Delist.ru

ОБОСНОВАНИЕ НОРМАТИВНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВ В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА (17.10.2011)

Автор: НГУЕН ВЬЕТ ФЫОНГ

Распределение вероятностей усилий в несущих элементах мостов от автомобильных нагрузок.

Несущие элементы разной длины моделируются поверхностями влияния усилий в характерных сечениях, которые можно интерпретировать системой линий влияния и коэффициентов поперечной установки (КПУ) для каждой полосы нагрузки. Рассматривается двухполосное движение, поскольку оно превалирует в условиях Вьетнама. Для анализа выбраны три варианта соотношения между КПУ от каждой полосы: К1:К2 = 1:0; 1:0,5; 1:1 (К1 условно принят равным единице). Выбранные соотношения практически охватывают все реальные случаи.

Загружение линий влияния производится по специальной программе. Перебираются все варианты случайных колонн. В результате каждого загружения определяется усилие и его вероятность.

Строятся гистограммы вероятностей усилий при загружении заданной линии влияния.

Аналогичные гистограммы строятся для других полос нагрузки, и затем строятся гистограммы суммарных усилий.

Критерии выбора величины нормативной автомобильной нагрузки.

Критериями выбора величины нормативной автомобильной нагрузки служат значения надежности P(t=0) и Р(Т), которая принимается как убывающая функция времени. Значения этой функции на начальный и завершающий период эксплуатации моста задаются исходя из имеющегося опыта.

На основе исследований, выполненных в области надежности мостовых сооружений, развития методов расчета и с учетом специфики Вьетнама предложены критерии обеспеченности нормативных нагрузок – 0,999 на 2011 год и 0,95 на 2090 год.

Результаты.

В соответствии с заданными значениями надежности P(t) на гистограммах суммарных усилий определяются нормативные усилия применительно к настоящему времени – Sн(t=0) и на перспективу срока службы моста – Sн(Т=80).

Полученные нормативные усилия сопоставляются с соответствующими усилиями от действующей в настоящее время во Вьетнаме нормативной автомобильной нагрузки. Отношение этих величин представляет собой поправочный коэффициент - Кп.

Для каждого вида линий влияния строится зависимость величины Кп от длины линии влияния – Кп(l).

Функции Кп(l) предлагается ввести в нормативы как поправочные коэффициенты к воздействиям на мосты действующих нормативных нагрузок.

Существенным моментом является возможность дифференцированного подхода к нормированию автомобильной нагрузки для новых и реконструируемых мостов. В первом случае следует использовать поправочные коэффициенты, определённые на перспективу, во втором, поскольку остаточный срока службы реконструируемых мостов относительно невелик – определённые применительно к настоящему времени.

Четвертая глава содержит результаты расчета загружения линий влияния усилий от эксплуатационных нагрузок с использованием специально разработанной программы «Залив», а также от нормативных нагрузок HL 93 (AASHTO, США), действующих в настоящее время во Вьетнаме.

Программа загружения линий влияния «Залив» позволяет строить кривые распределения вероятностей изгибающих моментов и поперечных сил от эксплуатационных нагрузок.

Алгоритм программы «Залив» предполагает последовательное выполнение следующих процедур:

Построение шаблона гистограммы вероятностей усилий при загружении поверхностей и линий влияния случайными колоннами автомобилей.

Упорядоченный полный перебор исходных данных, необходимых для моделирования случайных автомобильных колонн.

Для каждого варианта случайной автомобильной колонны определение его вероятности, усилия от загружения этой колонной линии влияния и занесения результатов в соответствующий интервал гистограммы.

Усилие S1 вычисляется от самого невыгодного загружения линии влияния первой колонной с коэффициентом поперечной установки К1 = 1. Для этого в первую очередь устанавливают автотранспортные средства типа А над максимальными ординатами линии влияния. Оставшиеся свободные участки загружаются сначала автомобилями типа Т и затем – автомобилями типа С. Если по длине линии влияния размещается вся колонна и остаются свободные участки, они загружаются распределенной нагрузкой 1 кН/м. Вероятность Р суммируется с предыдущим значением вероятности, соответствующим i-му интервалу гистограммы, в котором находится усилие S1, то есть S1,i-1 < S1 ? S1,i.

Построение гистограммы вероятностей усилий S2 при загружении линии влияния второй колонной с коэффициентом поперечной установки К2. Эта гистограмма образуется следующим образом. Интервалы усилий равны h2 = К2*h. Вероятности усилий, соответствующие одинаковым номерам интервалов на обеих гистограммах, равны.

Построение результирующей гистограммы вероятностей суммарных усилий S1 + S2 с интервалами усилий размером h. Усилие из каждого интервала первой гистограммы суммируется с усилием из каждого интервала второй гистограммы, соответствующие вероятности накапливаются в интервалах, в которых находятся усилия S1 + S2.

Определение по заданной обеспеченности нормативного усилия Sнорм. Результирующая гистограмма аппроксимируется гладкой кривой и строится функция распределения вероятностей усилий. На графике этой функции по оси ординат откладывают значение заданной обеспеченности и на оси абсцисс получают соответствующее значение Sнорм.

Сравнительный анализ нагрузки HL 93 и эксплуатационных нагрузок при определении положительных изгибающих моментов проводился по результатам загружения треугольных линий влияния с вершиной в середине пролёта в диапазоне пролётов от 18 до 200 м. Эти результаты можно отнести не только к разрезным пролётным строениям, но, с некоторым приближением, и к неразрезным.

Как уже отмечалось выше, сравнивая изгибающие моменты от нормативных временных нагрузок НL 93 (МНL) и моменты от эксплуатационных нагрузок, соответствующие принятым нормам обеспеченности (Мэ), получаем поправочные коэффициенты Кп к нагрузке НL 93:

Кп = Мэ ? МНL (1)

Зависимости поправочных коэффициентов Кп от длин загружения для соотношений коэффициентов поперечной установки 1:0; 1:0,5; 1:1 показаны на графиках рис. 4. Эти зависимости аппроксимируются убывающими линейными функциями, которые и предлагается применять в качестве поправочных коэффициентов Кп норм при определении положительных изгибающих моментов в элементах мостовых сооружений, проектируемых под нагрузку НL 93. При этом в целях сохранения определённого запаса грузоподъёмности в пролетных строениях большой длины значения поправочных коэффициентов остаются постоянными для длин загружения больше 100 м.

Рис. 4. Поправочные коэффициенты к положительным изгибающим моментам от нормативной нагрузки HL 93

(Кп норм – рекомендуемые значения поправочного коэффициента)

а) применительно к 2011 г.; б) применительно к 2090 г.

Процедура сравнения нагрузки HL 93 и эксплуатационных нагрузок при определении изгибающих моментов в сечениях неразрезных пролётных строений над промежуточными опорами аналогична процедуре, принятой для положительных моментов.

Для анализа выбраны характерные длины примыкающих к промежуточной опоре пролётов. Результаты загружения соответствующих линий влияния приведены на рис. 5.

По полученным результатам построены графики поправочных коэффициентов Кп применительно к 2011 году и к 2090 году. На этих графиках прослеживается уменьшение поправочных коэффициентов примерно пропорционально суммарной длине примыкающих к опоре пролётов. Эта зависимость достаточно адекватно описывается формулой:

Кп норм(L) = 1 - 0,001*(L1+ L2), но не менее 0,7. (2)

По тем же соображениям, что и для положительных моментов, в целях сохранения определённого запаса грузоподъёмности в пролетных строениях большой длины значения поправочных коэффициентов остаются постоянными для длин загружения больше 300 м.

Формула (2) рекомендована к использованию при проектировании.

Рис. 5. Поправочные коэффициенты к отрицательным изгибающим моментам от нормативной нагрузки HL 93

(Кп норм – рекомендуемые значения поправочного коэффициента)

а) применительно к 2011 г.; б) применительно к 2090 г.

загрузка...