Введение к работе
з
Актуальность исследований. Опыт эксплуатации балочных разрезных автодорожных мостов на автомобильных дорогах общего назначения свидетельствует, что техническое состояние многих из них не отвечает требованиям строительных норм, а сроки службы их ниже нормативных. Дальнейшее прогнозирование предельного срока службы мостов зависит от своевременного диагностирования их технического состояния, что включает в себя ряд мероприятий, изложенных в специальных ведомственных и нормативных документах. Одной из главных составляющих технической диагностики является оценка динамических характеристик пролетных строений автодорожных мостов, различных по времени эксплуатации и рассчитанных под соответствующую нормативную нагрузку.
Обеспечение безаварийной эксплуатации в условиях возрастающего объема транспортных потоков и реологических факторов, влияющих на транспортные сооружения, является государственной задачей для мирового сообщества. Решением такой многофакторной задачи может быть создание отрасли технической диагностики транспортных сооружений, включающей теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния и динамического поведения конструкций, надежности, служебного и остаточного ресурса. Применение программного обеспечения на основе теоретических методов расчета и виброизмерительных комплектов приборов на базе неразру-шающих методов контроля делает методы оценки динамических характеристик пролетных строений мостов по результатам динамических испытаний соответствующими требованиям мирового уровня и обеспечивает научно обоснованную перспективу их развития.
В результате увеличения массы транспортных средств, их скорости и интенсивности движения, наличия на сети автомобильных дорог мостов с габаритом проезда, не отвечающим современным требованиям (около 70% мостовых
сооружений на территории России построено более 20 лет тому назад), создаются серьезные проблемы для проведения динамических испытаний по традиционной схеме, основанной на прекращении движения по мосту во время проведения испытаний, что связало с большими экономическими потерями.
Решение данной проблемы состоит в использовании современных методов измерения, позволяющих проводить вибродиагностику мостов, во-первых, без приостановки транспортных потоков; во-вторых, исследовать сразу несколько пролетов, включая русловые и пойменные, что весьма затруднительно при традиционных методах измерений; в-третьих, усилить качественную сторону вопроса путем применения более точной измерительной аппаратуры и более совершенных методов анализа.
Тема диссертационной работы являлась составной частью при выполнении госбюджетных тем по программе "Архитектура и строительство"; гранта но фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук (ГГАСА, 1995, 1996гг.); научно-исследовательской работы "Разработка методов и средств оценки напряженно-деформированного состояния пролетных строений мостов и определение механических характеристик дорожной одежды" (ГПУ, ТГАСУ, 1997 г.).
Цель раооты заключается в совершенствовании метода оценки динамических характеристик пролетных строений балочных автодорожных мостов на основе модифицированной модели воздействия подвижной нагрузки и спектрального анализа колебательного процесса при проведении динамических испытаний в условиях естественного движения транспортного потока.
Для достижения поставленной цеди необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ математической модели динамического процесса шарнирно-опертой балки при движении нескольких подрессоренных автомобильных нагрузок.
-
Разработать программу, моделирующую динамическую работу про-
летного строения моста лри движении одного или группы автомобилей и позволяющую вычислять динамические прогибы и коэффициенты, собственные и вынужденные частоты колебаний.
-
Разработать метод, используя программное обеспечение, по обработке результатов испытания мостов подвижной нагрузкой с остановкой и без остановки транспортного потока.
-
С помощью спектрального анализа виброграмм выявить частоты собственных и вынужденных колебаний, в том числе пиковые значения, характеризующие динамическую работу пролетных строений мостов.
-
Провести теоретические и экспериментальные исследования для оценки динамических характеристик пролетных строений мостов в естественном режиме эксплуатации.
Нт'чная новизна работы состоит в усовершенствовании математической модели колебаний пролетных строений с уточнением начальных условий. Для оценки реального технического состояния и обеспечения безаварийного режима эксплуатации мостов разработан метод спектрального анализа колебательного процесса пролетных строений мостов с выделением максимальных значений частот собственных и вынужденных колебаний и реализован с использованием пьезокерамических датчиков в области инфранизких и низких частот (0,05 - 50 Гц). Разработано программное обеспечение по анализу динамических характеристик пролетных строений автодорожных мостов при их испытании в реальных условиях эксплуатации.
Степень обоснованности и достоверности полученных результатов в работе подтверждена фактическими данными обследования и испытаний более 50 мостов, проведенных кафедрой "Мосты и сооружения на дорогах" ТГАСУ, а также лабораторными и теоретическими исследованиями.
Практическая ценность работы. Полученные теоретические и экспериментальные данные позволяют сформулировать положения научно обоснованных рекомендаций для строительных и эксплуатационных организаций дорож-
s но-мостовой службы, разрабатывающим экономически оправданные проекты содержания, ремоита, усиления и реконструкции мостов. Проведенные исследования подтвердили необходимость использования оперативных методов диагностики динамических характеристик автодорожных мостов аппаратно-программным виброизмерительным комплектом в реачыюм отсчете времени, что способствует созданию мобильных экспресс-лабораторий испытаний мостов. Предложенная математическая модель метода оценки динамических характеристик автодорожных мостов без остановки движения автотранспорта и создание мобильных экспресс-лабораторий обеспечивают экономию материальных и денежных ресурсов эксплуатационным организациям дорожно-мостовой службы России.
Внедрение результатов исследований. Внедрение результатов исследований проведено в следующих направлениях:
-
Разработанный метод оценки динамических характеристик и аппаратно-программный виброизмерительный комплект применялись при диагностике динамических характеристик автодорожных мостов в Кемеровской и Томской областях, Нижневартовском регионе Ханты-Мансийского округа.
-
Экспериментальная лабораторная установка по динамическому испытанию моделей мостов с использованием аппаратно-программного виброизмерительного комплекта применяется в научных исследованиях и учебном процессе на кафедре "Мосты и сооружения на дорогах" ТГАСУ.
-
Результаты исследований используются в лекционных курсах и лабораторных работах по диагностике транспортных сооружений, реальном курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные концепции направления и результаты исследований доложены и обсуждены на международном симпозиуме "Транспортный шум и вибрация" (Санкт-Петербург, 1996г.), на научно-технической конференции ТГАСА (1996 г.), на научно-практической конференции "Проблемы развития автомобильно-дорожного комплекса России" (Саккт-
Петербург, 1997 г.), на научно-технической конференции "Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири" (Новосибирск,
-
г.), на 4-й областной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии" ТПУ (Томск,
-
г.), на II международной научно-технической конференции "Автомобильные дороги Сибири" СибЛДИ (Омск, 1998г.).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в семи научных статьях и докладах, в том числе одно положительное решение на патент.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель воздействия подвижной нагрузки на пролетные строения балочных автодорожных мостов.
-
Метод оценки динамических характеристик пролетных строений автодорожных мостов.
-
Спектральный анализ виброграмм колебаний пролетных строений автодорожных мостов.
4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех
глав, заключения, приложений, изложена на 152 страницах, в том числе 129 страниц основного текста, иллюстрирована 94 рисунками и 17 таблицами. Перечень использованной литературы содержит 115 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
Автор выражает благодарность канд. физ.-мат. наук C.JI. Одинцову (Институт оптики атмосферы СО РАН), канд. техн. наук В.Ф. Гордееву (Томский политехнический университет) за методическую помощь в проведении исследований, а также за ценные замечания и консультации при подготовке работы.
