Delist.ru

разработка методики и программы автоматизации проектированияя вантовых мостов со сталежелезобетонными балками жесткости (15.09.2010)

Автор: Ле Ван Мань

4. С помощью разработанной программы автоматизации проектирования выполнено исследование влияния независимых параметров сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов на их массу и стоимость используемых в них материалов.

5. Разработаны рекомендации по использованию созданной программы для выбора практически оптимального решения двухпилонных вантовых мостов на стадии их вариантного проектирования.

Практическая ценность заключается в том, что:

Созданная автором программа автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов позволяет определять их оптимальные параметры с оптимизацией их проектного решения по минимуму суммарной стоимости и массы использованных материалов, повысить качество проектной документации и сократить срок проектирования. Эффективность работы определяется возможностью резкого повышения производительности труда проектировщиков на этапе вариантного проектирования за счет использования современной вычислительной техники в режиме тесного общения инженера-проектировщика с персональным компьютером;

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Модуль расчета сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов на основе метода конечных элементов применительно к программе автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов с учетом их конструктивных особенностей.

2. Алгоритм программы автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов с использованием расчетного модуля на основе МКЭ с учетом основных требований СНиП 2.05.03-84*.

3. Программа автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов с реализацией расчетной её части на основе МКЭ с использованием языка Visual Basic 6.0.

4. Результаты исследования влияния основных параметров сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов на стоимость и массу используемых в них материалов.

5. Рекомендации по использованию разработанной программы для выбора практически оптимального решения двухпилонных вантовых мостов на стадии их вариантного проектирования.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях (2009-2010) Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста и включает в себя введение, пять глав, заключение, 106 рисунков, список литературы из 129 источников.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и приведены основные её результаты, выносимые на защиту.

В главе 1 выполнен анализ состояния применения и проектирования вантовых мостов и их автоматизированного проектирования и сформулированы цели и основные задачи диссертационной работы.

, виадук Мийо). Отмечены российские достижения последних лет (вантовый мост в г. Санкт–Петербурге и мостовой переход на остров Русский через пролив Босфор восточный в г. Владивостоке-центральный пролет которого длиной 1104 м станет рекордным в мировой практике мостостроения). Отмечены достижения мирового мостостроения в области применения сталежелезобетонных балок в мостах и вантовым мостах (Эресуннский мост, мост Рио-Антирио, мост Бинг во Вьетнаме). Отмечена тенденция по более широкому применению метода конечных элементов для расчета мостовых конструкций при их проектировании и исследовании.

Автоматизация проектирования тесно связывается с её оптимизацией. Первоначально в качестве целевой функции при проектировании мостовых конструкций принимался минимум их веса (Е.О.Патон, Н.С.Стрелецкий) Зависимость веса изгибаемой конструкции от её высоты и уровня используемых расчетных сопротивлений материала применительно к мостовым конструкциям была исследована профессором П.М. Саламахиным в его теории весовой поверхности изгибаемых конструкций.

Приведены элементы концепции автоматизации проектирования мостовых сооружений, предложенной проф. Саламахиным П.М и используемой при разработке программы автоматизации проектирования вантовых сталежелезобетонных мостов.

В последние 15 лет в МАДИ аспирантами кафедры мостов и транспортных тоннелей под руководством профессора Саламахина П.М. выполнен ряд работ по автоматизации проектирования мостовых конструкций (аспиранты Джха Виджай Кумар, Новодзинский А.Л., Ле Тху Хэонг, Ализаде Шахрам, Нгуен Тхак Куанг, Нгуен Нам Ха) и аспирантом кафедры строительной механики Мохаммед Эльтантави Эльмадави Авад под руководством профессора Демьянушко И.В.

В главе 2 разработан замысел и блок-схема программы автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов.

В качестве обобщенной конструктивной формы сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов принят вантовый мост (рис 1), состоящий из двух пилонов, сталежелезобетонной балки жесткости и произвольного количества вант, прикрепленных по симметричной схеме к верху пилонов и узловым точкам балки жесткости. Кроме того, верх пилонов закреплен к неподвижным точкам в телах устоев специальными крайними вантами-оттяжками.

Значения L2 и L1 принимаются с учетом профиля преграды и экономических соображений.

Рис.1. Обобщенная схема моста

Узлы крепления вант к балке жесткости по всей её длине располагаются на равных расстояниях d, при этом в пределах крайних пролетов может быть по m узлов, а в пределах среднего пролета 2k + 1 узлов, где m и k произвольные числа.

Рис. 2. Обобщенная форма поперечного сечения балки жесткости в плоскости крепления вант

Рис. 3. Обобщенная форма поперечного сечения балки жесткости в плоскости поперечных балок проезжей части

Сталежелезобетонная балка жесткости принята с поперечным сечением, имеющим две металлические коробки с наклонными стенками, верхний пояс которых объединяется с железобетонной плитой гибкими цилиндрическими упорами с головками, и нижний пояс в виде ортотропной плиты. Стенки балок укреплены поперечными ребрами жесткости для обеспечения их местной устойчивости, по которым с шагом L2 размещены поперечные балки проезжей части. Главные балки объединяются в плоскостях крепления вант диафрагмами (рис.2) и поперечными балками (рис.3).

В главе 3 разработан метод расчета сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов применительно к программе их автоматизированного проектирования с использованием метода конечных элементов и приведены особенности реализации алгоритма программы автоматизации проектирования по обоснованию принимаемых размеров элементов вантового моста, удовлетворяющих условиям прочности, жесткости, а также динамической и аэродинамической устойчивости.

и освоение программы автоматизированного проектирования сталежелезобетонных двухпилонных вантовых автодорожных мостов.

Правильность работы программы определения прогибов и изгибающих моментов в узловых точках системы, усилий в вантах и оттяжках осуществлялась путем сравнения их значений со значениями, полученными с использованием расчетного комплекса Midas. Кроме того, правильность решения осуществлялась и путем качественной оценки характера эпюры прогибов при различных схемах загружения пролетного строения.

Аналогично проверялась правильность работы блоков вычисления расчетных силовых факторов во всех точках по длине балки жесткости и выбора их максимальных значений при всех принимаемых вариантах загружения пролетного строения временными нагрузками.

Логичность качественной картины изменения прогибов балки жесткости, изгибающих моментов в ней, а также усилий в вантах при разных схемах загружения позволила сделать вывод о правильной работе расчетной части программы проектирования двухпилонного вантового моста.

В главе 5 с помощью разработанной программы автоматизированного проектирования произведено определение оптимальных значений независимых параметров сталежелезобетонных вантовых мостов по критерию минимальных веса и стоимости, используемых материалов.

В качестве искомых независимых параметров и размеров двухпилонного вантового моста приняты: количество узловых точек на балке жесткости m и k; величина угла наклона наиболее удаленной от пилонов ванты; высота балки жесткости; расстояние между поперечными ребрами, устанавливаемыми по высоте пилона и расчетные сопротивления материала в балках жесткости.

Исследование выполнено с использованием следующих постоянных исходных данных: количество полос движения 4, ширина пролетного строения 19,5 м, высота пилона до уровня проезжей части 15 м. Полная длина балки жесткости изменялась от 200 до 1000 м. Изменялись также численные значения искомых независимых параметров и размеров для определения их рациональных значений. Так, количество узловых точек N изменялось при этом за счет изменения М = К от 5 до 16, что соответствует изменению общего количества узловых точек на балке жесткости в диапазоне от 21 до 65. Высота балки жесткости изменялась по мере увеличения общей длины балки жесткости (и, следовательно, увеличения расстояния между пилонами) в пределах от 0,4 до 1,3м.

Проведенный анализ влияния независимых параметров на массу и стоимость пролетного строения и пилонов позволил сделать следующие основные выводы:

1. Суммарная масса сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов любой длины в зависимости от высоты балки жесткости описывается графиком, имеющим ниспадающую и восходящую ветви с точкой минимума при оптимальной высоте Н0, зависящей от общей длины балки жесткости L0 и определяемой по следующей эмпирической формуле:

H0 (м) = 0,00075*(L (м) -200)+ 0,5. (1)

2. Суммарная масса сталежелезобетонных двухпилонных вантовых мостов в зависимости от количества вант Nв на балке жесткости описывается графиком, имеющим ниспадающую и восходящую ветви с точкой минимума при некотором оптимальном количестве вант Nв, зависящем от общей длины балки жесткости L0 и определяемом по следующей эмпирической формуле:

Nв = 0,035(L (м) -200) + 28. (2)

загрузка...