Разработка методики и программы автоматизации проектирования вантовых мостов со сталежелезобетонными балками жесткости

• Автор: Ле Ван Мань
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Введение
Глава 1 Состояние применения и проектирования вантовых мостов, цель и задачи исследования

1.1. Обзор применения и развития еталежелезобетонных вантовых мостов

1.2. Выбор метода расчета вантового моста

1.3. Анализ состояния автоматизации проектирования и оптимизации вантовых мостовых конструкций

1.4. Цель и задачи работы

Глава 2. Разработка замысла и блоксхемы программы автоматизированного проектирования двухпилонных

сталежелезобетонных вантовых автодорожных мостов.

2.1. Разработка обобщенной конструктивной формы сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов
2.2. Разработка системы исходных данных к программе автоматизированного проектирования
2.3. Определение перечня всех параметров и размеров сооружения, которые подлежат определению и которые необходимы для выполнения чертежа проектируемого сооружения.
2.3.1 Независимые параметры объекта проектирования.
2.3.2 Зависимые параметры объекта проектирования.
2.3.2.1.Размеры поперечного сечения всех элементов балки жесткости
2.3.2.2 Размеры вант и оттяжек.
2.3.2.3.Размеры всех элементов пилона
2.3.2.4.Стоимость варианта двухпилонного вантового моста.
2.4. Определение перечня данных о результатах проектировании и способа их выдачи компьютером
2.5.Формулировка задачи автоматизированного проектирования
двухиилонного вантового моста.
2.6. Разработка блоксхемы программы АПВМ.
2.7. Выводы по главе
Глава 3. Разработка метода расчета сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов применительно к программе их автоматизированного проектирования
3.1 Принятые расчетные предпосылки
3.2 Теоретические основы метода конечных элементов
3.3. Реализация статического расчета рассматриваемых двухпилонных вантовых мостов методом конечных элементов
3.3.1. Разбивка расчетной схемы двухпилониого вантового моста на конечные элементы, нумерация узлов и конечных элементов
3.3.2. Получение общего уравнения метода конечных элементов.
3.3.3. Формирование матрицы индексов.
3.4. Формирование матрицы жесткости конструкции вантового моста в целом
3.5. Приведение рассматриваемой схемы загружения временной нагрузки к узловым точкам
3.6. Приведение заданных постоянной и временной нагрузок к узлам объединений конечных элементов
3.7. Определение силовых факторов при разных схемах загружения
3.8. Формирование и решение системы линейных уравнений МКЭ
конструкции вантового моста.
3.8.1 .Свойства системы линейных уравнений МКЭ
3.8.2. Метод решения системы уравнений МКЭ вантового моста
3.9. Регулирование усилий в вантах из условия обеспечения горизонтального
положения балки жесткости при воздействии е собственного веса
3. Расчет сечений балки жесткости.
Расчет по прочности сталежелезобетонной балки на воздействие положительных изгибающих моментов
Расчет прочности сталежелезобетонной балки на воздействие отрицательных изгибающих моментов
Проверка местной устойчивости стенки, подкрепленной вертикальными ребрами жесткости
3.Ю.4Особенности реализованного динамического расчета.
.Расчет на галопирование вант
3 Особенности реализации алгоритма по подбору сечений элементов вантового моста
. Проектирование железобетонной плиты проезжей части.
. Определение размеров элементов балки жесткости, начальных размеров вант, оттяжки и пилонов
. Особенности определения размеров поперечных сечений пилонов и вант.
4. Выводы по главе
Глава 4. Отладка и освоение программы автоматизированного проектирования сталежелезобетоиных двухпилонных вантовых автодорожных мостов
4.1 Вводные замечания.
4.2 Оценка правильности результатов расчета прогибов балки жесткости, изгибающих моментов в ней и усилий в вантах при разных схемах загружения временной нагрузкой.
4.3 Тестирование расчетного модуля разработанной программы
автоматизированного проектирования двухпилонных вантовых мостов
4.4. Выводы по главе 4.
Глава 5. Оптимизация параметров сталежелезобетонных двухиилонных вантовых мостов, разработка рекомендаций по получению рациональных их конструктивных решений с помощью созданной программы автоматизированного проектирования.
5.1. Исследование зависимости стоимости и массы двухпилонного вантового моста от количества узловых точек и высоты НО балки жесткости при различных длинах балки жесткости.
5.2. Исследование влияния соотношение тик соотношение количеств вант в крайнем пролете и среднем пролете при фиксированном количестве узловых точек на стоимость и массу двухпилонного вантового моста
5.3. Исследование влияния заданного значения угла наклона наиболее удаленной ванты.
5.4. Исследование влияния на массу пилонов расстояния между поперечными ребрами на стенках пилона
5.5. Исследование влияния прочности стали на массу пролетного строения и пилона.
5.6. Исследование влияния полной длины балки жесткости двухпилонного вантового моста на массу пролетного строения и ее стоимость
5.7. Исследование динамической и аэродинамической устойчивости элементов спроектированных вантовых мостов .
5.8. Выводы по главе 5 с рекомендациями по назначению независимых параметров конструктивных решений вантовых мостов
Заключение
Литература


Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научнотехнических конференциях Московского автомобильнодорожного государственного технического университета. Объем и структура работы. Диссертация, изложена на 4 страницах машинописного текста и включает в себя введение, пять глав, заключение, 6 рисунка, список литературы из 9 источников. Т . Ч . Глава 1. Состояние применения и проектирования вантовых мостов, цель и задачи исследования. Обзор применения и развития сталежелезобетонных вантовых мостов. Идея создания мостовой конструкции, проезжая часть которой непосредственно поддерживается системой гибких растянутых элементов, повидимому возникла очень давно и послужила истинным техническим открытием, которому предстояло большое будущее. Достаточно достоверные исторические данные свидетельствуют, что близкие по структуре системы были известны в древнем Египте, наклонные веревки использовались, чтобы поддержуют луч от их мачты судна как показано на рис. Леонгард, , издавна применялись в ЮгоВосточной Азии на переходах через реки. Искусные народные мастера при этом в качестве материала для вант удачно использовали бамбук и некоторые разновидности лиан. Рис. В более поздний период, по мере развития технологии вантовых элементов, началось строительство совершенных систем в г. Венеции с применением металических цепей рис. Рис. Вантовый мост в Венеции В году немецкий плотник С. Ж Лешер составил проект деревянного вантового моста во Фрейбурге, в котором деревянные ванты закреплены в верхней части деревянного пилона. Рис. Позднее в г. Англии два инженера и построили вантовый пешеходный мост с пролетом м, в котором ванты анкерились в чугунному пилону. Несколько лет спустя французский архитектор Роует предложил схему вантового моста, в которому все ванты крепились в верхней точке высокого пилона Схема веера. В г инженер Летли предложил другую схему расположения вант, названная арфа, эта система более жесткая, чем система веера. В это же время ряд вантовых мостов обрушилось, в связи с чем вантовые мосты были признаны непригодными. Анализируя причины неудач в свете современных знаний о вантовых мостах необходимо признать, что инженерымостовики в то время не могли точно определить действующие в
вантах усилия, недооценивали влияние статической неопределимости системы и стрелы провеса вант. Интерес к вантовым мостам появился лишь в г. Дишингером результатов своих исследований, в которых он доказал, что применение наклонных подвесок вант из высокопрочной стали в традиционных висячих мостах, значительно увеличивает жесткости таких мостов. Вслед за этим в период с по было предложено сразу несколько проектов мостов вантовобалочной системы. Два вантовобалочных моста, построенные в это время в Германии и Швеции доказали простоту и экономичность применения таких систем, а также их достаточную жсткость под действием временных нагрузок. Этот период можно считать началом истории строительства вантовых мостов современных типов с металлическими, а в дальнейшем и железобетонными балками жсткости. Вантовые мосты рационально применять при пролетах от 0м до м. Рис. Зогжипс Мост, Швеция, г. Серьзным достижением явилось сооружение моста Северин через р. Балка жсткости металлическая из двух продольных несущих коробок с высотой 4,м1 пролта, соединнных поперечными балками и ортотропной плитой проезжей части. Интересна конструкция моста Книбрюке через р. Рейн в Дюссельдорфе в Германии с главным пролтом 0м, с вантовой системой арфа, с двух стоечным раздельным пилоном. Балка жсткости оформлена в виде двух двутавров со сплошными стенками высотой 3,2м пролта и проездом по ортотропной плите, объединяющей верхние пояса балок. Отличительная особенность моста анкеровка вант бокового пролета в опоры эстакадной части, что существенно повышает жесткость системы. Рис. Вантовые мосты через р. Из рассмотренных примеров видно последовательное развитие систем и конструкций вантовых мостов с ортотропными элементами балок жесткости, снижением их высоты, использованием свободно стоящих колонн пилонов, закреплением вант к опорам эстакадной части.