Випробування прогонових будов автодорожніх балкових мостів рухомим навантаженням

Размещено на http://www.allbest.ru

Відкрите акціонерне товариство

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ТА ПРОЕКТНИЙ ІНСТИТУТ СТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ ІМЕНІ В.М. ШИМАНОВСЬКОГО

УДК 624.21

Випробування прогонових будов автодорожніх балкових мостів рухомим навантаженням

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

Редченко Василь Павлович

Київ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться “ 24 ” березня 2005 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.875.01 у Відкритому акціонерному товаристві Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: проспект Визволителів, 1, Київ-02, МСП-660, 02660.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Відкритого акціонерного товариства Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: проспект Визволителів, 1, Київ-02, МСП-660, 02660.

Автореферат розісланий “ 7 ” лютого 2005 р.

АНОТАЦІЯ

Редченко В.П. Випробування прогонових будов автодорожніх балкових мостів рухомим навантаженням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Відкрите акціонерне товариство Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В. М. Шимановського, Київ, 2004.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню методів визначення технічного стану автодорожніх мостів, аналізу реакцій прогонових будов на рухоме навантаження і розробленню на цій основі методики визначення натурних параметрів балкових прогонових будов за результатами їхніх випробувань рухомим навантаженням.

В роботі викладено аналіз розв'язання задачі про динамічні реакції прогонової будови на рухоме навантаження та узагальнений аналіз результатів натурних випробувань 23 прогонових будов балкових автодорожніх мостів різної конструкції, виконаних автором за традиційними методиками. На основі цього аналізу запропоновано нові моделі визначення таких параметрів прогонових будов, як: характеру просторової роботи (побудова ліній та поверхонь впливу), статичної жорсткості, спектру затухаючих коливань та погонної маси. Практична реалізація моделей базується на розроблених та перевірених експериментально алгоритмах аналізу віброграм динамічних реакцій конструкції на дію рухомого навантаження.

Для отримання віброграм, відповідно розробленій методиці, створено апаратно-програмний комплекс та перетворювачі деформацій, що дозволило перевірити методику на практиці та показати її ефективність.

Ключові слова: міст, прогонова будова, технічна діагностика, навантаження, динамічний вплив, модель оцінки технічного стану.

АННОТАЦИЯ

Редченко В.П. Испытания пролетных строений автодорожных балочных мостов подвижной погрузкой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Открытое акционерное общество Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В. Н. Шимановского, Киев, 2004.

Диссертационная работа посвящена исследованию методов определения технического состояния автодорожных мостов, анализу динамических реакций балочных пролетных строений на подвижную эксплуатационную нагрузку и разработке новых моделей и методики для определения натурных параметров пролетных строений по результатам их динамических испытаний (пассивная вибродиагностика).

Изложен анализ решения задачи о динамических реакциях на подвижную нагрузку математических моделей пролетного строения в виде балки и балочного ростверка. В результате указанного анализа определены основные принципы построения новых моделей определения статической жесткости и характера пространственной работы балочных пролетных строений мостов, которые основываются на выделении квазистатической составляющей из виброграмм динамических реакций. Для обеспечения необходимой точности и достоверности в сравнении с известными моделями, моделированием динамических испытаний в программной среде, которая реализует МКЭ, определены условия ограничения скорости движения нагрузки, точности и дискретности регистрации виброграмм.

В работе приведены результаты анализа натурных испытаний 23 пролетных строений автодорожных балочных мостов разной конструкции, выполненных автором по традиционным методикам. На основе этого анализа определена зависимость между динамической и статической жесткостью реальных пролетных строений балочных автодорожных мостов. На основе указанной зависимости разработана новая модель определения эквивалентной погонной массы балочного пролетного строения.

Для практической реализации разработанных моделей автором проведено и изложено аналитическое исследование ряда известных алгоритмов обработки виброграмм динамических реакций, по результатам которого определены условия их использования, а также даны рекомендации по повышению их точности при обработке затухающих колебаний.

Методика работ по определению натурных параметров пролетных строений автодорожных балочных мостов изложена по общепринятой форме: общие данные, требования к нагрузке, требования к измерительным приборам, алгоритмы определения параметров пролетного строения.

Для получения и обработки виброграмм динамических реакций пролетных строений, соответственно требованиям разработанной методики, создан аппаратно-программный комплекс и датчики деформаций, что позволило проверить методику на практике и показать ее эффективность. Краткое описание приборного комплекса приведено в работе, указаны его преимущества и недостатки.

Завершает работу изложение результатов экспериментальных работ, которые были проведены на реальных сооружениях по разработанной методике. Представлены данные по испытанию балочных пролетных строений различной конструкции за материалом и расчетной схемой. Приведены также результаты сравнительных экспериментов по разработанной методикой и традиционной (статической), на основании которых сделаны выводы о хорошей точности разработанной методики, в сравнении с существующими методиками, и ее эффективности в целом при проведении работ по диагностике мостов.

Ключевые слова: мост, пролетное строение, техническая диагностика, нагрузка, динамическое влияние, модель оценки технического состояния.

ABSTRACT

Redchenko V.P. Definition of structural parameters span structures of road bridges by results of their tests by mobile loading. - Manuscript.

The thesis for taking the degree of Candidate of Engineering Sciences on speciality 05.23.01 - civil engineering constructions, buildings and structures. - Open Joint-Stock Company V. Shimanovsky Ukrainian Research and Design Institute if Steel Construction, Kyiv, 2004.

The dissertation work is devoted to the investigation of technical condition determination methods for road-transport bridges, to the analysis of reactions of span structures to travelling load and, on this basis, to the elaboration of the technique for determination of real parameters of beam span structures according to results of testing them by travelling load.

The analysis of solution of a problem of dynamical reactions of span structure to travelling load and the generalized analysis of full-scale tests of 23 span structures of beam road-transport bridges of different design performed by the author according to the conventional methods are presented in the work. On the basis of such analytical treatments, some new models are suggested to determine the following span-structure parameters: the pattern of spatial operation (construction of influence lines and surfaces), the static stiffness, the spectrum of damped vibrations and the linear mass. The practical realization of these models is based upon the developed and experimentally checked algorithms of analysis of vibrograms of dynamical reactions of a structure to the action of travelling load.

In order to obtain vibrograms by the technique elaborated, the hardware&software complex and deformation transformers have been developed that enabled us to check the technique in practice and to prove its efficiency.

Key words: bridge, span structure, technical diagnostics, load, dynamic influence, model of evaluation of technical condition.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

навантаження прогоновий конструктивний

Актуальність теми. Дисертацію присвячено актуальному питанню оцінки технічного стану мостів, які експлуатуються та потребують визначення їхньої фактичної вантажопідйомності, довговічності та надійності. З більш ніж 24000 мостів на автошляхах України близько половини не відповідають нормативним вимогам та вимагають встановлення тих чи інших обмежень, які визначаються їхнім фактичним технічним станом. Отже, визначення технічного стану мостів є одним з важливих завдань загальнодержавного значення, при цьому вдосконалення існуючих методик визначення стану мостів, розроблення нових, які б відповідали сучасному рівню розвитку техніки, та втілення їх в практику - одна з нагальних потреб. Важливість даної проблеми неодноразово підкреслювалася провідними науковцями та спеціалістами галузі. Найбільш точну інформацію для проведення технічної діагностики моста дають натурні випробування. Проведення статичних випробувань вимагає закриття руху по мосту на певний час, а в деяких випадках додатково організації об'їзду. Динамічні випробування в цьому плані є більш простішими. Визначення натурних параметрів прогонової будови моста, які традиційно визначаються статичними випробуваннями, за результатами випробування рухомим навантаженням дає можливість проводити діагностику мостів з меншими затратами та більшою ефективністю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились в рамках держбюджетної теми “Розвиток і удосконалення теорії і методів експлуатації транспортних споруд” кафедри “Мости і тунелі” Національного транспортного університету та науково-дослідних робіт, що виконувались на замовлення Державної служби автомобільних доріг України: “Оцінка технічного стану автодорожніх мостів, що експлуатуються” (держ. реєстраційний № 0102U003934) і “Розробка методики оцінки надійності і довговічності мостів та визначення залишкового експлуатаційного ресурсу” (держ. реєстраційний № 0202U000005). Автор приймав безпосередню участь у виконанні вказаних наукових розробок.

Мета роботи - розроблення моделей визначення натурних характеристик прогонових будов балкових мостів за результатами їхнього випробування рухомим навантаженням і їхня практична реалізація.

Задачі дослідження:

теоретичне обґрунтування та розроблення моделей визначення конструктивних характеристик прогонових будов за результатами їх випробувань рухомим навантаженням;

математичне моделювання випробувань прогонових будов рухомим навантаженням та визначення основних умов практичної реалізації розроблених моделей;

розроблення методики та алгоритмів визначення характеру просторової роботи, жорсткості та маси прогонової будови за результатами випробувань рухомим навантаженням;

створення апаратно-програмного комплексу за реєстрацією динамічних реакцій прогонових будов для проведення експериментальних робіт;

натурна апробація розробленої методики на реальних об'єктах, експериментальне підтвердження її достовірності та ефективності.

Об'єкт дослідження - методи визначення технічного стану автодорожніх мостів.

Предмет дослідження - моделі визначення натурних конструктивних характеристик прогонових будов балкових мостів за результатами їхнього випробування рухомим навантаженням.

Методи дослідження:

методи будівельної механіки та методи математичного моделювання при дослідженні динамічних реакцій прогонових будов та розроленні нових моделей випробування прогонових будов рухомим навантаженням;

методи аналізу та порівняння при виборі алгоритмів опрацювання віброграм динамічних реакцій прогонових будов;

методи експериментальної оцінки із застосуванням розробленого апаратно-програмного комплексу для визначення достовірності та ефективності нових моделей та для практичних робіт з визначення технічного стану реальних об'єктів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

розроблено нову модель оцінки просторової роботи прогонової будови за результатами її випробування рухомим експлуатаційним навантаженням;

розроблено нову модель визначення еквівалентної статичної жорсткості прогонової будови за результатами її випробування експлуатаційним рухомим навантаженням;

розроблено нову модель визначення еквівалентної маси прогонової будови за результатами її випробування рухомим експлуатаційним навантаженням;

отримано нові експериментальні дані при оцінці технічного стану прогонових будов на реальних об'єктах.

Достовірність отриманих у роботі результатів обумовлена наступним:

чіткістю постановки та методів розв'язання сформульованих задач;

побудовою нових моделей на основі апробованих алгоритмів;

постановкою та аналізом великої кількості натурних експериментів;

збігом результатів теоретичних та експериментальних досліджень;

збігом результатів випробувань прогонових будов, проведених на реальних об'єктах за новою, яка розроблена автором, та класичною, яка наведена в діючих нормах, методиками.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика визначення натурних параметрів балкових прогонових будов з використанням створеного апаратно-програмного комплексу цифрової обробки результатів випробування, дозволяє отримати більш точні, в порівнянні з традиційними методиками (статичні випробування), дані, які необхідні для загальної оцінки технічного стану споруди. Методика дозволяє проводити роботи без зупинки руху по споруді, що в умовах сучасного інтенсивного руху дає реальний економічний ефект; збір інформації для діагностики моста можна також виконувати під дією експлуатаційного навантаження.

Впровадження результатів роботи. Результати дисертації впроваджені в практику ЗАТ “Київсоюзшляхпроект” при визначенні технічного стану шляхопроводів в м. Києві (Нікольського та Оріховатського), м. Луганську (по вул. Радянській) та м. Кривому Розі (шляхопровід №32, Криворіжсталь). Проведення випробувань за розробленою методикою дозволило обійтися без закриття руху транспорту по спорудам, що значно скоротило час натурних робіт та зекономило кошти на організацію об'їздів. Отримані натурні характеристики прогонових будов було використано для визначення фактичної вантажопідйомності споруд, режиму їхньої експлуатації та необхідних ремонтних заходів.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом експериментальних та теоретичних досліджень, виконаних автором протягом останніх 15 років при проведенні робіт з технічної діагностики мостів.

Особистий внесок автора полягає в наступному:

виконано аналіз розв'язку задачі про динамічні реакції балки та балкового ростверку на дію рухомого навантаження;

розроблені моделі рухомого навантаження на основі використання методу скінченних елементів;

розроблені технічні завдання та проведені комплексні випробування прогонових будов декількох десятків мостів та шляхопроводів;

виконано аналіз результатів натурних динамічних та статичних випробувань прогонових будов та встановлено залежності між статичною та динамічною жорсткістю балкових прогонових будов;

розроблено алгоритм визначення маси прогонової будови за результатами її випробувань;

розроблено методику випробування прогонових будов автодорожніх балкових мостів рухомим навантаженням;

розроблені програми для опрацювання віброграм динамічних реакцій;

сформульовані технічні вимоги до апаратно-програмного комплексу з реєстрації динамічних реакцій прогонових будов;

розроблені конструктивні рішення при створенні апаратно-програмного комплексу та перетворювачів деформацій;

проведені експериментальні дослідження на реальних об'єктах, опрацьованно та виконано аналіз їх результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на науково-практичному семінарі “Діагностика технічного стану автодорожніх мостів” (Київ, 2004 р.), науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу Національного транспортного університету ( Київ, 2004 р.), Українському міжгалузевому науково-практичному семінарі “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (Київ, 2004 р.), науково-технічній конференції “Підвищення надійності і довговічності конструкцій мостів” (м. Дніпропетровськ, 2004 р.), а також на Науково-технічній раді ВАТ “УкрНДІпроектстальконструкція ім. В.М. Шима-новського” (Київ, 2004 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано шість робіт, із яких п'ять в наукових фахових виданнях [1-5], всі написані автором особисто. В публікації [6] внесок автора полягає в уточненні параметрів класифікаційних таблиць дефектів опор та залізобетонних прогонових будов.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел (172 найменування робіт) та додатку. Робота викладена на 141 сторінці і містить: 123 сторінки основного тексту, із них 9 повних сторінок з рисунками, 17 сторінок списку використаних джерел та 1 сторінку додатку.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень та наведено загальну характеристику роботи.

Перший розділ присвячено розгляду сучасного стану проблеми дослідження. Розглянуто діючі методики визначення технічного стану мостів та інших будівельних конструкцій, які застосовуються в Україні. Особливу увагу приділено аналізу методики визначення залишкового ресурсу та надійності конструкцій моста, яка викладена у ВБН В.3.1-218-174-2002 “Мости та труби. Оцінка технічного стану автодорожніх мостів, що експлуатуються”, зроблено її порівняння з аналогічною російською методикою (Методика расчетного прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений мостов. - М.: Росавтодор, 2001г.). Теоретичною базою вищевказаної методики стали новітні моделі надійності та прогнозу залишкового ресурсу конструкцій, що запропоновані в роботах А.І.Лантух-Лященко, розроблення яких в свою чергу стало можливим завдяки фундаментальним роботам ряду вітчизняних вчених, таких як Болотін В.В., Гордеєв В.М., Городецький О.С., Казакевич М.І., Коваленко С.Н., Лучко Й.Й., Перельмутер А.В., Ржаніцин А.Р., Фомиця Л.М., Шимановський О.В. та ін. Узагальнюючи розглянуті методи, визначено структуру процесу визначення технічного стану автодорожнього моста та зроблено висновок, що визначення вантажопідйомності прогонової будови є однією з головних задач при виконанні цієї роботи.

Далі у першому розділі послідовно розглянуто методики визначення вантажопідйомності прогонових будов автодорожніх мостів, які викладено в нормативній та технічній літературі. Формулюються основні підзадачі визначення вантажопідйомності та вказується на те, що для розв'язання більшості з них найдоцільніше виконувати натурні випробування конструкцій. Традиційно, що було викликано практикою та закріплено в нормах, за характером дії навантаження випробування розділяють на статичні та динамічні. Відмічається те, що ще на початку розвитку методів випробування прогонових будов висловлювалися думки про заміну певних етапів статичних випробувань динамічними, як більш простішими у виконанні. На жаль, і до цього часу практичного розвитку цих ідей не сталося. Порівняння існуючих методів випробувань, які викладені у діючих нормах та статтях у технічній літературі, показує, що вже на протязі близько 50 років в своїй основі вони залишаються незмінними. Таким чином розроблення та практична реалізація нових методів випробування прогонових будов мостів, які б орієнтувалися на сучасні цифрові технології, є важливим та актуальним завданням. Виходячи з цього і сформульовано мету та задачі дослідження: створення моделей та на їхній основі практичних методик з визначення натурних параметрів прогонової будови автодорожнього моста за результатами її випробувань рухомим навантаженням.

У другому розділі наведено результати теоретичних досліджень, виконаних для обгрунтування розроблених моделей. Основні умови та обмеження, які необхідні для практичної реалізації моделей, випливають з аналізу динамічних реакцій балкової прогонової будови на рухоме навантаження. Розв'язання задачі про визначення динамічних реакцій балки від рухомого навантаження було запропоновано академіком А.Н. Криловим в середині минулого століття.

Для прогину середини балки з прольотом L при русі по ній сили P зі швидкістю v, вказаний розв'язок описується наступним рівнянням:

(1)

де д11 - прогин балки від одиничної сили в середині прольоту;

щk - циклічна частота власних коливань балки k-ї форми;

вk =иk/щk;

иk = kрv/L.

Динамічні реакції для прогонової будови, яка є балковим ростверком з n ступенями свободи, описуються системою диференційних рівнянь. Для деформацій (прогинів), які викликані кінематичним збудженням Д(t) (функція від часу), i-те рівняння має такий вигляд:

(2)

де дiД - переміщення точки i від Д=1;

дik - відповідний коефіцієнт впливу;

n - коефіцієнт опору.

Аналіз рівняння (1) та розв'язку системи (2) дозволив встановити: основні принципи та алгоритм визначення квазістатичної складової віброграм динамічних реакцій прогонової будови; умови та обмеження щодо максимальної швидкості руху навантаження та необхідної дискретності запису віброграм, які забезпечують необхідну достовірність моделей. Зроблені висновки було перевірено на математичній моделі прогонової будови за допомогою програмного комплексу, який реалізує метод скінченних елементів (МСЕ), при цьому було застосовано дві моделі рухомого навантаження. На рис.1 зображено розрахункове сімейство віброграм прогинів головних балок МСЕ-моделі розрізної прогонової будови в середині прольоту при проїзді навантаження зі швидкістю 40 км/год.

Наступним кроком теоретичного дослідження було дослідження можливостей методу практичного гармонічного аналізу для визначення частот затухаючих вільних коливань реальних прогонових будов, збудження яких викликало рухоме навантаження. Впроваджений в різні програмні комплекси та аналогові прилади метод швидкого перетворення Фур'є для випадку затухаючих коливань завідомо дає гірші результати, так як потребує для проведення аналізу значно довший відрізок віброграми.

Рис. 1 Віброграми прогинів головних балок МСЕ-моделі прогонової будови

Шляхом аналітичного аналізу ряду амплітудних спектрів складних віброграм встановлено основні вимоги до необхідної довжини віброграми, яка аналізується методом практичного гармонічного аналізу, запропоновано використовувати коригування згасаючих коливань для збільшення точності та діапазону використання методу практичного гармонічного аналізу.

Для визначення маси прогонової будови за частотою її власних коливань запропоновано використовувати значення фактичної статичної жорсткості будови збільшеної на певний коефіцієнт (к = 1,1). Визначення вказаного коефіцієнта виконано шляхом аналізу відношення значення фактичної динамічної жорсткості до статичної декількох десятків реальних прогонових будов, отриманих за результатами їхніх комплексних випробувань. На рис. 2 зображено графік розподілу значень відношення динамічної жорсткості до статичної за результатами експериментальних даних.

Рис. 2 Розподіл експериментальних значень відношення динамічної жорсткості до статичної

Результуюча формула для визначення еквівалентної погонної маси балкової прогонової будови має такий вигляд:

(3)

де ЕІ - еквівалентна статична жорсткість прогонової будови за результатами натурних випробувань;

fк - частота к-ої форми коливань, які відбуваються без викривлення поперечника;

бк - розрахунковий коефіцієнт для частоти к-ої форми коливань, який визначається за результатами динамічних розрахунків МСЕ-моделі прогонової будови.

Третій розділ присвячено викладенню практичної методології робіт з визначення натурних конструктивних параметрів балкових прогонових будов автодорожніх мостів за результатами їх випробувань рухомим навантаженням, а саме:

визначення характеру просторової роботи (побудова ліній та поверхонь впливу);

визначення еквівалентної статичної жорсткості;

визначення еквівалентної погонної маси;

визначення спектру власних частот та динамічних коефіцієнтів.

Методологія структурно складається із таких частин: загальні положення, вимоги щодо випробувального навантаження, вимоги щодо приладів та програмного забезпечення, алгоритми обробки результатів випробування та визначення структурних параметрів прогонових будов.

Представлена методика відноситься до методик пасивної вібродіагностики та рекомендується для застосування при визначенні технічного стану автодорожніх балкових мостів усіх типів.

У четвертому розділі описано апаратно-програмний комплекс, який створено для реєстрації та аналізу динамічного відгуку прогонових будов автодорожніх мостів при випробуванні їх рухомим навантаженням.

Комплекс приладів для реєстрації деформацій прогонової будови складається з чотирьох основних блоків: блоку живлення та синхронізації, блоку датчиків, блоку перетворення сигналів датчиків (АЦП) та їхнього запису на флеш-пам'ять (F), блоку передачі даних з флеш-пам'яті в персональній комп'ютер (ПК). Загальна структурна схема комплексу наведена на рис. 3.



Рис. 3 Блок-схема комплексу приладів для реєстрації деформацій

Як видно з блок-схеми, реєстрація сигналів від датчиків розділена на дві фази: запис на флеш-пам'ять та передача даних з флеш-пам'яті в ПК. При більшому часі, який витрачається на весь процес введення даних в ПК, така структура має цілий ряд переваг:

на порядок нижча вартість всього комплексу у порівнянні з комплексом прямого запису на ПК;

можливість використовувати будь-які IBM, сумісні ПК без їхнього переобладнання;

можливість використання необмеженої кількості датчиків;

можливість роботи на об'єкті без ПК;

при застосуванні синхронізуючого радіоімпульсу стає можливим відмовитися від кабельних з'єднань.

Цифрові датчики деформацій оптомеханічні, сконструйовані на базі промислових індикаторів деформацій та призначені для вимірювання загальних деформацій з дискретністю 0,01мм. Вони не потребують тарування на об'єкті, але мають нелінійну амплітудно-частотну залежність. Аналогові датчики деформацій сконструйовані на тензометричній основі, вони мають лінійну амплітудно-частотну залежність, але потребують проведення тарування на кожному об'єкті, для чого розроблено простий тарувальний прилад. Можливе використання будь-якого датчика з аналоговим вихідним сигналом, настроювання блока АЦП на конкретний датчик відбувається автоматично.

Програмне забезпечення системи побудовано за модульно-ієрархічним принципом і має три рівні. На верхньому ступені ієрархії знаходиться програмний модуль, який забезпечує настроювання конфігурації програмного середовища та виконує управління масивами даних. На наступному ступені знаходяться модулі, що здійснюють зв'язок з блоком зчитування та займаються перетворенням форматів даних. На нижньому ступені ієрархії знаходяться модулі обробки даних та їхньої графічної візуалізації. Інтерфейс програми виконано у вигляді загальноприйнятого “вікна” на інтерактивній основі.

П'ятий розділ присвячено огляду результатів експериментальних робіт з визначення натурних параметрів прогонових будов реальних об'єктів. Як приклади, розглянуто визначення кожного конструктивного параметру, що і є реалізацією розробленої методики. Представлено різні типи прогонових будов: за матеріалом - залізобетонні та сталезалізобетонні; за схемою - балкові розрізні (з балками однакової та різної жорсткості) та нерозрізні, балково-консольні та нерозрізні балки коробчатого перерізу.

Частину експериментів на реальних спорудах було проведено з метою порівняння результатів визначення статичної жорсткості прогонової будови за традиційною (статичні випробування) та розробленою методикою, що дозволило підтвердити достовірність розробленої методики та показати її переваги.

Так, за результатами натурних випробувань прогонової будови шляхопроводу по вул. Радянській в м. Луганську та за результатами випробувань за розробленою методикою статична жорсткість поперечного перерізу прогонової будови становить (8,94±0,18)109 Нм2. За результатами статичних випробувань жорсткість даної прогонової будови знаходиться в межах (8,85±0,14)109 Нм2. Як бачимо, межі довірчого інтервалу значення статичної жорсткості за результатами статичних випробувань та за розробленою методикою добре збігаються.

Також були виконані експерименти з реєстрацією віброграм при різних швидкостях руху навантаження: від швидкості 5 км/год (що можна вважати статичною дією навантаження) до швидкості 50 км/год. Порівняння результатів опрацювання віброграм динамічних прогинів, які реєструвалися при різних швидкостях руху навантаження, показало, що зміна швидкості у вказаному інтервалі впливає на кінцевий результат не більше ніж ± 2%.

Ключовим моментом методики є синхронна реєстрація віброграм динамічних реакцій прогонової будови та виділення шляхом їхнього опрацювання за певними алгоритмами квазістатичної складової цих реакцій. Так, наприклад, для оцінки розподілу зусиль від навантаження в поперечному перерізі реєструються динамічні прогини балок в середині прольоту, а графіки їхніх квазістатичних складових вже наглядно ілюструють та дозволяють чисельно визначити розподіл зусиль між балками поперечного перерізу прогонової будови. На рис. 4 наведено віброграми прогинів головних балок балково-консольної прогонової будови (шляхопровід по пр. 40-річчя Жовтня в м. Києві) та графіки квазістатичних прогинів, які отримані шляхом обробки цих віброграм.



Рис. 4 Віброграми динамічних прогинів та графіки їхньої квазістатичної складової

Окрім інформації, яку отримуємо і за результатами статичних випробувань, коли навантаження встановлюється на вказану прогонову будову в певному положенні, при випробуванні рухомим навантаженням додатково отримуємо інформацію про вплив навантаження протягом всього його руху по споруді. Це дає можливість чітко фіксувати наявність перехідних плит, визначати величину деформацій опор, а для нерозрізних прогонових будов один проїзд навантаження замінює цілу серію установок, які необхідно зробити при статичних випробуваннях.

Схвальні відгуки інженерів-практиків отримав той факт, що стає можливим визначати масу балкової прогонової будови альтернативно методу калькуляції ваги конструктивних елементів, який до цього часу був єдиним, що іноді призводило до помилок. Експериментальна перевірка розробленої методики в частині визначення маси прогонової будови була виконана на цілому ряді різноманітних реальних об'єктів і в порівнянні з методикою калькуляції ваги окремих конструкційних елементів розбіжність не перевищила 7,5%. При цьому розбіжність в середньому знаходилася в межах 1…4%, а максимальна розбіжність була для прогонової будови, яка мала нерівномірний розподіл маси по довжині.

За розробленою методикою АТЗТ “Київсоюзшляхпроект” за участю автора були виконані практичні роботи по визначенню технічного стану Микільського шляхопроводу, шляхопроводу по пр. 40-річчя Жовтня та шляхопроводу по Броварському шосе в м. Києві. Для цих споруд в умовах інтенсивного міського руху були виконані випробування прогонових будов рухомим навантаженням. Рух транспорту по спорудам при цьому не припинявся. Таким чином виконання робіт за розробленою методикою дозволило зекономити час та кошти як на виконання робіт спеціалістами інституту, так і на виконання робіт по організації об'їздів робітниками експлуатуючої організації та ДАІ.

В результаті випробувань споруд рухомим навантаження було визначено: коефіцієнти розподілу навантаження між головними балками прогонових будов, їхню еквівалентну статичну жорсткість, прогини поперечних перерізів для характерних положень навантаження, частоти власних коливань та динамічні коефіцієнти.

Загалом отримана інформація дала змогу визначити фактичну вантажопідйомність споруди, уточнити її залишковий ресурс та відповідність динамічних та деформаційних характеристик діючим нормам. За результатами виконаної технічної діагностики були прийняті рішення по режиму експлуатації споруд та про необхідні ремонтні заходи для збільшення їхньої довговічності та вантажопідйомності (шляхопроводи Микільський та по пр.40-річчя Жовтня в м.Києві).

Розроблена методика повністю доведена до застосування на практиці, легко освоюється, а отже її можна рекомендувати для широкого використання при проведенні робіт з технічної діагностики автодорожніх балкових мостів та моніторингу їхнього стану.

ВИСНОВКИ

У дисертації узагальнено теоретичні дослідження реакцій балкової прогонової будови на дію рухомого навантаження і запропоновано нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробленні нових математичних моделей та їх практичній реалізації у вигляді методики визначення натурних параметрів прогонових будов автодорожніх балкових мостів за результатами випробувань рухомим експлуатаційним навантаженням.

Розроблено нові математичні моделі для визначення статичної жорсткості та характеру просторової роботи прогонової будови, які базуються на виділенні та опрацюванні за певними алгоритмами квазістатичної складової віброграм динамічних реакцій конструкції.

Досліджено та встановлено залежність між динамічною та статичною жорсткістю реальних прогонових будов автодорожніх балкових мостів та розроблено нову модель визначення еквівалентної погонної маси прогонової будови.

Визначено принципи та алгоритми методологічної реалізації розроблених моделей, які забезпечують їхню достовірність та точність у порівнянні з відомими моделями та методиками.

Створено апаратно-програмний комплекс та два типи перетворювачів деформацій (цифровий та аналоговий), що дозволяє виконувати реєстрацію та аналіз динамічних реакцій прогонових будов на ПК та практично застосувати методику, яка розроблена на основі нових моделей.

Виконано експериментальні роботи на реальних об'єктах, які показали, що точність визначення статичної жорсткості та характеру просторової роботи прогонової будови за розробленою методикою не поступається традиційній методиці за статичними випробуваннями, а за інформативністю та економічною ефективністю вона значно переважає останню.

Проведені практичні роботи з визначення маси прогонових будов реальних об'єктів показали достатню для практики точність та конкурентність розробленої методики у порівнянні з методикою визначення маси шляхом обмірювання та калькуляції ваги окремих конструктивних елементів.

Створена методика визначення натурних характеристик прогонової будови балкових мостів шляхом їхнього випробування рухомим навантаженням дозволяє виконувати технічну діагностику споруди з меншими затратами в порівнянні зі статичними випробуваннями та використовувати отримані значення натурних характеристик для визначення технічного стану конструкції, планування режиму її експлуатації та проведення тривалого моніторингу.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Редченко В.П. Температурные трещины в колоннах мостовых опор // Будівництво: Зб. наук. пр. ДНУЗТ ім. академіка В.Лазаряна. - 2002. - Вип. 11. - С. 89-93.

2. Редченко В.П. Моделі тріщиноутворення в бетоні, викликаного корозією араматури // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. -2003. - Вип. 67. - С. 74-80.

3. Редченко В.П. Стратегія обстежень прогонових будов // Діагностика, довговічність та регенерація мостів і будівельних конструкцій із застосуванням сучасних технологій та матеріалів. - 2004. - Вип. 6. - С. 123-128.

4. Редченко В.П. Експрес-методика визначення натурних характеристик прогонових будов автодорожніх мостів // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2004. - Вип. 68. - С. 194-195.

5. Редченко В.П. Оцінка просторової роботи прогонової будови моста за результатами її випробувань рухомим навантаженням // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2004. - Вип. 69. - С. 220-222.

6. Лантух-Лященко А.І., Кир'ян В.І., Коваль П.М., Кржишевська Я.В., Назаренко В.Б., Редченко В.П. та ін. Настанови з визначення технічного стану мостів. - К.: Логос, 2002. - 117 с.

В публікації [6] внесок автора полягає в уточненні параметрів класифікаційних таблиць дефектів опор та залізобетонних прогонових будов.

Размещено на Allbest.ru

...