Введение к работе
Актуальность темы исследования. В последние годы в Российской Федерации наблюдается рост объемов строительства объектов транспортной инфраструктуры, строится значительное количество дорог, в том числе скоростных трасс, автомагистралей, в составе которых, как правило, необходимо предусматривать различные искусственные сооружения (мосты, тоннели, путепроводы, эстакады).
В случаях проектирования и строительства трассы с пересечением судоходных рек необходимо выдерживать требования навигационных водных инстанций, связанные с обеспечением необходимых габаритов судоходства по реке. Параметры навигационных габаритов зачастую определяют тип мостового перехода, обуславливают применение мостовых систем больших пролетов, требующих особого внимания и подхода при проектировании и строительстве.
Применяемые схемы мостов больших пролетов достаточно разнообразны, среди них довольно часто превалируют вантовые, висячие мосты, но находится применение и иным конструктивным решениям, таким как различные пролетные строения со сквозными главными фермами, арочные мосты различных схем и комбинированные системы типа «арка с затяжкой». В настоящее время в мировой практике в качестве элементов связей таких конструкций в некоторых случаях успешно находят применение гибкие элементы - ванты. Пример конструкции пролетного строения комбинированной системы типа «жесткая арка – жесткая затяжка» представ-
лен на рисунке 1.
Рис.1. Пролетное строение комбинированной системы с криволинейным верхним поясом и гибкими наклонными пересекающимися подвесками
В мировой практике мостовых сооружений данного типа к настоящему времени накоплен значительный опыт по проектированию, расчетам и строительству указанных конструкций.
В практике отечественного проектирования комбинированных пролетных строений на данный момент стоит отметить отсутствие информации о проектировании комбинированных схем пролетных строений с наклонными пересекающимися гибкими подвесками. При этом данный тип пролетных строений получил сравнительно широкое распространение за рубежом. В исследованиях зарубежных авторов приведены некоторые рекомендации к проектированию пролетных строений данного типа под автомобильные и железнодорожные нагрузки. Тем не менее, правила и нор-
мы зарубежного проектирования не всегда подходят для прямого применения их в отечественном мостостроении, в связи с определенными различиями в нормативной базе, применяемых материалов, условий ценообразования, нагрузками, требованиями к проектированию и строительству и т.д.
Необходимо сказать, что пролетные строения комбинированных систем типа «Жесткая арка - жесткая затяжка» не получили в целом распространения в практике строительства мостов СССР и РФ. На данный момент в России отсутствует системно-методические правила и требования к проектированию пролетных строений указанного типа.
Большая заслуга в создании теории и практики проектирования пролетных строений комбинированных систем принадлежит таким видным ученым, как Е.Е. и М.Е. Гибшман, В.И. Попов, С.А. Ильясевич, К.Г. Протасов, А.В. Теплицкий, А.А. Петропавловский, А.А. Герцог, Н.И. Поливанов, А.В. Перельмутер, и др.
Из зарубежных авторов, внесших значительный вклад в идеи разработки и исследования пролетных строений комбинированных систем с наклонными подвесками и рекомендуемых к изучению, следует отметить работы О. Нильсена (Швеция), профессора П. Твейта (Норвегия), профессора М. Наруока (Япония).
Данная тема диссертационного исследования является актуальной, поскольку к настоящему моменту в отечественной практике отсутствует опыт проектирования и строительства конструкций подобного типа. Одновременно с этим отсутствуют требования и рекомендации к проектированию указанных систем.
Исследование данного вопроса обеспечит возможность внедрения пролетных строений комбинированных систем с наклонными подвесками, успешно зарекомендовавших себя за рубежом, как высокоэффективные, технологичные и экономичные решения, в практику современного отечественного мостостроения. Это, в свою очередь, позволит расширить спектр применяемых в Российской Федерации систем мостов больших пролетов, увеличит количество предлагаемых вариантов мостовых сооружений и в будущем даст стимул к дополнительным исследованиям в области пролетных строений комбинированных систем с гибкими подвесками.
Целью исследования является совершенствование методологии проектирования, формулировка и определение основных критериев и параметров комбинированных внешне безраспорных систем пролетных строений с криволинейным верхним поясом с гибкими наклонными пересекающимися подвесками применительно к действующим в РФ нормам и требованиям по проектированию мостов, нагрузкам, применяемым материалам основных конструкций.
Для достижения этой цели в диссертации автором поставлены и решены следующие задачи:
Автором осуществлен подробный сбор информации и детальный анализ зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации конструкций данного типа;
Выявлены основные теории, предлагаемые зарубежными авторами, к построению оптимальных схем пролетных строений комбинированных систем с наклонными подвесками. Автором впервые проведены практические расчеты с целью адаптации существующих гипотез к правилам и нормам отечественного проектирования;
На основании исследований автора, впервые разработаны и предложены рекомендации к проектированию пролетных строений комбинированных систем с наклонными подвесками с учетом специфики мостостроения РФ;
Автором проведено практическое апробирование предлагаемых правил проектирования в виде разработки реальных проектов и научного сопровождения процесса текущего строительства руслового пролетного строения в составе мостового перехода через р. Обь в г. Новосибирске.
Методология исследования базируется на анализе и обобщении отечественного и зарубежного опыта строительства и проектирования пролетных строений указанного типа, а также на проведении широкого спектра статических расчетов, анализе и обобщении полученных результатов.
С целью исследования выполнено математическое моделирование конструкций пролетных строений, разработаны конечно-элементные модели конструкций с выбором рекомендуемых параметров рассматриваемых систем. Одновременно с этим в расчетах учитываются требования действующих на территории Российской Федерации нормативных документов.
Объектом исследования является технология и основные положения проектирования пролетных строений комбинированных систем «жесткая арка - жесткая затяжка» с криволинейным верхним поясом и связями в виде гибких наклонных пересекающихся подвесок.
Предметом исследования является конструкция руслового пролетного строения комбинированной системы типа «жесткая арка - жесткая затяжка» с наклонными пересекающимися подвесками в составе мостового перехода через р. Обь в г. Новосибирске.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Автором впервые разработаны и сформулированы критерии и основные положения проектирования пролетных строений мостов комбинированных систем по схеме «жесткая арка - жесткая затяжка» с наклонными подвесками;
Впервые в практике отечественного мостостроения получены результаты оптимальных диапазонов значений основных назначаемых при проектировании параметров конструкций, таких как - высота стрелы верх-
него пояса, форма очертания кривой верхнего пояса, оптимальные углы падения подвесок, количество подвесок;
В работе представлены предложения автора по эффективному проведению процесса расчетов пролетного строения, основные положения проводимых расчетов, теоретические постановки задач, критерии оценки результатов;
Автором выявлены и обозначены оптимальные сферы возможности практического применения пролетных строений данных комбинированных систем;
Достоверность результатов исследования подтверждается использованием результатов работы автора в проектировании и строительстве руслового пролетного строения в составе мостового перехода через р. Обь в г. Новосибирске, а также анализом предшествующих трудов отечественных и зарубежных авторов применительно к данным конструкциям пролетных строений.
Практическая ценность работы состоит в возможности использования результатов исследования автора проектными и строительными организациями, на стадиях Проектной документации и текущего строительства, для разработки и сравнения оптимальных конкурентоспособных вариантов пролетных строений автодорожных мостов с большими пролетами и формулировки критериев оценки эффективности проектных решений. Методика апробирована в реальных объектах строительства по проекту ЗАО «Институт «Стройпроект», на кафедре «Мосты» ПГУПС.
Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения доложены на кафедре мостов, тоннелей и строительных конструкций МАДИ в 2017 и 2018 годах, научно- практической конференции ПТУПС в 2016 году и научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ в 2018 году.
Публикации. По результатам исследования опубликовано три печатные работы в журналах, находящихся в списке рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 140 страниц машинописного текста, в том числе 129 страниц основного текста, 90 рисунков, 4 таблицы, список литературы на 10 страницах, содержащий 118 источников.