Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время на сети железных дорог эксплуатируется большое число сваршх пролетных строений мостов с ездой поверху со сплсшностенчатыми главными балками. Большинство из них изготовлено в последние 20 лет.
Массовое обследование эксплуатируемых пролетных строений, включая и балки проезжей части пролетных строений с решетчатыми главными фермами, свидетельствует о появлении и развитии в стенках балок после непродолжительного срока их эксплуатации трещин усталостного происхождения. В настоящее время выявлено и классифицировано около 20 типов трещин во всех без исключения типовых конструктивных решениях сваршх пролетных строений. Определявшим фактором появления этих трещин является наличие зазоров между концами ребер жесткости и поясами балок, создающих возможность изгиба стенки из её плоскости на малой длине выреза ребра при изгибно-крутильных деформация пояса от ьнецентренного приложения давления со стороны мостового полотна. Трещины, развивающиеся у обрывов ребер жесткости параллельно поясам, наиболее опасны и создают угрозу несущей способности балок.
Вопрос обеспечения необходимой надежности сваріш..: железнодорожных сплошностенчатых пролетных строений с ездой поверху является в настоящее время проблемным, так как его решение направлено на повышение безопасности движения и долговечности конструкций.
Наиболее часто при разработке мероприятий по усилению и совершенствованию пролетных строений прибегают к повышению жесткости узлов прикрепления вертикальных ребер к поясам балок различными конструктивным приемами, уменьшая до минимума поперечные перемещения поясов и стенки.
Наряду с этим существует и иное решение, заключающееся в приспособлении конструкции для восприятия изгибно-крутильных деформаций. Основным техническим приемом здесь является увеличение высоты зоны свободной деформации стенки у поясов и удаление из этих зон ребер жесткости и мест крепления элементов связей. Этот путь ведет к созданию принципиально новых конструкций - пролетных строений со "свободным]" поясами. Но в настолчее время не
имеется достаточных теоретических и экспериментальных данных о прочности таких конструкций, их эксплуатационной надежности и долговечности, о методе их расчета.
В настоящей диссертации изложены основные результаты проведенных автором исследований статической прочности и усталостной долговечности главных балок со "свободными" поясами железнодорожных сплошкостенчатых продетны* строений.
Представляемая работа выполнялась по плану НИР ffiffl мостов в рамках Координационного плана "Повышение стойкости' сварных пролетных строений железно.-орожных мостов против усталостных и. хрупких разрушений", утвержденного МПС, Минтрансстроем и ИХ им. Ё.О.Патона в 1985 году.
Целью работы является исследование особенностей работы свободно деформируемых, зон стенки балок сварных сплошностанчатых железнодорожных пролетных строений со "свободными" поясами; оценка их статической прочности и усталостной долговечности; разработка методики расчета пролетных строений такого типа на статическую и усталостную прочность.
Научная новизна раоты состоит в следующем:
исследованы особенности работы и даны практические рекомендации по конструированию главных балок со "свободными" поясами железнодорожных сплоипостенчатых пролетных строений с ездой поверху;
определена зависимость напрякенно-доформированного состояния "свободной" верхней зоны стенки балки от её геометрических размеров и разработки на этой основе методики расчета стенки на статическую и усталостную прочность;
решена пространственная задача и предложены инженерше способы расчета по определению величин концентрации напряжений вблизи подкрепленных отверстий в стенках балок пролетных строений о трубчатыми связями большого диаметра, являющихся одним из вариантов исследуемых конструкций.
Достоверность резулітатов теоретических исследований подтверждается использованием апробированных расчетных методов численного моделирования и данными экспериментов.
Пр?'стическое значение результатов работы состоит ч следующем:
- теоретически и экспериментально обоснована перспективность
и целесообразность примзпшш сгаркых железнодорожных сплоиностен-
чатах пролетные строений с балками, имеющими "свободные" пояса;
разработаїш практические рекомендации по конструированию балок со "свободным!" поясами;
получены расчетные характеристики сопротивления усталости свободно деформируемой зоны стенки;
определены расчетные зависимости мелсу напряжениями изгиба стенки из плоскости балки, возникающими в верхней зоне стекки при внецентренной передаче давления от мостового полотна, и геометрическим! размерами пояса и стенки;
разработана инженерная методика расчета балох со "свободным]" поясами на статическую и усталостную прочность.
Внедрение результатов. На основании проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, с участием автора, подготовлены технические задания на проектирование и разработаны Ленгипротраксмостом рабочие чертежи экспериментальных пролетных строеїшй со "свободными" поясами пролетами II м (чертежи № 902 Ш - КМ) и 23 м (чертеяп ft 3?\ РП - КМ). З отих проектах использованы рекомендации автора по конструктивным решениям и расчету главных балок пролетных строений.
В настоящее время на Днепропетровском заводе металлических конструкций закончено изготовление экспериментального пролетного строения с трубчатыми связями большого диаметра пролетом II м (применительно к продольным балгсам проезжей части решетчатых пролетных строений) и принято Воронежским мостовым заводом к изготовлению опытное пролетное строение со "свободными" поясами пролетом 23 м.
На зьдиту выносятся;
-
Принципиальные конструктивные решения СЕарных ба.-ок хелез-нодоролсных пролетных строеїшй с ездой поверху со свободно деформируемыми верхними зонами стенок.
-
Методика расчете свободно деформируемой верхней зоны стенки на статическую и усталостную прочность.
-
Расчетная методика определения еєличин концентрации напряжений в стенках балок вблизи подкрепленных отверстий в пролетных строениях с трубчатыми сеязями большого диаметра и проверю! прочности стенки.
.Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и одобрены на:
1-й и 2-й международных, конференциях молодых ученых и специалистов в ИХ им.К.О.Патона в 1988 - 1989 годах;
Международной конференции "Сварные конструкции" в ИЭС им. Е.О.Патона в 1990 году;
48-й и 49-й научных конференциях Ленинградского инженерно-строительного института в 1990 - 1992 годах;
расширенных заседаниях кафедры "Мосты" ПИИТ'а в 1987 -1992 годах.
По результатам исследований, выполненных в диссертации, опубликовано 4 работы и выпущено 2 научно-технических отчета.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений.
Работа изложена на )4страницах машинописного текста, включая 41 рисунок и 9 таблиц. Список использованных источников содержит 81 наименование.