Конструктивные формы пролетных строений
После установления схемы моста и назначения его основных размеров проектировщик выбирает тип поперечного сечения пролетных строений, а в случае применения сборных конструкций определяет систему членения сооружения на монтажные элементы.
В неразрезных и консольных балках и ригелях рам в сечениях у промежуточных опор возникают отрицательные изгибающие моменты, причем по абсолютной величине они, как правило, больше положительных моментов в середине пролетов. Отрицательные моменты вызывают появление сжатой зоны в нижней части сечения.
При работе сечения на положительный момент в сжатой зоне находится плита проезжей части значительной ширины, воспринимающая сжимающее усилие. При действии отрицательного момента в сжатую зону попадает нижняя часть сечения, которую целесообразно развивать, чтобы конструкция была экономичной.
Развитие нижнего пояса приводит к сечению коробчатой формы, получившему широкое распространение в пролетных строениях средних и больших пролетов. Нижняя плита коробчатого сечения служит сжатой зоной на участках балки, где действуют отрицательные изгибающие моменты, и позволяет удобно разместить преднапряженную арматуру в один–два ряда на участках с положительными моментами. Большим достоинством замкнутого коробчатого сечения является его жесткость при работе на кручение. По сравнению с незамкнутым сечением тех же размеров жесткость может быть больше в десятки раз. Это существенно улучшает работу пролетного строения при действии эксцентричной нагрузки.
Недостаток коробчатого сечения – несколько большая сложность изготовления. Этот недостаток успешно преодолевается применением современных способов изготовления элементов пролетных строений.
Выбор типа поперечного сечения зависит от принятого способа сооружения моста. Так, для сравнительно небольших пролетов, когда в качестве основных элементов неразрезных балок используют блоки пролетных строений с простыми балками, изготовляемые в стандартной опалубке, применяют характерные для простых балок поперечные сечения – тавровые или двутавровые. Тавровые сечения применены в проектах неразрезных балок, собираемых на передвижных подмостях.
Для неразрезных, консольных и рамных пролетных строений, сооружаемых способом навесного монтажа или навесного бетонирования, характерны коробчатые сечения. Такие сечения используют и в неразрезных пролетных строениях, сооружаемых способом продольной надвижки.
Форма коробчатых сечений разнообразна. Для пролетных строений под автомобильную дорогу с проезжей частью шириной до 15–20 м. можно использовать однокоробчатое поперечное сечение с развитыми консолями ,как показано на рисунке 1.20, а. Стенки такого сечения часто делают наклонными, что позволяет существенно уменьшить ширину и объем опор. При большей ширине моста, а также при необходимости уменьшения ширины монтажных элементов по условиям изготовления, перевозки и монтажа блоков пролетных строений применяют сечение из двух или нескольких коробок. При этом, как правило, соединяют монтажным продольным швом края консолей верхней плиты соседних коробок ,как показано на рисунке 1.20, б. Если условия изготовления и транспортировки блоков позволяют применить коробку значительной ширины, можно предусмотреть дополнительную стенку ,как показано на рисунке 1.20, в, уменьшающую пролет плиты проезжей части. При этом становится более равномерным распределение по ширине плиты нормальных напряжений, возникающих при изгибе пролетного строения.
Рисунок 1.20 – Формы коробчатых сечений
Поперечное сечение может состоять из отдельных прямоугольных коробок, соединенных шпоночными швами, в которых располагают предварительно напряженную арматуру ,как показано на рисунке 1.20, г.
В неразрезных, консольных и рамных системах отрицательные моменты достигают значительной величины, в особенности при сооружении пролетного строения навесным способом от опор к серединам пролетов. Положительные изгибающие моменты от собственного веса конструкций в этих системах не возникают. К опорам увеличиваются и действующие в сечениях поперечные силы. В большинстве случаев целесообразны специальные меры для повышения сопротивления приопорных сечений отрицательным изгибающим моментам и поперечным силам.
Несущую способность опорных сечений по сравнению с сечениями в пролете можно повысить увеличением толщины ребер, что одновременно уменьшает главные растягивающие напряжения и несколько увеличивает площадь сжатой зоны. Если основное сечение имеет тавровую или двутавровую формы, то у опор располагают нижнюю плиту, которая может быть уширением нижнего пояса, или замыкают сечение, превращая его в коробчатое. Если сечение в пролете коробчатое, у опор увеличивают толщину нижней плиты и стенок коробки.
Перечисленные приемы могут быть использованы при постоянной высоте сечения балки на всей длине, например при изготовлении неразрезных пролетных строений на насыпи подходов с последующей продольной надвижкой, когда балку опирают на перекаточные опоры нижним поясом. Постоянная высота сечения оказывается целесообразной, так как упрощается технология изготовления (использование одной наружной опалубки для всех частей пролетного строения), а иногда и по архитектурным соображениям [6].
Выводы по главе
Изучив все виды конструкций мостов, ознакомившись с их достоинствами и недостатками, было принято решения взять за основу балочную конструкцию.
В наши дни балочные конструкции мостов применяются в сложных транспортных развязках. Такую конструкцию можно изготовить на заводе и собрать мост на месте. Обычно ,такую конструкцию используют для строительство мостов с небольшим пролетом ,что очень удобно, так как целью данного проекта является проектирование пешеходного моста длинной 40 метров.
Анализ существующих средств решения задачи
2.1 Обзор программных средств.
В настоящее время статические, динамические и конструктивные расчеты сооружений выполняют с использованием соответствующих прикладных программ с применением персонального компьютера.При этом надо учитывать, что сегодня существует обширный международный и российский рынок указанных программных продуктов. И чтобы успешно ориентироваться в этом рынке, специалисты, выполняющие конкретные расчеты сооружений, должны хорошо представлять себе те принципы, по которым необходимо осуществлять выбор требуемого программного продукта.
ROBOT Office. Разработан французской фирмой RoboBАT. Является
программным продуктом, включающим программы - ROBOT Millennium,
RCAD Железобетон, RCAD Сталь, ESOP и архитектурно-конструкторское приложение CBS Pro.
ROBOT Millennium – это инженерно-расчетный программный комплекс с мощным графическим редактором (препроцессором), используемый для формирования, расчета и проектирования различных типов конструкций. На основе программы, можно создавать конечно-элементные модели для стержневых, поверхностных (пластины, оболочки), твердотельных и смешанных конструкций. Выполнять расчеты и осуществлять проверку полученных результатов, используя мощную систему обработки данных (постпроцессор). А также генерировать отчетную документацию (включая чертежи раскладки арматуры) по результатам расчета запроектированной конструкции. Это полное универсальное решение для инженера-проектировщика , легко объединяющее как простой, так и углубленный расчет: учет геометрической и физической нелинейности, динамические задачи, сейсмические воздействия. Программный комплекс ROBOT Millennium включает в себя большой набор баз данных сортаментов стальных профилей, сокращенный и полный сортамент по ГОСТ, а также сортаменты, используемые в разных странах мира. Существует также возможность создавать пользовательские базы данных. Программный комплекс снабжен широким диапазоном опций графического и текстового представления для простого и четкого анализа и истолкования результатов. Представленные в графическом режиме эпюры и карты внутренних усилий, напряжений и перемещений для плоских элементов, дают возможность быстро оценить поведение конструкции. Причем эпюры и карты могут быть вставлены в проектную документацию. Для подробного анализа все результаты могут быть представлены в форме таблиц и примечаний к вычислениям. Площади армирования и расстояния между стержнями рассчитываются на основании огибающей внутренних усилий, создаваемой программой автоматически. Отчетная документация о вычислениях, полностью настраивается пользователем. Отчет автоматически обновляется, в соответствии с изменениями, сделанными в расчетной схеме конструкции.
Расширены методы фильтрации. Это дает возможность пользователю получать быстрое и точное представление глобальных экстремумов, огибающих, причем отчеты могут быть экспортированы в форматах Excel и RTF.
Характерно, что ROBOT Millennium поддерживает так называемую технологию COM. Это обеспечивает оптимальную интеграцию, облегчая
связь, взаимодействие и обмен данными между приложениями, а также дает
возможность для пользователя разрабатывать собственные программы в
среде ROBOT Millennium.
Данный программный комплекс представляет доступ к широкому
диапазону видов расчета: линейный, нелинейный, задачи динамики.
Доступны следующие динамические расчеты: модальный расчет –
определение собственных частот и форм колебаний, спектральный расчет,
сейсмический расчет, сейсмический (псевдо-режим), расчет частот и форм
колебаний с учетом статических сил, временной расчет - анализ изменения
конструкции во времени, основанный на представлении движения 37конструкции как суперпозиции перемещений независимых видов колебаний и гармонический расчет.
Интересно, что ROBOT Millennium имеет в своем составе средства для расчета вантовых конструкций и позволяет оценить величину критической нагрузки для элементов заданной конструктивной схемы. Дополнительный модуль по расчету и проектированию стальных конструкций позволяет производить расчеты на прочность и устойчивость стальных элементов конструкции в соответствии с требованиями СНиП. Пакет для проектирования железобетонных конструкций позволяет проектировать элементы различных типов: балки, колонны, а также плиты и оболочки. При этом результаты доступны как для эксплуатационных, так и для предельных состояний первой и второй группы.
Программный комплекс ROBOT Millennium позволяет осуществлять
свободный обмен данными с другими программами, поддерживающими
форматы DXF и DWG, ACIS, SAP2000 и STAAD, StruCAD и многие другие
форматы.
ESOP. Это открытая вычислительная система, состоящая из многих
документов-приложений, описывающих различные инженерные задачи.
Приложения в форме расширенных расчетных таблиц (модулей)
используются для проверки вычислений, имеют вид законченной
технической документации, и их содержимое несет также справочную
информацию.Пользователь применяет таблицы, являющиеся готовыми документами.Каждая таблица может быть расширена за счет своих собственных расчетов,основываясь на данных и результатах текущего слоя. Причем расчетные таблицы могут быть сведены в более объемные документы, содержащие сложные инженерные вопросы.
Многие расчетные модули системы ESOP могут взаимодействовать с
ROBOT Millennium-приложением для расчета конструкций. При этом
взаимодействие может осуществляться различными способами:
− расчетные модули дают возможность автоматически извлекать данные
из системы ROBOT Millennium.
− модули могут работать как генераторы схем для ROBOT Millennium.
− модули могут расширять возможности анализа результатов ROBOT Millennium.
Система ESOP делает также возможным создание собственных
расширенных расчетных модулей, создание вспомогательных средств,
которые настроены с учетом специфики вычислений для гражданского и
транспортного строительства.
RCAD Железобетон. Представляет собой приложение, разработанное
на ядре AutoCAD для 2D проектирования железобетонных
конструкций и подготовки чертежей в соответствии с требованиями СНиП,
СПДС и ЕСКД.
Благодаря COM технологии, в данном приложении установлена связь между расчетной и чертежной частями. Результаты расчета (реальное
армирование) передаются для подготовки рабочей документации (чертежей).
Графическая система, также как и расчетный модуль, оперирует такими объектами как арматурный стержень, арматурные сетки и т.д. Эти элементы, полученные из расчетных схем, станут компонентами технической
документации.
RCAD Железобетон отличается от других приложений подобного рода следующими особенностями:
− полным сценарием армирования, реализованным в единственной команде;
− богатым набором параметров и вариантов для каждой стадии проекта с автоматическим хранением последних настроек;
− дружественным и богатым интерфейсом – Меню, Инструментальные панели, Диалоги, Командная строка, Макросы;
− легкой модификацией уже определенных элементов;
− каждый объект однозначно параметризован, что позволяет задавать свойства объектов, в зависимости от требований проектировщика.
RCAD Сталь. Это приложение разработано на ядре AutoCAD для 3D
проектирования стальных конструкций и подготовки чертежей стадии КМ и
КМД, в соответствии с требованиями СПДС и ЕСКД.
Интеграция данного приложения с расчетными модулями позволяет
работать с общими базами данных и дает возможность определять пластины
как элементы конструкции и как дополнительные элементы, составляющие
узлы.
Болты представлены как объемные элементы, с возможностью
редактирования базы данных болтов. Сварные швы представлены как
объемные объекты, определяемые автоматически или назначаемые
проектировщиком.
Имеется большой набор типовых узлов и возможность их
редактирования. Библиотека типовых конструкций значительно ускоряет
процесс проектирования. Они могут служить уже готовыми решениями или
основой для дальнейшей работы.
Вместе с системой RCAD Сталь поставляются: Библиотека стандартных плоских и пространственных конструкций; библиотека стандартных ферм; библиотека фахверковых связей; библиотека лестничных маршей.
Данная реализация была основана на СОМ - технологии, благодаря
которой библиотека стала открытой системой, восприимчивой к изменениям,
вносимым пользователем. Информация об указанной выше программе CBS
Pro в данном Пособии не приводится [19].
APM Civil Engineering - CAD\CAE система автоматизированного проектирования строительных конструкций гражданского и промышленного назначения. Система APM Civil Engineering в полном объеме учитывает требования ГОСТ и СНиП, относящиеся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.
Имеющиеся в системе APM Civil Engineering возможности инструментального обеспечения позволяют решать обширный круг прикладных задач:
проектировать металлические конструкции любых типов при различных видах нагружения и закрепления с возможностью автоматического подбора поперечных сечений (проверка несущей способности по СНиП) и генерацией стандартных узлов соединений металлоконструкций;
выполнять весь комплекс необходимых проектных расчетов железобетонных конструкций с автоматическим подбором параметров арматуры, необходимой для армирования ригелей, колонн, перекрытий и фундаментов (процесс проектирования железобетонных конструкций предусматривает решение задач прочности по предельным состояниям первой и второй групп в соответствии с СП);
проектировать деревянные конструкции, включая подбор металлических зубчатых пластин для соединения в узлах, а также получать на все элементы конструкции схему распиловки;
рассчитывать элементы соединений вышеперечисленных конструкций с оценкой статической и усталостной прочности; создавать конструкторскую документацию; использовать при проектировании поставляемые базы данных материалов, стандартных деталей и элементов строительных конструкций, а также создавать свои собственные базы под конкретные направления деятельности предприятия.
Система APM Civil Engineering состоит из следующих модулей:
APM Structure3D - модуль проектирования пластинчатых, оболочечных и стержневых конструкций и их произвольных комбинаций, а также твердотельных моделей методом конечных элементов; в рамках этого модуля можно рассчитать все многообразие существующих конструкций, собирая их из вышеперечисленных макроэлементов. Модуль APM Structure3D предназначен для комплексного анализа трехмерных конструкций. Под комплексным анализом понимается расчет напряженно-деформированного состояния перечисленных объектов произвольной геометрической формы при произвольном нагружении и закреплении, а также расчет устойчивости и собственной и вынужденной динамики. Модуль имеет специальный раздел для проектирования железобетонных конструкций. С его помощью выполняется весь комплекс необходимых проектных расчетов железобетонных конструкций, состоящих из балочных элементов, колонн, плит, перекрытий, а так же фундаментов. Процесс проектирования железобетонных элементов предусматривает решение задач прочности по предельным состояниям первой и второй групп.
APM Joint - модуль комплексного расчета и проектирования соединений, которые наиболее часто используются в машиностроении и строительстве. Возможности: выбор типов соединений: групповые резьбовые соединения, сварные, заклепочные соединения, соединения деталей тел вращения проведение проектировочного и проверочного расчетов определение силовых и оптимальных геометрических параметров соединений .
APM Graph - плоский параметрический чертежно-графический редактор с инструментом расчета размерных цепей и специальными функциям для проектирования деревянных конструкций. Возможности: стандартный набор функций 2D чертежного редактора работа с библиотеками стандартных элементов создание параметрических моделей задание и вывод результатов при проектировании деревянных конструкций.
APM Base - модуль создания и редактирования баз данных. Возможности:
работа с поставляемыми базами данных (машиностроение, строительство, материалы и т.д.) создание пользовательских баз данных работа с параметрическими моделями поиск информации в базах данных настройка работы БД с расчетными и графическими модулями APM Studio - препроцессор создания моделей для конечно-элементного анализа в модуле.
APM Structure 3D Возможности:
стандартный набор функций для создания поверхностных и твердотельных моделей установка закреплений и задание силовых факторов автоматическая генерация конечно-элементной сетки импорт файлов через обменный формат STEP.
APM Section Data - библиотека данных параметрических сечений металлопроката.
APM Material Data - библиотека параметров материалов.
APM Construction Data - библиотека графической информации по стандартным деталям и элементам строительных конструкций.