Численный энергетический метод в приложении к большепролетным вантовым мостам

• Автор: Рагех Басем Осами Саиед
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Начало XXI века сопровождается по-прежнему развитием технического прогресса, в том числе и в строительстве. Возводятся всё более высокие сооружения и строятся большепролетные мосты, основную часть которых составляют вантовые мосты. Причина этого кроется в том, что в таких мостах главными несущими элементами служат ванты, испытывающие продольные усилия; а это случай, когда прочностные свойства конструкции используются наиболее полно. Вследствие этого вантовые мосты экономичнее, хотя уступают другим мостам по жесткости. Мосты являются важным элементом в развитии транспортной структуры страны и часто имеют стратегическое значение. Разрушение моста ведёт к серьезным экономическим последствиям. Поэтому всевозможные исследования по оценке надёжности моста и его живучести можно считать актуальными.
Цель настоящего исследования заключается в выявлении наиболее оптимального натяжения вант, обеспечивающих наименьшие прогибы балки жёсткости моста, что повышает его эксплуатационные качества. Рассматриваются три типа, наиболее часто встречающихся схем вант: арфа, веерная и радиальная. Задача решена путем условной оптимизации целевой функции, в качестве которой принимается потенциальная энергия всей системы от заданной неподвижной нагрузки. Минимизация энергии осуществляется методом сопряженных градиентов. В работе также исследовались динамические свойства моста, оценка его живучести при внезапном обрыве вант и другие характеристики.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ВАНТОВЫХ МОСТОВ И ИХ НЕЛИНЕЙНЫХ РАСЧЕТОВ

1.1. Краткий обзор возведения вантовых мостов в мире

1.2. Схемы расположения вант

1.2.1. Система «арфа»

1.2.2. Система «радиальная»

1.2.3. Система «веер»

1.3. Нелинейное поведение вантовых мостов
1.3.1. Исторический обзор нелинейных расчётов вантовых мостов
1.3.2. Причины нелинейного поведения вантового моста
1.3.3. Нелинейное поведение вант
1.4. Методы оптимизации для оценки оптимального предварительного натяжения вант и достижения минимальных деформаций вантовых-мостов
1.4.1. Значимость оценки оптимального предварительного натяжения вант при анализе вантовых мостов
1.4.2. Исторический обзор методов для оценки оптимального предварительного натяжения вант
1.4.3.Алгоритм определения величины оптимального предварительного натяжения вант, Хассан. М, 2
1.5. Обобщение энергетического метода и метода сопряжённых градиентов при
разработке алгоритмов диссертации
1.5.1. Общая потенциальная энергия элементов вантового моста
1.5.2 Минимизация потенциальной энергии моста методом сопряженных
градиентов
ГЛАВА 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ ОЦЕНКИ ОПТИМАЛЬНОГО
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ ВАНТ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ВАНТОВЫХ СХЕМ МОСТОВ
2.1. Предложенный алгоритм для оценки оптимального предварительного
натяжения вант
2.2. Геометрическая схема и расчетные данные рассмотренных вариантов
изучаемого моста
2.3. Виляние изменения геометрии моста на деформации изгибных элементов при
выполнении процедуры алгоритма
2.3.1. Оценка прогиба балки жёсткости при процедуре алгоритма
2.3.2. Оценка перемещения пилона при процедуре алгоритма
2.3.3. Оценка оптимального предварительного натяжения вант в конце процесса алгоритма
2.4. Отношение перемещений балка жёсткости - пилон при нелинейном статическом анализе вантовых мостов
2.5. Виляние схем вант на деформации изгибных элементов моста при процедуре
алгоритма
2.5.1. Оценка прогиба балки жёсткости при применении разных схем вант

2.5.2. Оценка перемещения пилона при применении разных схем вант
2.5.3. Оценка оптимального предварительного натяжения вант при
применении разных схем вант
2.6. Достоверность результатов предлагаемого алгоритма
2.6.1. Геометрическая схема и расчетные данные изучаемого моста
2.6.2. Сравнение двух алгоритмов для оценки деформаций моста
2.6.3. Сравнение двух алгоритмов ' для оценки оптимального предварительного натяжения вант
2.7. Достоверность предлагаемого уравнения для нахождения отношения
перемещений балка жесткости - пилон при нелинейном статическом анализе

Глава 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ ОЦЕНКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ ВАНТ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ВАНТОВЫХ СХЕМ МОСТОВ 2Л. Предложенный алгоритм для оценки оптимального предварительного
натяжения вант
Вантовые мосты нашли широкое применение во всем мире в последние несколько десятилетий. Быстрый прогресс оправдан возможностью анализа и проектирования этого типа гибких сооружений. В работах [1, 22, 28] были усовершенствованы программы проектирования сталежелезобетонных двухпилонных автодорожных мостов с применением персональных компьютеров. Был применён инженерный метод последовательных приближений к искомому решению с целью повышения производительности труда проектировщиков, качества проектной документации и сокращения срока проектирования. В этих работах оптимизация за счёт достижения минимальной деформации по оценке оптимального предварительного натяжения вант отсутствует. В некоторых исследованиях, таких как [47, 99, 109], были проведены анализы для
минимизации деформации вантовых мостов по оптимизации предварительного натяжения вант. В этих статьях решение задачи основано на методике авторов (см. глава. 1, раздел 1.4.2).
В самом последнем исследовании М. Хассан, (2010) [70] отметил, что все методы оценки предварительного натяжении вант приводят к следующим выводам:
- Существующие коммерческие программные пакеты не могут использоваться непосредственно для оценки оптимального предварительного натяжения вант. Соответственно, специальный алгоритм должен быть разработан дизайнером для решения этой задачи, которая требует значительных навыков программирования.
- Оценка оптимального предварительного натяжения вант требует разработки полной численной модели моста.