книги / Проектирование транспортных сооружений

Рис. 14.5. Схемы для выбора типов сборных элементов криволинейных пролет­ ных строений

Максимальный свес наружной или минимальный свес внутренней консоли плиты (рис. 14.5, о)

где I —пролет прямолинейных балок; а —центральный угол кривой на­ ружной (<х„) или внутренней (аь) кромки плиты.

Расчеты показывают, что при определенных значениях b и а вели­ чина с может быть больше 4—5 м. что явно излишне. Примерная гра­ ница с <: 2-f-3 м будет определять возможность применения прямоли­ нейных балок для пролетного строения заданной кривизны.

Ригель опоры криволинейного пролетного строения, на который опираются прямолинейные балки равной длины, выполняют перемен­ ной ширины в плане (см. рис. 14.5, а). Его ширина Ьь по фасаду с внут­ ренней стороны может быть задана произвольно, а с наружной сторо­ ны Ьп определяется кривизной пролетного строения;

371

где 0 — центральный угол между осями смежных ригелей опор; В — ши­ рина пролетного строения.

В случае когда размер Ьь — 1-4-2 м, а Ьп > (2-4-3) Ьь от прямоли­ нейных балок целесообразно отказаться, поскольку получающийся ригель конструктивно неудобен.

Криволинейные пролетные строения могут быть смонтированы из отдельных блоков прямоугольной формы в плане (рис. 14,5, б). Обра­ зующиеся между блоками швы заполняют раствором или бетоном в за­ висимости от их ширины. При этом ширину шва по внутренней грани пролетного строения принимают равной 3—5 см и 20—30 см соответ­ ственно при заполнении шва раствором и бетоном. Ширина шва по на­ ружной грани пролетного строения

ный ответ относительно типа сборных элементов для пролетного строе­ ния криволинейной эстакады. В тех случаях, когда условия примене­ ния упомянутых типов блоков не удовлетворяются, можно возводить несущую конструкцию из блоков секторной формы (рис. 14.5, в) с кле­ евыми стыками. Однако при этом размер блоков связан с кривизной пролетного строения, и поэтому исключается иидустриальность изго­ товления таких элементов.

Можно образовать криволинейные пролетные строения из стандарт­ ных секторных блоков, располагаемых различным образом (рис. 14.5, г). Здесь длину / возможных прямых вставок определяют по формуле (14.8) в зависимости от допустимого вылета криволинейной консоли с плиты проезжей части. При этом криволинейные участки верхней плиты приходится добетонировать на месте. Достаточно часто для обеспечения съездов с городских мостов или эстакад используют короткие криволинейные ответвления. В таких случаях экономически оправдано сооружение целиком прямой конструкции.

Условие экономической целесообразности возведения прямого со­

372

где Вк — ширина криволинейной конструкции (рис. 14.6); R — радиус кривизны внешней грани криволинейного пролетного строения; /. — пролет прямого пролетного строения.

Тогда выражения для длины отрезков к т и кп (см. рис. 14.6) можно представить в виде

Площади горизонтальных проекций прямого и криволинейного пролетных строений с учетом (14.13) запишутся следующим образом:

Степень удорожания криволинейной конструкции по сравнению с

Подставляя выражения (14.14) и (14.15) в неравенство (14.12), получим

Для того чтобы левая часть неравенства (14.16) представляла собой действительную величину, необходимо соблюдение следующего усло­ вия:

Лf = (1 - 5 )2-(0,5т])2 > О,

что соответствует геометрическому условию (см. рис. 14.6)

R— Вк > 0,5/..

373

и осями координат т| и £.

Область действительных решений делится на две зоны, одна из которых справедлива для прямых конструкций, а другая — для кри­ волинейных. Уравнение линии раздела области получается из нера­ венства (14.16) при равенстве левой и правой частей. Эта линия пока­ зана на рис. 14.7 штрихом и она весьма близка к прямой, имеющей за­

конструкций можно считать примерно одинаковой, и тогда выбор оп­ ределяется планировочными или архитектурными соображениями.

14.3.НАЗНАЧЕНИЕ ШАГА ДИАФРАГМ И СВЯЗЕЙ

ВКОРОБЧАТЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЯХ

Устройство диафрагм и связей в пролетных строениях железобе­ тонных и металлических эстакад и путепроводов направлено в основ­ ном на увеличение поперечной жесткости сечений. Обычно диафраг­ мы устанавливают с постоянным в пределах пролета шагом. При этом в цельнометаллических и сталежелезобетонных пролетных строениях диафрагмы или связи располагают конструктивно у монтажных сты­ ков из соображений обеспечения жесткости при перевозке и монтаже,

атакже в середине пролетов. Обычно шаг расстановки связей принима­ ют равным 1—1,5 ширины контура сечений. В железобетонных про­ летных строениях диафрагмы устраивают только в опорных сечениях. Опорные диафрагмы необходимы для восприятия опорных реакций,

атакже наибольших крутящих моментов, вызывающих не только за­ кручивание, но и искажение опорных сечений. Применение одних опор­ ных диафрагм не позволяет в современных тонкостенных коробчатых пролетных строениях исключить или уменьшить деформации контура таким образом, чтобы вызываемые ими напряжения оказались бы пре­ небрежимо малыми. С позиций расчета коробчатых пролетных стро­ ений на деформацию контура представляется возможным указать та­ кой шаг диафрагм и связей, при котором контур поперечного сечения по всей длине пролетов будет практически недеформируемым.

Предположим, что имеется тонкостенная коробчатая балка, уси­ ленная только опорными диафрагмами. Если не изменять геометриче­

ские характеристики сечений этой балки, то изменением ее длины I и вместе с тем взаимного расстояния между диафрагмами можно до­ биться такого положения, при котором величина Я.п/ станет меньше 1. В расчетном отношении это будет соответствовать балке с недеформи­ руемым контуром.

Если коробчатое пролетное строение усилено гибкими промежуточ­ ными диафрагмами с шагом ld и для него ^(1 ld < 1, то расчет на де­

374

контура всех сечений. При этом характеристика сечения Хи вычисляется по формуле (7.25).

Расчеты показывают, что для современных пролетных строений од­ ноконтурного сечения

1в * 2,2а.

где а —ширина контура.

Для металлических коробчатых пролетных строений интервал раз­ мещения одностенчатых диафрагм или решетчатых связей, при кото­ ром обеспечивается почти полная недеформируемость сечений вдоль пролетов, должен определяться по формуле

где Хп —характеристика, вычисляемая по формуле (11.98).

Жесткая в своей плоскости диафрагма исключает искажения кон­ тура в том сечении, где она установлена, и поэтому поперечный изги­ бающий момент воспринимается такой диафрагмой полностью. Эф­ фект расстановки диафрагм иллюстрируется рис. 14.8. При этом под М„ подразумевается поперечный изгибающий момент в середине пролета балки, не усиленной промежуточными диафрагмами. Невоспринятый поперечный изгибающий момент AMS на участке между диафрагма­ ми или связями в этом случае не вносит заметных изменений в напря­ женно-деформированное состояние поперечных сечений.

14.4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

В связи с непрерывным ростом объемов проектных работ встает проблема интенсификации процесса проектирования с одновременным повышением качества. Эго удается решить лишь путем широкого внед­ рения электронно-вычислительных машин в практику проектирова­ ния. Если первоначально ЭВМ использовались в основном для реали­ зации наиболее сложных методов расчета, то в настоящее время с их помощью выполняется значительный по объему комплекс работ по проектированию транспортных сооружений. Разрабатываемые теперь программы машинного проектирования автоматизируют не только расчетные, но и конструкторские работы, обеспечивают многовариант-

375

кость проектирования с выбором оптимальных решений, выдают на печать размеры и характеристики запроектированного сооружения. Такие программы входят в состав так называемой системы автоматизи­ рованного проектирования (САПР), под которой понимается комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных со специали- стами-пользователями, выполняющими автоматизированное проекти­ рование. В отмеченный комплекс входят следующие виды обеспече­ ния: техническое, математическое, программное, информационное, лингвистическое, методическое и организационное.

Техническое обеспечение представляет собой совокупность ЭВМ, периферийных устройств ввода и вывода информации, а также средств связи. Для автоматизированного проектирования мостовых сооруже­ ний применяют ЭВМ общего назначения, наиболее распространенными из которых являются машины единой системы ЕС ЭВМ. Для ввода программ и данных, исходящих от большого числа пользователей, применяют системные устройства ввода с перфокарт, магнитных лент

и1. д. Ввод информации осуществляется обычно с помощью цифровых печатающих устройств. Для получения графической и алфавитно-циф­ ровой документации используются графопостроители. К группе пери­ ферийных устройств относятся также терминалы, служащие для ввода

ивывода информации ограниченных объемов со скоростью, опреде­ ляемой возможностью человека.

Математическое обеспечение САПР представляет собой совокуп­ ность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования. Элементами математического обеспечения являются алгоритмы расчета и проектирования. Программное обеспечение со­ стоит из программ указанных алгоритмов, а также из управляющих, обрабатывающих программ и программ технического обслуживания.

Информационное обеспечение решает задачу организации, эконо­ мичного хранения и быстрого поиска исходной информации.

Организационное обеспечение представляет собой комплекс меро­

приятий по подбору и объединению усилий специалистов разных про филей и квалификации, составлению и обоснованию графика увязки всех работ в системах САПР.

На современном уровне развития электронно-вычислительной тех­ ники процесс автоматизации проектирования представляется еще до­ статочно сложным, чтобы его можно полностью осуществить без уча­ стия людей на различных его этапах. В связи с этим САПР следует понимать как единство всех видов обеспечения, а также проектиров­ щика, активно участвующего на разных уровнях проектирования. САПР, ориентированная на проектирование одного объекта, напри­ мер путепровода, считается подсистемой САПР.

Рассмотрим принципиальную схему построения автоматизации процесса проектирования транспортного сооружения.

Исходными для процесса проектирования служат данные изыска­ ний / (рис. 14.9), основываясь на которых проектировщик назначает место расположения сооружения, его грунтовые и гидрологические параметры, нагрузки, габариты 2. Сооружение может быть запроекти­ ровано из типовых конструкций, и тогда ЭВМ осуществляет проекти.

37Н

рование возможных схем вариантов с соответствующими расчетами экономических показателей по вариантам. При этом в памяти ЭВМ должны храниться данные о типовых проектах со всеми необходимыми для проектирования параметрами и ограничениями, касающимися ус­ ловий применения отдельных конструктивных элементов 4 сооруже­ ния. На основе задаваемого критерия оптимальности и выбранной це­ левой функции определяются оптимальные варианты 3 сооружения. Выбор рекомендуемого к строительству проектного решения осуществ­ ляет затем инженер с помощью электронно-вычислительной машины или без нее в зависимости от числа сопоставляемых вариантов 7 мо­ ста или транспортного сооружения.

Рис. 14.9. Принципиальная схема автоматизации процессов проектирования транспортных сооружений

377

Для расчетов, связанных с перебором большого числа данных, име­ ющихся в памяти ЭВМ, а также с использованием комплекта различ­ ных программ в рамках САПР применяют специальные программы — диспетчеры 5, являющиеся ключом ко всей системе. Программы-дис­ петчеры осуществляют контроль ввода и вывода информации, а также контроль порядка выполнения той или иной программы.

После принятия окончательного решения производится его при­ вязка к реальной местности 8, а затем все имеющиеся на этот момент данные передаются в строительную организацию 18. Следует заметить, что автоматизированное проектирование из типовых конструкций (штрихпунктирная линия на рис. 14.9) возможно только при достаточ­ но обширном банке данных о типовых проектах.

Если проектируется нетиповое сооружение или разрабатывается новый типовой проект, то производится подбор аналогов 3 уже запро­ ектированных или построенных конструкций. Сведения об этих кон­ струкциях также должны храниться в памяти ЭВМ 6. В результате сравнения машина выдает данные о нескольких сооружениях, близких по своему характеру и основным показателям к проектируемому. Возможно и смешанное направление, когда рассматриваются и типо­ вые 4, и нетиповые 6 решения или когда часть сооружения выполняет­ ся из типовых, а часть — из элементов индивидуальной проектиров­ ки. Полученные аналоги проектируемого сооружения служат лишь исходными данными для вариантного проектирования 9, которое мо­ жет выполнять ЭВМ, а чаще — проектировщик. При этом он может пользоваться комплектом программ конструктивных и экономических расчетов 10, дающих необходимые сведения для сопоставления и срав­ нения вариантов. Этот комплект должен состоять из программ, не тре­ бующих значительных затрат машинного времени для счета и работаю­ щих на основе минимума исходных данных. Проектировщик должен иметь возможность легко и быстро вызывать необходимую программу или несколько программ, изменять исходные данные и получать ре­ зультаты расчета. По окончании вариантного проектирования инже­ нер выбирает основной вариант конструкции 11 и согласовывает его со всеми заинтересованными организациями. Далее производится под­ робный расчет конструкции 12 с использованием как комплекта про­ граммы ориентировочных расчетов 10, так и программ уточненных рас­ четов 13. В зависимости от имеющихся устройств вывода выдается толь­ ко цифровая или алфавитно-цифровая и графическая информация. Изза несовершенств графических устройств обычно имеется возможность получать лишь чертежи общего вида, упрощенные схемы конструктив­ ных элементов, таблицы объемов работ, спецификации.

Результаты расчетов 12 и упрощенные чертежи 19 служат основой для конструирования всех частей сооружения 14, которое выполня­ ется инженерами-проектировщиками. В процессе конструирования может потребоваться произвести перерасчет 12 или уточнение размеров отдельных элементов сооружения. На основании окончательных кон­ структивных решений выполняют рабочие чертежи конструкции 15.

Одновременно с конструированием и составлением рабочих черте­ жей или несколько позднее разрабатывают проект организации стро-

378

ительства и производства работ 16, отдельные этапы которого, как, например, составление календарных или сетевых графиков производ­ ства работ, могут быть выполнены на ЭВМ. В процессе этой работы возможны некоторые непринципиальные изменения как в конструк­ ции 14, так и в рабочих чертежах сооружения 15.

На основании рабочих чертежей и проекта организации работ про­ изводят окончательные подсчеты сметной стоимости строительства 17. которые могут проводиться как инженерами-экономистами, так и на

ЭВМ.

Результаты проектирования 15, 16 и 17 передают затем строитель­

ной организации 18.

При налаженной системе автоматизации проектирования необходи­ мые характеристики индивидуального или нового типового проекта направляют для пополнения банка данных 4 или 6.

В перспективе сфера использования вычислительной техники в про­ цессе проектирования будет расширяться. Уже в настоящее время практика автоматизации многовариантного проектирования с исполь­ зованием методов оптимизации позволяет заметно снизить расход мате­ риалов в конструкциях, а также время на проектирование.

14.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Вариантное проектирование в виде самостоятельной задачи входит в состав САПР мостов или других транспортных сооружений. На сов­ ременном этапе развития САПР эта часть системы является наиболее разработанной [23].

Среди программ, необходимых для процесса проектирования с по­ мощьюЭВМ, различают два вида: программы расчета и программы про­ ектирования. Проектирование может проводиться только с использо­ ванием расчетных программ, и тогда возрастает скорость и качество выполняемых расчетов. Однако при проектировании одного варианта проектировщику приходится многократно обращаться к ЭВМ, так как изменение параметров объекта производит он сам. Программы проек­ тирования в качестве подпрограмм в своем составе содержат расчет­ ные программы. Они производят не только расчеты, но и целенаправ­ ленно изменяют размеры конструкций, ведут конструирование, фикси­ руют момент окончания проектирования. При однократном обраще­ нии к ЭВМ выдаются несколько вариантов проектируемого объекта.

При решении задачи вариантного проектирования приходится опе­ рировать параметрами объекта, параметрами варианта и неизвестны­ ми величинами. Параметры объекта проектирования Аг, Аг, ..., Аи ос­ таются, неизменными в ходе решения всей задачи и составляют основ­ ную часть исходных данных. Например, при проектировании балочно­ разрезного пролетного строения в качестве параметров объекта могут выступать длина пролета, характеристики временной подвижной на­ грузки, физико-механические и стоимостные данные по материалам, Диаметры стержней арматуры и т. д. Параметры варианта В1УВ2, ..., Вт постоянны в пределах каждого варианта и меняются при переходе от одного к другому. Число параметров варианта т соответствует чис.

379

лу степеней свободы задачи проектирования. Параметрами варианта в рассмотренном случае могут быть высота пролетного строения, число балок в поперечном сечении, класс бетона пролетного строения и т. д. Неизвестные величины Х1; Х2, ..., Xhопределяются в процессе проекти­ рования каждого варианта и таковыми в конкретном случае могут быть, например, толщины элементов поперечного сечения балок пролетного строения. Искомыми в задаче вариантного проектирования являются и параметры варианта.

Для определения неизвестных справедлива система независимых уравнений:

Vi (Alt А2, ... , Хк; Вх, В2........Вт \ А1г А2------ - Л„)=0 (14.18)

при i—1, 2, , . . , k.

Кроме системы (14.18), в задаче вариантного проектирования долж­ ны быть учтены неравенства, ограничивающие значения неизвестных, уравнения, определяющие их верхние границы, и неравенства, уста­ навливающие нижние границы неизвестных.

При проектировании вариантов следует принимать во внимание ограничения, которые в общем случае представляются системой нера­ венств вида

ничительный параметр объекта проектирования; г — число ограничений.

Одним из важнейших компонентов задачи вариантного проектиро­ вания является функция цели, экстремум которой соответствует опти­ мальным значениям параметров варианта. В общем виде целевая функ­ ция записывается так:

Функцией цели могут быть функции веса, стоимости объекта н т. д. Задача вариантного проектирования считается решенной, если по­ лучена совокупность возможных решений, найдены оптимальные по принятому критерию оптимальности решения и с учетом дополнитель­ ных ограничений найдено практически оптимальное решение. ЭВМ в определенном порядке присваивает параметрам варианта конкретные значения, и они переходят в разряд параметров объекта. Задача вари­ антного проектирования преобразуется в простую задачу проектирова­ ния, для которой число неизвестных соответствует числу независимых уравнений. Подобная задача имеет только единственное решение, являющееся вариантом проектируемого объекта, или его не имеет во­ обще. Для каждого варианта определяется значение целевой функции, и сравнение их по различным вариантам позволяет выбрать оптималь­

ное решение.

380