WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Рисунок 5 График зависимости уровня нормальных напряжений на нижней фибре плоского продольного ребра в сечении длины панели

Чтобы подтвердить, действительно ли продольные ребра ортотропной плиты настолько чувствительны к поперечному положению автомобиля на проезжей части, как это видно по рисунку 5, были выполнены натурные испытания ортотропной плиты с плоскими продольными ребрами на мосту через протоку Юганская Обь на автодороге Тюмень – ХантыМансийск. Испытания ортотропной плиты руслового пролетного строения осуществлялось в рамках испытания моста после его реконструкции.

В качестве испытательной нагрузки использовался трехосный груженый автосамосвал КамАЗ-55111. Фиксация нормальных напряжений в элементах ортотропной плиты осуществлялась с использованием беспроводной компьютерно-измерительной тензометрической системы.

В результате натурных испытаний установлено, что при смещении автомобиля в сторону от невыгодного положения в продольных ребрах плиты действительно происходит существенное снижение уровня нормальных напряжений. Сопоставление теоретической и экспериментальной кривых зависимости уровня нормальных напряжений в продольном ребре дало удовлетворительный результат.

В четвертой главе изложены основные положения методики оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок.

В основе разработанной методики оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок лежат два основных положения:

1) поперечное положение автомобилей на полосе проезжей части носит случайный характер;

2) полная масса тяжелых грузовых автомобилей, проходящих по проезжей части, носит случайный характер.

Случайный характер поперечного положения автомобилей на полосе проезжей части и параметры закона распределения этой случайной величины определены в главе 2.

Полная масса среднестатистического грузового автомобиля, также как и его поперечное положение, принята подчиняющейся закону Гаусса. В качестве числовых характеристик закона распределения полной массы тележек по схеме АК на исходный 2005-й год приняты: m=9 – математическое ожидание; =0,5 – стандарт. С учетом тенденции роста осевых нагрузок, оцениваемого по результатам исследований А.И. Васильева величиной 0,3 % от А11 в год, семейство функций плотности вероятности нормального распределения классов временной нагрузки (тележек и общего потока) принято по формуле:

(8)

где К – класс нормативной нагрузки;

t – год, для которого строится функция нормального распределения.

Усталостные микроповреждения от каждой нормативной тележки в разработанной методике определяются на основе гипотезы Пальмгрена-Майнера. Эта гипотеза имеет немаловажное достоинство – простоту и именно поэтому широко используется. Однако эта простота является следствием неучета влияния очередности воздействия напряжений различных уровней. Скорость накопления повреждений при напряжении некоторого заданного уровня предполагается одинаковой независимо от предыдущей истории нагружения. Помимо истории нагружения в рамках разрабатываемой методики оценки выносливости на настоящий момент с целью упрощения не учитываются следующие факторы:

- многоосное напряженное состояние;

- скорость нагружения ортотропной плиты (случайная величина);

- количество автомобилей на всей проезжей части и его воздействия на напряжения от совместной работы ортотропной плиты в составе пролетного строения (случайная величина);

- влияние промежуточных циклов напряжения в составе главного;

- вынужденные колебания пролетного строения под временной нагрузкой и их влияние на параметры циклов напряжения;

- коррозия (случайный процесс);

- температура эксплуатации (случайный процесс);

Все приведенные факторы оказывают влияние на накопление усталостных повреждений в узлах и сопряжениях ортотропных плит автодорожных мостов, но их количественный учет в рамках методики затруднен из-за сложности описания процессов и недостатка экспериментальных данных. Учет упомянутых факторов является полем для дальнейшей научно-исследовательской деятельности на теоретической и экспериментальной базах. Это позволит по мере решения поставленных проблем производить уточнение методики оценки выносливости.

Гипотеза Пальмгрена-Майнера выражается формулой:

(9)

Чтобы найти меру усталостного повреждения по формуле (9) от проезда тележки при любом её поперечном положении необходимо знать предельное количество циклов для данного уровня максимальных напряжений. Предельное количество циклов определяется по кривой усталости. Для построения кривой усталости для любого цикла напряжений в разработанной методике предлагается использовать формулу из европейских норм Eurocode ENV:

(10)

где R – предел ограниченной выносливости при произвольном числе циклов;

Rf – предел ограниченной выносливости при N=108 циклов;

m1 и m2 – котангенс угла наклона кривой усталости в логарифмических координатах.

Горизонтальный участок кривой по формуле (8) достигается при 108 циклов. Это позволяет учитывать циклы с относительно небольшой амплитудой переменных напряжений, что на самом деле имеет место в автодорожных мостах.

Известно, что кривые усталости для образцов имеющих одинаковый эффективный коэффициент концентрации напряжений «», но испытанных при различных коэффициентах асимметрии циклов «», в логарифмических координатах представляют собой параллельные прямые. Таким образом, для однозначного определения положения любой кривой усталости по формуле (10) необходимо знать ее наклон и предел выносливости при 2х106 циклов.

По результатам обработки экспериментальных данных, полученных Б.Н. Дучинским, В.Г. Гребенчуком, а также по результатам выполненного в «НИЦ «Мосты» ОАО ЦНИИС при участии автора работы эксперимента для углеродистой стали Ст.3 и низколегированных мостовых сталей марок 10ХСНД и 15ХСНД получены зависимости значения константы «m» в формуле (10) на участке до 5х106 циклов. Для низколегированных мостовых сталей 10ХСНД и 15ХСНД значения константы «m» можно определять по формуле:

(11)

Значения константы «m» для формулы (10) на участке от 5х106 до 108 циклов приняты увеличенными на два по сравнению с участком до 5х106 циклов по формуле (11).

Предел выносливости при 2х106 циклов определяется с использованием коэффициента w по формуле (189) СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» с учетом изменений, предложенных в данной работе:

(12)

Следует отметить, что формула (12) с несколько другими обозначениями без привязки к типу временной нагрузке была введена Б.Н. Дучинским. С учетом вероятностного характера положения нормативного автомобиля на проезжей части и вероятностного характера интенсивности нормативной нагрузки формула (9) запишется в виде:

(13)

где nikj – количество циклов в году «i» от автомобилей класса «k», проехавших по колее «j»;

Nkj – предельное количество циклов от автомобилей класса «k», при движении по колее «j»;

m1 и 1 – математическое ожидание и стандарт классов нормативных тележек АК;

m2 и 2 – математическое ожидание и стандарт поперечного положения колеса нормативной тележки на ортотропной плите проезжей части;

– расчетный срок эксплуатации моста.

Формула (13) представляет собой расширенный вид гипотезы Пальмгрена-Майнера (9). Проверка выносливости будет заключаться в выполнении за время эксплуатации, соответствующее проектному сроку службы моста или его конструктивного элемента, условия:

(14)

Невыполнение условия (14) будет означать, что выносливость рассматриваемого узла ортотропной плиты недостаточна для обеспечения долговечности на проектный срок службы.

Итак, оценка выносливости узлов стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов по предлагаемой методике выполняется в следующем порядке:

1. Подготовка исходных данных для расчета:

а) Характеристики дороги, на которой расположен мост: категория, количество полос движения, расположение участка в городе или за городом, год начала эксплуатации моста;

б) Характеристики расчетного сечения: марка стали, толщина проката, длина панели ортотропной плиты, положение сечения по длине панели, эффективный коэффициент концентрации напряжений ;

в) Данные о напряженном состоянии сечения: нормальные напряжения в расчетной точке от постоянных нагрузок и от общего воздействия временной нагрузки.

2. Определение зависимости нормальных напряжений в расчетной точке от поперечного положения колеса тележки:

а) Составление расчетной схемы и проведение расчетов ортотропной плиты;

б) Определение экстремальных нормальных напряжений цикла для невыгодного положения тележки А11;

в) Получение зависимости нормальных напряжений в расчетной точке от поперечного положения колеса нормативной тележки.

3. Задание характеристик движения автотранспорта:

а) В качестве нормативной нагрузки принимается тележка по схеме АК;

б) Вероятностное положение нормативного автомобиля по ширине проезжей части принимается по закону Гаусса;

в) Определение интенсивности движения автотранспорта с учетом прогноза роста интенсивности по формуле 2;

г) Определение средневзвешенного коэффициента усталостного приведения для формулы (1);

д) Вероятностные параметры функции плотности вероятности классов временной нагрузки (тележек и общего потока) на любой год эксплуатации моста принимаются по формуле (8).

4. Определение параметров расчета узла на выносливость:

а) Определение шага разбиения функций плотности вероятности положения нормативного автомобиля по ширине проезжей части и классов нормативной нагрузки на отрезки;

б) Накопление повреждений осуществляется с использованием гипотезы Пальмгрена-Майнера в виде (13).

5. Выполнение расчета узла на выносливость:

а) Разбиение функции плотности вероятности положения нормативного автомобиля по ширине проезжей части и функции плотности вероятности классов нормативной нагрузки на 1-й год эксплуатации на отрезки в соответствии с п.4а методики;

б) Подсчет количества циклов для первого участка пересечения функций плотности вероятности;

в) Построение кривой усталости для первого участка пересечения функций плотности вероятности и определение предельного количества циклов для формулы (13);

г) Определение меры усталостного повреждения для первого участка пересечения функций плотности вероятности по формуле (13);

д) Определение меры усталостного повреждения для всех остальных участков пересечения функций плотности вероятности по формуле (13) путем повторения расчетов по п.5б-5г;

е) Определение итоговой меры усталостного повреждения за 1-й год эксплуатации путем суммирования значений, полученных по п.5д;

ж) Определение мер усталостного повреждения по всем остальным годам эксплуатации сооружения (в соответствии с проектной долговечностью) путем повторения расчетов по п.5а-5е;

з) Определение итоговой меры усталостного повреждения за проектное время эксплуатации путем суммирования полученных по п.5ж значений;

и) Проверка условия выносливости в виде (14). В случае выполнения условия (14) происходит завершение расчета. В противном случае осуществляется возврат к п.1б и выполняется корректирование исходных данных в части геометрических параметров конструкции, расчет выполняется повторно.

Пятая гла­ва по­свя­ще­на разработке в табличном редакторе Microsoft Excel специальной программы «Auto-fatigue», которая реализует расчеты по процессу накопления усталостных повреждений по разработанной методике оценки выносливости стальной ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов от обращающихся нагрузок.

Программа «Auto-fatigue» выполняет расчеты с учетом:

- вероятностного характера положения автомобиля на проезжей части;

- вероятностного характера полной массы автомобилей;

- перспективы роста интенсивности движения автотранспорта;

- перспективы роста осевых нагрузок и общих нагрузок потока автомашин.

Процесс расчета в программе «Auto-fatigue» по двум внутренним суммам формулы (13) реализован с шагом в половину стандарта (0,5). Осуществлять расчет по всем годам эксплуатации нет необходимости. В программе «Auto-fatigue» расчет осуществляется по пяти значениям: 1-й, 15-й, 30-й, 60-й и 90-й годы. По полученным значениям строится кривая ежегодной меры усталостного повреждения, которая по методу наименьших квадратов аппроксимируется полиномом 3-й степени. Затем определяется долговечность проверяемого узла. Долговечность по выносливости заключается в выполнении условия (14) в виде:

(15)

где f(t) – функция годовой меры повреждения в виде ;

– долговечность узла по выносливости.

Левая часть неравенства (15) – определенный интеграл с известной подъинтегральной функцией. Неизвестной величиной в неравенстве является верхний предел интегрирования «».

Применение разработанной методики и программы «Auto-fatigue» позволяет помимо проектной долговечности по подготовленным исходным данным в процессе эксплуатации моста с ортотропной плитой проезжей части ежегодно определять и контролировать накопление усталостных повреждений. При этом от эксплуатирующих служб требуется из года в год следить за интенсивностью движения автотранспорта и процентом грузовых автомобилей в потоке имеющих три и более осей. Получаемые таким образом данные необходимо подставить в формулу (1) для определения количества циклов переменных напряжений в течение рассматриваемого года для любого интересующего узла. По этому способу можно контролировать накопление усталостных повреждений и уточнять в процессе эксплуатации остаточный ресурс соединений.

Был выполнен расчет долговечности стыков продольных ребер стальной ортотропной плиты двух эксплуатируемых мостов, построенных в последние годы по проектам лаборатории металлических мостов Филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Мосты».

По результатам расчетов можно сделать вывод, что долговечность современных проектных решений узлов ортотропной плиты автодорожных мостов существенно меньше 90 лет, что предполагается по проекту нового СНиП. Кроме этого, долговечность по выносливости узла ортотропной плиты моста с трапециедальными ребрами при прочих равных условиях существенно выше, чем у аналогичного узла ортотропной плиты с плоскими ребрами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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