Введение к работе
Актуальность. Опорные части являются ответственными несущими конструкциями мостовых сооружений. Их функциональное назначение заключается в том, чтобы передавать нагрузки и воздействия, с пролётных строений на опоры, устои и другие опорные устройства, по схемам, обеспечивающим безопасную работу конструкций моста по первой и второй группам предельных состояний.
Для обеспечения безопасности и долговечности взаимодействующих несущих конструкций при температурных климатических воздействиях, регламентированных СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» для условий России, наиболее надежными являются стальные катковые опорные части. Они в наибольшей мере соответствуют также требованиям технологичности при изготовлении, монтаже и эксплуатации.
Современные тенденции отечественного и мирового мостостроения к увеличению длины пролетов, мостов прямых, косых и кривых в плане участках дорог при росте интенсивности движения автомобильных нагрузок, обусловливают необходимость дальнейшего совершенствования существующих и создания новых типов опорных частей. В частности, многокатковые опорные части позволяют уменьшить величины контактных напряжений и концентрацию усилий, передаваемых на опоры при перемещении пролетных строений. Однако, отсутствие научно обоснованных методик их расчета и испытаний приводило к случаям нарушения нормальной эксплуатации при прогибе пролетных строений и появления нерасчетных напряжений в пролетных строениях при несовпадении векторов перемещений опорной площадки пролетного строения и подвижных элементов опорной части. Устранение данного недостатка приобрело особую актуальность.
Цель и задачи работы. Цель заключается в разработке и обосновании методики испытания, расчёта и создании новых конструкций многокатковых стальных опорных частей, путём учёта при проведении оригинальных стендовых испытаний, всех особенностей работы таких конструкций и строгого анализа напряженно-деформированного состояния, взаимодействующих элементов конструкции на основе автоматизированной конечно-элементной расчётной модели.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Обоснование рациональных конструктивных форм опорных частей для мостов с прямыми, косыми и криволинейными в плане пролетными строениями;
-
Определение требований к геометрическим параметрам конструктивных элементов опорных частей и к материалам, применяемым в конструкциях Катковых опорных частей;
-
Обоснование предельных значений расчетных усилий, воспринимаемых опорными частями, в том числе, используемых при надвижке пролетных строений мостов;
-
Разработка методики испытаний стальных Катковых опорных частей;
-
Экспериментальное определение усилий, перемещений и коэффициентов трения опорных частей нового типа;
-
Разработка на основе анализа напряжённо-деформированного состояния Катковых опорных частей с нелинейными контактными поверхностями методом конечных элементов с использованием современных программных комплек-
сов предложений по методике их расчета и применения при реальном проектировании.
В основу методики исследования положено сочетание физического и численного экспериментов. Физические эксперименты выполнены в ходе стендовых испытаний натурных образцов двухкатковых стальных опорных частей оригинальной конструкции. Численные эксперименты выполнены на плоской и объемной конечно-элементной моделях стальных Катковых опорных частей с использованием лицензионных программных комплексов "COSMOS-M" и MSC.NASTRAN.
В качестве ближайших технических аналогов разрабатываемой конструкции двухкатковой опорной части моста, катки в контакте с нижним балансиром, рассматривались как подшипники скольжения, широко применяемые в машиностроении, а также известные конструкции однокатковых опорных частей. Отличительной особенностью новой конструкции является: наличие двухступенчатых катков с поверхностями разного диаметра; наличие в нижнем балансире цилиндрических цапф, в которые входит каток свом меньшим диаметром; соотношение диаметров катков в диапазоне от 1:1,1 до 1:1,2; применение в качестве материала катков, нижнего балансира и опорного листа новых низколегированных сталей с высокими потребительскими свойствами, в частности, марки 17ХГН2МФБТ ТУ14-1-5447-2002; поверхности катков и цапф выполненные шлифованием и имеющие систему смазки. Научная новизна.
-
Обоснованы методы формирования эксплуатационных и технологических свойств новых двухкатковых конструкций опорной части мостов с прямыми, косыми и криволинейными в плане пролетными строениями;
-
Выявлены закономерности силового взаимодействия подвижных элементов конструкции опорной части в процессе перемещения в зависимости от кинематики и величины воспринимаемых нагрузок и воздействий;
-
На основе стендовых испытаний уточнена расчетная модель поведения стальных Катковых опорных частей при действии на них нагрузок;
-
Разработана автоматизированная методика расчета конечных элементов опорных частей, позволяющая выполнять:
анализ расчётной схемы моста;
анализ геометрии сооружения и кинематики работы его конструктивных эле-
ментов в процессе монтажа и эксплуатации;
- назначение граничных условий при формировании расчётной конечно-
элементной модели;
- сформулирована пространственная конечно-элементная модель двухкатковой
опорной части с цилиндрическими контактными поверхностями;
- определены контактные напряжения в конструкции опорной части;
Практическое значение. Применение обоснованных расчетами и испытаниями двухкатковых стальных опорных частей нового типа позволяет повысить надежность узлов опирання пролетных строений на опоры моста, обеспечивает повышение долговечности и безопасности мостовых сооружений с прямыми, косыми и криволинейными в плане пролетными строениями. Разработанная методика расчета напряженно-деформированного состояния мостовых опорных частей с нелинейными контактными поверхностями использована в 2004-2005 гг. при проектировании опорных частей нового типа для 3 мостовых сооружений.
Достоверность. Подтверждается приемлемым для практических целей качественным и количественным совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, опытом эксплуатации новых опорных частей в мостах, а также положительным решением по патенту на изобретение.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на «Первой научно-методической конференции аспирантов и соискателей ОАО ЦНИИС» (2003 г.), на секциях Ученого Совета ОАО ЦНИИС (2004-2005гг.), на юбилейной научно-практической конференции ОАО ЦНИИС (2005г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, получено положительное решение о выдаче патента.
Похожие диссертации на Методика испытаний, расчета и конструкция стальных катковых опорных частей автодорожных мостов
