Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проектирования висячих мостов, цель и задачи исследования 10
1.1. Краткие сведения из истории развития висячих мостов 10
1.2. Краткие сведения о строительстве висячих мостов во Вьетнаме 14
1.3. Выбор схемы висячих мостов для условий Вьетнама 16
1.4. Выбор метода статического расчета висячих мостов с учетом геометрической нелинейности 20
1.5 Анализ состояния использования ЭВМ и ПК для проектирования оптимальных мостовых конструкций 23
1.6 Цель и задачи работы 33
Глава 2. Обобщенная конструктивная форма трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости, математическая формулировка задачи их автоматизированного проектирования и блок-схема для разработки соответствующей программы 34
2.1. Разработка обобщенной конструктивной формы трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости и замысел программы 34
2.2. Разработка системы исходных данных к программе автоматизированного проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости 37
2.3. Определение перечня всех параметров и размеров висячего моста, которые подлежат определению и которые необходимы для выполнения чертежа проектируемого висячего моста 39
2.3.1 Зависимые параметры и размеры, способ их определения 40
2.3.2 Независимые параметры, способ их определения 42
2.4. Определение перечня данных о результатах проектировании и способа их выдачи компьютером 43
2.5. Математическая формулировка задачи автоматизированного проектирования трехпролетных висячих' мостов с металлическими балками жесткости 47
2.6. Принятая блок-схема разработанной программы 48
2.7. Выводы по главе 2 53
Глава 3. Разработка метода расчета трехпролетного висячего моста с металлической балкой жесткости применительно к программе его автоматизированного проектирования . 54
3.1. Принятые расчетные предпосылки 54
3.2. Теоретические основы метода расчета и реализация для расчета трехпрелетных висячих мостов
3.2.1 Расчетная схема конструкции 56
3.2.2 Определение усилий в подвесках системы от временной нагрузки в зависимости от прогибов системы 58
3.2.3 Получение разрешающей системы уравнений 61
3.2.4 Последовательность решения основных уравнений 70
3.3. Разработка расчетного модуля для расчета ортотропной плиты 70
3.4. Особенности предварительного определения размеров поперечных сечений пилонов 73
3.5. Особенности определения размеров поперечного сечения подвесок и кабеля 74
3.6. Рассматриваемые схемы загружения временной нагрузки и метод приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узловым точкам 75
3.6.1 Рассматриваемые схемы загружения временной нагрузки 75
3.6.2 Приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узловым точкам
3.7. Определение окончательных размеров элементов, пролетного строения
3.8. Проверка динамической и аэродинамической устойчивости пролетного строения
3.9. Выбор оптимального варианта конструктивного решения пролетного строения
ЗЛО. Выбор языка программирования 85
3.11. Выводы по главе 3 86
Глава 4. Отладка, обкатка и освоение программы автоматизированного проектирования трехпролетных металлических висячих мостов 87
4.1. Вводные замечания 87
4.2. Проверка правильности работы программы автоматизированного проектирования трехпролетных 88 металлических висячих мостов
4.3. Проверка правильности огибающих эпюр силовых факторов и выбора их максимальных значений на участках балки жесткости 89
4.4. Проверка реальности выходных данных о запроектированном варианте пролетного строения висячего моста 101
4.5. Выводы по главе 4 105
Глава 5. Исследования влияния независимых параметров пролетных строений висячих мостов на выходные их характеристики с помощью разработанной программы автоматизирования проектирования 106
5.1. вводные замечания 106
5.2. Исследование влияния высоты балки жесткости на выходные характеристики пролетного строения висячего моста 107
5.3. Исследование влияния количества стенок балки жесткости на выходные характеристики пролетного строения висячего моста 112
5.4. Исследование влияния величины общей длины балки жесткости трехпрлетного висячего моста на выходные характеристики его пролетного строения 114
5.5. Исследование влияния изменения Hpl/Lb (отношения высоты пилона над уровнем проезжей части к общей длине балки жесткости) на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста 120
5.6. Исследование влияния количества узловых точек на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста 123
5.7. Исследование влияния соотношения N1 и N2 (соотношение количеств подвесок в крайнем пролете и среднем пролете) при фиксированном количестве узловых точек на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста 128
5.8. Исследование влияния уровня расчетных сопротивлений используемого металла балки жесткости и пилонов на массу прлетного строения и пилонов трехпролетного висячего моста 130
5.9. Исследование влияния на массу пилонов толщины листа, используемого для тела пилона, и расстояния между поперечными ребрами на стенках пилона 132
5.10. Исследование влияния доли расчетного сопротивления ETTAR, выделяемой на восприятие местного действия нагрузки, на стоимость пролетного строения трехпролетного висячего моста 133
5.11 Исследование аэродинамической устойчивости спроектированных пролетных строений висячих мостов
5.12. Выводы по главе 5 137
Заключение 139
Литература
- Выбор схемы висячих мостов для условий Вьетнама
- Разработка системы исходных данных к программе автоматизированного проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости
- Особенности предварительного определения размеров поперечных сечений пилонов
- Исследование влияния количества стенок балки жесткости на выходные характеристики пролетного строения висячего моста
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в мировом мостостроении весьма ярко проявляется стремление перекрытия широких водных преград мостами с большими пролетами. Висячие мосты являются самыми эффективными при решении этой задачи. За последние 20 лет в мире было построено более 40 крупных висячих мостов. Максимальная длина пролета висячих мостов уже приближается к двухкилометровому рубежу и составляет 1991 м на мосту Акаши Кайкьё, который построен в 1998 г. в Японии.
Значительный интерес к применению висячих мостов проявляется в последние годы во Вьетнаме в связи с наличием широких рек со сложными грунтовыми условиями. Наиболее крупные из них при этом строятся по проектам китайских и японских подрядчиков. Разработка собственной методики проектирования висячих мостов имеет первостепенное значение для строительства мостов во Вьетнаме.
Висячие мосты представляют собой сложные и дорогие сооружения при всей их относительной дешевизне. В связи с этим важно еще на стадии вариантного проектирования определять их оптимальную по стоимости конструкцию, что можно сделать успешно только с применением персонального компьютера (ПК). Тем не менее в проектных организациях вычислительная техника в России и во Вьетнаме в настоящее время используется в основном для выполнения расчетных и чертежных работ в ходе проектирования. Решение задач компоновки сооружения и изменение размеров его элементов в нужном направлении выполняются инженером-проектировщиком вручную с учетом его инженерной интуиции и опыта. Между тем эта работа может быть с успехом поручена ПК, если в основу алгоритма программы автоматизации проектирования заложить логику действий опытного инженера-проектировщика.
Настоящая диссертация является частью цикла актуальных научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре мостов и транспортных тоннелей МАДИ, посвященных автоматизации проектирования и оптимизации различных мостовых конструкций. Она посвящена проектированию с применением ПК трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости.
Цель работы. Разработка методики и программы автоматизации проектирования висячих мостов с металлическими балками жесткости и выработка рекомендаций по её использованию при решении практических задач проектирования трехпролетных висячих мостов.
Задачи работы.
1.Разработать модуль для автоматизированного расчета трехпролетных автодорожных металлических висячих мостов с целью его использования в программе автоматизации проектирования трехпролетных автодорожных металлических висячих мостов.
2.Разработать алгоритм программы автоматизации проектирования трехпролетных автодорожных металлических висячих мостов с использованием созданного расчетного модуля с учетом основных требований СНиП 2.05.03-84*.
3. Разработать и тестировать программу автоматизации проектирования трехпролетных автодорожных металлических висячих мостов с реализацией созданного расчетного модуля с использованием языка Visual Basic 6.
4. С помощью разработанной программы автоматизации проектирования выполнить исследование влияния основных параметров трехпролетных автодорожных металлических висячих мостов и используемых в них материалов на их стоимость.
5.Разработать рекомендации по использованию созданной программы автоматизации проектирования при решении задач проектирования трехпролетных металлических висячих мостов на этапе их вариантного проектирования.
Объект исследования: трехпролетные висячие мосты с металлическими балками жесткости.
Метод исследования в основном, теоретический с использованием обычного математического аппарата. Проведены численные экспериментальные исследования с применением ПК для выработки рекомендаций по оптимальным параметрам пролетных строений трехпролетных висячих мостов и рекомендаций по использованию программы для решения практических задач проектирования.
Научная новизна и значимость работы заключается в следующем:
впервые разработан алгоритм программы автоматизированного проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками с оптимизацией проектного решения по минимуму стоимости;
впервые получены оптимальные по стоимости параметры трехпролетных висячих мостов с металлическими балками и установлены закономерности изменения целевой функции от значения независимых параметров.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
разработанная программа позволяет определять оптимальные параметры трехпролетных висячих мостов с металлическими балками по критерию их минимальной стоимости;
эффективность работы определяется возможностью резкого повышения производительности труда проектировщиков за счет использования современной вычислительной техники в режиме тесного общения специалиста и ПК.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Применение метода расчета трехпролетных висячих мостов профессора Смирнова В.А. применительно к программе их автоматизированного проектирования.
2. Алгоритм программы автоматизации проектирования трехпролетного висячего моста на основе использования инженерного метода последовательных приближений к искомому решению при удовлетворении основных требований СНиП 2.05.03-84.
3. Программа автоматизации проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости, с использованием языка Visual Basic 6.0
4. Результаты исследования влияния основных параметров трехпролетного висячего моста на выходные характеристики проектных решений (прежде всего стоимость используемых в них материалов).
5. Рекомендации по использованию разработанной программы для выбора практически оптимального решения трехпролетных висячих мостов на стадии их вариантного проектирования.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях, доложены и одобрены на ежегодной научно-технической конференции 2009г. Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 151 страницах машинописного текста и включает в себя введение, пять глав, заключение, 55 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 132 наименований.
Выбор схемы висячих мостов для условий Вьетнама
Первые висячие мосты во Вьетнаме были построены до начала войны (1964г) , они были построены в горных районах, имели пролеты до 50 м и предназначались для пешеходного движения. Основным несущим элементом этих мостов были цепи, составленные из колец или отдельных жестких элементов, соединенных болтами. В 1965, 1966 г были построены висячие мосты через реку Ло с пролетом 104м и 120м.
В годы войны был построен ряд временных висячих мостов военного назначения с пролетами до 150 м. Это были кабельные висячие мосты без балок жесткости, проезжая часть которых поддерживалась при помощи подвесок, присоединенных к верхнему кабелю, и нижнего обратного кабеля. Типичными примерами таких мостов являются: мост Таваи, построенный в 1967 г; мост Фунг, построенный в 1969 г; мост Дыонг, построенный в 1972 г.
В северной части Вьетнама в период с 1970 по 1975 г были построены восемь висячих аналогичных мостов гражданского назначения с пролетами от 76 до 194 м. Все они имели узкий габарит (Г-3 или Г-4 с двумя тротуарами по 1 м) и небольшую грузоподъемность.
В послевоенный период (после 1975 г) во Вьетнаме было начато строительство висячих мостов с балками жесткости. Среди них следует отметить мост Докуан двухкабельной системы с пролетом 192,4 м и первый во Вьетнаме трехпролетный вантовый мост Конклор через р. Дакрон по схеме 22.5 + 128 + 22.5м.
Висячий мост Тхуанфыок В настоящее время проблема строительства висячих мостов во Вьетнаме стала привлекать внимание наиболее крупных проектных организаций. Есть основание полагать, что в ближайшие годы во Вьетнаме найдут применение висячие мосты средних пролетов в связи с появлением искусственных морей, образовавшихся в результате строительства крупных гидротехнических сооружений. 1.3. Выбор схемы висячих мостов для условий Вьетнама
Наибольшее распространение получили одно- и трех-пролетные висячие мосты, которые обычно лучше вписываются в условия преграды. Двухпролетные висячие мосты проектируют редко, когда возможна установка промежуточной опоры. Многопролетные системы вантовых мостов также применяются редко вследствие большой длины несущего кабеля, что приводит к значительным температурным деформациям либо требует установки массивных анкерных опор в середине моста. К «.
По материалу балки жесткости различают металлические, железобетонные и сталежелезобетонные висячие мосты. Наибольшее распространение получили металлические балки жесткости, как более легкие, что приводит к уменьшению расхода материалов на кабель, пилоны и анкерные опоры. По материалу основного несущего элемента различают кабельные и цепные висячие мосты. В кабельных висячих мостах основной несущий элемент выполняется из канатов, выполненных из высокопрочной проволоки. В цепных висячих мостах основной несущий элемент выполняется из комбинации шарнирно соединенных жестких дисков из прокатного металла. С 40-х гг. цепные мосты в мировом мостостроении, как правило, не используются, так как цепь получается тяжелой и трудоемкой (рис 1.1.).
По способу восприятия распора различают распорные и внешне безраспорные висячие мосты. В распорных висячих мостах усилия в оттяжках передаются на анкерные опоры (рис.1.7.в), а во внешне безраспорных (рис. 1.7 а, 1.7.6) - усилия передаются на балку жесткости. Во внешне безраспорных висячих мостах балка жесткости работает не только на изгиб, но и на сжатие, что может увеличить расход на неё материала . Но у этих мостов отсутствуют дорогостоящие анкерные опоры.
По характеру распределения нагрузки между кабелем и балкой лсесткости различают гибкие висячие мосты и комбинированные висячие мосты.
В гибких висячих мостах изгибная жесткость балки настолько мала, что вся нагрузка практически воспринимается основным несущим элементом, а балка является лишь элементом проезжей части.
В комбинированных висячих мостах временная нагрузка распределяется между основным несущим элементом и балкой жесткости в соответствии с соотношением осевой жесткости кабеля и изгибной жесткости балки.
Разработка системы исходных данных к программе автоматизированного проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости
Проектирование моста, как и любого другого сооружения, представляет собой в общем случае сложную оптимизационную задачу. При решении таких задач важное значение имеет выбор метода, который приводил бы к конечным результатам с приемлемыми затратами труда. Выбор этого метода зависит от постановки задачи и сложности математической модели объекта оптимизации. В настоящее время среди строгих методов для решения таких задач имеются аналитические методы на основе дифференциального[ 19,74,86] и вариационного[73, 76, 78] исчисления и методы математического программирования [50, 51, 78, 103], получившие интенсивное развитие в связи широким использованием ЭВМ, а затем ПК.
Большое количество простейших задач проектирования элементов сооружений решено при использовании аппарата вариационного исчисления и теории оптимального управления. Эти методы характеризуются тем; что поведение объекта оптимизации описывается системой дифференциальных уравнений, при этом при ограничениях в виде равенств используется аппарат вариационного исчисления, а при ограничениях в виде неравенств - принцип максимума Л.С. Понтрягина [ 78 ].
Следует отметить, что упомянутые аналитические методы трудно применить при решении реальных задач проектирования мостовых конструкций ввиду сложности их математической модели, реально отражающей основные требования к объекту проектирования.
Методы математического программирования по характеру формулировки задач принято разделять на методы линейного и нелинейного программирования.
Методами линейного программирования решаются лишь те оптимизационные задачи, в которых целевая функция и ограничения представлены линейными зависимостями, что обычно не свойственно задачам проектирования мостовых конструкций.
Среди методов нелинейного программирования известны градиентные и безградиентные методы детерминированного поиска, а также методы случайного поиска [51]. Градиентные методы широко используются при решении задач лишь невысокой размерности. Для решения многомерных задач эффективно применяются методы детерминированного и случайного поиска [50] , при этом при сложной математической модели объем вычислений весьма велик, что обуславливает большие расходы времени ЭВМ и снижение надежности выполнения операций.
В конечном счете все упомянутые методы математического программирования ввиду их громоздкости при сложных математических моделях, характерных для реальных задач проектирования сооружений, не позволяют решать реальные практические задачи проектирования мостовых конструкций.
Следует заметить, что при реальном проектировании объектов любой сложности инженеры-проектировщики с учетом предыдущего опыта проектирования и инженерной интуиции методами последовательных приближений уже давно решают задачи проектирования с приемлемой для практики точностью, не опираясь на методы математического программирования и подчас даже не зная их в деталях. С учетом этого обстоятельства в России в 60-е годы наметилось направление использования ЭВМ для решения практических задач проектирования мостовых конструкций, основанное не на применении методов математического программирования, а на реализации инженерного метода последовательных приближений к искомому решению, широко используемого в проектной практике при ручном проектировании.
Опыт такого применения ЭВМ для реального проектирования мостовых конструкций в России начался в 1963 году, когда в Военно-инженерной академии им. В.В. Куйбышева кандидат технических наук Рвачев Ю.А. разработал алгоритм первой программы проектирования с помощью ЭВМ клееных пролетных строений, а кандидат технических наук Бакиров P.O. и программист Саламахина В.М. составили по нему рабочую программу для ЭЦВМ "Урал-2".
В алгоритме этой программы была заложена весьма плодотворная идея реализации на ЭЦВМ инженерного метода последовательных приближений при проектировании конструкций и был разработан оригинальный способ определения момента окончания проектирования очередного варианта конструкции.
Несколько позднее, к 1970 году, в ВИА им. Куйбышева кандидатом технических наук Саламахиным П.М. была завершена разработка первой в бывшем СССР программы машинного проектирования разрезных металлических пролетных строений со сплошными главными балками [ 81 ]. В ней был автоматизирован процесс направленного поиска оптимальных по весу конструктивных решений на основе разработанной автором программы теории весовой поверхности для области существования возможных решений [80].
В дальнейшем в ВИА им. В.В. Куйбышева кандидатом технических наук Сухоруковым Е.С. была разработана программа проектирования шпренгельных пролетных строений военных мостов, а кандидатом технических наук Шляпиным ЮМ - программа проектирования наплавных мостов-лент.
При последующей работе Рвачева Ю.А. в Гипродорнии под его руководством разработаны программы проектирования мостовых переходов и бездиафрагменных железобетонных пролетных строений. Опыт разработки и производственной эксплуатации этих программ им был обобщен в специальной монографии [ 75 ].
Особенности предварительного определения размеров поперечных сечений пилонов
Будем рассматривать 4 схемы загружения временной подвижной нагрузки: Схема 1 - пролетное строение загружается по всей длине равномерно распределенной временной нагрузкой, а тележка нагрузки АК размещается в середине пролета
Собственный вес пролетного строения вычисляется с учетом реальных размеров всех, его элементов и учитывается при определении усилий. в подвесках и кабелях. Считается; что, за счет применения специального способа монтажа балки жесткости, усилия в узловых точках от первой части её собственного веса будут равны нулю. На участках между узловыми точками расчетные силовые факторы в сечениях балки жесткости от первой части собственного веса будут возникать как в балке на двух опорах. Усилия от второй части собственного веса определяются в балке жесткости также как от временной нагрузки.
В качестве временных нагрузок предусмотрим равномерно распределенную нагрузку Wv, которая может занимать по длине пролета произвольное положение, характеризующееся произвольными координатой Хп её начала и координатой окончания Хк. При этом начало-координат помещено в левый конец балки жесткости. Кроме того в качестве временной нагрузки предусматривается произвольный поезд колесной нагрузки, состоящий из JF M сосредоточенных грузов P(J)J удаленных от левой опоры: балки жесткости на расстояния Х(Х)., Распределение реальных постоянной и временной нагрузок между узловыми точками в интересах решения системы нелинейных уравнений производилось в предположении, что эти нагрузки между смежными узлами распределяются по закону рычага.
Определение окончательных размеров элементов поперечного сечения главных балок пролетного строения осуществляется в ходе итерационного процесса, на каждом шаге которого проверяется напряжения во всех элементах сечений балок и корректируются их размеры на величину устанавливаемого в исходных данных небольшого шага в соответствии с ситуацией, создающейся на каждом шаге итерации: если напряжение в элементе больше расчетного сопротивления, то его размеры увеличиваются на этот шаг, а если меньше, то размеры элемента уменьшаются на величину того же шага. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сложится ситуация, при которой все искомые размеры прекращают изменяться в каком-либо одном направлении: увеличиваться или уменьшатся. Наступление этой ситуации фиксируется с помощью индикатора завершения проектирования, который представляет собой блок из ячеек, количество которых равно удвоенному количеству М искомых размеров. Каждая пара ячеек соответствует одному из искомых размеров, в одной из этих ячеек фиксируется увеличение размера, а в другой уменьшение того же размера засылкой в нее единицы. На каждом шаге итерации (осуществляется суммирование содержимого всех ячеек индикатора завершения проектирования; если сумма единиц в индикаторе составит 2М, то это означает достижение вышеописанной ситуации, при которой завершено удовлетворение условий прочности с весьма высокой точностью, которой можно управлять величиной шага изменения искомых размеров.
В дальнейшем площадь поперечного сечения кабеля и подвесок в соответствии с принятым алгоритмом может увеличиваться только по условию прочности.
Принятая методика проверки динамической и аэродинамической устойчивости пролетного строения висячего моста.
При проектировании каждого варианта конструктивного решения висячих мостов в соответствии с нормами проектирования мостовых сооружений выполнялась оценка сооружения по периодам собственных колебаний с целью исключения резонансных зон:
Если условия (3.43 3.44) не выполнялись, то соответствующий вариант конструктивного решения признавался непригодным для практического применения. Удовлетворение условий (3.43 3.44) обеспечивалось изменением ширины балки жесткости.
Каждый из рассматриваемых вариантов конструктивного решения в циклах по изменению высоты главных балок подвергается проверке на удовлетворение условиям жесткости и общей устойчивости в соответствии с действующими нормами. Варианты решения, которые не удовлетворяющие этим условиям из дальнейшего рассмотрения исключаются. Среди вариантов, удовлетворяющих этим условиям, последовательно выбирается вариант, имеющий минимальный вес и запоминается в специальном массиве со всеми его данными: .геометрическими характеристиками, расчетными силовыми факторами, напряжениями и прогибами. По окончанию работы программы данные об оптимальном варианте выдаются на печать.
Программа автоматизированного проектирования трехпролетных висячих мостов с металлическими балками жесткости написана на языке Visual Basic 6.0 (VB) и использует большое количество преимуществ, которые он предоставляет. Наиболее важным из них является модульность программы. Другими словами, различные функции реализованы в отдельных блоках-модулях. что позволяет отлаживать отдельные программные модули, вносить в них изменения и дополнения без изменения и переделки остальных частей программы. С помощью VB был создать очень удобный интерфейс для программы, который позволяет пользователь легко управлять исходными данными. Результаты расчета можно получить в виде файл или через принтера (по выбору пользователя).
Прежде чем использовать разработанную программу для решения задач проектирования или исследования нам. необходимо проверить правильность функционирования основных её блоков, чтобы убедиться, что программа дает правильные результаты. Это процесс называется отладкой программы. Она выполнялась по-разному в зависимости от назначения блока программы.
Правильность работы блока определения прогибов и изгибающих моментов в узловых точках системы, распора в несущем кабеле осуществлялась путем решения известных тестовых задач. Кроме того, правильность решения системі уравнений осуществлялась и путем качественной оценки характера поверхности прогибов при различных схемах загружения пролетного строения. Аналогично проверялась правильность работы блоков вычисления расчетных силовых факторов во всех точках по длине балки жесткости и выбора их максимальных значений от всех заданных вариантов загружения пролетного строения временными нагрузками.
Правильность функционирования блоков вычисления геометрических характеристик поперечного сечения балки жесткости проверялась при отладке путем ручного расчета.
Правильность работы блока компоновки поперечного сечения балки жесткости из условий прочности и жесткости легко проверялась по выходным данным, относящимся к рекомендуемому варианту. Эти данные содержат расчетные силовые факторы, геометрические размеры и характеристики сечения балок, напряжения, прогибы, вес, стоимость.
Исследование влияния количества стенок балки жесткости на выходные характеристики пролетного строения висячего моста
Анализ полученных графиков позволяет сделать следующие выводы:
1. В исследованном диапазоне длин балки жесткости при принятом соотношении между пролетами Lbl:Lb2:Lb3 = 1:2:1 оптимальную высоту балки жесткости представляется возможным аппроксимировать следующей линейной зависимостью от общей длины балки жесткости (рис. 5.7): Н0(см)= 0,2343(Щм)-400) + 177,3 (5.1)
2. Погонный вес балки жесткости и погонный вес кабеля возрастают примерно линейно в зависимости от увеличения длины балки жесткости трехпролетного висячего моста (рис.5.8), что определяет квадратичную зависимость полного веса пролетного строения и его стоимости от длины балки жесткости (рис.5.12).
3. Усилие в кабеле трехпролетного висячего моста возрастает при увеличении длины балки жесткости по квадратичной зависимости (рис. 5.9).
4. Напряжения в поясах балки жесткости во всем диапазоне изменения общей длины балки жесткости имеют весьма низкие значения, и увеличиваются по линейному закону при увеличении длины балки жесткости (рис.5.10), что естественно в ситуации, когда размеры балки жесткости определены по условию жесткости.
5. Во всем диапазоне изменения длины балки жесткости напряжения в кабеле уменьшаются при увеличении длины балки жесткости (рис.5.11). Уровень напряжений 4570 кгс/ см" в кабеле даже в области небольших пролетов (200м) значительно ниже прочности материала кабеля 8000 кгс/ см2, что свидетельствует о том, что размеры поперечного сечения кабеля определяются не условием прочности а условием жесткости моста в целом. В связи с этим для висячих мостов с большими пролетами в кабелях целесообразно применение проволока невысокой прочности.
Исследование влияния изменения (отношения высоты пилона над уровнем проезжей части к общей длине балки жесткости) на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста
Исследование выполнено на базе тех же исходных данных, которые использовались при исследовании в пункте 5.2. Различие в исходных данных состояло лишь в том, что высота балки жесткости была принята равной 318см а высота пилонов назначалась так, чтобы отношение Hpl/Lb изменялось в пределах от 0.03 до 0.07, что соответствует Hpl/Lb = 1/33,33 -1/14,29.
Анализ полученных графиков позволяет сделать следующие выводы:
1. Вес пилона увеличивается при возрастании отношения Hpl/Lb (Рис. 5.13). по квадратичной зависимости.
2. Полный распор в кабеле и усилие в кабеле Ncab уменьшаются- при увеличении отношения Hpl/Lb (рис.5.15). В диапазоне — 0,05 интенсивность снижения усилии в кабеле уменьшается.
3. Стоимость пролетного строения и пилонов почти постоянна в диапазоне до Hpl/Lb = 0,05. В диапазоне Hpl/Lb 0,05 она имеет тенденцию к увеличению (рис.5.16), в связи с этим нецелесообразно назначать Hpl/Lb больше 0,05.
Исследование влияния количества узловых точек на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста
Исследование выполнено с использованием.в основном тех же исходных данных, которые применялись при исследовании влияния высоты балки жесткости. Различие в. исходных данных состояло лишь в том, что высота балки жесткости была принята постоянной и составляла1318см, а количество узловых точек N (N=2N1+N2) изменялось от 9\до 49:
Анализ полученных графиков позволяет сделать следующие выводы: Полный распор и распор в кабеле от собственного веса (рис.5.17) практически линейно увеличивается во всем диапазоне увеличения N в соответствии с увеличением массы балки жесткости (рис.5.21) и объёма кабеля (рис. 5.20), определяемым некоторым усложнением ортотропной плиты с увеличением количества узловых точек.
Из графиков на рис. 4.20 -4.22 следует, что объем материалов кабеля , масса балки жеткости и полная масса пролетного строения слабо возрастают при увеличении количества узловых точек, а диапазоне от 21 узла до 37 узлов практически постоянны. Это дает основание для следующей рекомендации; узловые точки следует располагать на расстояниях от 25 до 42 м с учетом производственных и конструктивных соображений, а также с учетом обеспечения более плавной работы кабеля.
Исследование влияния соотношения N1 и N2 (соотношение количеств подвесок в крайнем пролете и среднем пролете) при фиксированном количестве узловых точек на выходные характеристики пролетного строения трехпролетного висячего моста
Исследование выполнено с использованием в основном тех же исходных данных, которые использовались при исследовании влияния высоты балки жесткости. Различие в исходных данных состояло лишь в том, чтобыла принята оптимальная высота балки жесткости 318см„ количество узловых точек на каждом пролете изменилось, но при этом общее количество узловых точек на балки жесткость было постоянным и составляло 37. При сохранении полной длины балки жесткости это вызывает изменение расстояния между пилонами.
