Содержание к диссертации
1. Исследование перекрёстной деревоплиты как многослойной анизотропной пластины 42
2.2.1. Характер анизотропии упругих свойств материала многослойной пластины 42
2.2.2. Жесткости и приведённые характеристики упругости материала многослойной пластины 45
2.2.3. Напряжённо-деформированное состояние анизотропной пластины при действии внешней нагрузки 48
2.3. Применение метода перемещений А.В. Александрова для рас
чёта складчатой системы из анизотропных материалов 52
2.3.1. Элементы складчатой системы 52
2.3.2. Основная система метода перемещений 54
2.4. Определение единичных реакций в общей системе координат 55
2.4.1. Связь общей системы координат конструкции с местными системами координат 56
2.4.2. Определение амплитуд реакций в связях при изгибе пластин от единичных смещений кромок в местной системе координат 59
2.4.3. Определение амплитуд реакций в связях при плоском напряжённом состоянии пластин от единичных смещений кромок в местной системе координат
2.5. Определение грузовых реакций в общей системе координат 64
2.6. Определение окончательных напряжений и деформаций 67
2.7. Апробация математической модели 70
2.8. Основные выводы по главе 72
3. Экспериментальное исследование моделей деревоплиты проезжей части и пролётного строения 74
3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 74
3.2. Планирование экспериментальных исследований
3.2.1. Обоснование параметров моделей 75
3.2.2. Определение числа моделей и объёма выборки образцов материалов 77
3.2.3. Методика проведения экспериментальных исследований 79
3.3. Материалы и средства измерения деформаций и перемещений 82
3.4. Экспериментальное определение упругих постоянных материалов 84
3.4.1. Определение упругих постоянных древесины при сжатии 85
3.4.2. Определение модуля упругости древесины при изгибе 87
3.4.3. Определение упругих постоянных материала деревопли ты 88
3.5. Экспериментальное исследование моделей деревоплиты 92
3.5.1. Назначение размеров моделей 93
3.5.2. Испытания моделей деревоплиты 96
3.5.3. Результаты экспериментальных исследований моделей деревоплиты 101
3.6. Экспериментальное исследование моделей пролётного строения 102
3.6.1. Описание конструкции моделей и испытательного
стенда 102
3.6.2. Испытания моделей пролётного строения 105
3.6.3. Результаты экспериментальных исследований моделей ПО пролётного строения
3.7. Основные выводы по главе 111
Теоретическое исследование многоребристого пролётного
строения.
Практическое применение результатов исследования 113
4.1. Напряжённо-деформированное состояние многоребристого пролётного строения 113
4.1.1. Пространственная картина напряжённо-деформированного состояния пролётного строения 113
4.1.2. Эффективность деревоплиты в совместной работе с главными балками 117
4.2. Разработка рекомендаций по проектированию пролётного строения 123
4.2.1. Расчётные характеристики материалов 123
4.2.2. Оценка влияния геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние 126
4.2.3. Рекомендации по конструированию пролётного строения 131
4.2.4. Методика расчёта пролётного строения 1
4.3. Предложения по технологии изготовления пролётного строения 138
4.4. Экономическая эффективность новой конструкции пролётного строения 144
4.5. Направления дальнейших исследований 147
4.6. Основные выводы по главе 148
Заключение и выводы 149
Список литературы 151
Приложения
Введение к работе
Для возведения мостов в России издавна используется древесина. Отечественное деревянное мостостроение имеет огромнейший опыт, накопленный веками. Ещё в 1960 году на автодорогах России из общего количества мостов 92 % были деревянными. Однако, принятая в 60-е годы прошлого столетия командно-административная установка о массовом переходе к строительству капитальных автодорожных мостов с применением железобетонных и металлических конструкций в корне изменила ситуацию. К концу 80-х годов на автомобильных дорогах федерального значения деревянные мосты почти полностью были заменены железобетонными или стальными. На дорогах других категорий деревянные мосты также утратили своё лидирующее положение и доля их постоянно снижается. В связи с этим практически утраченным оказался и накопленный опыт проектирования и строительства деревянных и комбинированных (с использование деревянных конструкций) мостов. Ранее разработанные серии типовых проектов деревянных мостов устарели.
В настоящее время деревянные мосты находят применение главным образом в лесных районах страны через малые водотоки, в условиях удаления от развитых центров строительной индустрии. Опоры таких мостов устраивают обычно деревянными, а длины пролётных строений не превышают 4...6 м. В этих условиях часто наблюдаются заторы льда, засорение отверстий карчеходом, обрушение опор и пролётных строений.
Фактором, оказывающим негативное влияние на долговечность деревянных конструкций мостов, стал отказ от мероприятий по комплексной защите древесины от гниения, приведший к сокращению срока службы таких мостов до 10-12 лет.
В результате сложилось суждение о деревянных мостах как о временных сооружениях. Вместе с тем многолетняя мировая практика свидетельствует, что долговечность мостов из антисептированной древесины составляет 50 и более лет [109]. "Применение мероприятий, предохраняющих древесину от загнивания, а также создание новых типов деревянных пролётных строений на основе водоустойчивых клеевых соединений, должно изменить взгляд на деревянные мосты, как на мосты временного типа. Разработка новых конструкций клееных деревянных балок, арок и развитие индустриальной базы для их изготовления, превратит строительство деревянных мостов в индустриальное строительство. В этом случае мосты будут конкурировать с мостами из других материалов как по стоимости, по трудоёмкости постройки, так и по продолжительности их срока службы" [92].
Таким образом, задача по созданию конструкций деревянных мостов на основе новых конструктивно-технологических форм и решений была и остаётся актуальной в наше время. Применение клееных деревянных конструкций - одно из наиболее эффективных направлений в решении поставленной задачи.
Преимущества конструкций из клееной слоистой древесины доказаны и подтверждены многими экспериментально-теоретическими исследованиями и опытом строительства в нашей стране и за рубежом [49; 69; 77; 88; 115; 116]. Малый монтажный вес и высокая несущая способность, сравнительная простота технологии изготовления, возможность получения элементов различных длин и поперечных сечений, высокая коррозионная стойкость и долговечность ставят конструкции из клееной древесины в один ряд с конструкциями из стали и железобетона. При этом наибольший экономический эффект может быть достигнут при использовании местного сырья, в приближении высокомеханизированных производственных предприятий по изготовлению клееных конструкций к опорным пунктам лесозаготовителей, в сокращении транспортных расходов и в использовании местной рабочей силы. В настоящее время должен ставиться вопрос не о целесообразности применения клееных деревянных конструкций, а о налаживании их индустриального производства на основе последних достижений науки и техники. Богатейшая лесная, сырьевая база нашей страны даёт хорошую возможность осуществить это.
Исследования, проведённые в нашей стране и за рубежом [108] свидетельствуют, что наибольший экономический эффект достигается при применении клееной древесины в несущих конструкциях автодорожных мостов малых и средних пролётов. Статистические же данные показывают, что мосты именно с такими пролётами являются основным видом транспортных сооружений на автомобильных дорогах нашей страны. Следовательно, в этой области необходимо сосредоточить усилия по совершенствованию конструктивных форм пролётных строений.
В известных конструкциях балочных пролётных строений в одних случаях поперечная клееная деревоплита проезжей части не включается в совместную работу с балками, в других случаях устройство продольной дере-воплиты требует достаточно сложной технологии обжатия древесины. В связи с этим представляется перспективным применение новой конструкции дощато-клееного пролётного строения с плитой из перекрёстных слоев досок в совместной работе с балками. При этом ожидается снижение материалоёмкости конструкции, и повышение её долговечности. Указанные обстоятельства свидетельствуют об актуальности представляемой работы.
Таким образом, многоребристое пролётное строение из клееной древесины с перекрёстной деревоплитой проезжей части рассматривается в качестве объекта исследования, а предметом исследования является его напряжённо-деформированное состояние.
Целью диссертационной работы является совершенствование конструкции и методики расчёта многоребристого пролётного строения из клееной древесины на действие статической нагрузки. При этом поставлены следующие задачи:
1. Разработать новую конструкцию многоребристого пролётного строения из клееной древесины с деревоплитой проезжей части, включённой в совместную работу с продольными балками. 2. Разработать математическую модель новой конструкции многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитои проезжей части и балками из клееной древесины, алгоритм и программу для ЭВМ.
3. Проверить результаты теоретических расчётов экспериментальными исследованиями.
4. Оценить влияние геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние под действием реальных нагрузок.
5. Разработать рекомендации по проектированию пролётного строения.
На защиту выносятся:
- математическая модель многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитои проезжей части и балками из клееной древесины;
- результаты теоретического и экспериментального исследования напряжённо-деформированного состояния перекрёстной деревоплиты и пролётного строения;
- рекомендации по проектированию пролётного строения.
Научная новизна работы:
- разработана новая конструкция дощато-клееного пролётного строения, получен патент РФ на изобретение;
- изучена работа перекрёстной клееной деревоплиты как самостоятельного несущего элемента и в совместной работе с продольными балками;
- разработана методика расчёта напряжённо-деформированного состояния многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитои проезжей части и балками из клееной древесины от действия статической нагрузки.
Достоверность научных положений и полученных результатов исследований обоснована применением современных средств измерительной и вычислительной техники, а также сопоставлением результатов расчёта и испытаний опытных моделей. Практическая ценность. Разработанные в диссертации алгоритм расчёта и рекомендации по проектированию пролётного строения могут найти применение в проектных организациях.
Апробация работы и публикации. Программа для ЭВМ, разработанная автором, применена при проектировании варианта пролётного строения моста через р. Оша в Омской области.
Результаты работы докладывались на круглом столе «Клееные деревянные конструкции. Новые решения и пути развития» в рамках Международной специализированной выставки арихитектуры и строительства «Стройсиб-2003», на Международной научно-практической конференции «Творчество молодых XXI веку» в Северо-Казахстанском государственном университете в 2003 г., на международных научно-практической и научно-технической конференциях в Сибирской автомобильно-дорожной академии в 2003-2004 гг., на III Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» в Самарском государственном архитектурно-строительном университете в 2005 г.
Основные результаты диссертации опубликованы в патенте на изобретение, монографии и 7 научных статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Материал изложен на 191 странице машинописного текста, содержит 48 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 131 наименования.
Работа выполнена на кафедре мостов Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) под руководством кандидата технических наук, доцента Владимира Александровича Уткина.
Похожие диссертации на Совершенствование конструкции и методики расчета многоребристого пролетного строения моста из клееной древесины с учетом совместной работы перекрестной деревоплиты и балок
