Содержание к диссертации
Введение
1. Развитие методов и средств исследования НДС мостовых конструкций ... 12
1.1. Исторический обзор измерений в мостостроении 12
1.2. Современное состояние методов анализа НДС 14
1.2.1. Моделирование 14
1.2.2. Натурные испытания 16
1.3. Методы и приборы для измерений НДС конструкций 19
1.3.1. Тензодатчики 22
1.3.2. Инклинометры 30
1.3.3. Электронные прогибомеры 33
2. Компьютерные измерительные системы (КИС) 36
2.1. Краткий обзор компьютерных измерительных систем 36
2.2. Компьютерная измерительная система «КИС-ИМИДИС» 38
2.2.1. Описание аппаратной части «КИС-ИМИДИС» 38
2.2.2. Описание программного обеспечения «КИС-ИМИДИС» 51
3. Использование «КИС-ИМИДИС» при испытаниях инженерных сооружений 59
3.1. Технология измерений 60
3.1.1. Статические испытания 60
3.1.2. Динамические испытания 71
3.1.3. Оценка опасности резонансных явлений 85
4. Мониторинг мостовых конструкций с использованием КИС 91
4.1. Задачи мониторинга 91
4.2. Мониторинг в процессе строительства 91
4.2.1. Особенности поведения опор в процессе надвижки 92
4.2.2. Измерение НДС пролетного строения в процессе его надвижки 102
4.3. Мониторинг НДС эксплуатируемых мостов 105
4.3.1. Мониторинг НДС моста через р. Волгу в г. Кинешме 105
4.3.2. Мониторинг НДС моста через р. Гуселку в г. Саратове 110
4.3.3. Мониторинг моста Александра Невского через р. Неву в г. Санкт-Петербурге 114
Заключение 121
Литература
- Современное состояние методов анализа НДС
- Компьютерная измерительная система «КИС-ИМИДИС»
- Статические испытания
- Измерение НДС пролетного строения в процессе его надвижки
Введение к работе
Актуальность исследований. Для повышения надежности возводимых инженерных сооружений, эффективности применяемых материалов, конструктивных и технологических решений проводится большой объем экспериментальных исследований. Основной задачей таких исследований является получение реальной картины напряженно-деформированного состояния (НДС), как отдельных конструкций, так и сооружения в целом при различных внешних воздействиях [53].
В связи со значительным темпом роста автомобильного движения в последнее время увеличивается объем строительства автомобильных дорог, в том числе идут интенсивные работы по восстановлению и реконструкции старых мостов для приведения их грузоподъемности и пропускной способности в соответствие современным требованиям. Сложные условия строительства мостов в больших городах (мало места для строительной площадки, невозможность устройства временных опор без перекрытия и так сильно затрудненного движения автомобилей) вынуждают использовать в мостостроении оригинальные конструкции и новейшие технологии, которые требуют большого объема контрольных измерений и дополнительного анализа НДС.
Таким образом, эффективное определение НДС мостовых конструкций, как в процессе строительства, так и при различных типах испытаний и в процессе эксплуатации становится весьма актуальным.
Цель работы заключается в совершенствовании методов анализа НДС мостовых конструкций от внешних статических и динамических воздействий по результатам натурных исследований за счет использования современных приборов, измерительных систем, методик проведения испытаний и анализа полученных данных.
Для оценки НДС мостовых конструкций в процессе испытаний необходимо измерять напряжения от испытательной нагрузки в характерных сечениях наиболее нагруженных элементов, прогибы пролетных строений, периоды их
свободных колебаний, динамические коэффициенты. В некоторых случаях необходимо также определять декременты колебаний, а в вантовых и висячих мостах еще и усилия в канатах. Могут также возникать потребности определения напряжений в опорах и величины отклонения верха опор при резком торможении движущейся испытательной нагрузки или от изменения температуры окружающей среды. При испытаниях эксплуатируемых мостов иногда возникает потребность определения зависимости раскрытия трещин или смещения одних блоков пролетного строения относительно других от величины и положения испытательной нагрузки.
Для упомянутых измерений применяют специальные приборы: тензометры, прогибомеры, инклинометры, различные геодезические приборы и т.п.
Для оценки НДС мостовых сооружений даже в наше компьютерное время продолжают широко использоваться разнообразные механические приборы.
К достоинствам этих приборов относятся простота конструкции и способа установки, надежность, ненадобность источников электропитания, необходимых для работы электронных приборов. Последнее преимущество становится все менее актуальным, т.к. практически на всех мостах имеется осветительная электросеть. Кроме того, имеется большой набор различных бесперебойных источников питания и малогабаритных генераторов, работающих в автономном режиме.
Главными недостатками механических приборов являются: невозможность вести запись в реальном масштабе времени и необходимость иметь во время испытаний возле каждого прибора или компактно расположенной группы приборов наблюдателя, который должен записывать их показания. При этом достаточно велика вероятность субъективных ошибок (неправильное чтение показаний приборов, ошибки при записи и т.д.). Если приборы установлены в труднодоступных местах, то съем показаний отнимает значительное время, что приводит к увеличению времени испытаний, а значит к их удорожанию. Кроме
* Некоторые механические приборы снабжены самописцами (например, прогибомер Гейгера), но годятся для записи только медленных процессов. Кроме того, запись диаграмм на бумаге затрудняет их дальнейшую математическую обработку.
того, такой способ ведения записи данных затрудняет проведение их экспресс-анализа непосредственно в процессе испытаний.
Таким образом, все более актуальным становится использование компьютерных измерительных систем (КИС) для сбора и обработки данных в процессе испытаний. Если же требуется осуществить мониторинг, т.е. длительное наблюдение за состоянием исследуемого сооружения, то КИС оказывается единственно приемлемой, т.к. она позволяет не только полностью отказаться от многочисленных наблюдателей, но и может снабжаться системой принятия решения для автоматического предотвращения критических ситуаций.
Таким образом, на современном этапе исследование НДС мостовых конструкций наиболее эффективно с использованием КИС. Это позволяет более глубоко анализировать экспериментальные данные и находить оптимальные решения по повышению надежности мостов.
Для достижения поставленной в диссертации цели необходимо решить ряд задач:
Сформулировать требования к измерительной системе, позволяющей определять напряженно-деформированное состояние мостовых конструкций в условиях строительства, испытаний и в процессе мониторинга с максимальной эффективностью.
Разработать методику проведения исследований НДС мостовых конструкций с помощью выбранной измерительной системы.
Разработать методику обработки полученных данных измерений, позволяющую дать однозначную оценку состояния исследуемых конструкций.
На основе этих методик выполнить анализ особенностей НДС для современных конструктивно-технологических решений и дать рекомендации по учету этих особенностей как при проектировании, так и в процессе строительства.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана компьютерная измерительная система «КИС-ИМИДИС», в рамках которой был создан ряд электронных датчиков, две системы передачи данных (проводная и радио) и пакет программ для управления системой и обработки полученных результатов;
разработаны методики анализа результатов статических и динамических испытаний мостовых сооружений с помощью созданной автором специальной многофункциональной программы «Спектр»;
разработан математический аппарат оценки опасности резонансных явлений при воздействии нагрузок от автомобилей и пешеходов;
выявлен ряд важных аспектов в поведении мостовых конструкций в процессе строительства и эксплуатации, которые необходимо учитывать на стадии проектирования и строительства.
Степень обоснованности и достоверности полученных результатов в работе подтверждена фактическими данными обследования, испытания и научного сопровождения строительства многих мостов, причалов и других инженерных сооружений, проведенных ЗАО «Институт ИМИДИС», ОАО ЦНИИС и МАДИ (ГТУ).
Метрологическая чистота «КИС-ИМИДИС» подтверждена сертификатом Госстандарта № РОСС ІШ.АЯ46.А01651. Корректность разработанного программного обеспечения проверена на ряде контрольных примеров.
Практическая ценность работы. В процессе эксплуатации «КИС-ИМИДИС» был создан ряд сервисных программ, позволяющих оперативно вычислять необходимые параметры испытываемых конструкций и вести испытания или контроль в диалоговом режиме.
На основе полученных теоретических и экспериментальных данных о работе мостовых конструкций при строительстве и эксплуатации сформулирован ряд рекомендаций для организаций, занимающихся проектированием, эксплуатацией и испытаниями мостовых сооружений.
Проведенные исследования показали, что при монтаже, испытаниях и мониторинге мостовых сооружений наиболее прогрессивным инструментом
являются компьютерные измерительные системы, работающие в реальном масштабе времени. Использование разработанной автором «КИС-ИМИДИС» значительно повысило информативность получаемых измерений и облегчило научное обоснование результатов.
Предложенная математическая модель поведения опор моста в процессе монтажа пролетного строения методом тыловой сборки и продольной надвиж-ки с использованием аванбека позволяет правильно организовать технологию надвижки, мониторинг НДС в её процессе и предотвратить опасные нештатные ситуации.
Методика анализа резонансных явлений позволяет определять, в каких случаях период свободных колебаний пролетного строения, определенный в СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» [37] как запрещенный, не представляет опасности, а в каком случае опасность существует, хотя все нормы соблюдены.
Внедрение в практику испытаний и мониторинга НДС мостов и других инженерных сооружений компьютерных измерительных систем значительно снижает стоимость этих работ за счет сокращения количества персонала и используемой техники при испытаниях и снижения риска возникновения нештатных ситуаций при мониторинге.
Апробация и внедрение. Основные концепции и результаты исследований доложены и обсуждены на многих научно-технических конференциях, наиболее крупные из которых, это межрегиональная конференция «Эксплуатация искусственных сооружений, программные средства по экспертизе и анализу конструкций» в Санкт-Петербурге (2004 г.) и 63-я международная конференция МАДИ-ГТУ (2005 г.). Результаты работы используются в повседневной практике испытания мостов в ЗАО «Институт ИМИДИС», в ОАО ЦНИИС и МАДИ (ГТУ).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в пятнадцати научных статьях, в том числе в шести патентах на изобретения и полезные модели.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, че-
11 тырех глав и заключения.
Первая глава посвящена описанию исследуемых параметров мостовых конструкций и развитию измерительных приборов и систем для определения их НДС.
Вторая глава содержит обзор существующих измерительных комплексов и описание аппаратной и программной частей компьютерной измерительной системы «КИС-ИМИДИС».
Третья глава подробно описывает практику использования «КИС-ИМИДИС» при приемочных испытаниях. Даются рекомендации по методике проведения испытаний и по способам анализа полученных результатов. Приводятся примеры выявления дефектов конструкций по результатам анализа динамических испытаний.
Четвертая глава посвящена проблемам мониторинга при строительстве и эксплуатации мостов. Показано, как эти проблемы решаются при помощи компьютерной измерительной системы.
В Заключении обобщены полученные научные и практические результаты и даются выводы и рекомендации.
Количество станиц 128, рисунков 83.
Современное состояние методов анализа НДС
Математическое моделирование Методы математического моделирования, в том числе взаимодействия нагрузки и конструкций, получили развитие в трудах А. Г. Барченкова, В. С. Сафронова, П. М. Саламахина, Ю. В. Новака, В. М. Фридкина, Ю. М. Его-рушкина, А. А. Потапкина и др.
Определение НДС на стадии проектирования в современных условиях предполагает создание компьютерной модели моста, для чего, как правило, используются современное программное обеспечение. Среди зарубежных программ такого типа наибольшую известность получили «ANSYS» и «MSC.Nastran». Это многоцелевые конечно-элементные пакеты для проведения анализа в ніироком круге инженерных дисциплин. Например, «MSC.Nastran» обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно - деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, исследование установившихся и неустановившихся процессов, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости. Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. Расширенные функции включают технологию суперэлементов (подконструкций), модальный синтез и макроязык DMAP для создания пользовательских приложений. В частности, в [1] разработан программный комплекс «DynSys» на базе «MSC.Nastran», позволяющий выполнять расчет динамического взаимодействия автомобилей и мостов различных конструктивных форм.
Использование различных программных продуктов для моделирования статического и динамического поведения мостов даны в [54, 55].
Есть и отечественные программы, использующие МКЭ. Так, в [29] для проведения расчетов автор работы использовал собственную программу, названную им «ММ-90».
Использованию алгоритмов метода конечных элементов (МКЭ) с применением высокоточных конечных элементов посвящен сборник [39]. Физическое моделирование
При строительстве сложных уникальных сооружений компьютерное моделирование иногда дополняют моделированием физическим. В ОАО ЦНИИС А. М. Тарасовым и Е. Г. Игнатьевым для исследования работы транспортных сооружений широко применяются методы физического моделирования. В [45] описано исследование на модели работы конструкций Крытого конькобежного центра. При изготовлении модели использовались различные материалы (оргстекло, вспененный и жесткий поливинилхлорид (ПВХ) и пленки), имитирующие работу железобетона, стали, дерева, высокопрочной проволоки. Для иссле дования с такой комплексной моделью разработали специальную методику, которая позволяла определить размеры всех элементов модели и найти точные коэффициенты перехода от полученных на модели величин к соответствующим параметрам напряженно-деформированного состояния самого сооружения. Все виды нагрузки на модель представляли собой отдельные грузы, величину которых определяли либо по чертежам самой конструкции (собственный вес), либо по интенсивности нагрузки, пересчитанной на модель, а также площади, с которой она собиралась.
Еще один пример физического моделирования - исследование аэроупругой устойчивости надвигаемого пролетного строения моста через р. Волгу в г. Кинешме. С этой целью была создана модель балочного моста в масштабе 1:40, которая была испытана в аэродинамической трубе ЦАГИ. По результатам испытаний на консоли пролетного строения было решено установить плоские дефлекторы для срыва завихрений воздушных потоков, которые могли привести к значительному раскачиванию консоли, достигавшей 154 м [19].
Испытаниям при приемке в эксплуатацию должны подвергаться мосты с опытными и впервые применяемыми конструкциями.
Испытания других вводимых в эксплуатацию мостов (имеющих большие пролеты, а также большую повторяемость основных несущих элементов) могут проводиться по решениям приемочных комиссий, по требованиям проектных и эксплуатационных организаций, а также в связи с выполнением соответствующими организациями научно-исследовательских и опытных работ [38].
Компьютерная измерительная система «КИС-ИМИДИС»
Компьютерная измерительная система для испытаний мостовых и инженерных сооружений «КИС-ИМИДИС» предназначена для измерения различных типов деформаций испытываемых конструкций путем регистрации и преобразования в инженерные единицы в реальном масштабе времени сигналов соответствующих датчиков, представления полученной информации в виде графиков и таблиц и ее сохранения в персональном компьютере.
Основы системы были разработаны автором в 1998 г. С тех пор она претерпела серьезные изменения: были разработаны новые принципы построения датчиков и расширена их номенклатура. Проводная связь компьютера с датчиками дополнилась радиосвязью. На рисунке 15 показаны варианты подключения датчиков в «КИС-ИМИДИС».
Большой вклад в развитие «КИС-ИМИДИС» внесли инженеры Трош-кин В. О., Лавров А. Ю., Капустин М. М. и студент МГТУ Лысенков А. В.
В ходе разработки системы было получено семь патентов на изобретения и полезные модели, а сама система была сертифицирована Ростестом, как измерительная (сертификат соответствия № РОСС ІШ.АЯ46.А01651).
В настоящее время ни одно испытание, проводимое ЗАО «Институт ИМИДИС», не обходится без этой системы.
Система имеет два варианта подключения датчиков к компьютеру: при помощи соединительных кабелей при общей длине кабелей, подключенных к одному блоку сопряжения, до 1000 м и по радиоканалу с максимальным расстоянием от группы датчиков до компьютера в зависимости от условий распространения радиоволн от 200 метров до нескольких километров. Датчики между собой соединяются цепочкой, которая может ветвиться.
Основные датчики (тензометры, инклинометры и прогибомеры) разработаны в ЗАО «Институт ИМИДИС» и изготовлены на различных предприятиях Москвы и Московской области. Все они имеют единую электронную схему. Отличительной особенностью этой схемы является отсутствие аналоговых сигналов, а, следовательно, и отсутствие таких наиболее капризных элементов, как операционных усилителей и аналого-цифровых преобразователей. Способ преобразования перемещения непосредственно в цифровой код защищен патентом на изобретение [50].
Тензометр (Э.ТОЭ.01.ТУ) имеет чувствительность, равную 1 мкм, диапазон измерения перемещений ± 800 мкм и оригинальное магнитное крепление, позволяющее устанавливать датчики на металле за несколько секунд. При установке на немагнитные материалы вначале крепятся (приклеиваются или привинчиваются) стальные пластины, на которые затем устанавливается датчик. На рисунках 16а и \6б показаны тензометры, установленные на бетоне и на металле соответственно. Дюралевые трубки, присоединенные к тензометрам, являются удлинителями базы.
В инклинометре (Э.ИОМ.01.ТУ) подвижная часть выполнена в виде маятника, для предотвращения раскачивания которого используется герметичный масляный магнитный демпфер [48]. На рисунке 17 показан установленный на опоре моста инклинометр с радиомодулем для передачи данных по радиоканалу.
Электронная схема датчиков имеет в своем составе микропроцессор, обеспечивающий самоопределение датчиков в момент включения системы, самотестирование и выявление неисправностей с передачей информации об их характере на компьютер.
Первым в семействе датчиков «КИС-ИМИДИС» был разработан опто-электронный линейный датчик перемещений (ЛДП) (рисунок 16). Основой ЛДП является прибор с зарядовой связью, представляющий собой линейку фотоэлементов со схемами управления и считывания информации. Используемая линейка ILX703A (рисунок 18) состоит из 2048 фотоэлементов, расположенных в одну линию. Размер каждого элемента 14x14 мкм. В процессе работы с микросхемы снимается напряжение в виде пачки из 2048 импульсов прямоугольной формы, амплитуда которых зависит от освещенности соответствующих фотоэлементов. Она может изменяться в интервале от 0 до 5 В.
Схема считывания представляет собой пороговое устройство со строби-рованием. Стробирование осуществляется фронтом, расположенным в середине считываемого импульса. Если в момент прихода фронта амплитуда импульса была больше 2.4 В, то считается, что соответствующий фотоэлемент был освещен. В противном случае - нет.
Таким образом, ЛДП может измерять величину перемещения шторки из светонепроницаемого материала относительно линейки. При этом шторка располагается между источником света, освещающим линейку и самой линейкой. При перемещении шторки вдоль линейки цена одного деления ЛДП равна шагу между фотоэлементами, т.е. 14 мкм.
Если шторка движется вдоль линейки, то амплитуда импульса на перекрываемом фотоэлементе меняется пропорционально положению шторки, но момент достижения максимума зависит от мощности источника света. Если мощность велика, то амплитуда достигнет максимума при освещении самой малой части фотоэлемента. Показания ЛДП при этом не будут меняться, пока не осветится начало следующего фотоэлемента. Следовательно, при мощном источнике света точность измерения совпадает с шагом фотоэлементов и равняется ±14 мкм.
Статические испытания
Измерение напряжений происходит опосредованно путем измерения величин деформаций и определение по ним напряжений по известному закону Гука [40]: а = Е—, L где: а- напряжение; Е - модуль упругости; SL - измеренная деформация; L - база, на которой измерялась деформация.
Линейный датчик перемещений (см. рисунок 16), используемый в «КИС-ИМИДИС» позволяет измерять деформации с точностью 1 мкм на базе 100, 200 или 300 мм. Как правило используется база 200 мм, обеспечивающая точность измерения напряжений на металле, равную 10,5 кг/см и на бетоне - 1,75 кг/см .
Конструкция датчика (см. 2.2.1) обеспечивает его работу даже в обесточенном состоянии. Благодаря этому, в случае аварийного отключения электропитания начальные измеренные значения не пропадают. После восстановления электропитания работа может быть продолжена. Если за время перерыва напряжения в конструкции изменились, то это будет отображено в показаниях датчика.
В отличие от механических датчиков, электронные могут вести запись непрерывно в течение всех испытаний, что позволяет получать дополнительную информацию. Так, например, во время перестроения испытательной нагрузки иногда из-за чрезмерного сближения перестраивающихся тяжелых автомобилей может возникнуть перегрузка пролетного строения. Оператор, находящийся у компьютера, имеет возможность предотвратить эту ситуацию. Пример непрерывной записи показаний 17 датчиков напряжения в процессе приемочных испытаний показан на рисунке 37.
Использование программы «Спектр» при обработке результатов статических испытаний позволяет устранить погрешности измерений, вызванные температурным дрейфом и обнаружить отдельные дефекты моста. Так, например, программа позволяет построить изменение положения нейтральной оси пролета в процессе испытаний. На рисунке 38 приведена такая диаграмма, полученная при испытаниях подъемного пролета моста на защитной дамбе в Финском заливе. Как видно из этого рисунка, нейтральная ось, которая вначале находилась примерно на середине высоты балки жесткости, в процессе увеличения нагрузки сместилась к верхнему поясу, после чего зафиксировалась на новом уровне. са балки, вызвавшее нарастание напряжений в нижней ортотропнрй плите. Это явилось причиной невозвращения балки в начальное положение (как по напряжениям, так и по прогибам) после снятия нагрузки.
Измерение начальных напряжений
Перед испытаниями эксплуатируемых мостов иногда требуется измерить начальные напряжения от постоянной нагрузки и предварительно напряженной арматуры. Ни один из существующих методов измерения начальных напряжений не может в полной мере относиться к неразрушающим методам. Хотя современные ультразвуковые, магнитострикционные и рентгеновские приборы для измерения начальных напряжений относят к приборам для неразрушающе-го контроля, все они требуют для своей калибровки наличия образца, полностью идентичного элементам измеряемой конструкции, но не имеющего начальных напряжений. Этот образец в процессе калибровки приборов подвергают воздействию эталонных напряжений. Взять такой образец со старого моста - это значит подвергнуть его хоть и небольшим, но все же разрушениям.
Разработка методов измерения начальных напряжений в настоящее время является насущной и актуальной задачей. Именно из-за отсутствия удобных и быстрых способов измерений решение проблемы измерения начальных напряжений отстает от аналогичной - измерения приращений напряжений под действием активных нагрузок. Однако в последние десятилетия в результате усилий ученых многих стран положение с измерительными методами и средствами существенно улучшилось и началось активное экспериментальное изучение таких напряженных состояний.
Описание достаточно большого числа методов измерения начальных напряжений можно найти в монографии И. А. Биргера [4] и в более поздних публикациях. Наиболее распространенным для определения предварительных напряжений являлся (да и сейчас является) тензометрический метод в сочетании с методом разгрузки или менее разрушительным методом отверстий. Он состоит в следующем: в некоторых точках окрестности специально созданного отверстия тензодатчиками измеряют деформации возмущенного напряженно-деформированного состояния и по этим измерениям по специальной методике восстанавливают остаточные напряжения, существовавшие в этих точках до создания отверстия. В [52] описаны установки для измерения остаточных напряжений методами голографии и электронной спекл-интерферометрии. Величина напряжений этими методами определяется по числу интерференционных полос, причем цена полосы зависит от упругих свойств материала, диаметра и глубины отверстия и определяется путем решения трехмерной задачи теории упругости.
Ниже приводится предложенный автором метод измерения начальных напряжений, который также основан на частичной разгрузке, но не требует предварительной калибровки или сложных расчетов. Суть метода заключается в следующем. На рисунке 39 показан чертеж фрагмента опертой балки. Этот фрагмент достаточно мал, чтобы можно было считать начальное напряжение ан постоянным.
Измерение НДС пролетного строения в процессе его надвижки
Первое из них - наблюдение за недостроенным мостом под Кинешмой, когда возникла длительная пауза в строительстве из-за отсутствия финансирования. Надо было убедиться, что антифрикционные карточки не «прикипели» к балансирным балкам. В противном случае температурные изменения длины надвинутой части пролетного строения могли вызвать чрезмерное отклонение опор.
Для построения температурной зависимости угла отклонения опор 1 и 2 в течение суток 4-5 июля 2002 г. велась постоянная запись показаний электронных инклинометров, установленных на этих опорах.
Конструкция и способ крепления инклинометров таковы, что их показания практически не зависят от собственной температуры. Кроме того, инклинометр на опоре 1 расположен с правобережной ее стороны, а инклинометр на опоре 2-е левобережной. Благодаря этому при изменении угла наклона опор в одну сторону инклинометры работают в противофазе, и если бы в их показаниях преобладала собственная температурная зависимость, то они показывали бы синфазное изменение угла.
Для снятия температурной зависимости были установлены два термометра - с верховой и с низовой частей моста. Термометры находились в тени, но рядом с ними были освещенные солнцем конструкции. На рисунках 74, 75 и 106 представлены результаты суточных испытаний. За нулевой угол поворота был принят угол, при котором начались наблюдения.
Для измерения температурной зависимости длины пролета перед измерениями были нанесены метки на аванбеке и на накаточной балке в месте их касания. Измерения проводились при помощи линейки, которой измерялся взаимный сдвиг меток.
Как видно из рисунка 76, изменение длины пролетного строения при перепаде температуры в 15С достигает почти 10 см, что близко к расчетным значениям. При этом углы отклонения опор (рисунок 75) совпадают с наблюдаемыми отклонениями во время надвижки, что говорит о хорошем состоянии на-каточных путей.
Из рисунка 75 хорошо заметно влияние облачности на состояние пролетного строения. Наличие 40% облачности заметно снизило скорость изменения угла наклона опор. Из этого можно сделать весьма важное предположение: для снижения влияния солнечной активности на изменение геометрии пролетного строения, в частности, на его искривление в плане, во время надвижки следует установить на его консоли экраны, выполненные из непрозрачного и нетеплопроводного материала (например, из брезента или парусины), что значительно упростит надвижку в солнечные дни.
Следующее суточное наблюдение велось за путепроводом в г. Саратове через р. Гуселку. Он имеет не совсем обычное расположение неподвижных опорных частей - на 6-й и 7-й опорах. При изменении температуры окружающей среды это должно приводить к изгибу опор 6 и 7 за счет температурного изменения длины участка пролетного строения между этими опорами. В случае идеальной горизонтальности подвижных опорных частей на остальных опорах и равности в них коэффициентов трения, опоры 6 и 7 должны при изменении температуры изгибаться навстречу друг другу при понижении температуры, или в разные стороны при повышении температуры. Такой изгиб может вызывать напряжение растяжения у основания опор, что может привести к образованию в них трещин.
При массе пролетного строения (из расчета на одну опору) около 2000 т и массе тела наземной части опоры около 870 т напряжение сжатия у основания опоры будет: _ЕА/ _(2000+870)-103 асж - —Т - 17.Ю6 24 КГС/СМ где: X./V - сила, действующая на опору; А - площадь опоры. При изменении температуры на 40С произойдет изменение длины пролетного строения 6-7 на величину: Al=L-a=8400040-10 5=SS,6MM, где: L - длина пролета 6-7; t - изменение температуры; а - коэффициент температурного расширения. При идеальной работе всех элементов моста каждая из опор отклонится на половину этого значения, т.е. на 17 мм, что приведет к появлению напряжения растяжения на одной из сторон опоры в уровне обреза фундамента: где: b - ширина опоры; Е - модуль упругости стали; р - отклонение опоры; L - длина пролета 6-7. Таким образом, результирующее напряжение: У= раст-о сж=5 К2с/см2 (растяжение).
Это значение укладывается в требования по трещиностойкости (для бетона класса ВЗО).
При значительной разнице коэффициентов трения в подвижных опорных частях или негоризонтальности их установки, отклонение одной из опор может оказаться больше 17 мм . Максимально опора может отклонится на 33,6 мм, при этом растягивающие напряжения могут составить до 34 кгс/см , что приведет к образованию трещин.
Для проведения измерений на оголовках опорах 2, 6 и 7 были установлены электронные инклинометры. Кроме того, на опоре 2 был установлен датчик больших перемещений для измерения перемещения пролетного строения относительно этой опоры. На рисунке 77 показана схема расстановки приборов.
Измерения проводились непрерывно в течение суток с периодом опроса датчиков 2 секунды. Передача данных от датчиков к пункту наблюдения осуществлялась по радиоканалу.
