Введение к работе
Актуальность исследования определяемся его связка с первоочередная задача::!! з области автоматизации проектирования транспортних искусственных сооругшшй. Направленность диссертационной работы соответствует целевой научно-технической программа 0.U.G3I (Подпрогра\гла Р.55.Д. Часть Е1. Заданно 09: "Осуцествить развитие мегодоз расчета констру;адлл зданий и сооружений с целью экономии металла и других строктальных материалов"), утвержденной Постановлением Госстроя СССР, ШІТ Совята Министров СССР и Госплана СССР .« 234/592/271 от 31.12.81.
В диссертации рассматриваются также вопроси, решение которых предусмотрено:
I) Координационном планом Ш-tP вузов в области строитель-
ства а архитектуры па IS86-I9S0 гг., еюшчєілшх в общесоюзные научяо-тохничеокае програма Госстроя СССР (0І.ОЗ.ОІ. Разработать научное обоснование повш: технических резіевдіі подземных сооружений больиого сечоішя).
-
Приказом ШС й 25Ц от 06.11.87 "О плане научно-пссдо-довагельских опытно-конструкторских работ и внедрения позой техники па нолазнодоронпом транспорто на 1988 год (41,00.23, 68.SO.SO. Комплекс программных средств для іліоговариангпой разработки объектов железнодорожного транспорта; 08.01.12, 85.SO.00. Разработка н'вподрсаис мотодаїа сцонпя сойс'длческой опасности к комплекс мероприятий для уменьшения ущерба от землетрясений, разработка рекомендации по оценке сейсмостойкости искусственных соорусоипй на действующей соги железных дорог).
-
Комплексі!ой целевой программой по доскганию мирового тєхішчєского уровня в транспортном строительстве на IS88-I99Q года и на период до 2000 г., проблема "Стройпрогресс-2000", направление "Изыскания и проектирование транспортных сооружений".
Методика исследования , принятая в диссертации, основана: а) на новых теоретических разработках в области строительной механики транспортных сооружений; б) на выполнении большого количества вычислительных экспериментов применительно, в первую очередь, к мостам в тоннелям с критическил анализом результатов расчетов; в) на обобщении результатов модельных и натурных экспериментов, выполняваяхоя для реальных транспортных конструкций и их фрагментов.
Наиболее существенные научные результата. пожученные точно соискателем
-
Разработана новая концепция в теории расчета слоеных строителышх конструкций, основанная ва применении квазистержневых дискретных расчетных схем и одномерных конечных элементов.
-
На основе квазистержневой модели получены матрицы не-сткости элементов, используемых при расчете плаотин, оболочек, массивных тел, а гакка конструкций из неоднородных и анизотропных материалов.
-
Предложен новый вариант теории расчета подкрепленных оболочек с мощными ребрами и указана соответствующая ей диск-
ратная расчетная схема, получен новый вариант дифференциальных уравнений для расчета конструктивно ортотрошшх пластин-с учетом поперечного СДЕЯГа.
-
Получены матрицы инерции и матрицы геометрической жесткости одномерных элементов, разработаны алгоритмы решения задач устойчивости с учетом малых упруго-пластических деформаций.
-
Построены иатриод косткостп и матрицы инерции для анализа (в том число з нелинейной постановке) напряженного состояния различных тлпов грунтовых оснований.
-
С применением програмглянх комплексов, основанных на методе одномерных элементов, рассчитаны слегнцэ инженерные сооружения, проанализировано их ианряяонно-дефокдфовашгоэ состояние, пояучовяко результати попользуется проектная институтами при проектировании объектов транспортного строительства.
" Ш^ЗЗЗЗЛШШШ-ЛИй^Ш состоит:
-
в теоретическом обоснованна принципиальных полонений метода одномерных элементов, а такім ео внедрении зтого метода в практику расчета реальных, в первую очередь, транспортных сооружений, з результате' чего получено рзлэшю ряда новых задач и уточнены некоторые имевшиеся ранее решения;
-
в обосновании возммшосги. прпмонэния ячеек дискретной расчетной CXQI21, сально вытянутых з одном направлении; связанные с этим преимущества проявляются наиболее полно в расчета?: протяженных слетом типа мостовых я тоннельных конструкций;
-
з учете нести степеней свободы для узлов коночпоэло-ыентной модели пластинчатых конструкций, что облегчает расчет систем, включавших элементы различной мерности, и позволяет корректно учитывать различные локальные особенности конструкции;
-
в применении для расчета весьма протяганных сооружений полудискретного варианта метода однсмзршх элементов и его упрощенной модификации, существенно сникающей порядок решаемых систем уравнений; применительно к неразрезным конструкциям предложено сочетание полудискрэтного метода с методом суперэло-ментов;
-
в разработке новых подходов к решению ряда рассматриваемых з диссертации частных проблем: новый алгоритм исследования устойчивости подкреплешшх пластин при учете упруго-
пластических деформаций; новая теория подкрепленных оболочек,. учитывающая как поперечный, так в тангенциальна!! сдвиг ребер; уточненные дифференциальные уравнения для расчета конструктивно ортотрошшх пластин; метод'"динамического уплотнения" для решения олояыых задач о колебаниях нногомассошх систем; новый способ учета неограниченной протяженности грунтовой ерзды, окружающей сооружение.
Достоверность,.результатов. Достоверность и обоснованность результатов выполненного исследования подтверждается
теоретическими доказательствами, полученными при использовании законов механики деформируемых тел;
удовлетворительна:.:!! результатами сопоставления капрляэ-
Ш!Й I! Перемещений, БЫЧИСДОШЫХ ПО Ї/.ЄТОДУ ОДНОМОрЯЫХ ОЛЄЇ.ЯШТОВ,
с известными точными рсазгшями, а такие с решениями, полученяк-ї.!2 на основе других прибяпкенпых методов расчета (лично автором или другими исследователями);
- удовяетворителькыми результатами сопоставления расчет
ных дишх с далннмл моделирования конструкції; пли их нагурішх
пспкгашпі.
Ппрктачугуп.ч пшность работ состоит в возможности широкого использования полученных результатов научно-исследовательскими в проектными организациями, вузами, производственными подразделениями МПС и МТС. Разработанный в диссертации метод одномерных элементов позволяет анализировать напрякешю-дефор-мировашше состояние пролотЕых строений, опор и фундаментов мостов, грунтовых оснований, тоннельных обделок, других транспортных конструкции, а таїее зданий и сооружений различного назначения.
Полученныа авторсм результаты теоретических исследований в области разработки л обоснования метода одномерных элементов явились научной базой, на'Которой создается программно комплексы для выполнения статических и динамических расчетов, входячие составной частью в системы автоматизированного проектирования объектов строительства.
Объекты внедрения результатов исследований
При выполнении хозяйственных договоров и договоров о творческом содружестве, заключенных с кафедрой "Мосты" ЛШЕТа, про-
изводились расіоти новых вариантов фермы системі проф. К.Г. Протасова' пролотош 66,0 л 110,0 м, пространстоошше расчэтп железобетонной, формы системы проф. В.И.Гнодобского, других вариантов хелезобэгошшх форм, а талзе Народного моста в Лояиптрздэ. В настоящей время методика автора пспольэуэтся прп розетта задач о продольном взаимодействии пути, балок и опор моотов па внсокоскоростнЗй магистрали Поторбург-Москва (автор диссортации является одним из разработчиков "Указаний по проектировании мостов головного участка Лзшіпград - Москва высокоскоростной пассаглрежой яелозиодорсглоЯ магистрали Центр-Юг", составленных кафедрой "Мости" ЛИКТа в 1990 г. по Задании Ленгзпротранса '.йнтраисстроя СССР).
В.процесса выполнения договоров с кафедрой "Тоннели її метрополитены" ЛЖПТа исследовалась работа norpjmmx и береговых секций Канонерского подводного топнэля, тоннеля иод дамбой в Олнсксм зализе, топяэльяой обдоякя Ленинградского метрополитена в районе станции "Площадь Мужества", ппунтового ограждения котлована за Каяоисрсксм острово, водопропускной трубы отворотной 35 м под каыеннонабросной"плотяпон Колымской ГЭС высотой 102 м.
Для НИИ мостов ЛЗПКТа выполнялся пространственный расчот пролзтного строения под яэлезяую дорогу с учетом возможных дефектов, расчот фрагмента стальной балет, испытанного в натурных условиях на полигона НИИ мостов, а также (в ходе выполнения договора ЮШ мостов о ВВЖГ им. Б.Е.Вздєяеева) расчет сейсмостойкости насыпной плотины Рогунекой ГЭС.
Для Леягппротраясмоста ваполяялись работа по расчету высоких свайных ростверков, пролетных строений больших мостов (мост 7 Твери через Волгу, чероз Днепр в Днепропатровскв, через Енисей в Красноярске), многокоробчатых железобетонных мостов, вариантов нэразрээных пролетных строений Гипротрансмоста, разводного пролета Дворцового моста в Ленинграде, группы блоков реконструируемой тоннельной обделки на линии София -Мездра.
Расчеты пролетных строений новых городских мостов выполнялись по заказу Ленгипроинкпрозкта. Совместно с Ленинградским отделом Гипростроіімоста проводились расчеты фундамента устоя городского путепровода под г.елезную дорогу, исследовались вопросы устойчивости стальных балок в процессе надвиглен, разработан комплекс программ USTO для решения задач устойчн-
вости методом одномерных элементов. "Неограниченные" элементы применены в договорных работах для Камчатского филиала ДадьИИИС и для института ЛенаидНШпроект.
Большое число расчетов по методике и при участил автора выполнено в проектном институте ЛояНИИпроэкг-. Наряду о гидами и общественными зданиями рассчитывались обояочечные конструкции слозной формы (мыоговиткоззл раша, навесы над платформами Московского вокзала). Та ке ?лэтодпка вспользоваяась в проектных институтах ЛенЗШИЗП (расчет типовых зданий в зоно вечной мэрзлогы на трассо БАМ), Ленпроыстройпроекг (расчет высотной дымовой, трубы, келозобетонного бункера), ЛэнморШШпроект (расчет устойчивости оснований под фундаментами портовых coopyse-ниіі).
В институте ЛоиНШпроект создан мощный вычислительный коїзі-лекс RISK , в бяблиотоку которого включены тдаогне из прэд-локанных автором одномерных эязмзнтов. Стержневая модель в варианте автора использовалась при расчете на базо комплекса TUPK (ЛИИЕТ) тонких пластин, подкрепленных ребрами - фацет радиотелескопов. На кафедро "Строительная механика" ЛИИЕТа под руководством автора создана программа PR0G0N для реализации полуднскрэтного варианта метода одномерных элементов.
Идеи автора по реализации метода одномерных элементов нагли отражение в ряде защищенных диссертационных работ (Б.С.Ее-лозерцев, В.П.Гнюбкип, А.К.Казииов, А.П.Ледяов, П.Б.Нудьга, Ь-.А.Путилин, В.М.Олэков, Н.о.Базперстова, З.іи.Шаигин, Д.Ю.Іу-оевич).
Основы метода одномерных элементов излагаются в курсе "Численные методы в строительстве" для специальности ІІГС и в учебно-методической литературе кафедры "Строительная механика".
Публикации. Основное содержание диссертации освещено в 58 статьях, в том числе в общесоюзных и академических журналах. Кроме того, методу одномерных элементов посвящена написанная лично автором глава УП коллективной монографии "Алгоритмы построения разрешающих уравнений механики стержневых систем" (Л., Строііиздат, 1983).
Апробация работы. Материалы диссертации обсухздались на Всесоюзных совещаниях и конференциях по применению ЗШ в строительной механике и расчете конструкций
(1972, 1975, 1979); на координационных совещаниях по технологии строительства Канонерского тоннеля (1974, 1975); на совещаниях Постоянной комиссии по железобетонным.конструкциям многоэтажных здании (1984, 1909); в ДЕУ им. А.М.Горького (1979, 1981, 1983, 1985, 1986, 1988) и в ДО НТОСИ (1978); на всесоюзных конференциях по .динамика фундаментов (1977, 1981); на совещаниях Комиссии по сейсмостойкости транспортных сооружений МСССС при Президиуме All СССР (1977, 1980, 1984); на Всесоюзном совещании по сейсмостойкости транспортных сооружении (1987); на научных и научно-практичэских конференциях ЛИИ&Та и ЛИСИ (I9S4, 1989); на научно-технических конференциях по проблемам БАМ (1975, 1976, 1977); на заседаниях научного семинара при кафедре строительно;} механики и теории упругости ЛШІ (I977-I98I гг.); на семинаре кафо,дры строительной механики ЇЛИИїа (I98U); на Всесоюзной конференции, посвященной IOG-лвтию со дня роэдвния чл.-корр. АН СССР, д-ра техн. наук, проф. Н.М.Беляева (1990); на Всесоюзном научно-практическом семинаре "Практика автоматизации объокгов строительства" (1990), на научно-технической конференции по нетрадиционным методам сейсмозащити и на краткосрочном семинаре "Применение персональных компьютеров в строительном проектировании" (1991).
Кроме того, отдельные фрагменты работы и работа в целом неоднократно обсуждалась на заседаниях научного семинара факультета "Мосты и тоннели" ЛИИЕТа при участии представителей кафедр "Строительная механика", "Мосты", "Тоннели и метрополитены".
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы и двенадцати приложений.
