Введение к работе
Актуальность работы. Сохранение и восстановление эксплуатационных качеств существующих мостов признано в последние годы необходимым и одним из приоритетных направлений в дорожно-мостовой отрасли.
Проблема совершенствования функциональных параметров сталежелезобетонных мостов обусловлена тем, что значительная их часть не удовлетворяет требованиям действующих нормативов, и вместе с тем, имеет реальные перспективы своего положительного решения.
Результаты исследований расчетно-теоретического характера и опытно-внедренческие работы подтверждают эффективность целого ряда конструктивно-технологических приемов, направленных на трансформацию сечений пролетных строений, изменение их статической схемы, перегруппировку внутренних усилий.
В отношении сталежелезобетонных мостов на автомобильных дорогах Дальнего Востока важным обстоятельством является сравнительно небольшой период с момента ввода их в эксплуатацию. По этим причинам сохранившиеся в них резервы работоспособности предопределяют в свою очередь возможность модернизации их параметров. Па целесообразность и эффективность ее проведения указывает утвержденная Министерством транспорта в декабре 2002 года «Концепция улучшения состояния мостовых сооружений на федеральной сети автомобильных дорог России на период 2002-2010 гг.». Документ, предусматривая приоритетное финансирование работ по содержанию и ремонту сооружений, неотъемлемым условием выдвигает требования совершенствования системы управления их эксплуатацией, в которой важное место занимает информация о состоянии каждого элемента, конструкции и моста в целом.
В отмеченной связи возникает потребность в более объективной и всесторонней оценке технического состояния пролетных строений, основными характеристиками которых являются их несущая способность и грузоподъемность.
Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования рассматриваются сталежелезобетонные пролетные строения двубалочной структуры разрезной системы, представляющие конструктивные формы основной части сталежелезобетонных мостов, техническое состояние которых во многом определяет успешное функционирование транспортных магистралей.
Предметом исследования являются вопросы напряженно-деформированного состояния пролетных строений как основы для определения их несущей способности, установления грузоподъемности эксплуатируемых мостов и возможности их реконструкции.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является развитие и разработка теоретических положений в реализации системного подхода к оценке работоспособности эксплуатируемых сталежелезобетонных пролетных строений на основе совершенствования расчетных схем и методов их решения.
На реализацию поставленной цели направлено решение следующих основных задач.
РОС НАЦИОНАЛЬНА*| БИБЛИОТЕКА
09 1W*
-
Исследование пространственной работы сталежелезобетонных пролетных строений на основе совершенствования расчетных схем, методов их математического описания и реализации.
-
Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкций как пространственных систем.
-
Исследование напряженно-деформированного состояния пролетных строений в стадии эксплуатации при действии постоянных нагрузок с учетом особенностей конструктивного оформления сопряжения и характера силового взаимодействия стальных балок и железобетонной плиты проезда.
4. Исследование влияния податливости монтажных соединений на перемещения пролет
ных строений и оценка напряженного состояния локальных зон с учетом дискретного харак
тера объединения балок с плитой проезжей части и горизонтальными связями.
-
Совершенствование структурной формы условий прочности и несущей способности нормальных сечений сталежелезобетонных балок с учетом условий их работы в составе пролетных строений.
-
Исследование пространственной работы и напряженного состояния конструкций пролетного строения с открытым контуром поперечного сечения (при действии нагрузок первой стадии).
-
Проведение экспериментальных исследований работы натурных пролетных строений, проверка и внедрение полученных теоретических результатов на реальных объектах.
Методы исследования. Методологической базой исследования послужили результаты комплексного анализа экспериментальных данных сталежелезобетонных пролетных строений, существующих расчетно-теоретических положений, разработка и совершенствование расчетных схем, построение математических моделей, их решение методами строительной механики на основе принципа вариации перемещений и классических методов, проверка полученных решений в условиях реконструкции реального объекта.
На защиту выносятся:
полученные энергетическим методом решения, характеризующие стесненное кручение пролетных строений сечением со свойствами замкнутого контура в стадии эксплуатации и открытым контуром при действии нагрузок первой стадии;
результаты исследований напряженно-деформированного состояния пролетных строений на основе теории составных стержней с учетом в отправных положениях пространственной компоновки, конструктивного оформления, упругих и реологических свойств материалов элементов конструкции;
в законченной форме методика оценки напряженного состояния пролетных строений как пространственных систем по всему контуру и элементам их сечений от всей совокупности постоянных и временных вертикальных и горизонтальных нагрузок;
результаты исследований влияния сдвиговой податливости монтажных стыков на перемещения пролетных строений и формирование дополнительных усилий в балках и плите;
расчетные схемы и их решения по определению напряжений в локальных зонах постановки связующих элементов и крепления горизонтальных связей;.
условия прочности нормальных сечений сталежелезобетонных балок, преобразованные с учетом стесненного кручения пролетных строений и адаптированные к оценке их полезной грузоподъемности.
Связанные с реализацией основных задач на защиту также выносятся: методика определения центра изгиба сечения из условия статики усилий, обусловленных нормальными напряжениями изгибного кручения; потенциал упругих сил, учитывающий все основные факторы стесненного кручения пролетных строений; оценка деформаций искривленных сечений балок и плиты при действии на них погонной нагрузки; приближенный метод учета податливости связующих элементов на напряженное состояние поперечных сечений балки и плиты как ветвей составного стержня.
Научная новизна исследований. Исследована пространственная работа пролетных строений на модели, синтезирующей решение плоской задачи прямого поперечного изгибай решение стесненного кручения на основе принципа возможных перемещений.
Проведен квалиметрический анализ состава потенциальной энергии сталежелезобетонных пролетных строений и на его основе показана роль элементов их структуры в сохранении работоспособности конструкции.
Получены решения, характеризующие напряженное состояние пролетных строений с учетом геометрии и пространственной компоновки их сечений; показана значимость предлагаемых решений для оценки достаточности прочностных параметров конструктивных форм отдельных элементов с учетом их функционального назначения.
Раскрыты особенности и дана оценка силового взаимодействия металлических балок с железобетонной плитой в трактовке их ветвями составного стержня при одновременном проявлении усадки бетона и второй части постоянных нагрузок с учетом деформаций искривленных сечений, различия модулей упругости бетона при сжатии и растяжении, зависимости жесткости связующих элементов от направления сдвигающих усилий.
Исследовано влияние сдвиговой податливости монтажных соединений на общие деформации пролетных строений; дана оценка напряженному состоянию локальньж зон плиты и металлических балок в местах постановки связующих элементов и крепления горизонтальных связей.
Проведено структурное преобразование условий прочности и несущей способности нормальных сечений сталежелезобетонных балок, отвечающее более объективной оценке грузоподъемности пролетных строений.
На опыте реконструкции пролетных строений реального объекта показана необходимость и эффективность комплексного решения вопросов обеспечения устойчивости балок, снижения влияния податливости монтажных соединений, создания начальных напряжений в обеспечении параметров, удовлетворяющих требованиям работоспособности конструкции.
Практическая ценность работы. Полученные результаты дают возможность:
получить более полную картину напряженного состояния в сечениях балок, плиты, усилий по их контакту, усилий в связях, локальньж напряжений в узлах, оценить достаточность конструктивных решений в обеспечении предъявляемых требований к работоспособности отдельных элементов, конструкций и пролетного строения в целом;
получить более достоверную информацию об остаточном резерве несущей способности конструкции и определить полезную грузоподъемность пролетных строений;
использовать полученные теоретические положения в отборе эффективных вариантов улучшения потребительских качеств эксплуатируемых сталежелезобетонных мостов и в вопросах создания новьж конструктивных форм;
считать положительным опыт проведенной реконструкции сталежелезобетонных пролетных строений реального объекта и рекомендовать его для внедрения;
совершенствовать систему диагностики сталежелезобетонных мостов, базу данньж с расширением и конкретизацией перечня параметров и величин, требующих отражения при обследовании сооружения для более всесторонней оценки его технического состояния.
Достоверность научных положений и полученных результатов обеспечена принятыми теоретически обоснованными положениями строительной механики и сопротивления материалов и подтверждается сходимостью полученных решений с данными испытаний натурных пролетных строений и результатами численного моделирования.
Личный вклад в решении поставленных задач. Представленная работа является результатом экспериментально-теоретических исследований сталежелезобетонных конструкций пролетных строений автодорожных мостов, проведенных на кафедре «Мосты, основания и фундаменты» ХГТУ при непосредственном участии или под руководством автора.
Апробация работы, внедрение результатов исследований. Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях ХПИ-ХГТУ, на зональных конференциях «Применение композиционных материалов в строительстве» (Хабаровск, 1975), «Проблемы проектирования и внедрения рациональных строительных конструкций и сооружений в условиях Дальнего Востока и БАМа» (Хабаровск, 1976), научно-технических конференциях «Пути снижения материалоемкости конструкций инженерного назначения» (Хабаровск,
1987), «Моделирование и оптимизация технологических процессов и элементов конструкций сооружений инженерного назначения» (Хабаровск, 1989), «Научное и научно-техническое обеспечение экономического и социального развития Дальневосточного региона» (Хабаровск, 1998), региональной научно-практической конференции «Состояние и пути повышения эксплуатационной надежности мостов» (Хабаровск, 1999), научно-практической конференции «Методы решения проблем дорожно-транспортного комплекса г. Хабаровска в условиях переходного периода к рыночной экономике» (Хабаровск, 1999), на Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство» по секции «Проблемы совершенствования технических и технологических решений в проектировании, строительстве, эксплуатации автомобильных дорог и транспортных сооружений» (Томск, ТГАСУ, 2002), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии, конструкции и материалы при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог общего пользования Российской Федерации» (Краснодар, 2002), на Пятой международной научно-технической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (Владивосток, 2003).
В завершенной форме диссертационная работа обсуждена на научных и научно-технических семинарах кафедр «Мосты и сооружения на дорогах» ТГАСУ (Томск, 2001), «Мосты» СГУПС (Новосибирск, 2001), «Мосты» СибАДИ (Омск, 2001), «Мосты и тоннели» СпбГАСУ (Санкт-Петербург, 2001).
Полученные результаты учтены в рекомендациях по обеспечению нормальных условия эксплуатации ряда мостов;
представлены расчетной частью проекта производства работ проведенной в 1995 году реконструкции сталежелезобетонных пролетных строений моста по схеме 7x42,5 м ч/р Илистая на а/д Хабаровск - Владивосток;
вошли в проектные решения сталежелезобетонных пролетных строений индивидуальной проектировки мостов по схемам 4x21 м через реки Гулик и Пикан, построенньж в 1998 и 2000 гг. на а/д Зея - Тыгда в Амурской области;
использованы при ремонте подвижных опорньж частей мостов через протоку оз. Синда на а/д Хабаровск - Комсомольск-на-Амуре (1973 г.), ч/р Ингода на а/д Татаурово - Дровяная в Читинской области (1980 г.);
отражены в рекомендациях по восстановлению требуемых параметров мостового полотна сталежелезобетонных пролетов моста ч/р Быстрая в Камчатской области (2000 г.);
включены в материалы лекционных, практических, лабораторньж занятий дисциплин по проектированию, строительству, эксплуатации и реконструкции автодорожных мостов, проводимых в Хабаровском ГТУ.
Публикации. Содержание диссертации отражено в 40 публикациях, включающих две монографии, три учебных пособия, 19 статей в сборниках научных трудов, журналах и материалах конференций, 4 авторских свидетельства, публикации в сборниках тезисов конференций и методические разработки.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 286 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, иллюстрирована 49 рисунками и содержит 39 таблиц.
