузки по ширине плиты и передачу крутящих моментов при внецентренном приложении к ним сосредоточенного давления колес подвижной нагрузки.

Зарубежный опыт эксплуатации стальных мостов с ортотропной плитой проезжей части указывает на преждевременное появление в них усталостных трещин. Преждевременное усталостное разрушение конструкций ортотропных плит зарубежных стальных мостов обусловлено наличием многочисленных конструктивных концентраторов напряжений, находящихся в сложнонапряженных зонах ортотропной плиты пролетного строения моста. В нашей стране пока таких разрушений в современных конструкциях в связи с недолгим сроком их эксплуатации при интенсивном движении грузового автотранспорта не установлено. Вместе с тем, за последние 1520 лет на дорогах России наблюдается устойчивый рост интенсивности движения и осевых нагрузок. Эта тенденция, несомненно, сохранится и в будущем. Тенденция развития автотранспорта получила отражение в МГСН 5.02-99 «Проектирование городских мостовых сооружений», где приняты нормативные временные вертикальные нагрузки, отличные от регламентируемых действующим СНиП 2.0503-84* «Мосты и трубы».

Методика расчета на выносливость при проектировании новых мостов, изложенная в СНиП 2.0503-84* «Мосты и трубы», хотя изначально разработана для железнодорожных мостов, по ней выполняется расчет всех мостовых сооружений независимо от вида действующей временной вертикальной нагрузки. Это обстоятельство не учитывает существенную особенность работы элементов ортотропной плиты автодорожных мостов от вертикальной временной нагрузки, которая имеет возможность перемещаться по проезжей части в поперечном направлении. Также, в основу действующей методики для автодорожных мостов положены ограниченные пределы выносливости на базе около 7х105 циклов. Вместе с тем, по автодорогам высших категорий ежегодно проходит количество тяжелых грузовых автомобилей, сопоставимое с данной базой расчета. Для преодоления этих противоречий актуальной становится разработка для автодорожных мостов отдельной методики оценки выносливости, которая должна учитывать все вышеуказанные недостатки методики существующей, что и предопределило цель и задачи данной диссертационной работы.

Вторая глава посвящена изучению особенностей движения временных подвижных нагрузок и их расположения на проезжей части моста, а также обоснованию нагрузки для расчетов на выносливость элементов проезжей части автодорожных мостов.

Автомобильное движение в нашей стране за последние 1520 лет изменилось и характеризуется следующими особенностями:

- существенное увеличение общего количества автотранспортных средств на дорогах общего пользования;

- рост количества тяжелых автопоездов, имеющих в своем составе полуприцепы со сдвоенными и строенными осями на минимальном расстоянии 1,21,4 м;

- возрастание полной массы автомобиля и буксируемого им в составе автопоезда прицепа или полуприцепа и, как следствие, увеличение количества осей и рост осевых нагрузок;

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»