Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ

ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 624.27.275

совершенствование конструкций пролетных строений автодорожных мостов

5А340205 - Строительство мостов, тоннелей и метрополитенов

Диссертация

на соискание академической степени магистра

Ибрагимов Бекберган Давронбекович

Научный руководитель:

д.т.н, проф. Ишанходжаев А.А

Ташкент - 2013

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

Факультет: Дорожное строительство

Кафедра: «Мосты и транспортные тоннели»

Специальность: 5А340205 - «Строительство мостов, тоннелей и метрополитенов»

Научный руководител: д.т.н, проф. Ишанходжаев А.А.

Студент магистратуры: 524-11 гр. Ибрагимов Б.Д.

Год обучения: 2011-2013

АННОТАЦИЯ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

В магистерской диссертации приведены обзор отечественного и зарубежного опыта проектирования многопролетных металлических мостов, анализированы существующие металлические мосты стран СНГ и ближнего зарубежья. Рассмотрены опыт проектирования, эксплуатации и особенности обследования металлических мостов в Республики Узбекистан. Приведены результаты технического обследования и инструментального исследования существующего металлического моста через Тезаб-Дарья в Кашкадарьинской области, приведены характеристика и результаты обследования моста.

Приведены результаты исследования работы металлических неразрезных пространственных шарнирных ферм при температурных воздействиях. С целью изучения влияния годовых изменений температуры на напряженно-деформированное состояние пролетных строений проектируемых и строящихся в настоящее время мостов выполнен расчет системы в виде неразрезной пространственной фермы с металлическими опорами на действие температуры в самый жаркий и самый холодный месяцы года. На основе анализа выполненных расчетов сделаны выводы о влиянии температуры на работу элементов рассматриваемой конструкции.

THE MINISTERY OF THE HIGHER AND AVERAGE VOCATIONAL EDUCTION REPUBLICS UZBEKISTAN

THE TOSHKENT AUTO-ROAD INSITUTE

Faculty: «Road building»

Chair: «Bridges and transport tunnels»

Speciality: 5A340205 - «Bridges, tunnels and underground construction»

The supervisor of studies: prof. Ishankhodjayev A.A.

The student of a magistracy: 524-11 gr. Ibragimov B.D

Year of training: 2011-2013

ANNOTATION OF MASTER'S DISSERTATION

In master's dissertation are resulted the review of domestic and foreign experience of designing of multispan metal bridges, analyzed existing metal bridges of the CIS countries and the near abroad. In Republic of Uzbekistan are considered experience of designing, operation and feature of inspection of metal bridges. Results of technical inspection and tool research of the existing metal bridge through Tezab-Darja in the Kashkadarya area and the characteristic and results of the surveyed bridge are put

Results of research of work of metal not cutting three-dimensional hinge frames are resulted at temperature influences. For the purpose of studying of influence of annual changes of temperature to stress-deformed state of span structures of projected and construction in this time bridges are executed calculation of system in the form of not cutting spatial frame with metal support to temperature action in the hottest and coldest months of year. On the basis of the analysis of the executed calculations are done conclusions of temperature influence for work of the considered design elements.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМЫ БОЛЬШИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

1.1 Современное состояние расчета и проектирование металлических пролётных строений мостов. Изучение литературных источников

1.2 Анализ опыта эксплуатации металлических мостов за рубежом

2. ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ В РУЗ

2.1 Техническое обследование и инструментальное исследование эксплуатируемого металлического моста через реку Тезаб-Дарья

2.2 Характеристики обследуемого моста

Выводы и рекомендации по результатам обследования

Выводы по второму разделу

3. ЗНАЧЕНИЕ ПЛАНИРУЕМОЙ СКОРОСТНОЙ АВТОМАГИСТРАЛИ АНДИЖАН - ТАШКЕНТ - НУКУС - КУНГРАД ДЛЯ ЭКОНОМИКИ РУЗ

3.1 Изучение материалов проектов, постановлений по новой дороге

3.2 Анализ применяемых систем большепролетных мостов

Выводы по третьему разделу

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НЕРАЗРЕЗНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ШАРНИРНЫХ ФЕРМ ПРИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

4.1 Теоретические основы расчета статически неопределенных ферм по методу сил

4.2 Совершенствование расчета статически неопределимых стержневых систем по методу конечных элементов (МКЭ)

4.3 Общие данные по пролетному строению моста в виде пространственной статически неопределенной фермы с металлическими промежуточными опорами на участки линии Ташгузар-Кумкурган

4.3.1 Общий вид и поперечные разрезы пролетного строения

4.3.2 Геометрические характеристики поперечных сечений элементов

4.4 Расчет статически-неопределенной пространственной фермы методом конечных элементов на основе ПВК «LIRA-9.0»

4.4.1 Составление дискретной модели пространственной стержневой системы для реализации расчета

4.4.2 Усилия в элементах конструкций от воздействия температуры в самый жаркий и самый холодный периоды года

4.5 Анализ результатов расчета

4.6 Сравнительная ведомость усилий и напряжений

Выводы по четвёртому разделу

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Как отмечено в докладе Президента Республики Узбекистан Ислама Каримова на заседании кабинета Министров Республики Узбекистан 18 января 2013 года, посвященной итогам социально-экономического развития республики в 2012 году и основным приоритетам экономической программы на 2013 год на тему: ” Наша главная цель-решительно следовать по пути широкомасштабных реформ и модернизации страны”, в республике за истекший период завершены строительство и реконструкция около 500 километров современных четырехполосных автодорог, из них 163 километра с цементобетонным и 335 километров с асфальтобетонным покрытием.

Введены в эксплуатацию автомобильная дорога Гулистан - Ахангаран протяженностью 116 километров, автодорога в обход города Коканда, реконструированы участки дорог, связывающие Самарканд с городами Ташкент, Карши и Алат.

Ускоренно велись работы по дальнейшему развитию железодорожных транспортных коммуникаций, последовательно реализуются проекты по железодорожных участков, которые позволят сократить расходы по эксплуатации поездов до 20 процентов, повысить скорость пассажирских и грузовых перевозок в 1,3 раза, создадут возможность для полной электрификации 830-километровой железной дороги Ташкент - Термез.

В 2012 году проведена реабилитация железнодорожных путей протяженностью 240 километров, повысив надежность и безопасность железнодорожных перевозок. Открыто рабочее движение грузовых и пассажирских поездов на участках “Даштабад - Джизак” протяженностью свыше 70 километров.

В реализации наших программных задач на 2013 и последующие годы большое место отводится приоритету опережающего развития дорожно-транспортной, коммуникационной инфраструктуры.

В 2013 году намечено построить и реконструировать 526 километров автомобильных дорог, отвечающих международным стандартам, завершить реконструкцию участков автодороги протяженностью 71 километр на перевале “Камчик”, а также построить ряд мостов и путепроводов. На эти цели предусмотрено направить свыше 1,2 триллиона сумов, в том числе за счет средств Республиканского дорожного фонда более 870 миллиардов сумов и международных финансовых институтов - Азиатского банка развития, Исламского банка развития, Арабской координационной группы в эквиваленте около 120 миллионов долларов.

ГАК “Узавтойул”, Республиканскому дорожному фонду, Совету Министров Республики Каракалпакстан, хокимиятам областей и города Ташкента поручается принять действенные меры по безусловному выполнению намеченных параметров строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог и развития придорожной инфраструктуры.

Особое внимание мы придаем ускоренному развитию сети железнодорожных коммуникаций, надежному соединению всех регионов республики транспортной артерией, обеспечивающей основной объем перевозки грузов. В текущем году предусмотрена реализация 16 инвестиционных проектов. Прежде всего таких, как электрификация железнодорожного участка Мараканд - Карши протяженностью 140 километров, Карши - Термез протяженностью 325 километров, а также модернизация подвижного состава. [ 1 ].

Металл - наиболее совершенный из материалов, применяемых при строительстве современных мостов. Металл обладает хорошими механическими качествами при различных условиях работы под нагрузкой. Вместе с тем он хорошо поддается обработке и позволяет образовывать элементы различной формы для конструкций разнообразных систем. Эти качества способствовали широкому использованию металла для создания пролетных строений мостов [9,12].

При перекрытии больших пролетов металл оказывается единственным материалом для возведения мостового перехода. В настоящее время для металлических конструкций мостов применяют строительные углеродистые или низколегированные стали. Ведутся исследования по применению для мостов и более высокопрочных сталей, в частности термообработанных. Благодаря высокой прочности современных строительных сталей металлические мосты, несмотря на значительный объемный вес стали, оказываются наиболее легкими, что позволяет использовать металл для перекрытия пролетов, значительно превосходящих пролеты мостов из других материалов. Крупнейшие современные металлические мосты имеют пролеты, достигающие 1300м, в то время как железобетонными мостами перекрыты пролеты лишь до 300м [3,7,12].

Развитие металлургии, непрерывное улучшение качества строительных сталей и совершенствование методов изготовления металлических конструкций обеспечивают все условия для успешного и экономически оправданного применения металла в строительстве мостов.

Существенное преимущество металлических мостов заключается в индустриальности их изготовления и сборки. Металлические мосты обладают рядом важных особенностей и достоинств. Все элементы металлических конструкций мостов изготавливают на хорошо оборудованных заводах и доставляют на место постройки, где производят сборку [20].

Обоснование темы диссертации и его актуальность. В современном мостостроении при перекрытии средних и больших пролетов получили широкое распространение металлические мосты. По своей конструктивной схеме эти мосты отличаются большим разнообразием: от простых балочных до сложных пространственных систем в виде статически неопределимых многопролетных ферм и комбинированных вантово-балочных систем. Чем сложнее использованная расчетная схема, тем сложнее выполнить анализ напряженно-деформированного состояния элементов с учетом всех внешних факторов, влияющих на работу конструкции

Использование сложных систем пролетных строений в условиях резко-континентального климата, результаты технического обследования состояния металлических мостов, эксплуатируемых в Узбекистане, делают весьма актуальным дальнейшее совершенствование методов расчета таких систем с учетом климатических особенностей эксплуатации.

Предмет и объект исследования. В Узбекистане в связи со строительством новой железнодорожной линии Карши - Гузар - Кумкурган возникает необходимость возведения больших мостов на участке Дехканабад-Байсун, который характеризуется высокой сейсмичностью и особыми климатическими условиями. Эти мосты по соглашению с Японской фирмой «JTC» будут построены из металла с применением неразрезных систем. Длина пролётов доходит до 70 м, а высота промежуточных опор до 50м. Определение усилий и напряжений в элементах конструкций с учетом местных условий представляет большой научный и практический интерес. В диссертационной работе проанализированы различные варианты схем мостов, обработана методика их анализа. Выполнен расчет наиболее сложного по своей расчетной схеме из пролетных строений на действие температурных воздействий на основании действующих строительных стандартов Республики Узбекистан. По результатам исследований выполнен анализ влияния годовых изменений температуры на напряженно-деформированное состояние системы.

Целью работы является изучение, анализ и обобщение результатов натурных обследований и инструментальных исследования эксплуатируемых в климатических условиях Узбекистана металлических мостов различных конструкций

С целью изучения влияния годовых изменений температуры на напряженно-деформированное состояние пролетных строений проектируемых и строящихся в настоящее время мостов выполнить расчет системы в виде неразрезной пространственной фермы с металлическими опорами на действие температуры в самый жаркий и самый холодный месяцы года. Для выполнения расчета необходимо изучить и совершенствовать современные методы расчета сооружений. На основе анализа выполненных расчетов сделать выводы о влиянии температуры на работу элементов рассматриваемой конструкции.

Краткое описание используемых методов. Исследования показали, что в результате перепадов температур в летнее и зимнее время напряжения в ряде элементов могут изменяться на 14-17%, что необходимо учитывать при назначении размеров элементов конструкции. По полученным данным могут быть использованы при проверке выносливости элементов конструкции и прогнозировании срока службы сооружения.

Научная новизна диссертации состоит в том, что:

-обобщены результаты обследований и испытаний эксплуатируемых металлических мостов.

- совершенствованы способы расчета неразрезных пролетных строений на действие температуры на основе метода конечных элементов;

- разработаны рекомендации по выбору расчетной схемы на основе количественного анализа влияния годовых изменений температур с целью прогнозирования характера изменения напряженного состояния системы с течением времени.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях аспирантов и магистрантов в ТАДИ в 2008 г.г. По результатам проведенных исследований опубликованы 1 научные статьи.

Краткое содержание диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы.

Общий объем диссертации 94 стр., содержится 3 таблицы, 15 иллюстрация и 30 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, проводится общая методика исследования, излагается цель работы, научная новизна, практическая ценность работы, апробация работы и публикации, структура и объем работы, краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе приводится обзор отечественного и зарубежного опыта проектирования многопролетных металлических мостов, анализируются существующие металлические мосты стран СНГ и ближнего зарубежья. Рассматриваются современное состояние проектирование и расчета металлических мостов.

Во втором разделе рассматриваются опыт проектирования, эксплуатации и особенности обследования металлических мостов в Республики Узбекистан. Приведены результаты технического обследования и инструментального исследования существующего металлического моста через Тезаб-Дарья в области Кашкадарья, приводится характеристика и результаты обследуемого моста.

В третьем разделе приводятся значение планируемой скоростной автомагистрали Андижан - Ташкент - Нукус - Кунград для экономики Республики Узбекистан, изучение материалов проектов, постановление по новой дороге, анализ применяемых систем большепролетных мостов.

В четвертом разделе приведены исследование работы металлических неразрезных пространственных шарнирных ферм при температурных воздействиях. С целью изучения влияния годовых изменений температуры на напряженно-деформированное состояние пролетных строений проектируемых и строящихся в настоящее время мостов выполнен расчет системы в виде неразрезной пространственной фермы с металлическими опорами на действие температуры в самый жаркий и самый холодный месяцы года. На основе анализа выполненных расчетов сделаны выводы о влиянии температуры на работу элементов рассматриваемой конструкции.

1. СИСТЕМЫ БОЛЬШИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

1.1 Современное состояние расчета и проектирование металлических пролётных строении мостов. Изучение литературных источников

большепролетный мост металлический река

Ввиду многообразия систем и конструкций металлических мостов четкая их классификация довольно затруднительна. Тем не менее, по статическим схемам главных несущих элементов пролетных строений, металлические мосты быть разделены на следующие основные системы: балочные; арочные, висячие.

В зависимости от статической схемы мосты могут быть: разрезные, неразрезные и консольные.

В мостах разрезной системы каждый пролет перекрыт самостоятельным пролетным строением, не связанным с соседними. Разрезность моста обеспечивает простоту и независимость работы каждого пролета.

Кроме того, разрезные пролетные строения удобны для изготовления и сборки [7].

Основной недостаток разрезных мостов - несколько большая затрата металла, так как в них не используется разгружающее влияние соседних пролетов или консолей, как в неразрезных или консольных мостах. Пролетные строения разрезных мостов легко поддаются типизации и стандартизации [7].

Неразрезные мосты, имеющие главные балки (фермы), перекрывающие два или несколько пролетов, благодаря совместной работе и разгружающему влиянию над опорных моментов требуют меньшей затраты материала, чем разрезные мосты. Вследствие того, что разгружающее действие соседних пролетов в наибольшей мере проявляется от постоянной нагрузки, экономия в затрате материалов по сравнению с разрезной системой возрастает с увеличением пролетов моста. Неразрезные мосты обладают большей жесткостью по сравнению с разрезными пролетными строениями. Наконец, неразрезные мосты позволяют удобно применять навесной монтаж без подмостей [12].

В неразрезных фермах характерна та особенность, что вблизи промежуточных опор одновременно возрастают как усилия поясах, так и раскосах. Поэтому узлы ферм у промежуточных опор и, в особенности, над опорные узлы требуют довольно развитой конструкции. Большие усилия от примыкающих к узлу опорных раскосов должны быть далее переданы опорным частям через узловые фасонные листы. Другая особенность неразрезных ферм заключается в том, что вследствие резкого уменьшения опорного момента недалеко от опор сильно нарушенные панели пояса оказываются рядом с малозагруженными, причем в этих же панелях (сходятся тяжелый пояс) имеются сильно работающие раскосы. Они отличаются от простых разрезных меньшими расчетными положительными моментами и прогибами, плавностью очертаний линий прогиба, меньшим числом деформационных швов и возможностью применения современных методов навесной сборки без усиления ферм, так как усилия в элементах при сборке в навес близки усилиям от расчетных нагрузок в период эксплуатации. В неразрезных пролетных строениях используют те же типы решеток, что и в простых фермах. Увеличение число пролетов в неразрезной схеме не приводит к существенной экономии металла, но увеличивает «температурный» пролет и тормозную силу, передаваемую на одну из опор [3,7,12,20].

Консольные мосты, как и неразрезные, дают возможность навесной сборки. Промежуточной по своим свойствам и условиям работы является консольная система. По затрате металла на пролетные строения она близка к неразрезной. Благодаря статической определимости просадки опор не вызывают в ее главных балках (фермах) дополнительных напряжений. В связи с тем, что современная техника фондирования дает возможность устраивать надежные в отношении просадок опоры мостов даже в сложных грунтовых условиях, смысл применения консольных мостов в настоящее время отпал. Поэтому часто встречающиеся в старых мостах консольные системы теперь применяют в металлических мостах очень редко.

Металлические арочные мосты, являясь распорной системой, требуют меньшей затраты металла на пролетные строения, чем мосты балочных систем. Арочные мосты могут быть неразрезными и консольными, но, не имея ни технических, ни экономических преимуществ, эти системы не получили распространения.

Главная особенность висячих мостов заключается в том, что основными несущими их элементами служат кабели, цепи или ванты, выполняемые из высококачественной стали большой прочности. Висячие мосты могут быть и многопролетными (неразрезными); в таких мостах несущий кабель проходит непрерывно через несколько пролетов. Так как висячие мосты по сравнению с мостами других систем имеют меньшую жесткость, то их устраивают, как правило, на автомобильных дорогах и в городах. Случаи строительства висячих мостов, служащих для пропуска железнодорожной нагрузки, очень редки [17,20].

Кроме рассмотренных выше систем, в металлических мостах применяют также комбинированные системы, образованные из балок или (ферм), усиленных нижним дополнительным поясом в виде шпренгеля или гибкой арки. Комбинированные системы имеют ту особенность, что благодаря их статической неопределимости можно применять искусственное регулирование усилий в этих элементах, дающее экономию в затрате металла на конструкцию.

Выше приведен краткий перечень основных систем современных металлических систем.

Элементы конструкций металлических мостов рассчитывают по первому и второму предельным состояниям. При расчете по первому предельному состоянию определяют несущую способность элементов по прочности, выносливости, общей и местной устойчивости. Расчет по выносливости обязателен не только для железнодорожных мостов, но и для автодорожных и городских. При расчете стальных конструкций и их соединений учитывают: коэффициент надежности по назначению принимаемый равным 1,0; коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетных сопротивлений Ru. Коэффициент надежности по материалу ym.; коэффициенты условий работы m. Динамической коэффициент для временной вертикальной нагрузки принимают при расчете элементов: железнодорожных мостов, но не меньше 1,2 на прочность и не меньше 1,1 на выносливость; автодорожных и городских мостов. Значения динамических коэффициентов по этим формулам определяют для элементов металлических пролетных строений всех систем и элементов, объединенных железобетонной плитой, за исключением пилонов и главных ферм висячих мостов. Величину принимают для основных элементов равной длине пролета или длине загружения линии влияния, если она больше пролета (в неразрезных и консольных мостах), а для элементов проезжей части и и элементов, работающих на местную нагрузку, - равной длине загружения линии влияния, соответствующей этим элементам. Горизонтальные нагрузки принимают без динамического коэффициента [12,13,15].

Строительные сооружения, преобладающее большинство металлических сооружений и конструкций выполняется из стали, которая в современном строительстве остается одним из основных видов строительных материалов. Стремление перекрывать большие пространства выражено наиболее ярко в мостостроении. Особое положение в нем занимают так называемые висячие сооружения - самые эффективные при перекрытии акваторий огромных размеров.

Отечественное мостостроение во второй половине XX века сделало новый скачок и вышло на мировой уровень проектирования пролетных строений железнодорожных и совмещенных мостовых переходов, применив, в конечном итоге, клепаные и болтосварные однопролетные фермы с пролетом до 145,6 м, неразрезные системы, собираемые навесным способом в пролетах до 176 м и консольные системы, перекрывающие пролеты до 230м.

В современном мостостроении основные конструкции металлических мостов выполняются из мягких и низколегированных сталей; в отдельных случаях из сплавов алюминия. Для конструкций ж/д. металлических мостов с пролётами до 80 м и мосты на автомобильных дорогах с пролётами до 300 м обычно применяют сплошные металлические балки постоянной или переменной высоты. Металлические пролётные строения в виде сквозных ферм могут применяться для больших пролётов (свыше 500м). Сквозные фермы более экономичны, но сложнее в изготовлении и сборке, чем сплошные балки. Для устройства ж/д. пути или авто проезда между фермами укладывают продольные и поперечные балки проезжей части, а по ним железобетонную плиту проезжей части или ж/д. путь [29,30,31].

Металлические арочные мосты сооружают для перекрытия пролётов до 500 м (при наличии прочных грунтов в основании). Чаще всего их строят в гористой местности. Один из крупнейших арочных М. (М. через р. Влтава в Чехословакии, 1967) имеет пролёт около 320 м.

Для перекрытия пролётов, превышающих 1000 м (например, при пересечении устьев глубоких рек, морских заливов и проливов, где строительство большого числа опор сложно и неэкономично), строят висячие М. Кабели их выполняют из высокопрочных стальных проволок, расположенных параллельно или свитых в тросы. Пилоны висячего М. обычно коробчатые, металлические, иногда их делают железобетонными. Наибольший пролёт (1298 м) имеет висячий М. через бухту Веррацано-Нарроус (США, 1964).

В современной мировой практике максимальная длина пролета приближается к двухкилометровому рубежу и составляет 1991 м. В условиях рельефа Узбекистана, где нам доступны менее обширные пространства, в которых целесообразнее использование металлических мостовых сооружений с пролетами в 100-200 м [29,30].

Чугунный арочный мост через р.Северн в Англии, построенный в 1779 г., открыл новую эпоху в истории мирового мостостроения. Развитие мостостроения в этот период связано с именем английского инженера Томаса Тельфорда. Главным его сооружением считается висячий металлический мост на р. Мереей в Уэлсе, построенный в 1826 г. Это цепной мост из сварочного железа с пролетом 176,5 м (наибольшим для того времени) имел 16 цепей, несущих проезжую часть шириной 8,5 м. В дальнейшем Т.Тельфорд усовершенствовал конструкцию висячих металлических мостов с несущими цепями из сварочного железа и применял ее в Конвейском мосту, построенном в 1826 г. в Англии. Несомненным этапом в истории мостов явилось строительство в 1845 г. инженером У-Т. Кларком моста через Дунай в Будапеште. Мост имел рекордный пролет - 202,4 м при общей длине 400 м и ширине проезжей части с тротуарами 14 м. В этом сооружении получили дальнейшее развитие идеи г.Тельфорда, но уже на базе научных исследований конструкций висячих мостов на специальных моделях. В 1850 г. Р.Стэфенсоном было закончено строительство моста Британия через Менэйский пролив. Ко второй половине XIX в. сформировались основные системы металлических мостов. Большое распространение получили в этот период решетчатые балочные фермы самых разнообразных очертаний. Они пришли на смену фермам со сплошной стенкой. Широко применялись разрезные, неразрезные и консольно-подвесные системы с параллельными и полигональными поясами.

Существенный вклад в развитие большепролетных конструкций внесли североамериканские инженеры, которым часто приходилось строить мосты через широкие полноводные реки. В 1898 г. инженером Л.Бук был построен арочный мост через р.Ниагару с пролетом 256 м. Однако особенное распространение получают в США висячие мосты. За короткий промежуток времени в г. Нью-Йорке строится два висячих моста: в 1883 г. - знаменитый Бруклинский мост с пролетом 486,5 м, а вскоре - Манхеттенский с пролетом 448 м [29,30,31].

1.2 Анализ опыта эксплуатации металлических мостов за рубежом

Мировой опыт показывает что, на примере Японии металлические неразрезные многопролетные мосты являются сооружениями, обеспечивающими достаточную безопасность и надежность в зонах повышенной сейсмичности. Металлические неразрезные сооружения позволяют перекрывать большие пролеты. Иногда невозможно в русле устроить промежуточную опору или её строительство будет экономически не целесообразным. В этом случае, обосновано использовать строительство металлических мостов неразрезных систем.

Неотъемлемой частью разработки проекта любого уникального сооружения является накопление и анализ информации по имеющемуся отечественному и мировому опыту реализации аналогичных задач.

Рис. 1.1. Мост в Японии

Территориально разорванная страна (Япония является архипелагом, состоящим из 3900 островов, который дугой протянулся на 3200км) с бурно развивающейся экономикой и относительно небольшой долей населения, вовлеченного в общественное производство, Япония особенно остро ощущает недостатки своего островного географического положения. В 1970 году для проектирования мостовых переходов через Внутреннее Японское море на трех магистралях (рис.1.1), связывающих острова Хонсю и Сикоку, в Японии была создана Honshu-Shikoku Bridge Authority (HSBA) корпорация.

Прежде всего, следует обратить внимание на мостовой переход на магистрали Коджима - Сакайде, так как на нем представлена широкая гамма различных систем и, главное, предусмотрено движение не только автомобильного, но и железнодорожного транспорта [29,30,31].

Рис.1.2. Однопролетный висячий мост в Симоцуи - Сето, Япония



Рис.1.3. Мост Хицуисизима в Японии

Строительные работы были начаты в 1976 году. Открытие трассы состоялось в 1988 году. На ней построили 9 мостов: первый со стороны о. Хонсю - висячий мост Симоцуи - Сето по схеме 230+940+230м (см. рис.1.2), второй - многопролетный двухъярусный путепровод Хицуисизима длиной

Рис. 1.4. Мост Иосима с двух- и трехпролетной неразрезной фермой

1316м, третий и четвертый - два одинаковых моста Хицуисизима и Ивакурозима по схеме 185+420+185м (см. рис.1.3), пятый мост Иосима с неразрезной многопролетной двухъярусной сквозной фермой общей длиной 877м (рис.1.4), шестой - многопролетный двухъярусный путепровод Иосима длиной 717м, седьмой и восьмой - два одинаковых висячих моста Кита-Бизан-Сето и Минами-Бизан-Сето по схеме 274+1100+274м и, наконец, девятый - комбинированный многопролетный двухъярусный путепровод Банносу.

Виадук Мийо (le Viaduc de Millau) -- вантовый автодорожный мост, проходящий через долину реки Тарн вблизи города Мийо (Франция) (рис.1.5). Это самый высокий транспортный мост в мире, одна из его опор имеет высоту 341 метр -- немного выше, чем Эйфелева башня, и всего на 40 метров ниже, чем Empire State Building. Мост был торжественно открыт 14 декабря 2004 года и открыт для движения 16 декабря 2004 года. Мост проходит по внутренней стороне периметра природного парка Большое плато.

Рис.1.5. Виадук Мийо (le Viaduc de Millau), Франция

Виадук Мийо состоит из восьмипролётного стального дорожного полотна, поддерживаемого восемью стальными колоннами. Дорожное полотно весит 36 000 тонн, имеет длину 2460 метров, ширину 32 метра и глубину 4,2 метра. Каждый из шести центральных пролётов имеет длину 342 метра, два крайних -- по 204 метра длиной [29,30].

Рис.1.6. Мост через р. Иртыш в г. Ханты-Мансийске.

Автодорожный мост через р. Иртыш в г. Ханты-Мансийске построен в 2004 г.

Сооружение относится к разряду внеклассных мостов. Его русловая часть представляет собой уникальное, не имеющее в России аналогов, стальное неразрезное пролетное строение комбинированной системы типа "арка-ферма-балка".

Мост состоит из 14 пролетов и имеет общую длину 1315,9 м, что делает его вторым по величине в Ханты-Мансийском автономном округе после моста через реку Обь в районе г. Сургута, длина которого превышает два километра. Сооружение запроектировано ОАО "Трансмост" и построено Мостоотрядом № 29 Мостостроя-11 под две полосы движения (по одной полосе для каждого направления). Мост рассчитан под автомобильную нагрузку А11 и колесную нагрузку НК-80 (СНиП 2.05.03-84*). Мост состоит из трех частей - левобережной, русловой и правобережной, представляющих собой неразрезные плети, и имеет следующую продольную схему: (3х70)+(94,5+136,5+231+136,5+94,5)+(5х70+49) м. Левобережная часть моста (со схемой 3x70 м) построена в плане на прямой, русловая (94,5+136,5+231+136,5+94,5 м) - на прямой и на переходной кривой, а правобережная (выполненная по схеме 5x70+49 м) - на двух переходных кривых и круговой кривой с радиусом 300 м. Центральная часть моста, расположенная между подходными эстакадами, представляет собой уникальную неразрезную систему комбинированную систему, в которой главный пролет длиной 231 м с ездой понизу представляет собой неразрезную решетчатую арку с гибкой затяжкой и симметрично сопрягающиеся с ней решетчатые балочные пролетные строения, переходящие в крайних пролетах в сплошностенчатые балки с ездой поверху, подпругой и шпренгелем которых являются элементы главных ферм смежных пролетов. Габарит проезжей части моста - 11,5 м, включая две полосы безопасности по 2 м по краям автопроезда.

Рис.1.7. Мост Taisho-ku в г.Осака (Япония)

Изогнутый трёхпролётный мост с неразрезными коробчатыми стальными пролётными строениями. Общая длина 1573 м. Центральный пролёт 250 м. Построен в 1994 г. Это самый большой изогнутый мост в Японии [31].

2. ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ В РУЗ

В процессе работы над диссертацией был изучен и обобщен опыт расчёта, проектирования и обследования ТашИИТ, ТяжПром. В настоящее время эти организации принимают непосредственное участие в проектировании больших металлических мостов. Кроме этого проводят обследования, испытания и планомерное исследование эксплуатируемых металлических и железобетонных мостов на дорогах Республики Узбекистан. В настоящее время в Республике Узбекистан эксплуатируется более 50-ти металлических мостов.

Мировой опыт эксплуатации мостов показывает, что при удовлетворительном их содержании срок эксплуатации железнодорожных мостов может достигнуть 100 и более лет. Обеспечение долгосрочной службы искусственных сооружений их безопасность, надежность играет немаловажную роль в народном хозяйстве нашей Республики. В этом плане обследование действующих сооружений, обеспечение их работоспособности, своевременное выявления и устранения дефектов - является задачей номер один. Из-за возраста сооружений (год ввода в эксплуатацию) не одинаковых условий эксплуатации (с учетом климатических условий различных регионов Республики и большого перепада температур) и возросших требований пропорционально возрастает актуальность проведения своевременных нормативно обозначенных обследовании [3,11,12,16].

Цель обследования мостов:

определения технического состояния сооружения;

выявление дефектов снижающих грузоподъемность, долговечность, безотказность мостов и безопасность движения;

проверка качества содержания сооружения;

разработка предложений по устранению повреждений;

обеспечение нормального режима эксплуатации сооружения.

Цель обследование - получение всех необходимых данных для определения их грузоподъемности и условий эксплуатации. Перед обследованием сооружения нужно собрать и тщательно изучить все имеющиеся материалы, относящиеся к данному сооружению: проектную и исполнительную документацию, исторические данные, акты, отчеты о проводившихся ранее обследованиях и испытаниях и др [4,10,11].

Объем обследования зависит от состояния пролетного строения, наличия и полноты проектно-исполнительной документации и материалов ранее проведенных обследований. Особое внимание при обследовании мостов необходимо уделять наиболее слабым по грузоподъемности элементам и узлам, в которых ранее отмечались повреждения, а также состоянию мостового полотна.

- При обследовании металлических конструкций мостов внешним осмотром выявляют наличие коррозии металла, а также дефекты и повреждения элементов, стыков и прикреплений (погнутости, вмятины, местные ослабления, трещины, разрывы, неплотности, слабые заклепки, незатянутые болты и др.). Внутренние дефекты сварных швов выявляют с помощью неразрушающих методов обследования (ультразвуковая дефектоскопия, радиографические и акустические методы).

- При наличии коррозии металла непосредственными замерами устанавливают степень ослабления сечения элементов. По ослаблениям определяют также скорость протекания процессов коррозии.

- Во всех стальных конструкциях проверяют состояние их окраски; при этом выявляют количество и качество слоев краски, сцепление краски с металлом и состояние металла под краской.

Трещины в металлических конструкциях (особенно в сварных, для которых развитие трещин не ограничивается отдельными элементами сечения - уголками или листами) представляют значительную опасность для сооружения. Поэтому при обследовании обращают особое внимание на обнаружение трещин, в случае их выявления выясняют причины их образования, оценивают их опасность для несущей способности, а также дают указания по срочной нейтрализации трещин.

Причинами образования трещин могут быть:

а) концентрация напряжений;

б) остаточные напряжения от сварки;

в) усталостные явления;

г) повышенная хладноломкость металла.

Эти причины могут сказываться самостоятельно, однако обычно имеет место влияние нескольких факторов.

Наиболее часто образование трещин происходит в местах концентрации напряжений. Поэтому при обследовании на такие места обращают особое внимание.

Большое влияние на образование трещин оказывают остаточные напряжения сварки, которые в околошовной зоне могут достигать предела текучести стали. В связи с этим большое внимание уделяют местам, насыщенным сваркой (обваренным по контуру накладкам, узлам элементов и т.п.).

При обследовании заклепочных соединений обращают особое внимание на заклепки в узлах и стыках главных ферм, а также на заклепки в прикреплениях элементов проезжей части.

При осмотре стальных конструкций с болтовыми соединениями проверяют целостность болтов и надежность соединений: степень натяжения болтов и плотность прилегания головок болтов и гаек к соединяемым элементам [11,29].

После выполнения обследования выполняется поверочный расчёт сооружении с учётом реального состояния его элементов для окончательный проверки прочности с учётом всех внешних факторов.

2.1 Техническое обследование и инструментальное исследование эксплуатируемого металлического моста через реку Тезаб-Дарья

Характеристики обследуемого металлического моста

Целью работы был:

а) произвести детальное обследование конструкций моста и выявить повреждения и дефекты изготовления и монтажа конструкций.

б) дать анализ выявленных повреждений и дефектов конструкций.

в) произвести оценку технического состояния конструкций моста.

г) произвести испытание пролетных строений.

д) определить возможность дальнейшей эксплуатации моста.

Наименование объекта: Мост через реку Тезаб-Дарья.

Место размещения объекта: 108+173 км линии Карши-Китаб.

Год завершения строительства: 1915г. Проектная организация: не установлена.

Мост через реку Тезаб-Дарья расположен на 108+173 км линии Карши-Китаб и построен в 1915 году под один путь по схеме 9,32+34,0+9,32 м. Отверстие моста 32,0 м, расстояние между задними стенками устоев 59,64 м, между шкафными стенками устоев - 55,44 м. Мост расположен на прямой на

площадке. Первоначально все три пролетные строения моста были металлические: крайние пролеты - со сплошной стенкой, средние - сквозные фермы с полигональными нижними поясами. В 1988 году крайние пролеты были заменены на железобетонные пролетные строения длиной 9,85 м. Общий вид моста показан на рис.2.1.

Детальному обследованию подверглось металлическое пролетное строение. Металлическое пролетное строение с расчетным пролетом 34,0м изготовлено в 1915г. по расчетным нормам 1907г. из литого железа. Пролетное строение состоит из двух сквозных ферм с треугольной решеткой и полигональным нижним поясом. Продольные связи имеются в плоскостях верхнего и нижнего поясов, поперечные связи - в плоскости каждой стойки. Проектные материалы по пролетному строению отсутствуют [18].

Железобетонные пролетные строения полной длиной 9,85м, типовые, изготовлены в 1988г. под расчетную нагрузку С14. Пролетные cтроения ребристые с пониженной строительной высотой и с расчетным пролетом 9,25м. Опоры моста - устои раздельного типа, состоят из обсыпного массивного, берегового быка и пролетного строения, перекрывающего пролет между устоем и быком.

Рис.2.1. Мост в Кашкадарьинской области Узбекистана.

Подферменники железобетонные. Опорные части металлического пролетного строения - катковые. Неподвижная опорная часть расположена на промежуточной опоре со стороны ст.Карши, а подвижная- на промежуточной опоре со стороны ст.Китаб. Опорные части железобетонных пролетных строений - тангенциальные. Подвижные опорные части расположены на устоях, неподвижные - на промежуточных опорах. Счет опор, пролетных строений и узлов металлической фермы ведется со стороны ст.Карши по ходу километров. Направление течения реки, считая по ходу километров, - справа налево.

В месте мостового перехода Тезаб-Дарья прорезает слой лессового грунта, подстилаемого галечником. Русло реки неширокое, глубины воды в реке в месте мостового перехода не превышает 1,0м, течение реки спокойное.

Отверстие моста достаточно для пропуска паводковых вод. Регуляционные сооружения отсутствуют [18].

2.2 Результаты обследования моста

Каждая ферма металлического пролетного строения имеет 10 панелей, длина крайних и средних панелей по 3,4м. Высота ферм на опоре равна 2,10м, в пролете - 4,44м. Расстояние между осями ферм 2,4м. Главные фермы объединены в пространственную систему при помощи продольных и поперечных связей. Продольные связи имеются в плоскости верхнего и нижнего поясов; диагонали связей уголкового сечения: в крайних панелях - спаренных уголков, в средних - из одиночных.

Поперечные связи между фермами состоят из диагоналей уголкового сечения и распорок в уровне верхнего и нижнего поясов ферм. Распорки связей - двутаврового и z-образного сечения со сквозным заполнением.

Верхние и нижние пояса ферм двустенчатые коробчатого сечения. Стойки ферм двухветвевые. Соединительная решетка стоек крестовая из уголковых распорок и диагоналей плоского сечения. Ветви опорных стоек составлены из

4-х уголков, объединенных вертикальным листом и крестовой связью из плоских планок. Раскосы также двухветвевые, соединительная решетка раскосов треугольная из уголков. Соединение элементов главных ферм в узлах нижнего и верхнего поясов выполнено при помощи фасонок (вставок), расположенных в плоскости вертикальных листов поясов.

При обследовании установлено:

трещин и расслоений в металле нет;

слабые или отсутствующие заклепки не обнаружены, но имеются заклепки с дефектными головками;

имеется искривление вертикального листа коробки нижнего пояса со стороны пролета в панели 8-10 правой фермы; стрела изгиба в сторону пролета 15 мм.

коробки нижнего пояса загрязнены, видима из-за скопления воды в средних панелях ферм, в связи с этим горизонтальные листы нижнего пояса корродированны. Некоторые отверстия для отвода воды закупорены;

в раскосе Р9`-10 правой фермы отсутствует нижняя планка соединительной решетки.

в результате коррозии имеется выпучивание элементов продольных связей верхнего и нижнего поясов в крайних панелях фермы, а также соединительных планок раскосов;

По результатам нивелирования, перекос ферм не превышает 5мм по всей длине пролетного строения [10,18].

Железобетонные пролетные строения полной длиной 9,85м, расчетная длина 9,25м, фактическая прочность бетона пролетных строений, замерянная при обследовании, соответствует классу В30 (М400). При обследований дефектов и повреждений, снижающих несущую способность железобетонных пролетных строений, не обнаружено. Имеются лишь трещины усадочного характера и следы выщелачивания бетона на нижних и боковых поверхностях балок.

Обследование показали, что состояние опор удовлетворительное, имеются лишь небольшие трещинах в штукатурном слое, следы выщелачивания и незначительный скол бетона подферменной площадки береговой опоры со стороны ст.Карши. Необходимо скол в подферменной площадке омонолитить полимерцементным раствором.

По результатам обследования состояния опорных частей металлического пролетного строения удовлетворительное. Проверка положения подвижных опорных частей при температуре воздуха 340С показала, что максимальное фактическое отклонение оси балансира от оси опорной плиты составило 7,8 мм для правой фермы и 7,0 мм для левой фермы.

Выводы и рекомендации по результатам обследования

Результаты поверочных расчетов показали, что прочность несущих элементов обеспечена.

Необходимо:

выправить искривленный вертикальный лист нижнего пояса в панели 8-10;

установить отсутствующую соединительную планку в раскосе Р9`-10 правой фермы;

коробки нижних поясов ферм очистить от грязи и не допускать скопления воды. Корродированные горизонтальные листы нижнего пояса очистить от коррозии;

в местах выпучивания элементов удалить ржавчину из щели на глубину не менее 1см и загерметизировать щель эпоксидными компаундами;

все элементы ферм очистить от старого слоя краски и коррозионного налета металлическими щетками и выполнить окраску за 2 раза.

Необходимо поверхности балок очистить от следов выщелачивания и затереть цементно-песчаным раствором.

Выводы по второму разделу

1. Результаты обследования показали, что на состояние элементов металлических конструкций существенное влияние оказывают температурно-климатические условия.

2. Для проверки прочности и установления реальной несущей способности эксплуатируемого мостового перехода необходимо совершенствование методов расчёта металлических пролетных строений мостов с учётом всех внешних факторов.

3. ЗНАЧЕНИЕ ПЛАНИРУЕМОЙ СКОРОСТНОЙ АВТОМАГИСТРАЛИ АНДИЖАН - ТАШКЕНТ - НУКУС - КУНГРАД ДЛЯ ЭКОНОМИКИ РУЗ

Учитывая историческую важность Великого Шелкового Пути, в последние годы для его восстановления многое сделано Правительствами многих стран мира.

В апреле 1997 года на Международном совещании, посвященном строительству железной дороги и реконструкции автомобильной дороги Андижан-Ош-Кашгар, проведенного в г. Ташкенте под эгидой ООН, парафировано трехстороннее соглашение между Правительством Китайской Народной Республики, Правительством Кыргызской Республики и Правительством Республики Узбекистан о международном автомобильном сообщении.

На Бакинской конференции (Азербайджан, сентябрь 1998 г.), посвященной развитию Транскавказского коридора, подписаны декларация, а также четырехстороннее соглашение о международном транспорте по развитию коридора Европа-Кавказ-Азия между Правительствами Азербайджана, Грузии, Туркменистана и Республики Узбекистан.

В феврале 1998 года подписано Соглашение между Правительством Китайской Народной Республики, Правительством Кыргызской Республики и Правительством Республики Узбекистан о международном автомобильном сообщении, а в апреле того же года Соглашение между Правительством Республики Узбекистан и Правительством Кыргызской Республики о проектировании, реконструкции и эксплуатации автомобильной дороги "Ташкент- Ош-Иркештам".

В целях практической реализации этих Соглашений выполнен большой объем работ в нашей стране. Сданы в эксплуатацию тоннели на перевале Камчик и Резак автомобильной дороги А-373 «Ташкент-Ош-Иркештам». Построены 3 мостовых перехода, 11 водопропускных сооружений.

Необходимо отметить тот факт, что такие же работы проводятся в Китайской Народной Республики и в Кыргызской Республике. Открыт КПП Иркештам. Китайской Народной Республикой высокими темпами осуществляются работы по строительству автомобильной дороги Улугчат-Иркештам, которая в свою очередь выведет всех участников проекта восстановления Великого Шелкового Пути к системе скоростных дорог КНР и ее южным портам.

5 апреля 1999 года в г. Ташкенте проведено рабочее совещание руководителей морских портов и транспортных министерств Китайской Народной Республики, Азербайджанской Республики, Грузии, Исламской Республики Иран, Кыргызской Республики, Туркменистана и Республики Узбекистан. По итогам этого совещания был подписан Совместный протокол ускорения развития материкового транспорта по созданию Современного Шелкового Пути по маршруту Ляньюньган через "Кашгар-Ташкент-Туркменбаши-Баку-Поти / Батуми-Констанца" до Роттердама. Также был рассмотрен вопрос о возможности увязки и взаимодействия трехстороннего (КНР, Узбекистан, Кыргызстан) и четырехстороннего (Узбекистан, Туркменистан, Азербайджан, Грузия) межправительственных Соглашений.

Интерес к этому маршруту проявляет и Правительство Японии. Доказательством тому является совместное заявление Глав Правительств КНР и Японии о создании трансконтинентального моста Азия-Европа, подписанное 26 ноября 1998 г в Токио.

20-22 сентября 1999 года в г. Ташкенте проводилась очередная международная конференция по реабилитации Шелкового Пути, на которой была принята декларация, определяющая конкретные шаги по реализации проекта восстановления транспортного коридора Шелкового Пути. На этой конференции страны-участницы были информированы о начале работ по проектированию строительства скоростной автомобильной дороги, проходящей через весь Узбекистан с Востока на Северо-запад по кратчайшему направлению, связывая Китай и порты Каспийского моря.

Развитие международных перевозок, их интенсивный ежегодный рост, а также прогнозы развития мировой экономики в следующем столетии требуют коренным образом изменить техническую, технологическую, экологическую и социально-экономическую политику в отношении транспортных коридоров, в частности, их транспортно-эксплуатационных свойств. В этом плане примером может служить опыт строительства системы скоростных дорог в Германии, США, Японии, а также большими темпами идущее в настоящее время строительство скоростных дорог в Китае. Тут поучителен девиз КНР «Войти в 21 век с развитой системой скоростных дорог».

В нашей Республике Правительством последовательно осуществляется огромная работа по подъему народного хозяйства на высокий уровень, его интеграции в мировую экономику. В этом направлении одной из важнейших задач является развитие собственных коммуникаций. Постановлением Кабинета Министров Республики Узбекистан «О проектировании строительства скоростной автомагистрали Андижан-Ташкент-Нукус-Кунград" предусмотрена реализация данной проблемной задачи.

Отсутствие прямого выхода к морю и удалённость страны от мировых океанов и необходимости развития торгово-экономических и культурных связей с другими государствами остро поставило вопрос развития собственных транспортных коммуникаций путем обеспечения транзитного движения через нашу Республику. Поэтому Президент нашей страны И.А.Каримов с первых же лет независимости начал заботиться об удобных и кратчайших путях на мировой рынок для Узбекистана.

Стремление иметь пути, ведущие во все страны мира, есть не только у Узбекистана, но и у всех государств Центральной Азии и Кавказа. В решении данного вопроса руководство нашей Республики выбрало путь развития исторически существовавших маршрутов транспортирования, подтверждением чего является Великий Шелковый Путь, являющийся одним из лучших достижений развития человечества. И сегодня этот маршрут рассматривается в контексте Трансконтинентального моста между Европой и Азией.

...