WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Упомянутые особенности движения грузового автотранспорта оказывают заметное влияние на процесс накопления в элементах ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов усталостных повреждений.

По результатам исследований А.И. Васильева, проведенных в ЦНИИСе в 70-е годы ХХ века, в нормативные документы для дорог общего пользования была введена новая автодорожная нагрузка – А11. С естественным развитием подвижных нагрузок с конца 90-х годов ХХ века проектирование отдельных мостовых сооружений производится на нагрузку А14. С 2008 года предполагается введение нагрузки А14 в качестве нормативной для мостовых сооружений на всех дорогах общего пользования.

Неоспоримое достоинство нормативной нагрузки по схеме АК состоит в удобстве загружения ею линий влияния. Однако при определении напряжений в расчетах на выносливость эта нагрузка не отражает реальную картину силового воздействия на конструкцию во времени.

Использование для элементов проезжей части, характеризующихся линией влияния относительно короткой длины, в качестве расчетной по выносливости нагрузку по схеме АК из двух составляющих не совсем удобно и корректно. Равномерно распределенная составляющая нагрузки и тележка имеют пересекающиеся участки, что не соответствует реальному воздействию автомобиля. Для большей достоверности и удобства предлагается исключить из данного расчета равномерно распределенную нагрузку и оставить только двухосную тележку.

Такого же мнения, очевидно, придерживались разработчики мостовых норм США (AASHTO LRFD) и Великобритании (BS5400), в которых для расчета на выносливость используется соответственно трехосный и четырехосный нормативный автомобиль.

При расчете конструкций ортотропной плиты на выносливость по действующей методике полагается, что все автомобили двигаются строго по одной колее и не могут перемещаться в плане. Это положение следует из того, что методика расчета была заимствована без изменения из расчета на выносливость железнодорожных мостов, где поезда двигаются строго по рельсовой колее.

На самом деле каждое автотранспортное средство двигается по проезжей части по своей собственной криволинейной траектории. Колебания поперечного положения автомобиля при движении по полосе проезжей части относительно среднего значения могут достигать 3040 см и более. Элементами ортотропной плиты проезжей части автодорожного моста, которые наиболее чувствительны к изменению поперечного положения временной вертикальной нагрузки, несомненно, являются продольные ребра.

Поперечное положение автомобиля на проезжей части моста является существенным фактором, влияющим на напряженно-деформированное состояние элементов ортотропной плиты, который необходимо оценить и учесть для достижения цели работы. Для этого были сделаны и доказаны следующие допущения:

1. Положение оси колеса нормативного автомобиля поперек полосы проезжей части – случайная величина, распределенная по закону Гаусса.

2. При движении по проезжей части моста автомобили не совершают перестроений и других маневров.

3. В пределах расчетного участка ортотропной плиты (5 панелей) по всей ширине проезжей части находится только один тяжелый автомобиль, независимо от количества полос для движения автотранспорта.

4. В пределах расчетного участка ортотропной плиты нормативные автомобили двигаются параллельно оси моста.

За величину стандарта нормального распределения равной 20 см. Это сделано на основании изучения результатов отечественных и зарубежных исследований.

Помимо поперечного положения автомобиля существенное влияние на процесс накопления в элементах ортотропной плиты проезжей части усталостных повреждений оказывает интенсивность движения автотранспорта.

С учетом обобщения отечественного и зарубежного опыта, количество циклов нагружения в течение любого года эксплуатации мостового сооружения следует определять по формуле:

(1)

где Ni – количество циклов нагружения элемента за i-й год эксплуатации;

350 – расчетное количество рабочих дней в году;

Иi – суточная интенсивность движения автотранспорта по одной полосе в i-м году;

– доля грузовых автомобилей в общем потоке автотранспорта;

- для мостов на дорогах I и II категории между городами, на объездных дорогах I и II категории вокруг мегаполисов и в малых городах (при отсутствии объездной дороги) – =0,25;

- для мостов на дорогах I и II категории в крупных городах – =0,2;

- для мостов на дорогах III категории и ниже между городами – =0,15;

- для мостов на дорогах III категории и ниже в малых городах – =0,1;

P – понижающий коэффициент, учитывающий количество полос в одном направлении (принято по нормам США – AASHTO LRFD):

- P=1,0 – при одной полосе;

- P=0,85 – при двух полосах;

- P=0,8 – при трех и более полосах.

n – коэффициент, учитывающий соотношение усталостных повреждений, создаваемых реальным среднестатистическим грузовым автомобилем и тележкой по схеме АК.

Наиболее существенное влияние на расчетное количество циклов по формуле (1) оказывает интенсивность движения автотранспорта. Ранее выполненные исследования А.И. Васильева показывают, что темпы роста интенсивности движения автотранспорта на настоящий момент можно оценить величиной от 3 до 7 % в год. Наиболее вероятной закономерностью роста интенсивности движения автотранспорта является равномерное снижение темпов роста с 7 до 3 % с 2000 до 2015 года, после чего рост интенсивности остается постоянным на уровне 3 %.

Если принять 2005 год за исходный, то интенсивность движения автотранспорта на любой год выражается формулой:

(2)

где i – искомый год;

Иi – интенсивность движения в i-м году по одной полосе;

И2005 – интенсивность движения по одной полосе в исходном 2005-м году;

Фактический предел количества автомобилей, проехавших по одной полосе в сутки, по зарубежным данным, ограничен числом 20000 шт. Учитывая это, значение интенсивности для дорог всех категорий при ее определении по формуле (2) не должно превышать 20000 авт./сут.

При строительстве нового мостового сооружения на действующем участке автодороги интенсивность движения автотранспорта на первый год эксплуатации сооружения следует принимать по фактической интенсивности движения на данном участке, установленной на стадии работ по изысканию. При отсутствии данных изыскания в качестве значения интенсивности движения в исходном 2005м году для вновь проектируемых участков автодорог I категории можно принять 10000 авт./сут. на каждую полосу движения. На дорогах более низких категорий интенсивность движения автотранспорта существенно ниже, чем на магистралях. Для дорог II категории интенсивность движения по состоянию на 2005-й год можно принять равной 7000 авт./сут., а для дорог III категории и ниже – 3000 авт./сут.

По проекту новой редакции СНиП по проектированию мостов срок службы металлических пролетных строений определен в 90 лет. Таким образом, проектное количество циклов за все время эксплуатации для элементов металлической проезжей части можно определить по формуле:

; (3)

С учетом (2) и переходом от суммы к интегралу формула (3) примет вид:

(4)

Если ожидается, что через какое-то время эксплуатации интенсивность движения возрастет более существенно, чем предусматривает формула (2), то категория дороги может быть директивно повышена с III или IV до II, или со II до I. С учетом этого обстоятельства левая часть в формуле (4) примет вид:

; (5)

где N1 и N2 – количество циклов нагружения до и после изменения категории дороги, которые определяются по формуле (4) с учетом времени эксплуатации на каждом этапе.

Так как любой реальный грузовой автомобиль состоит из двух или более групп осей, разделенных расстоянием 4 м и более, то он будет создавать в элементах ортотропной плиты проезжей части (прежде всего, в продольных ребрах) такое же количество отдельных циклов переменных напряжений. Суммарное усталостное повреждение от такого автомобиля будет равно сумме повреждений от каждого цикла. В рамках разработанной методики это решено назначением коэффициента, который выражает соотношение мер усталостного повреждения узла конструкции от одного прохода многоосного грузового автомобиля и от соответствующей ему по максимальным внутренним усилиям тележки АК. Этот коэффициент назван – «коэффициент усталостного приведения» (в формулах (1,3,4) это коэффициент «n»).

Коэффициент усталостного приведения «n» для каждого автомобиля зависит от нескольких факторов:

- длина линии влияния элемента конструкции;

- положение вершины линии влияния (=00,5);

- количество групп осей у автомобиля;

- расстояние между осями в группе;

- осевые нагрузки в группах осей;

- наклон кривой усталости.

Влияние каждого фактора в отдельности на конечный результат весьма существенно как для отдельного автомобиля, так и для их обращающейся совокупности.

Для определения закономерностей изменения коэффициента усталостного приведения приняты следующие допущения:

1. Линии влияния усилий имеют вид треугольника;

2. Ширина колеи и размеры штампов колес тележки АК и реальных грузовых автомобилей одинаковы;

3. Составляющие внутренних усилий от постоянных нагрузок и от работы ортотропной плиты в составе всей конструкции под воздействием временных нагрузок отсутствуют;

Граничные условия исследования:

- длина линий влияния изменяется в пределах от 3 до 6 м;

- положение вершины линии влияния изменяется в интервале [0;0,5];

- использованы три вида групп осей – одиночная, сдвоенная и строенная;

- наклон кривой усталости принят равным 1:6.

Разнообразие грузовых автомобилей, обращающихся по автодорогам России весьма велико. Для определения коэффициента усталостного приведения для элементов ортотропной плиты было использовано пять обобщенных схемы автотранспортных средств, разработанные и использованные С.В. Бохановой (рисунок 1).

Коэффициент усталостного приведения определяется индивидуально для каждой обобщенной схемы при определенных значениях длины () и положения вершины () линии влияния по формуле:

(6)

где m – котангенс угла наклона кривой усталости;

Кi – класс (по схеме АК) i-й группы осей обобщенной схемы;

Kmax – максимальный класс из всех групп осей обобщенных схем при =const и =const;

Рисунок 1 Обобщенные схемы грузовых автотранспортных средств

Для определения коэффициента усталостного приведения, средневзвешенного по всей совокупности обращающихся грузовых автомобилей, было выполнено наблюдение за транспортным потоком. Наблюдение проводилось на федеральной автодороге М1 «Беларусь». Было зафиксировано прохождение 1000 грузовых автомобилей с количеством осей от трех до шести. Значительное количество грузовых автомобилей, зафиксированных в процессе наблюдения, позволяет с достаточной точностью получить статистическую гистограмму для данного участка автодороги (рисунок 2). Данная статистика принята для всех автодорог IIII категорий только в рамках разработанной методики.

Рисунок 2 Гистограмма распределения количества осей у грузовых автомобилей в потоке автотранспорта

На рисунке 3 показано изменение средневзвешенного коэффициента усталостного приведения по всей совокупности обращающихся тяжелых грузовых автомобилей.

Значения средневзвешенных коэффициентов усталостного приведения на рисунке 3 получены по формуле:

(7)

где ni – значения коэффициентов усталостного приведения для групп автомобилей с одинаковым количеством осей, полученные по формуле (6);

pi – статистические вероятности (частоты) прохождения автомобилей с определенным количеством осей;

Рисунок 3 Распределение средневзвешенных коэффициентов усталостного приведения

Третья глава посвящена изучению закономерностей силового воздействия нормативной тележки по схеме АК на продольные ребра различных типов.

Для изучения влияния поперечного положения автомобиля на проезжей части на нормальные напряжения в продольных ребрах ортотропной плиты выполнен комплекс расчетов моделей ортотропной плиты с продольными ребрами двух типов и проведены натурные испытания моста с ортотропной плитой проезжей части.

Было разработано шесть пространственных конечно-элементных моделей: по три с плоскими и трапециедальными продольными ребрами. Модели с одинаковыми продольными ребрами отличались только расстоянием между их осями. Расчет всех моделей выполнялись при участии к.т.н. Ю.В. Архипенко с применением разработанного им программного комплекса «DynSys» на основе комплекса конечно-элементного анализа «MSC/Nastran for Windows».

Расчет каждой модели выполнялся в следующем порядке:

1. Тележка А11 в поперечном направлении устанавливалась в невыгодное положение – ось колеса тележки расположена строго над осью расчетного продольного ребра.

2. Выполнялся численный анализ движения тележки по ортотропной плите в продольном направлении, при котором тележка последовательно передвигалась вдоль всей расчетной схемы.

3. По полученным диаграммам (рисунок 4) определялись невыгодные положения тележки по длине модели, а также максимальные и минимальные напряжения при прохождении тележки по невыгодной продольной траектории.

4. Тележка устанавливалась в невыгодное в продольном направлении положение, а затем последовательно смещалась в поперечном направлении влево и вправо на величину до 60 см (3 стандарта). В результате каждого статического расчета были получены продольные нормальные напряжения на нижней фибре плоских продольных ребер и на нижней фибре у начала сгиба листа для перехода к боковой стенке трапециедальных продольных ребер.

В результате статических расчетов получены примеры теоретических зависимостей нормальных напряжений на нижней фибре продольных ребер ортотропной плиты от поперечного положения на плите проезжей части нормативной тележки А11 (рисунок 5).

Расчетом установлено, что с точки зрения процесса накопления усталостных повреждений применение для стальных ортотропных плит автодорожных мостов продольных ребер замкнутого трапециедального сечения выгоднее, чем плоских. Это происходит за счет повышенной жесткости плит с трапециедальными продольными ребрами и, как следствие, распределением нагрузки на большую ширину плиты, а также существенным (в 2,5-3,5 раза) снижением амплитуд нормальных напряжений цикла.

Рисунок 4 График зависимости нормальных напряжений на нижней фибре плоского продольного ребра в сечении длины панели при движении тележки А11 вдоль плиты

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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