Содержание к диссертации
Введение
1 Вопросы оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов 8
1.1 Краткая характеристика металлических пролетных строений железнодорожных мостов 8
1.1.1 Конструкция металлических пролетных строений 8
1.1.2 Условия эксплуатации пролетных строений 13
1.1.3 Техническое состояние металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов 15
1.2 Способы оценки іехнического состояния меіаллических мостов 17
1.2.1 Способы оценки техническою состояния искусственных сооружений по нормативным документам 17
1.2.2 Некоторые существующие методы расчетов мостов 19
1.2.3 Метод классификации как способ оценки гр)зоподъемности. Определение условий проп ска поездной нагр зки 22
1.3 Информационные іехнолої ни в оценке технического состояния искусственных сооружении 32
1.3.1 Автоматизированная система управления содержанием искусственных сооружений 32
1.3.2 Автоматизация расчета металлических пролетных строений 33
1.3 3 Автоматизация расчетов грузоподъемности металлических пролетных строении в рамках АСУ ИССО 38
1.4 Выводы по нервом) разделу. Цель и задачи исследования 40
2 Способ непосредственных загружений при оценке грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов 44
2.1 Общие положения способа непосредственных заїру женин
2.1.1 Условие обеспечения надежности в расчетах эксплуатируемых конструкции 48
2.1.2 Назначение параметров расчетной модели конструкции 48
2.1.3 Предельное состояние, определение допускаемых значений напряжений и усилий 49
2.1.4 Взаимосвязь метода классификации и способа непосредственных загружений 53
2.2 Расчет элементов с произвольным очертанием линии влияния усилия 54
2.2.1 Расчет элементов конструкций сложных статических схем 54
2.2.2 Расчет элементов пролетных строений по уточняющим расчетным схемам 59
2.3, В сложном напряженном состоянии
2.3.1 Стенка балки в расчете на местную устойчивость 61
2.3.2 Поперечные балки в «этажной» проезжей части 67
2.3.3 Продольные балки пролетных строений с учетом совместного действия моментов и продольных сил 67
2.4 Выволы по второму раздел} 69
3 Автоматизация расчетов грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов 71
3.1 Основные принципы разработки «АрюМ v.3» 71
3.1.1 І Іазначение прої раммиого обеспечения 71
3.1.2 Объектная модель пролетного строения 72
3.1 3 Библиотеки интерфейсов 76
3 1.4 Схема включения объектной модели и библиотек интерфейсов в программные разработки 77
3.2 Функциональные возможное і и «AproM v.3» 78
3.3 Внедрение программного обеспечения «АргоМ v.3» в управления содержанием искусственных сооружении АСУ ПССО 82
3.3.1 Принципы создания программы «Проводник АрюМ» 82
3.3.2 Технология доступа к базе данных ИССО 83
3.3.3 Формирование данных для определения условий пропуска поездной нагрузки по пролетному строению 84
3.3.4 Корректировка данных и ввод дефектов 84
3.3.5 Банк данных «АргоМ v.3» 88
3.4 Программная реализация способа непосредственных загружений для оценки грузоподъемности 90
3.5 Выводы по третьему разделу 93
4 Расчетно-экспериментальные исследования работы конструкций 95
4.1 Численные модели металлических пролетных строении 95
4.1.1 Пространственная модель пролетного строения с главными фермами пролетом 144,8 м 95
4.1.2 Пространственная модель балочного пролетного строения пролетом 23,0 м 103
4.2 Натурные исследования меіаллнчсскнх пролетных с і роси її їі 109
4.2.1 Испытание металлического пролетного строения с главными фермами пролетом 144,8 м 109
4.2.2 Испытание пролетного строения с главными балками пролетом 23,0 м 112
4.3 Выводы по четвертому разделу 115
Заключение 116
Список литературы 118
- Способы оценки техническою состояния искусственных сооружений по нормативным документам
- Назначение параметров расчетной модели конструкции
- Схема включения объектной модели и библиотек интерфейсов в программные разработки
- Пространственная модель балочного пролетного строения пролетом 23,0 м
Введение к работе
Актуальность проблемы. На сети железных дорог России эксплуатируется более 9 тыс. металлических пролетных строений суммарной длиной свыше 337 км, что составляет 16,5 % от общего количества всех пролетных строений и 46,7 % - от их суммарной длины. На дорогах имеются пролетные строения старых (до 1907 г.) норм проектирования (13 %), неразрезные (2 %), проектировки ПСК, а также с дефектами, изменяющими статическую схему работы конструкции (2,7 %). Элементы таких пролетных строений зачастую имеют сложное (нетреугольное) очертание линии влияния усилия.
Грузоподъемность пролетных строений железнодорожных мостов определяют методом классификации, который позволяет с минимальным объемом расчетов установить возможность и условие пропуска (ограничение скорости движения) поездов по мосту, исходя из сравнения классов элементов и классов нагрузки. Однако исходные предпосылки (допущения), заложенные в основу метода (приведение сложных (нетреугольных) линий влияния усилий в элементах к треугольной форме; выражение местного давления посредством равномерно распределенной нагрузки; приведение совместного воздействия изгибающих моментов, продольных и поперечных сил к одному силовому фактору и др.), предопределяют отклонения до 40 % в сравнении с «точными» (прямыми) расчетами. Следует отметить, что не всегда эти отклонения идут в запас прочности.
Внедрение в промышленную эксплуатацию на сети железных дорог России «Автоматизированной информационно-аналитической системы управления техническим состоянием искусственных сооружений» (АСУ ИССО) позволяет перейти от «ручного» (как правило, упрощенного) расчета грузоподъемности к применению пакетов программ, в алгоритм которых заложены методы, основанные на уточненных расчетных схемах и предпосылках.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является усовершенствование метода оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов. Исходя из анализа конструкций и технического состояния эксплуатируемых металлических пролетных строений, существующих методов расчета, уровня развития и внедрения на сети железных дорог информационных технологий, для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Разработать способ определения грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, позволяющий учитывать особенности работы элементов со сложным (нетреугольным) очертанием линии влияния усилия, работающих на местную нагрузку или находящихся под одновременным воздействием изгибающих моментов, продольных и поперечных сил.
-
Разработать программное обеспечение (программу) для автоматизированных расчетов грузоподъемности металлических пролетных строений
железнодорожных мостов. В основу программы заложить метод классификации и, в дополнение, указанный способ. Для обеспечения совместной работы программного обеспечения с АСУ ИССО - создать базу данных для расчетов типовых и типичных проектов металлических пролетных строений.
-
Выполнить обследования и испытания мостов и установить соответствие результатов, полученных предлагаемым способом (в том числе при использовании уточняющих расчет моделей пролетного строения), действительной работе конструкции.
-
Для обеспечения автоматизации процессов содержания, связанных с определением возможности и условия пропуска поездной нагрузки по искусственным сооружениям, а также с оценкой их технического состояния по грузоподъемности, - внедрить разработанное программное обеспечение на сети железных дорог России.
Научную новизну работы составляют:
-
Способ определения грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, учитывающий особенности работы элементов этих конструкций и основанный на автоматизации расчетов.
-
Зависимость, уточняющая значение временной допускаемой нагрузки в расчетах на местную устойчивость стенки балки при учете величины и длины распределения сосредоточенного давления от колес подвижного состава.
-
Структура базы исходных данных для расчета грузоподъемности, объектная модель металлического пролетного строения и программное обеспечение «Автоматизация расчетов грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов» («АргоМ V.3»).
-
Результаты специализированных обследований и испытаний металлических пролетных строений, подтверждающие эффективность предложенного способа.
Достоверность полученных результатов обусловлена применением методов исследования и математических моделей, широко используемых в науке и практике проектирования, расчетов и испытаний мостовых конструкций.
Практическая ценность и внедрение. Разработанный и реализованный па ЭВМ способ определения грузоподъемности металлических пролетных строений позволяет существенно уточнять результаты расчетов для элементов со сложным (нетреугольным) очертанием линии влияния усилия или находящихся в сложном напряженно-деформированном состоянии. Решение іадачи автоматизированного определения грузоподъемности металлических мостов осуществлено в рамках АСУ ИССО, что позволяет использовать результаты расчетов в широком круге других задач (определение условий пропуска поездных нагрузок по сооружениям, оценка технического состояния конструкции по грузоподъемности и др.).
Разработанная программа «АргоМ v.3» зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ ОАО «РЖД» в составе «Программного обес-
печения определения условий пропуска нагрузки по грузоподъемности» (свидетельство № 166 в ОФАП ОАО «РЖД» от 31.05.2006 г.). Программа «АргоМ v.3» внедрена и применяется в дистанциях пути, во всех мостоиспытательных станциях «Центра обследования и диагностики инженерных сооружений» ОАО «РЖД» и в отделах ИССО железных дорог.
Программа «АргоМ v.3» используются в учебном процессе кафедры «Мосты» Московского государственного университета путей сообщения и кафедры «Мосты» Сибирского государственного университета путей сообщения.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на:
научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века» в СГУПСе (Новосибирск, октябрь 2004 г.);
4-й Научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века» в СГУПСе (Новосибирск, октябрь 2005 г.);
66-й Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» в ДИИТе (Днепропетровск, май 2006 г.);
1-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы проектирования и эксплуатации транспортных сооружений» в СибАДИ (Омск, май 2006 г.);
7-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» в МИИТе (Москва, октябрь 2006 г.);
объединенном научном семинаре семи кафедр СГУПСа (Новосибирск, октябрь 2006 г.).
По теме диссертации опубликовано 9 работ. На защиту выносятся:
-
Способ определения грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, учитывающий особенности работы элементов этих конструкций и основанный на автоматизации расчетов.
-
Зависимость, уточняющая значение допускаемой нагрузки метода классификации в расчетах на местную устойчивость стенки балки при учете величины и длины распределения сосредоточенного давления от оси подвижного состава.
-
Структура базы исходных данных для расчета грузоподъемности, объектная модель металлического пролетного строения и программное обеспечение автоматизированной системы определения грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 124 страницах и содержит 39 рисунков и 15 таблиц.
Способы оценки техническою состояния искусственных сооружений по нормативным документам
До 2005 года в России действовало «Положение по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах союза ССР». В настоящее время действует «Инструкция по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах Российской Федерации» [33]. Оба документа регламентируют выражения технического состояния сооружения через балльную оценку, которая зависит от категорий имеющихся на сооружении дефектов. Каждый дефект, как внешний фактор, влияет на показатели надежности сооружения, а степень влияния \станавливают расчетом или оценивают экспертным путем. Аналогичная балльная система существует в США [89] и некоторых других странах.
Достоинство такого подхода состоит в пол\чении балльной оценки, как-интегральной характеристики технического состояния сооружения, что иотолят достаточно быстро сделать заключение о возможности дальнейшей эксплуатации сооружения, но явмяегся весьма приближенным показателем ею техническою состояния.
Предложенный С.А. Бокаревым метод определения балла по абсолютным показателям надежности [14] включен в нов\ю «Инструкцию по оценке состояния и содержания исмсственных сооружений» 2005 г. Он предоставляет широкие потенциальные возможности для оценки техническою состояния сооружения, например, на основе вероятностных расчетов, что позволяет точнее оценить пригодность сооружения к дальнейшей экспл\атации. метода определения балла на основе абсолютных показателей на іежности в том, что при ею использовании необходимо выполнять довольно гр\доемкие прочностные и вероятностные расчеты. Упомян\тая «Инстр кция...» не предлагает конкретных методик и программ для определения состояния сооружения, хотя и предоставляет возможность самостоятельно их разрабатывать, согласовывая с ОАО «РЖД».
Оценка техническою состояния сооружения тесно связана с прочностными и вероятностными вычислениями, а достоверность и надежность результатов при этом об словлена используемыми методами расчета конструкций.
Рассмотрев недостатки нормативных способов оценки технического состояния сооружений, обратимся к методам расчета конструкций мостов.
Методы расчета эксплуатируемых сооружений тесно связаны с методами строительной механики и теории расчета сооружений (А В Александров, Н.Н. Безухов, Т.М. Богданов, Г.К Евграфов, СП. Тимошенко), а также с теорией надежности конструкций (Р.А. Ржаницын, В.В Болотин, В.Д. Райзер, В.П. Чирков, Л.И. Иосилевский).
В России на протяжении XX в. методы расчета претерпели ряд изменений: от доп скаемых напряжений и разр)шающи\ нагрузок (А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев и др) до метода предельных состояний (А.А. Гвоздев, И.И Гольденблат, Н.Б. Лялин, Н.Н. Стрелецкий, Н.С. Стрелецкий и др.). Последний утвержден официально к применению при проектировании [63J и перерасчете [58] мостов
В настоящее время большинство европейских стран работают по методу доп скаемых напряжений, США и еще некоторые страны используют для расчетов метод предельных состояний [79] Классическая апись \словия предельною состояния такова: Д 0, (1.1) іде V - внешнее воздействие (с соотвеїспеющими коэффициентами надежности, динамики и т.п.); Ф - нес\шая способность (с коэффициентами однородности и условий работы). Достоинство метода предельных состояний состоят в реализации системы расчетов для двух групп предельных состояний. Современные представления о расчетах на прочность и устойчивость легли в основу проверки условия предельного состояния.
Особенности метода предельных состояний заключаются в реализации системы коэффициентов надежности, предусматривающих отклонение расчетных величин от своих нормативных значений, чем учтены основные предпосылки аппарата теории надежности. Недостатком метода считается определение коэффициентов однородности и перегрузки для каждого расчетного фактора независимо от изменчивости друг их факторов.
В условии (1.1) в явном виде не присутствует фактор времени. По мнению В.П. Чиркова [74] такое сопоставление несущей способности с действующим внутренним усилием от нагрузок не позволяет судить о фактической долговечности и сроке службы конструкции, в своей работе он предложил определять несущую способность, воздействие внешней нагрузки и меру накопленных дефектов с учетом фактора времени Несущая способность выражена так: Ф(0 Фо[\таф(0], (1.2) где Ф„ - несущая способность конструкции после ее ил отовления при t= 0; a,j,(t) - функция времени, отражающая изменение несущей способности в процессе эксплуатации.
Функция внешней нагрузки может быть записана аналогичным образом: функции времени, отражающие изменение внешней нагрузки и меры повреждений при эксплуатации Подобный подход позволяет оценить срок службы и, следовательно, надежность констр кции по параметру долговечности, однако треб ет наличия статистических данных и выполнения сложных вероятностных расчетов.
Другой недостаток метода предельных состояний состоит в том, что коэффициенты надежности часто не способны учесть действительной картины распределения случайных параметров и, следовательно, фактической вероятности отказа конструкции. Между тем А.Х. Астрахан, Л.И. Иосилевский, С.С. Прибытков и др. ([6], [52], [88]) определяли вероятность безотказной работы по условиям ненаступления предельного состояния. В частности А.Х. Астраханом [6] определены повышенные значения допускаемых эквивалентных нагрузок при расчете грузоподъемности металлическою пролетного строения. Для выполнения сложных вычислений авторы составляли и реализовывали соответствующие алгоритмы программ.
Назначение параметров расчетной модели конструкции
Смысл расчета эксплуатируемого сооружения сводится к определению возможности и условии пропуска того или иною конкретного подвижного состава В отличие от расчета на стадии проектирования ею схема и нагрузка на каждую ось известны из справочных (или паспортных) данных [61]. Используем в расчетах грузоподъемности в качестве внешнего вертикального воздействия от поезда не равномерно распределенную нагрузку к (как в методе классификации), а массив сосредоточенных сил Р„ отстоящих друг от друїа на расстоянии а,. Величины Р, и а, соответствуют схеме реальной поездной нагр)зки. Обозначим через коэффициент усювий пропуска нагрузки по грузоподъемности отношение
Коэффициент условий пропуска С вычисляется согласно выбранной теории прочности, а также в соответствии с функциями f и g (1.1). Минимальное значение коэффициента С б) дет соответствовать наиболее невыгодном) положению нагр\зки на пролетном строении. Это значение находится последовательной «прокаткой» ее схемы нагр)зки по линиям влияния Возможность пропуска подвижною состава, в отличие от метода классификации, определяется напрям)ю, т.е. без вычисления интенсивности допускаемой временной нлгр)$ки и класса. В дальнейшем такой способ «прокатки» б\дем называть способом непосредственныхзагружений
При использовании способа непосредственных заір)жений (в отличие от расчетов по метод) классификации) известна нагр)зка, для которой проверяется выполнение \словия предельною состояния Это дает возможноеіь дифференцирован, коэффициенты надежности к наір)зке у по тип) подвижного состава Дії решения задачи данною иссле ювания в дальнейшем б\дем рассмагри1 п л точнять только параметр коіктр\кц.ш (о, а все ос ильные величины, н оГ \одимые для вычисления А и Ф примем в соответствии с действ) ющим Р ководством [58]. Вертикальное воздействие подвижною состава б дем задавать сосредоточенной иагр)зкой Р. Ее величину и динамический коэффициент (1+f.io) б дем определять по справочным данным [61] Параметры расчетов грузоподъемности в зависимости от способа определения ф)зоподъемности сведены в таблицу 2.1
В итоіе способ непосредственных загрчжений своди іся к сравнению максимальных силии (напряжений, эквивалентных напряжений и т.д.), возникающих при «прокаіке» схемы подвижною состава по линиям влияния, с предельно дощстимыми \силиями (напряжениями), вычисленными с \четом постоянных нагр\ юк и ветра
Надежность и достоверность ре \льтатов при использовании способа непосредственных klips жений б\д\г обеспечены а) выбираемыми параметрами надежности б) степенью достоверности расчетных моделей, применяемых для построения линии в injiin і \си ній, в) теоретическими пре [посылками для нахождения пре іельною состояния. Рассмотри\ далее аспект обеспечения надежности и достоверности рез лЕ тагов расчета при использовании способа непосредственных загружений.
Согласно [26] надежность - это свойство строительного объекта выполнять заданные функции в течение требуемого промежутка времени. Обеспечение надежности тесно связано с расчетами конструкций методом предельных состояний, основные положения которого направлены на обеспечение безотказной работы с учетом изменчивости свойств материалов, нагрузок и воздействий, а также степени ответственности объекта.
Исходное условие обеспечения надежности элемента заключается в том, чтобы расчетные значения проверяемых параметров (наір)зок или ими вызванных силий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытий трещин), выраженные в вероятности наступления события, не превышали соответствующих им предельных значений, \останавливаемых нормами. Способ непосредственных загр}жений основан на исходном уравнении метода предельных состояний, поэтом) надежность элементов констр\кции при ею использовании гарантирована применением системы нормативных коэффициентов надежности
Друой важнейший аспект при определении гр\зоподъемности элементов сложных конструкций - назначение расчетных схем
Резупьтаты анализа, проведенною в первой главе, показали, что наиболее распространенными на желешой дороге являются разрезные пролетные строения балочной констр\киии и фермы. Просгейшая схема для расчета балок - шарнирно оперіая балка ил дв\\ опорах Нолее сложная схема -плоская ба іка-стенка, когор\н используог в расчетах при отношении //// 5 (/ - расчетный нроіет балки. // - ее высота) Подобный подход можно реализовать и дл" расчетов опіках проезжей части В част нос і и, продетое строение типовою проекта Ленинградского отделения ГИПРОГРЛНСа (Lp = 45,0 м) имеет этажн\ю проегжую часть при отношении //// у поперечной балки равным 3,125. Кроме того, при этажном опираний продольных балок на поперечило возникают сосредоточенные воздействия, и гипотеза плоских сечений в расчете мест опирання не действует. Для корректного учета напряженно-деформированного состояния такой конструкции необходимы более детальные расчетные схемы, в сравнении с принятыми в действующих нормативных документах.
Анализ результатов определения несущей способности с применением различных расчетных схем показал, что допустимо использовать пространственные стержневые элементы для ферм и плоские элементы для металлических балок. Объемные части пролетных строений (опоры, мостовой брус) целесообразно разбивать на объемные конечные элементы. Применение \точненных расчетных схем для оценки гр)ЗОподъемности должно быть подтверждено экспериментально.
Схема включения объектной модели и библиотек интерфейсов в программные разработки
Основной тип данных «Пролетное строение» включает поля: имя проекта, комментарий пользователя, код пролетного строения в АСУ ИССО, настройки режимов обработки данных, общие данные, списки балок проезжей части, консолей, материалов и т.д. Среди его свойств такие как: загрузка и запись проекта на диск, расчет, печать результатов и т.д.
Тип общих данных представлен списком таких полей как: дорога, дистанция, линия и т.д. (характеризуют местоположение сооружения). В него также включены некоторые данные, необходимые для расчетов. Список материалов и другие списки содержат соответствующие им объекты. Тип материала описывает его наименование, расчетные сопротивления, модуль унр гости и др. Тип данных «балка» содержит вид балки, номер материала в списке материалов, доли постоянной и временной нагр\зки на балку, геометрию (расчетная длина, высота и толщина вертикального листа и т.д). В него включен список участков балки (с одинаковой по длине геометрией), а также список расчетных сечений. Каждое расчетное сечение описано видом и наименованием расчета, координатой относительно опорного сечения и прочими дангшми, необходимыми для определения класса сечения.
Тип «Пролетное строение» обладает максимальной абстрактностью, он описывает лишь общие для ферм и главных балок параметрі.!. Более конкретными являются его «дочерние1» типы данных: «Пролетное строение с главными балками» и «Пролетное строение с главными фермами» По отношению к ним тип данных «Пролетное строение» является «родительским». В нашании наследство обозначено заключением в скобки имени «родителя» и связью в виде сплошной линии (см. рисунки 3.1 и 3.2). Стр кт)ра типа данных «Пролетное строение с главными балками» проста (см. рисунок 3.1), в дополнении к свойствам «Палки» она содержит данные по констр кции опорной стойки На рис\нке 3.2 представлена разверн тая структура типа данных «Пролетное строение с главными фермами»
Кроме полей и свойств родительскою типа данных, тип «Пролетное строение с главными фермами расширен» списками элементов, сечений, прикреплений и дополнительными данными. Дополнительные данные необходимы для расчета ферм (описание портальной рамы, данные для расчетов при открытом верхнем поясе и др) Каждый объект списка этементов фермы характеризует один стержень В нем содержатся поля с его идентификатором, типом, наименованием, номером материала, сечения и прикрепления в соответств\юших списках По южение элемента в пролетном строении характеризуют начальный и конечный узлы, среди полей которых идентификатор, координата, и наличие опор. Типы данных «Сечение» и «Прикрепление» содержат список прокатных элементов (прямоугольные элементы, прокатные уголки и швеллеры). Свойствами сечения являются координаты центра тяжести Хс и Yc, площади нетто и брутто, моменты инерции и др.
Наиболее ценным в разработанной объектной модели представляется способ упорядочивания и организации элементов системы «Пролетное строение», который практически применим в программных разработках для ЭВМ.
Как отмечалось ранее, недостатком второй версии «АргоМ» является совмещение в едином модуле диалогов ввода исходных данных и расчетных функций. С целью их разделения и использования диалогов в разнообразных программах были разработаны соответствующие динамические библиотеки («DLL» - dynamic link library [44]). В них были реализованы функции ввода и редактирования исходных данных для расчета.
Из п. 3.1.2 следует, что исходные данные, необходимые для расчета, структурированы и разделены по отдельным объектам. Это позволяет создавать динамические библиотеки (интерфейсы) для редактирования полей объекта. Общая схема использования такого интерфейса из управляющей программы (программа, активирующая функцию библиотеки по работе с диалогом редактирования исходных данных) представлена на рисунке 3.3.
Схема использования динамической библиотеки Управляющая программа («АргоМ v.3» или любое другое пользовательское приложение) подготавливает данные для экспорта и вызывает функцию динамической библиотеки для работы с ними. Результат работы пользователя библиотека записывает в этот же набор данных, который управляющая программа впоследствии импортирует.
Преимущество реализованного подхода в том, что составные части программы «АргоМ v.3» отделены друг от друга. Библиотеки интерфейсов для ввода исходных данных и базовый тип данных «Пролетное строение», могут быть использованы сторонними программистами в своих разработках.
Предложенное в настоящей работе разделение интерфейса и расчетных функций позволило использовать составные части программы «АргоМ v.3» независимо друг от друга. Использование данной технологии позволяет исключить дублирование расчетных и интерфейсных процедур при написании текста компьютерных программ. Ее применение на порядок ускоряет процесс разработки программ, предназначенных для автоматизированной оценки грузоподъемности пролетных строений. Схема включения в них типа «Пролетное строение» и библиотек интерфейсов представлена на рисунке 3.4.
Пространственная модель балочного пролетного строения пролетом 23,0 м
Испытание пролетного строения было проведено с целью ПОЛ)ЧЄНИЯ реального графика усилии в элементах, вызываемых прохождением подвижного состава.
Непосредственно перед испытаниями были проведены обследование пролетного строения и инстр)ментальная съемка плана и профиля. Обследование показало отсутствие дефектов, влияющих на грузоподъемность главных ферм. Мостовое полотно не имеет значительных неисправностей, влияющих на изменение динамического поведения констр)кции Результаты инстр)ментальной съемки показали нормальный строительный подъем ферм и отс тствие серьезных отклонений оси п ти относительно оси продетого строения в плане
Испытанию были подвернуты элементы нижнего пояса, раскосы и подвески фермы (Н6-7, РГ-2, Р4 -5", Р5"-6, CS-8" на схеме рисунка 4.1). В сечении каждою элемента было становлено по четыре электротензометрических датчика, которые работали в составе авюматизированной сисіемьі «ТензорМ» (рафаоотка СГУПСа). Применение этой системы нозво шло с минима іьной ноірешностью (0,5 МПа) пол чить напряжения и усилия в элементах при прохождении поездной натр\зки. Система способна опрашивать эти датчика одновременно, что пошошло синхроніїшровать измерения по времени Период опроса каналов во время испытаний бы і равен 10 ме
В качестве нагрузки были приняты обращающиеся поезда: грузовые, пассажирские, почтово-багажные и электрички. Во время испытаний были зафиксированы типы локомотивов и поездов, поэтому для каждой нагрузки были известны схема осей и вес головного локомотива, а для пассажирских, почтово-багажных поездов и электричек - вес и схема осей всего состава.
В результате эксперимента в каждом испытуемом элементе получены диаграммы напряжений в четырех точках установки датчиков от каждой проходящей нагрузки. Осевые продольные напряжения о\ получены усреднением.
Анализ экспериментальных диаграмм был выполнен в сравнении с теоретическими, построенными путем «прокатки» схемы соответствующей нагрузки по линии влияния плоской или пространственной модели. Для построения теоретических диаграмм в работе были иснольюваны соответствующие модули программы «АргоМ v.3» (см. п. 3.4)
Достоверность принимаемой расчетной схемы нормы [64] пред)сматриваюг определять конструктивным коэффициентом: где S, - фактор, измеренный под воздействием испытательной нагр зки, 5tl,/- гот же фактор, найденный ог той же нагр\зки расчетным п тем. Экспериментальные осевые напряжения jv по отношению к соответств)ющим теоретическим значениям дали конструктивные коэффициенты для плоской (А",п) и пространственной (A"llt,) расчетной схемы. Пример определения конструктивных коэффициентов на основании экспериментальных и теоретических диаграмм напряжении приведен на рие_\нке 4 7
В отличие от плоской расчетной схемы, значения конструктивных коэффициентов ближе к единице при расчете по пространственной схеме, что говорит о более рациональном выборе последней. Удовлетворительные результаты в сравнении с экспериментом показал расчет нижних поясов ферм с учетом включения в работу проезжей части. В целом результаты испытаний подтверждают лучшее соответствие принятой пространственной модели, нежели плоской, что свидетельствует о необходимости расчетов с использованием непосредственных загружений, потому что форма линий влияния усилий в пространственной модели явно нетреугольная.
Испытание балки было проведено с целью оценки фактического уровня напряжений в стенке среднего отсека главной балки, а также с целью обоснования способа оценки грузоподъемности элементов в расчетах на местную устойчивость, основанным на непосредственных загружениях. Проведенное обследование пролетного строения не выявило серьезных дефектов и неисправностей основных несущих конструкций и мостового л полотна. В качестве испытательной нагрузки использован состав со схемой: локомотив ВЛ60 + груженый хоппер-дозатор со щебнем + і D i
По показаниям датчиков Dl, D2, D4 определены напряжения в поясах и стенке, консольный датчик D2 показал смещение уголка относительно стенки во время прохода испытательной нагрузки (таблица 4.5).
Доступ к наружной поверхности балки был затруднен, поэтому датчик D3 был установлен только с внутренней стороны стенки. Для учета напряжений от изгиба стенки за счет эксцентриситета приложения нагрузки и перехода к напряжениям в серединной плоскости (Ту используем схему с «единичной» силой Р (рисунок 4.9).
В рамках диссертационного исследования проведены обследования 20 и испытания семи пролетных строений железнодорожных мостов. Выполнено сравнение результатов расчета способом непосредственного загружения, (в том числе при использовании уточняющих расчет моделей пролетного строения) с полученными экспериментальными данными.
В качестве примеров в диссертации были приведены данные по результатам испытаний двух пролетных строений с главными фермами и главными балками. В первом учтена совместная работа элементов решетки ферм с балками проезжей части и связями, во втором рассмотрены особенности расчета отсека балки на месгн}Ю устойчивость. Использование способа непосредственных загружении в расчетах пролетных строений позволило выявить его высок} ю эффективность при оценке грузоподъемности элементов со сложным очертанием ЛИНИИ ВЛИЯНИЯ }СИЛИЯ, а также в расчетах местной устойчивости стенки балки В обоих сл}чаях результаты расчетов }довлетвориге;гьно согласуются с результатами экспериментов.
При рассмотрении конечно-элементной модели балки с позиций расчета на местную }стойчивость стенки становится очевидным, что на напряженно-деформированное состояния отсека балки существенно влияет распределение местной нагр}зи и, следовательно, степень податливости соединения «рельс - мостовой брус - пояс балки» Представ гяется необходимым проведение дополнительных испытаний и теоретических рафабогок, направтенных на и 5}чение работы }клданного соединение
