Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние проблемы 9
1.1 Регламентированные методы динамических испытаний пролётных строений 9
1.2 Отечественные экспериментальные исследования динамики мостов 11
1.3 Исследование динамики мостов за рубежом 15
1.4 Обзор экспериментальных методов анализа колебаний 23
1.5 Передаточная функция системы с одной степенью свободы 26
1.6 Решение динамической задачи в общем виде методом переменных состояния 32
1.7 Цели и задачи исследований 34
Глава 2 Оценка функций частотной реакции мостов 37
2.1 Некоторые общие правила получения передаточных функций пролётных строений .38
2.2 Однопролётные мосты с металлическими главными балками 40
2.3 Однопролётные мосты из сборного непреднапряжённого железобетона 47
2.4 Многопролётные балочные разрезные мосты 51
2.5 Многопролётныетемпературно-неразрезные мосты 57
2.6 Консольно-подвесные мосты 70
2.7 Арочные мосты с ездой поверху 78
Глава 3 Оценка традиционных динамических характеристик 85
3.1 Регистрация колебаний с использованием измерительной системы МКВС 86
3.2 Определение декремента колебаний 90
3.3 Оценка динамического коэффициента 91
3.4 Экспериментальная оценка динамических характеристик автомобилей с помощью функций частотной реакции 93
Глава 4 Основные виды погрешностей при динамических испытаниях ... 95
4.1 Точность, поперечная чувствительность и погрешности установки вибродатчиков 95
4.2 Искажения анимационной картины колебаний 96
4.3 Связь показаний датчика с измеряемой физической величиной 97
4.4 Погрешности определения статических прогибов с помощью передаточных функций 99
4.5 Уменьшение погрешностей при оценке постоянных напряжений методом разгрузки...99
Глава 5 Технические средства 102
5.1 Требования, предъявляемые к техническим средствам 103
5.2 Технические средства 106
5.3 Метрологическое обеспечение технических средств 112
5.4 Программное обеспечение 113
Глава 6 Подход к расчётам с использованием динамических характеристик 120
6.1 Оценка характеристик пролёта для случая математической модели системы с одной степенью свободы 120
6.2 МКЭ - моделирование пролёта с помощью системы COSMOSM 123
Общие выводы и результаты 127
Литература
- Отечественные экспериментальные исследования динамики мостов
- Многопролётные балочные разрезные мосты
- Оценка динамического коэффициента
- Погрешности определения статических прогибов с помощью передаточных функций
Введение к работе
Актуальность темы. Продолжающийся рост автомобильных перевозок при непрерывном обновлении автопарка страны и увеличении грузоподъёмности и моїцности автомобилей вызывает увеличение динамической нагруженности мостов, приводит к необходимости их ремонта раньше установленных сроков и требует более точного учёта запасов прочности и долговечности.
Это естественным образом обостряет проблему экспериментальной оценки динамических характеристик пролетных строений методами неразрушающего контроля, чтобы повысить полноту и достоверность информации о состоянии сооружения и выйти на более точную оценку его прочности и долговечности.
Методы проектирования и расчётов в настоящее время также бурно развиваются, расчётные модели становятся всё более сложными, требуют создания новых систем контроля качества расчётов и их экспериментальной проверки.
В то же время экспериментальная оценка динамических характеристик мостов в существующих нормативных документах недостаточно строго регламентирована и специальные технические средства для этой цели не разрабатывались.
Цель работы: создание методики получения динамических характеристик пролётных строений мостов различных конструкций и технических средств для испытаний мостовых сооружений путём вибрационных неразрушающих методов исследований.
Задачи исследования. Определение набора динамических характеристик, являющихся наиболее стабильными, отражающими напряжённо-деформируемое состояние сооружения. Динамические испытания различных конструкций мостов с получением динамических характеристик и оформлением их в виде электронной базы данных. При необходимости создание технических и программных средств для получения динамических характеристик неразрушающими методами, с минимизацией человеческого фактора. Демонстрация возможности получения тех же динамических характеристик расчётным путём.
Объектом исследования являлись автодорожные мосты и путепроводы различных конструкций: металлические и железобетонные, в том числе сборные и монолитные; разрезные и температурно неразрезные; с одним или несколькими пролётами; балочные, консольно - подвесные, арочные с ездой поверху.
Методы исследования. Основной метод исследований - экспериментальная оценка данных для вычисления спектров реакций на динамическое нагружение конструкций мостов с минимизацией шума на выходе и реализации режима управляемого эксперимента со встроенной функцией контроля в цифровом и графическом виде. Реализация режима управляемого эксперимента основана на методах распараллеливания задач ввода - вывода и обработки данных в реальном времени с задействованием аппаратных прерываний и каналов прямого доступа к памяти, что позволило минимизировать влияние человеческого фактора на результаты измерений.
Научная новизна работы. 1. Разработана методика экспериментальной оценки динамических характеристик пролётных строений автодорожных мостов, включающая технические средства и
электронную базу данных с целью аппаратурной диагностики мостовых конструкций методами неразрушающего контроля. Впервые получены экспериментальные комплексные спектры реакции пролётного строения на единичное гармоническое воздействие, что позволило повысить полноту и достоверность информации о состоянии сооружения.
-
Впервые с помощью специально созданных технических средств в виде действующего мобильного комплекса вибродиагностики сооружений (МКВС) стало возможным получение матрицы спектров реакции на динамическое нагружение конструкций мостов с минимизацией шума на выходе в автоматическом режиме с отображением результатов в реальном времени и исключением влияния человеческого фактора.
-
В результате исследований взаимодействия транспортных потоков с мостовыми сооружениями на основе настоящей методики были получены динамические характеристики пролётных строений автодорожных мостов и оформлены в виде электронной базы данных, которая является исходным статистическим материалом для оценки технического состояния мостовых сооружений в рамках системы контроля и оценки качества проектирования, строительства, эксплуатации и реконструкции транспортных сооружений.
Практическая ценность работы. Разработанная методика и технические средства позволяют с помощью комплексных передаточных функций производить экспериментальную оценку динамических свойств мостов в частотной области, что используется для получения экспериментально-расчётной оценки напряжённо-деформированного состояния сооружения с возможностью более точного обнаружения дефектов конструкции пролётных строений.
Реализация результатов работы. Разработаны методические рекомендации Росавтодора по вибродиагностике автодорожных мостов, которые содержат: методы вибродиагностики, включая оценку функции частотной реакции; перспективные характеристики технических и программных средств; экспериментальные и теоретические методы анализа и оценки результатов динамических испытаний с использованием экспериментальных передаточных функций. Создан опытный комплекс вибродиагностики строительных сооружений (МКВС) и разработана методическая инструкция МНЗО ОАО ЦНИИС. Методика метрологического обеспечения технических средств вошла в рабочую инструкцию РИ32 ОАО ЦНИИС.
Апробация работы.
Основные положения проведённых исследований и полученных результатов докладывались на научно-технических конференциях и секциях учёного совета ОАО ЦНИИС в 1992 - 2005 годах.
Публикации. По результатам исследования опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, в котором даётся общая характеристика работы, шести глав, общих выводов и результатов, списка литературы из 42 наименований. Общий объем работы составляет 161 страницу, в том числе 131 страницу основной части, включая 19 таблиц и 82 рисунка.
Отечественные экспериментальные исследования динамики мостов
Формула справедлива для случая с неизменной массой, модулем упругости и моментом инерции вдоль пролёта. В общем случае аналитическое решение становится громоздким, и поэтому было предложено несколько приближённых формул на основе момента инерции / и приведённой массы М. В настоящее время эта задача решается численно, с помощью МКЭ-моделирования.
Более сложным оказался вопрос учёта затухания колебаний. Если неупругое сопротивление пропорционально скорости движения, имеет место вязкое трение и задача сводится к линейной системе дифференциальных уравнений.
Если колебаниям препятствуют ещё и постоянные силы трения, задача становится нелинейной. Для системы с одной степенью свободы её решение даётся, например, в [10]. Однако методы теоретической оценки демпфирующих свойств пролётного строения и по сегодняшний день не обладают достаточной точностью.
Накопленный опыт по раздельному исследованию динамики пролёта и обращающейся нагрузки позволил разработать численно-аналитическое решение задачи по поиску максимальных отклонений середины балки. В основу решения положено динамическое уравнение балки, как системы с одной степенью свободы при движении по ней неуравновешенного колеса. Было также найдено приближённое решение для учёта сил трения.
Что касается динамики автодорожных мостов, по сравнению с железнодорожными, она имеют следующие отличия: - вращающиеся массы в автомобилях, как правило, хорошо сбалансированы и не вызывают появления пульсирующей силы; - неровности асфальтобетонного покрытия существенно превышают неровности рельсового пути при отсутствии стыков; - в автомобилях, кроме подвески, имеется дополнительное упругое звено - шины, с резонансом в диапазоне частот 2-4 Гц; - автодорожные мосты, особенно малые, имеют большее отношение ширины к длине и для их расчёта недостаточно динамического уравнения простой балки; - временная нагрузка на пролётное строение, как правило, смещена от продольной оси и, вместе с изгибными, вызывает существенные крутильные колебания.
Благодаря большим различиям динамики автодорожных пролётов под действием обращающейся нагрузки по сравнению с железнодорожными, методы исследования железнодорожных мостов не могут быть целиком перенесены на автодорожные.
Теоретические работы по динамике автодорожных мостов были продолжены А.М Ананьиным, А.Г. Барченковым, B.C. Сафроновым и другими. Были раздельно исследованы динамические характеристики обращающейся нагрузки и пролётного строения [11]. Нелинейные участки характеристик жёсткости заменялись линеаризованными.
Для полностью загруженных автомобилей были найдены две зоны периодов свободных вертикальных колебаний: - низшую, с периодами 0.45 - 0.75с (1.33 - 2.22Гц); - высшую, с периодами 0.1 - 0.2с (5-10 Гц). Для незагруженных автомобилей диапазон низшей зоны находится в пределах 0.35 - 0.6с (1.67 - 2.86Гц). При блокировке рессор периоды свободных колебаний грузовиков находились в пределах 0.3 - 0.35с (2.86 — 3.33Гц).
Были указаны методы расчёта линейной динамической системы мост -автомобиль, которые были сведены с помощью преобразования Бубнова - Га-леркина к решению обыкновенных дифференциальных уравнений. В качестве базиса при этом были использованы собственные формы колебаний главной подсистемы — мост.
Однако экспериментальное подтверждение полученных расчётных динамических прогибов пролётного строения вызвало значительные трудности. Даже при двух, на первый взгляд одинаковых пробегах грузовика, графики колебаний пролётного строения существенно различались. Поэтому был предложен статистический подход: сочетание многократного численного решения с многократным физическим прогоном автомобиля. К недостаткам такого подхода следует отнести трудоёмкость выполнения расчётов и определения статистических исходных данных. К преимуществам - возможность расчёта полного цикла жизни ещё не построенного сооружения, включая его долговечность и надёжность. Однако к настоящему времени вследствие больших изменений в автомобильном парке, требуется уточнять динамические характеристики автомобилей и статистику грузопотока.
Вывод №1: метод раздельного исследования динамики пролёта и обращающейся нагрузки обладает преимуществом по сравнению с методом оценки колебаний от обращающейся нагрузки. Вывод №2: при определении динамических характеристик железнодорожных пролётных строений использовалось возбуждение гармоническим воздействием с измерением реакции как функции времени.
Вывод №3: динамические характеристики железнодорожных пролётов идентифицировались как система с одной степенью свободы в вещественном представлении, в которой идентифицируемыми параметрами являются: статическая жёсткость, собственная частота, величина демпфирования.
Вывод №4: раздельное исследование динамики пролёта и обращающейся нагрузки дало возможность разработать методику расчёта реакции пролёта на детерминированную обращающуюся железнодорожную и автомобильную нагрузку.
Одним из примеров тщательного учёта колебаний и динамической нагрузки являются исследования для обоснования положений кодекса по строительству мостов, выполненные министерством транспорта и коммуникаций Онтарио (Канада) [39].
По сравнению с другими североамериканскими кодексами, кодекс Онтарио (The Ontario Highway Bridge Design Code, OHBDC) содержит важные изменения в области положений, относящихся к динамической нагрузке и динамическим откликам мостов. Принципиальные положения следующие:
Многопролётные балочные разрезные мосты
Изложение общих правил соответствует исследованию балочных пролётных строений с балками постоянной высоты. Пролётные строения с балками переменной высоты, консольные и арочные пролётные строения имеют свои особенности, учёт которых обсуждается в следующих разделах.
В соответствии с п. 3.19 СНиП 3.06.07-86 [28], нагружение балочных пролётных строений производится в местах, где образуются пучности от первой и третьей форм колебаний. Нагружение ведётся попролётно, из центра каждого пролёта. Колебания, или реакции для каждого пролётного строения измеряются вибродатчиками GZ410, если не указано иначе. Измерения разделяются на основные и вспомогательные. Основными считаются измерения в габаритах пролёта, вспомогательными - за габаритами. Формы колебаний нумеруются в порядке возрастания частоты.
Главная, первая форма колебаний (рисунок 2.4) - продольный прогиб пролёта, зависит от жёсткости продольных элементов и массы пролётного строения. Для балочных пролётных строений это жёсткость главных балок и плиты проезжей части. Также первая форма колебаний зависит от условий опирання или закрепления пролётного строения. Жёсткое закрепление или защемление со стороны опор увеличивает частоту первой формы колебаний.
Третья форма колебаний (рисунок 2.5) - поперечный и продольный прогиб пролёта, зависит от продольной и поперечной жёсткости пролётного строения.
Если в дальнейшем проводится конечноэлементное моделирование пролётного строения с получением расчётных передаточных функций и адаптацией МКЭ-модели к экспериментальным данным, для интегральной оценки продольной и поперечной жёсткости достаточно бывает первой и третьей формы колебаний.
Обычно крутильных форм колебаний две, но для удобства изложения материала условно объединим их во вторую форму колебаний. Крутильные формы колебаний также зависят от продольной и поперечной жёсткости пролётного строения. Крутильные формы хорошо выявляют поперечную асимметрию и возбуждаются с крайних балок среднего сечения. На практике обычно не уда1 ётся установить нагружатель на крайние балки, поэтому его смещают к тротуару, насколько это возможно. Исследование крутильных форм колебаний особенно эффективно проводить методом силового возбуждения нормальных форм колебаний, когда два вибратора, работающих в противофазе, устанавливаются на середину крайних балок. Но в настоящей работе этот метод не рассматривается.
Другими причинами, по которым пролётное строение следует стремиться нагружать из точки, приближенной к геометрическому центру и центру масс -это нелинейность его работы и явления, связанные со скоростью распространения механических волн. В обоих случаях, при центральном нагружении, путь передачи механического воздействия на все элементы конструкции получается короче и нелинейности и волновые явления меньше искажают фазу и форму колебаний.
Нагружение ведётся синусоидальным усилием с медленно изменяющейся частотой. В случае увеличения частоты этот процесс получил название прямой развёртки частоты, в случае убывания - обратной. Стандартно используется нагружение прямой развёрткой. Рекомендуется изменение частоты производить ступенчато, с шагом, не более 0.1 Гц при количестве периодов на каждом шаге нагружения не менее четырёх. Более мелкий шаг и большее количество периодов даёт более точный результат, но увеличивает время нагружения. Поэтому развёртка по частоте, особенно для больших пролётов, является компромиссным решением между точностью и длительностью испытаний. Однако у любой АФЧХ точность снижена не везде. Первое снижения точности наблюдается при частотах ниже 1 Гц, причины этого явления изложены в разделе 4.4. Другое снижение точности происходит в районе резонансов и более подробно разобрано в разделе 4.2, а пример оценки погрешности дан в следующем разделе. Оценка основана на сравнении значений амплитуды, фазы и коэффициента демпфирования в зависимости от убывания или возрастания частоты нагружающего усилия. Поэтому для каждого пролётного строения рекомендуется дополнительно получать передаточные функции среднего сечения при обратной развёртке по частоте.
Измерение виброперемещений следует проводить в соответствии с п. 3.19 СНиП 3.06.07-86 [28]. Измерительные точки располагаются в продольном направлении по осям главных балок. Если балок более 8-ми - измерительные точки назначаются через одну балку. Если между балками расстояние более 3-х метров - вибродатчики устанавливаются на плиту проезжей части между балками для контроля её жёсткости. В продольном направлении на балочных пролётных строениях достаточно контролировать перемещения в опорных и среднем сечениях, а также, при необходимости, в опорных частях. Такие измерения позволяют хорошо идентифицировать первую и третью формы колебания пролётного строения. Вторая форма проявляется, если пролёт имеет поперечную асимметрию по жёсткости главных балок и (или) массе.
На ригелях и насадках устоев и опор также измеряются виброперемещения. Если промежуточные опоры имеют перемещения больше нормы, дополнительно измеряются перемещения насадок, ригеля, ростверка, или тела опоры. В отдельных случаях может потребоваться восстановление формы колебаний всего тела опоры. Вибродиагностика опор имеет свои особенности и выходит за рамки настоящей работы.
При длине моста более 40 метров мост может иметь горизонтальную поперечную форму колебаний. Она лучше возбуждается при большем отношении высоты промежуточных опор к ширине моста. Для её возбуждения нагружатель устанавливается в середине или четверти длины моста со смещением к тротуару, а датчики фиксируют поперечные колебания на проезжей части по всей длине пролётного строения.
Все передаточные функции даны в виде АФЧХ в линейных осях, в комплексном виде. Размерность, если это не оговорено иначе, м/т.
Корректность измерений проверяется в реальном времени по показаниям осциллографа, амплитудо - фазо — частотным характеристикам и статистическим параметрам точности измерений, а после испытаний пролёта — по анимационной картине колебаний. Вместе с полезной информацией записываются также служебные данные о некоторых важных физических параметрах. Таким образом, обеспечивается трёхуровневый контроль полученных экспериментальных данных.
Оценка динамического коэффициента
Амплитудо - фазо - частотные характеристики среднего сечения представлены на рисунке 2.11. Верхний и средний графики соответствуют прямой развёртке, нижний - обратной. Средние АФЧХ получены при сниженной на 10% амплитуде нагружающей силы.
Оценка линейности работы пролёта, проведённая по сравнению амплитуд первых резонансов прямых развёрток для балок №2 - №5, даёт среднюю погрешность всего 0.008%, то есть нелинейность не обнаружена. Обратная развёртка практически идентична прямой. Средний разброс амплитуд первого резонанса для балок №2 - №5 составляет 0.74%, коэффициент демпфирования равен 0.0696 и отличается от прямой развёртки на 3.9%, частота первой формы колебаний равна 9.06 Гц, что даёт различие в 0.55%.
По сравнению с предыдущим примером моста с металлическими главными балками, имеющего дефекты, снижающие несущую способность, мост из сборного железобетона имеет хорошую линейность динамической работы и стабильные передаточные функции в районе первого резонанса. Не смотря на общую оценку состояния в три балла и потребность в капитальном ремонте, данный мост способен нести проектную нормативную нагрузку. Расчёт грузоподъёмности для нагрузки НК-80 дал запас 1.66 для напряжения растяжения в рабочей арматуре и запас 2.16 по напряжению сжатия в плитах. Вывод №1: пролётное строение из сборного непреднапряжённого железобетона имеет менее острые резонансы по сравнению с металлическим пролётным строением. Вывод №2: погрешности получения передаточных функций в районе ре-зонансов уменьшаются при уменьшении остроты этих резонансов. Вывод №3: линейность динамической работы пролётного строения может говорить об отсутствии дефектов, влияющих на снижение несущей способности.
Мост через реку Локна в городе Плавск расположен на прямолинейном участке автодороги «Одоев - Плавск» на 53+206 км и пересекает реку под прямым углом. Мост двухпролётный по схеме 2x16,76 м, полная длина моста 34,04 м. Год постройки - 1977 год по техно-рабочему проекту ПСБ Тулавтодор капитального ремонта моста. Габарит Г-8,4+2х1,0. Проектные нагрузки - Н-30, НК-80.
Пролетные строения железобетонные, балочно-разрезные, расчетным пролетом 16,3 м. В поперечном сечении пролетного строения 7 тавровых балок проектировки Союздорпроекта, выпуск 167. Поперечная схема пролетного строения К0,75+6х1,64+К0,75. Балки объединены между собой по плите. Толщина плиты проезжей части - 0,15 м, а общая высота балок - 1,0 м. Покрытие проезжей части на мосту - асфальтобетон. Деформационные швы закрытого типа. Опорные части - прокладки из автопокрышек.
В испытаниях участвовал комплекс МКВС. Использовалась программа MOD. Нагружение велось медленным синусом в диапазоне частот с 3 до 12 Гц, шаг 0.05 Гц, режим №4. Все развёртки с возрастающей частотой. Исключение составляют две развёртки, когда частота убывает с 12 до 3-х Гц. При этих развёртках АФЧХ снимаются со средних сечений пролётов.
Схема нагружения и расстановки датчиков виброперемещений показана на рисунке 2.15. Нагружение и измерения ведутся попролётно. Нагружатель располагался в центре пролёта, на котором велись основные измерения. Вспомогательными в данном случае считаются измерения, когда один или несколько датчиков выносятся за габариты пролёта. v точка приложения силы измерительный датчик
Основные датчики располагались по поперечным сечениям пролёта на проезжей части. Таких поперечных сечений шесть: четыре опорных и два центральных. В каждом сечении по осям главных балок устанавливается семь датчиков. В опорных сечениях датчики устанавливаются над опорными частями исследуемого пролёта.
Вспомогательные датчики располагались на проезжей части устоев №1 и №3, в зависимости от конструкции устоев, в 1 - 2 метрах от деформационного шва. Один датчик выносился в центр соседнего пролёта. На каждом ригеле датчики устанавливались в центре ригеля на краях, вблизи главных балок. Все перечисленные датчики регистрируют вертикальные виброперемещения. Для регистрации поперечных виброперемещений достаточно иметь по одному дополнительному датчику в каждом сечении, включая устои и ригель. В данных испытаниях поперечные датчики располагались только на проезжей части пролётов. Для регистрации продольных виброперемещений обычно достаточно двух датчиков в каждом сечении по осям первой и седьмой балки, по одному на каждом устое и по два на каждом ригеле у балок № 1 и № 7.
Последовательность проведения испытаний состоит из шести этапов.
1. Нагружение ведётся из центра первого пролёта. Датчики устанавливаются: в среднем сечении - 10 шт.; в метре за деформационным швом на устое №1-2 шт.; в центре пролёта №2 - 3 шт. АФЧХ снимаются 3 раза, при нормальной амплитуде нагружения делается две развёртки: с возрастающей и убывающей частотой; и одна развёртка при пониженной в 2 раза амплитуде.
2. Нагружение ведётся из центра первого пролёта. Датчики устанавливаются: над опорными частями на устое №1-10 шт.; на ригеле устоя №1 - 5 шт. АФЧХ снимается один раз.
3. Нагружение ведётся из центра первого пролёта. Датчики устанавливаются: над опорными частями опоры №2 в пролёте №1 - 10 шт.; на ригеле устоя №1-5 шт. АФЧХ снимается один раз. 4. Нагружение ведётся из центра второго пролёта. Датчики устанавливаются: над опорными частями опоры №2 в пролёте №2 - 10 шт.; на ригеле устоя №1-5 шт. АФЧХ снимается один раз.
5. Нагружение ведётся из центра второго пролёта. Датчики устанавливаются: в среднем сечении — 10 шт.; в метре за деформационным швом на устое №3 - 2 шт.; в центре пролёта №1-3 шт. АФЧХ снималось 2 раза, при нормальной амплитуде нагружения делалось две развёртки: с возрастающей и убывающей частотой; развёртка с изменением амплитуды нагружения не делалась.
6. Нагружение ведётся из центра второго пролёта. Датчики устанавливаются: над опорными частями на устое №3 - 10 шт.; на ригеле устоя №3 - 5 шт. АФЧХ снимается один раз.
Амплитудо - фазо - частотные характеристики средних сечений представлены на рисунке 2.16. Вследствие ошибки установки датчика в среднем сечении второго пролёта на 6-й балке, отсутствует его АФЧХ.
Две формы колебаний первого пролёта представлены на рисунках 2.17 -2.18. Подобная форма колебаний на частоте 5.8 Гц объясняется близким расположением изгибной и крутильной форм колебаний и их наложением друг на друга. Две формы колебаний второго пролёта представлены на рисунках 2.19 -2.20. На последних рисунках прогиб центра 6-й балки интерполируется. Оценка собственных частот представлена в таблице 2.3.
Погрешности определения статических прогибов с помощью передаточных функций
Схема моста: 14,93+68,89+2x66,43+68,89+2x14,93 м. Полная длина моста - 322,1 м. Габарит Г 9+2x2,25 м. Временные расчетные нагрузки: АН и НК-80; пешеходная - 400 кг/м2
Русло реки перекрывают четыре арочных пролетных строения. В поперечном сечении они состоят из четырех трехшарнирных арок пролетами по 66.43 и 68.89 м и стрелой 11,5 м. Сечение арки постоянной высоты 1,3 м, двутавровое с полками шириной 0,8 м и толщиной 0,25 м, толщина стенки 0,35 м. Расстояние между осями арок 3,0 м. Арки соединены между собой диафрагмами с шагом 5,1 м. Над арками в местах примыкания к ним диафрагм установлены стойки надарочного строения. Стойки круглые центрифугированные пустотелые с наружным диаметром 0,4 м. На стойки сверху установлен сборный ригель, объединяющий их. Сечение ригеля 0,8x0,5 м, длина 10,5 м. На ригель опираются семь П-образных ребристых плит проезжей части длиной по 5,1 м, высотой 0,45 м, шириной 1,5 м и толщиной ребер 0,15 м. Опорные части арок и замковые соединения выполнены из стального литья в виде двух балансиров и шарнира между ними.
Тротуары сборные, с консолью 2,25 м. Промежуток между левыми и правыми тротуарными плитами заполнен монолитной железобетонной плитой, связавшей эти плиты. Покрытие проезжей части - асфальтобетон.
В испытаниях участвовал комплекс МКВС. Использовалась программа MOD. Нагружение велось медленным синусом в диапазоне частот с 0.6 до 4.5 Гц, шаг 0.025 Гц, режим №4.
Ввиду сложности конструкции и динамической работы моста, дать подробное описание процедуры испытаний и представить их результаты не позволяет объём настоящей работы. Полные испытания состояли приблизительно из 100 этапов при 164-х динамических нагружениях. Только идентифицированных форм колебаний арочной части пролётного строения насчитывается: три поперечных; 10 изгибных; одно крутильное. Все они находятся в диапазоне частот 0.83 Гц - 4 Гц. Поэтому в настоящем разделе обсуждаются исключительно особенности получения функций частотной реакции одного арочного пролётного строения как представителя класса арочных пролётных строений с ездой поверху. Испытания прилегающих балочных пролётов не обсуждаются.
Также при испытаниях не проводилось измерений по продольной оси нескольких пролётных строений. Это связано, во-первых, с отсутствием на тот момент кабелей необходимой длины, во-вторых, с интенсивными строительными работами на этапе завершения ремонта моста. Поэтому проблема идентификации сложных собственных форм колебаний обязана своим решением динамическому МКЭ-моделированию моста.
Схема нагружения и расстановки датчиков показана на рисунке 2.46. Нагружение и измерения велись попролётно. Нагружатель располагался по оси моста над четвёртыми от опоры стойками, что приблизительно соответствовало % длины пролёта. Все измерения проводились с использованием вибродатчиков.
Датчики располагались по поперечным сечениям пролёта. На проезжей части таких поперечных сечений пять: два надопорных, центральное и два сечения над четвёртыми от опор стойками. В надопорных сечениях датчики сдвигались внутрь исследуемого пролёта на 30 см от деформационного шва. В каждом сечении устанавливается семь датчиков. Пять из них измеряют вертикальные колебания и расположены: один по центральной оси пролёта; два по внутренним рёбрам крайних балок плиты проезжей части и два - у перильного ограждения. Оставшиеся два датчика измеряют продольные и поперечные колебания. На горизонтальной площадке верхней части каждой опоры устанавливается по две полных розетки из трёх взаимоперпендикулярных датчиков. Розетки расположены по осям первой и четвёртой арок. У мест опирання стоек, первого и четвёртого ряда от опор (стойки №4 и №15), в каждом ряду устанавливаются датчики, которые для каждого места опирання измеряют все три составляющие колебаний: вертикальные, продольные и поперечные. Таким образом, для одного ряда стоек получается 12 измерений.
Амплитудо - фазо - частотные характеристики для вертикальных составляющих сечений проезжей части представлены на рисунках 2.47 - 2.51. АФЧХ для вертикальных составляющих арок в месте опирання стоек №4 и №15 представлены на рисунках 2.52 - 2.53, для горизонтальных составляющих - на рисунках 2.54 - 2.55. На АФЧХ, изображённых на рисунках 2.53 и2.55 на левом участке графиков до частоты примерно 1.3 Гц полезный сигнал был забит помехой, а именно поперечной составляющей от ветровой нагрузки. Подробнее явление поперечной чувствительности датчиков разбирается в разделе 4.1. 21.09.98 Мост 14.92+68.985+2x66.43+68.985+2x14.93 через р.Волга, г.Старица пролет, СВ в 1/4 пролета, датчики на 2-й опоре
