Введение к работе
Актуальность темы.
Актуальность диссертационной работы определяется увеличением масштабов строительства тоннельных развязок для движения в разных уровнях, где успешно могут быть применены сооружения из металлических гофрированных элементов (СМГЭ).
Интерес к сооружениям из гофрированных элементов связан с достаточно большой скоростью их строительства и относительно низкой стоимостью. Однако современный опыт строительства большепролетных конструкций в нашей стране не всегда удовлетворителен, что свидетельствует о недостаточной проработке конструкции на этапе проектирования и несовершенстве методики расчета. По принятым в настоящее время методикам СМГЭ рассчитывают без учета последовательности возведения конструкции, что во многих случаях приводит к недопустимым деформациям.
Цель и задачи диссертации. Основная цель диссертационной работы - разработать методику расчёта СМГЭ на действие статических нагрузок с учетом поэтапности возведения, оценить устойчивость и дать рекомендации по проектированию таких конструкций.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить анализ существующих методов расчета СМГЭ на статические нагрузки во взаимодействии с грунтовым массивом;
разработать плоские и объемные математические модели системы «обделка - грунтовый массив»;
исследовать НДС системы «обделка - грунтовый массив» при воздействии статических нагрузок с учетом технологической последовательности возведения СМГЭ;
проанализировать данные экспериментальных исследований и учесть их для корректировки теоретических исследований;
разработать методику расчета СМГЭ на статические нагрузки и рекомендации по проектированию СМГЭ.
Методика исследований.
Методика исследований предусматривает комплексный подход, включающий научный анализ, обоснование и обобщение материалов по применению СМГЭ.
В теоретических исследованиях использовано математическое моделирование на основе метода конечных элементов (МКЭ). Разработаны численные плоские и пространственные конечно-элементные модели для расчета системы «обделка - грунтовый массив».
Выполнен анализ данных натурных исследований СМГЭ, проведенных в Финляндии, Польше, Американском Институте Металла и Стали (American Iron and Steel Institute) в Вашингтоне.
В диссертационной работе проанализированы данные натурных испытаний большепролетной конструкции из гофрированного металла, проведенные научно-производственной фирмой «Геоника - ПМ» и данные модельных испытаний, проведенных в рамках научной работы СибЦНИИС и научно-проектной фирмой «Атом-Динамик» и ООО «Гофра-2001».
Научная новизна работы.
впервые в нашей стране разработаны конечно-элементные модели системы «обделка из гофрированных элементов - грунтовый массив», в том числе - объемные, с учетом технологии возведения конструкции;
проведены теоретические исследования НДС системы «обделка - грунтовый массив»;
обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований работы СМГЭ. Экспериментальные данные были использованы для корректировки теоретических исследований;
разработана методика расчета СМГЭ на статические нагрузки и даны рекомендации по проектированию.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования СМГЭ, включающей в себя:
определение основных конструктивно-технологических
параметров СМГЭ;
разработку математических моделей системы «обделка -грунтовый массив», учитывающих поэтапность строительства;
характеристики НДС системы «обделка - грунтовый массив».
Достоверность полученных результатов определяется:
строгостью исходных предпосылок применяемых методов теоретических исследований;
учетом требований действующих нормативных документов;
использованием передовых разработок отечественных и иностранных организаций в рассматриваемой области;
тестовыми расчетами НДС СМГЭ, сопоставленными с данными экспериментальных исследований, подтвержденных практикой строительства;
хорошей для практических целей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Реализация результатов. Результаты работы нашли применение при проектировании НИИМК МАДИ при участии автора диссертации автодорожного тоннеля на трассе Москва-Белгород, в научно-исследовательской работе НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, а также в учебном процессе кафедры «Мостов и транспортных тоннелей» МАДИ.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены на научно - методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), 2003-2010 г.г.
На защиту выносятся:
результаты анализа и обработки экспериментальных исследований, выполненных в РФ и за рубежом, и в дальнейшем использованные в теоретических исследованиях;
установленные в ходе теоретических исследований закономерности изменения напряженно-деформированного состояния бинарной системы «обделка - грунтовый массив» в зависимости от различных параметров, характеризующих систему;
результаты численного эксперимента на плоских и объемных конечно-элементных моделях, реализованных в программных комплексах «PLAXIS 3D TUNNEL» и MSC/NASTRAN;
методика расчета СМГЭ на действие статических нагрузок с проверкой устойчивости.
Публикации.
По рассматриваемым в диссертационной работе проблемам опубликовано восемь научных статей, в том числе одна статья в журнале, находящемся в списке ВАК РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Полный объем работы составляет 136 страниц, включая 44 иллюстрации и 10 таблиц. Список литературы включает 120 наименований, в том числе 20 иностранных.
Диссертационная работа выполнена на кафедре мостов и транспортных тоннелей Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».
