Полная версия Тех. поддержка Горячее Лучшее Новое Сообщества
Войти
Ностальгия Тесты Солянка Авто Демотиваторы Фото Открытки Анекдоты Видео Гифки Антифишки Девушки Кино Футбол Истории Солянка для майдана Ад'ок Еда Кубики Военное Книги Спорт Наука Игры Путешествия Лица проекта Юмор Селфи для фишек Факты FAQ Животные Закрыли доступ? Предложения проекту Реклама на фишках

Как рассчитать мост (21 фото + 1 гиф)

Ольга
25 января 2014 11:44
Речь пойдет о расчете моста. Краткий вводный пост в корни, в самые истоки появления подобных сооружений. Мне кажется, это будет интересно и водителю и пешеходу, которые видят эти объекты ежедневно, едут по мосту, идут по нему, стоят в пробке и т.д.

Перво-наперво получаем само задание на проектирование, в самом задании есть уже все изыскания (геологические, геодезические и т.д., не всегда имеются, конечно, но в данном примере уже были все данные на проектирование) . Нам нужен электронный (формата AUTOCad) вариант чертежа плана-развязки в координатах и в масштабе. Это будет самой главной основой проектирования нашего моста. Красным овалом обведен непосредственно наш участок дорожной развязки

Вот поближе требуемый участок развязки. По заданию надо запроектировать 5-пролётный неразрезной сталежелезобетонный мост. Производится примерная разбивка (желтые линии – это основные конструктивные размеры) мостового перехода на пролеты (в несколько десятков этап согласований и прочей бумажной волокиты). В данном примере видим, что длины пролетов будут примерно равны (не придирайтесь по поводу размеров по дуге и т.д. – это просто наглядный пример и общий обзор как примерно это все происходит): 52,83 м + 53,34 м + 62,22 м + 77,02 м + 62,24 м. Итого будущая длина нашего мостового перехода будет равна примерно 307.65 м, что относится к внеклассным мостам.

Далее происходит окончательная детальная разбивка мостового перехода на пролетные строения, а пролетные строения – на блоки. В данном случае видно, что основой пролетного строения моста идут 3 «направляющих» или 3 главные балки. Вид сверху на пролетное строение:

Давайте посмотрим пару разрезов (6-6 и 7-7, например) и что собственно из себя представляет конструкция пролетного строения моста. Как уже выше сказано: три главных (несущих) элемента – главные балки. Они соединяются между собой перемычками или поперечными балками для совместной работы, поперечные балки по краям – это консоли для развития габарита проезжей части. Указываются все размеры конструкции вдоль/поперек/на плане. «Почему завален горизонт у пролета?», - скажете вы. «Во-первых чтоб водичка стекала», - скажу я. А во-вторых мост находится на вираже, на небольшом, но все же вираже, уклон поперек тут необходим по всем нормам и правилам. Опоры, на которые опирается (ну масло-масляное, никак без него) пролетное строение тут не показаны. Суть поста – расчет пролетного строения моста, а не опор (если будет интересно-сооружу тему о расчете опоры)

В итоге, все размеры, габариты и детали конструкции обговорены и одобрены заказчиком. Можно приступать к расчету самого моста, а точнее пролетного строения моста, непосредственной той части, по которой вы, уважаемые автомобилисты, возите свои задницы с одного берега на другой. «Но что же здесь считать нужно, ведь все уже нарисовано?», - скажете вы. Отвечу вам в несколько этапов:
1. Исходя из конструкции нашего моста мы знаем, что он состоит из 3-х металлических коробок, которые состоят из вертикальных листов (стенка коробки), верхнего и нижнего горизонтальных листов (верхний и нижний пояса коробки соответственно). – нужно произвести расчет толщин, размеров и высот этих листов исходя из всех условий эксплуатации (категория дороги, интенсивность движения на данном участке, климатический район в конце-концов тоже имеет значение не малое)
2. Железобетонная плита моста (это та, на которую потом асфальтик кладут). Она тоже испытывает на себе внешние нагрузки, нужно правильно рассчитать ее взаимодействие с металлической частью пролетного строения, а так же ее взаимодействие с колесной (автомобильной и внеклассной) нагрузкой.
Итак, зная все размеры, детали, материалы конструкций пролетного строения можно начинать интегрировать все полученные данные в расчетные программы, их множество разных, я остановлюсь на комплексе, позволяющим моделировать трехмерные конструкции мостов, производить их детальный расчет.
Все такие программы основаны на основных законах физики, механики, сопротивления материалов (У-у-у-у-у-у, блондинки, дрожь наверное взяла как вспомнили страшные названия предметов в универе?).

Разрабатываем основную расчетную схему моста, она будет основана на применении плитно-стержневой системы. Интерфейс программы скрыл – смысловой нагрузки не вижу.
Начинаем с проектирования «каркаса» балок пролетного строения в расчетной программе (кто в курсе – основываемся на расчетах конструкций из конечных элементов). Каждый отрезок между красными точками – это элемент главной балки пролетного строения. Черно-зеленые точки – это места опирания пролетного строения на опоры (в программе это выглядит как запрет перемещения конструкции в этой точке в том или ином напралении).

Добавляем поперечные балки и консоли

Жестко связываем их между собой специальными «крепежами» для совместной работы (иначе называется – жесткая вставка). Для наглядности я вырезал кусок пролетного строения чтобы имели общее представление.

Общий вид всей стержневой конструкции. Визуализацию точек, ограничивающих отрезки элементов убрал, итак мясо. Но разобрать главные балки, поперечные балки и консоли, жесткие вставки можно. Для наглядности общих масштабов строения:

Расчетная схема, состоящая из стержней, или конечных элементов готова. Теперь нужно описать каждый стержень (элемент), дать ему форму и материал.
- Для описания главной балки мы используем коробчатое сечение, назначаем толщины стенок и поясов. Пока все 3 балки главных по всей длине будут иметь именно это поперечное сечение (забегая вперед скажу, что это не окончательный вариант, а всего лишь первая итерация, далее пойдет подбор поперечных сечений в зависимости от результатов расчета, их может быть любое количество, пока подбор не удовлетворит всем нормам и правилам). Как правило, в первой итерации (другими словами – в первом приближении) толщины листов стенок и поясов придаются исходя из опыта.
-Для описания поперечной балки и консоли мы возьмем двутавр и снова зададим сечение, придав толщины стенке и поясам (так же опытным путем назначаются).
-Ну и назначим материал нашим конструкциям, описав в окошке его характеристики, в данном примере описаны характеристики мостовой стали марки 15ХСНД.

Самый интересный этап. Нужно «одеть» поперечные сечения на наши стержни. По-другому говоря – назначить конечным элементам характеристики поперечного сечения и материала. Одеваем, визуализируем:

Металлическая часть пролетного строения готова. Приступаем к проектированию железобетонной плиты. Назначаем ей толщину, материал (в данном случае – это бетон марки В35 и кусок за куском укладываем ее на наш металл. Обратите внимание, что те жесткие связи, которые соединяют главные балки и поперечные имеют также и общие узлы с плитой, это все для того чтобы модел работала совместно.

Полностью покрываем плитой наше металлическое пролетное строение. Общий вид:

Далее нам нужно смоделировать все постоянные внешние нагрузки, которые испытывает наше строение, а это: вес от асфальта (как смоделирована нагрузка от асфальта – на вырезке в картинке), вес от барьерного ограждения, перильного ограждения, вес от опалубки, которая формирует железобетонную плиту, ну и др. Все нагрузки задаются в виде сил, приложенных к стержням или плитным элементам

Итак, приступаем к следующему интересному моменту проектирования, нужно задать временную нагрузку, т.е. поток автомобилей, движущихся по мосту. В нормах и правилах есть стандартный (эталонный) автомобиль, именно на эталонные нагрузки и будем рассчитывать пролетное строение. Перво-наперво, нужно определиться, сколько полос движения имеет данный участок трассы, по заданию – это 6 полос движения. Рассмотрим все возможные варианты движения автомобилей для поиска самого невыгодного решения (все расчеты ведутся на самые критические и невыгодные положения нагрузок, которые в принципе случиться не могут - это так называемый запас расчетов)

Итак, «рельсы» (или полосы движения) заданы, теперь, чтобы по ним двигался автомобиль, нужно его математическое описание:
1 Количество осей у автомобиля (2 оси у легкового, на каждой по 2 колеса, окей?)
2 Нагрузка на 1 ось (14,276 тонн – только на 1 ось). Т.е. масса эталонного автомобиля будет равна 28,552 тонны («Много», - скажете вы. «Таковы правила», -скажем мы .
3 Расстояние между осями – 1.5 метра.
4 Равномерная нагрузка от потока транспортного (на 1 метр полосы приходится аж 1,4276 тонн), дело в том, что в каждой из шести полос, указанных выше будет находится всего лишь 1 такая «машинка» (тележка по правильному) и нагрузка от транспортного потока (это эквивалентно тому, если бы вы поставили эталонные тележки друг за другом по всему мосту). Тут тоже ничего не поделать, таковы правила.

Congratulations!!! Наступает момент истины и мы нажимаем кнопку «РАСЧЕТ» Программа сама расставляет автомобиль в самое невыгодное положение, ищет всевозможные варианты размещения транспорта на мосту как вдоль, так и поперек….. считает…. еще считает…снова считает… выйдем покурим… ОП… ГОТОВО!
Начинаем вспоминать цель нашего расчета – ага, нужно подобрать все сечения металлических коробок или главных несущих элементов моста – пролетного строения. Визуализируем итоговые напряжения, полученные при расчете, опять напоминаю, программа (да и все подобные программные комплексы) сама рассчитывает наиневыгоднейшее положение всех нагрузок.
Давайте посмотрим как же распределились напряжения в главных балках:
А пока Вы смотрите, я поясню, что напряжения – это мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле, под влиянием различных факторов. Грубо говоря, под действием внешних сил (машин, нагрузки от асфальта, снега и т.д.) материал деформируется, но у каждого материала есть участок деформаций, который не оказывает пагубного влияния на материал. У каждого материала этот предел свой. Так вот смысл постоянных итераций (см. п. 11) – это прослеживание критических напряжений в конструкции, чтобы возникающие напряжения не превышали предельно-допустимых напряжений, которые готова выдержать наша мостовая сталь. Путем мониторинга этих напряжений мы и будем увеличивать или уменьшать толщины стенок и поясов (верхних и нижних листов) в конструкции. Так же можно отследить абсолютно любой элемент в конструкции, можно узнать в какой момент времени, и при каком положении нагрузок этот элемент будет максимально страдать 

Итог-основы расчета я Вам изложил, немного познакомив Вас с проектированием и расчетом мостов, теми объектами, которые Вы видите каждый день, по которым Вы проезжаете, которые постоянно ремонтируют. В качестве бонуса выложу еще развесёлую расчетную картинку, гифку ну и пару фотографий результата кропотливого проектирования и расчетов.
Давайте рассмотрим элемент в главной средней балке посередине второго пролёта, при каких же обстоятельствах он будет максимально нагружен. Ага, если поставить над ним 6 тележек (1) (каждая желтая линия обозначает нагрузку от колеса тележки), и поток транспорта (2) из шести полос расположим во втором и в четвертом пролетах. При этом в точке (4) возникнет максимальное усилие.

Ну и гифка, которая показывает деформации и работу пролетного строения, визуализация максимальных перемещений точек элементов пролетного строения под нагрузками. Конечно, масштаб увеличен в десятки раз, на самом деле перемещения и деформации измеряются в миллиметрах. Но для мониторинга и визуализации применяются бОльшие масштабы перемещений для наглядности.

А это итоги кропотливых расчетов, чертежей, согласований на всех уровнях:

Еще

Вид снизу еще

Ну ипоследняя картинка как это видят водители со своих теплых и нагретых мест. На этом сворачиваемся, краткий обзор закончен.

Источник DUKUU

Канал Fishki.net в Telegram

Понравился пост? Поддержи Фишки, нажми:
12677
24
301
39
А что вы думаете об этом?
Показать 31 комментарий
Самые фишки на Фишках