Основы расчетов висячих и вантовых трубопроводных переходов

В приближенных статических расчетах (см. ниже по тексту а); б); в); г); д)) висячих и вантовых трубопроводных переходов может быть применен метод стержневой строительной механики для линейно деформируемых систем. Учет геометрической нелинейности при определении прогибов допускают [4] уточнять с помощью поправочных коэффициентов к результатам линейных расчетов. В   [4, с. 135, 136] приведены для этих целей графики поправочных коэффициентов для наиболее характерных висячих

Рис. 5.11. Вантовый трубопроводный переход. Геометрическая схема (фасад). План

 

Рис. 5.12. Вантовый трубопроводный переход. Узел А

 

Рис. 5.13. Вантовый трубопроводный переход. Узлы Б и В

 

Рис. 5.14, а. Вантовый трубопроводный переход. Пилон – узлы Г, Д, Е и фрагмент

 

Рис. 5.14, б. Вантовый трубопроводный переход. Пилон – фрагмент 1

комбинированных трубопроводных переходов при загружении временными нагрузками половины пролетов. При загружении временной нагрузкой всего пролета любые висячие системы, как отмечено в [4, с. 135], ведут себя почти аналогично, как схема «балка-изгибно-жесткая нить». Для таких загружений рекомендуют [4, с. 34, 35] к линейным расчетам применять поправочные коэффициенты по рис. 25 [4]:

а) в предварительных конструктивных расчетах (первый этап) простого комбинированного трубопроводного перехода (рис. 5.1): рекомендуют   [13, c. 444-451; 14, с. 649-656] сечение балок жесткости подбирать по балочному изгибающему моменту в четверти пролета по формулам:

· для пролетов м ;

· для пролетов м ,

где временная расчетная нагрузка при загружении половины пролета.

При расчете от постоянных нагрузок [13] рекомендуют применять для балок жесткости конструктивный коэффициент .

Площади поперечных сечений гибких нитей из канатов и прямолинейных вант ориентировочно рекомендуют (в первом приближении) назначать по формулам:

для каната (кабеля),

где постоянная нагрузка на всем пролете;

временная нагрузка на всем пролете;

расчетное сопротивление каната (кабеля).

для растянутой ванты.

Временную нагрузку загружений прикладывают вариантно:

· на половину пролета однопролетного моста;

· на весь пролет однопролетного моста;

· на все пролеты трехпролетного моста;

· на крайний пролет трехпролетного моста, - как наиболее невыгодных нагружений для разных элементов моста.

На втором этапе расчета рекомендуется [13] рассматривать полную расчетную схему – конечно-элементную модель, включающую балку-плиту жесткости с шарнирно закрепляемыми к ней прямолинейными вантами и гибкими нитями с пилонами и вантами. При этом постоянная нагрузка от балок жесткости, вант и кабелей-канатов полностью передается в виде нормальных усилий на кабели, а изгибающие моменты – на балки жесткости, как многоопорные неразрезные системы с упруго-податливыми опорами (в вантах).

Расчетная длина пилонов с жестким закреплением его в нижней опоре приближенно принимается как , где в плоскости висячей фермы.

Третий этап расчета как окончательный выполняют на плоской или пространственной расчетной схемах  (КЭ-моделях) с учетом геометрической нелинейности;

б) в вантово-висячих переходах с горизонтальным закреплением кабеля-каната к балке-плите жесткости в середине пролета, но с вертикальными подвесками, аналогично рис. 5.1: при предварительных расчетах (первый этап) сечения балок жесткости подбирают по изгибающему моменту в четверти пролета, уменьшенному на 25% по сравнению с простым комбинированным переходом (на вертикальных вантовых подвесках). На втором и третьем этапах расчет допускается выполнить аналогично расчету второго этапа простых комбинированных систем;

в) для висячей комбинированной конструкции с наклонными вантовыми подвесками (рис. 5.7):

· в предварительных расчетах (первый этап) рекомендуют рассматривать шарнирно-стержневую распорную ферму (рис. 5.15, а);

· поперечные сечения на первом этапе расчета принимают как для простой комбинированной висячей конструкции: для кабеля с временной нагрузкой, равной 0,8 от расчетной (при отсутствии регулирования усилий в подвесках); для балки жесткости – от расчетного момента, равного , где  и – изгибающие моменты соответственно от постоянной и временной нагрузок как в разрезной балке с пролетом, равным длине панели между шарнирами; для наклонных подвесок – из условия наибольшего растяжения их от местной временной нагрузки; пилоны на первом этапе не рассчитывают.

На втором этапе шарнирно-стержневую распорную ферму рассчитывают методом сил на два загружения временной нагрузкой (рис. 5.15, а): на половину пролета и на весь пролет (за неизвестное усилие удобно принимать осевое усилие в средней панели балки жесткости) и определяют осевые усилия во всех элементах от временных нагрузок и прогибы системы. По наибольшему сжимающему усилию в наклонных (симметричных) подвесках назначают усилие предварительного натяжения этих подвесок с учетом обеспечения в них полного усилия  Постоянная нагрузка с таким предварительным напряжением гасит (как правило) сжимающие усилия в других наклонных подвесках. Дополнительная возможность избавиться от выключения из работы части наклонных подвесок состоит в отказе от параболического очертания кривой кабеля – криволинейной нити-каната: особенно выгодно увеличить углы наклона кабеля вблизи пилонов и уменьшить вблизи середины пролета.

Схему по рис. 5.15, б рассчитывают на постоянную нагрузку с учетом предварительного напряжения  По полученным суммарным усилиям, учитывающим временную нагрузку, уточняют поперечные сечения элементов.     Если     мероприятия     с    предварительным    напряжением            

 

 

 

Рис 5.15. Упрощенные расчетные схемы висячей конструкции с наклонными подвесками

 

(рис. 5.15, б) не обеспечивают работу на растяжение некоторых наклонных подвесок, то в ходе второго этапа расчетов рассматриваются одна или две

расчетные схемы по рис. 5.15, в на полные расчетные нагрузки без выключающихся из работы подвесок и соответствующих шарниров в узлах к балкам жесткости.

Устойчивость пилонов на втором этапе проверяют по расчетной схеме, аналогичной со схемой при вертикальных подвесках;

г) д ля вантово-балочных переходов (рис. 5.11):

- предварительные (первый этап) сечения вант назначают по усилиям, соответствующим расчетной схеме с шарнирами в узлах крепления вант к балке жесткости;

- предварительное сечение балки жесткости назначают из условия восприятия ею изгибающего момента, определенного по формуле           [13, с. 448]

где постоянная нагрузка (расчетная) для расчетов на прочность;

длина (наибольшая) панели балки жесткости между опорными узлами вант;

временная нагрузка на длине загружения ;

при двухпилонной схеме;

при однопилонной схеме.

На втором этапе расчетов применяют плоскую расчетную схему с разными вариантами приложения временной нагрузки: на весь пролет, на 0,5 пролета - в однопролетном переходе; на весь средний, на крайний пролет - в трехпролетном переходе [13, с. 448];

д) на третьем этапе расчетов всех выше приведенных конструктивных схем переходов проводят на пространственной КЭ-модели (расчетной схеме) с учетом геометрической нелинейности по следующей схеме:

· определение усилий и перемещений от постоянных нагрузок, включая предварительное напряжение и его регулирование;

· определение усилий и перемещений с учетом временных нагрузок и воздействий в различных сочетаниях;

· расчеты монтажных состояний;

· конструктивные проверочные расчеты по первому и второму предельным состояниям.

Более подробно с этими и другими вопросами устойчивости пролетных конструкций переходов на динамические воздействия типа: дивергенция ветрового резонанса, галопирования, флаттера, - рекомендуется студентам ознакомиться самостоятельно по [13, с. 450-467].

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бедов, А. И. Оценка технического состояния, восстановление и усиление оснований и строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1. Оценка технического состояния / А. И. Бедов, В. В. Знаменский, А. И. Габитов; под ред. А. И. Бедова. – Москва: АСВ, 2014. – 704 с.

2. ГОСТ 27751-2014. Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения [Электронный ресурс]. – Введ. 11.12.14. – Режим доступа: КонсультантПлюс. Технические нормы и правила. Строительство.

3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: учеб. для строит. вузов / под ред. В. В. Горева. – Москва: Высш. шк., 1999. – 544 с.: ил.

4. Кирсанов, Н. М. Висячие и вантовые конструкции: учеб. пособие для вузов / Н. М. Кирсанов. – Москва: Стройиздат, 1981. – 158 с.: ил.

5. Трофимов, В. И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: учеб. пособие / В. И. Трофимов, А. М. Каминский. – Москва: АСВ, 2002. – 576 с.

6. Еремеев, П. Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений: монография / П. Г. Еремеев. – Москва: АСВ, 2009. – 336 с.: ил.

7. СП 16.13330 – 2011. Стальные конструкции: актуализир. ред. СНиП II-23-81*: утв. 27.12.10: введ. в д. 20.05.2011 / Минрегион России. – Изд. офиц., актуализир. ред. – Москва: ЦПП, 2011. – 172 с.: ил.

8. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы: утв. 28.12.10: введ. в д. 20.05.11 / Минрегион России. – Изд. офиц., актуализир. ред. – Москва: ЦПП, 2011. – VI, 340 с.: ил.

9. Мосты и сооружения на дорогах. В 2 ч. Ч.2 / П. М. Саламахин [и др.]. – Москва: Транспорт, 1991. – 344 с.

10. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия: актуализир. ред. СНиП 2.01.07–85* / Минрегион России. – Изд. офиц., актуализир. ред. – Москва: ЦПП, 2011. – 78 с.

11. Еремеев, П. Г. Справочник по проектированию современных металлических конструкций большепролетных покрытий / П. Г. Еремеев. – Справ. изд. – Москва: АСВ, 2011. – 256 с.

12. Никонов, Н. Н. Введение в специальность: учеб. пособие / Н. Н. Никонов. – Москва: АСВ, 2003. – 216 с.

13. Металлические конструкции: спец. курс: учеб. пособие для вузов /    Е. И. Беленя, Н. Н. Стрелецкий, Г. С. Ведеников [и др.]; под общ. ред.  Е. И. Беленя. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Стройиздат, 1982. – 472 с.

14. Металлические конструкции: спец. курс: учеб. пособие для строит. вузов / Е. И. Беленя, Н. С. Стрелецкий, Г. С. Ведеников [и др.]; под ред. Е. И. Беленя. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Стройиздат, 1991. – 687 с.

15. Проектирование металлических мостов / Е. Е. Гибшман. – Москва: Транспорт, 1969. – 416 с.

 

 

Колесов Александр Иванович

Лапшин Андрей Александрович

Морозов Дмитрий Александрович

Ямбаев Иван Анатольевич

Кочетова Елена Анатольевна

Колотов Олег Васильевич

Байков Дмитрий Анатольевич

Труш Алексей Леонидович