Криволинейные пролетные строения для городских транспортных развязок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.15, кандидат технических наук Щербина, Сергей Константинович

• Щербина, Сергей Константинович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Щербина, Сергей Константинович

Введение.

Глава 1. Планировочные решения транспортных развязок и их многокритериальная оценка.

1.1. Транспортная система в городской среде

1.2. Опыт проектирования и эксплуатации транспортных развязок.

1.3. Особенности основных типов организации движения в узлах транспортных коммуникаций.

1.4. Критерии сравнения вариантов планировочных решений.

1.5. Пример сравнения вариантов планировочных решений.

1.6. Выводы по результатам многокритериального сравнения

Глава 2. Конструктивные формы пролетных строений для городских эстакад.

2.1. Требования к конструкциям пролетных строений и опор

2.2. Требования к конструкциям железобетонных пролетных строений.

2.3. Применимость железобетонных пролетных строений на криволинейных участках.

2.4. Выводы о применимости железобетонных пролетных строений на криволинейных в плане участках.

2.5. Особенности конструкций монолитных плитных пролетных строений

Глава 3. Исследование особенностей статической работы криволинейного в плане пролетного строения.

3.1. Общие положения расчета пролетных строений эстакад и путепроводов из железобетона.

3.2. Расчетные модели пролетных строений из железобетона

3.3. Использование метода конечных элементов при расчете пролетных строений.

3.4. Постановка и решение задачи. .'.

3.5. Обработка результатов расчета.

3.6. Анализ результатов расчета.

3.7. Выводы по результатам статического расчета.

Глава 4. Определение несущей способности и выбор оптимального армирования криволинейного плитного железобетонного пролетного строения

4.1. Особенности расчетной модели сечения, подвергаемого совместному действию изгибающего и крутящего моментов

4.2. Расчетная модель повернутых вертикальных сечений

4.3. Особенности расположения расчетной арматуры в сечениях, подвергаемых значительному воздействию крутящих моментов.

4.4. Особенности общей схемы армирования.

4.5. Армирование монолитного плитного неразрезного пролетного строения на кривой малого радиуса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Криволинейные пролетные строения для городских транспортных развязок»

Практика проектирования и строительства городских транспортных сооружений, в частности, путепроводов, эстакад, развязок, в последние годы заметно изменилась. Главной причиной произошедших изменений является быстрый и непрерывный рост интенсивности движения автотранспорта. Пересматривается отношение к традиционным приемам и решениям, ранее эффективным, но оказавшимся в новой транспортной системе недостаточно действенными.

Все чаще воплощается градостроительная концепция функционального разделения коммуникационных потоков по различным уровням (подземный, наземный, надземный), которая наиболее полно отвечает условиям плотной инфраструктуры больших городов. В частности для автотранспортных городских магистралей характерно наличие большого числа путепроводов, развязок, эстакад, тоннелей, рамп, что позволяет, во-первых, существенно улучшить режим транспортного движения, а, во-вторых, повысить качественные показатели прилегающих территорий (высвобождение площадей, улучшение экологической обстановки и т.д). Уже сейчас в городах нашей страны строятся автотрассы, более половины длины которых проходит по искусственным сооружениям.

Такая ситуация вызывает необходимость решать новые проектные задачи, при этом особое внимание уделяется:

• Градостроительному и транспортному проектированию в целом, которое предполагает: ориентацию на многоуровневые пересечения, подземное и надземное (тоннели и эстакады) движение в пределах городской застройки, максимальное сохранение существующей инфраструктуры в пределах новых и реконструируемых автотрасс;

• Поиску новых проектно-конструкторских решений транспортных сооружений, как важнейшему звену на пути реализации глобальной транспортной проблемы в условиях большого города. Это 5 разработка новых конструктивных форм, материалов, технологических приемов строительства, а также расчетных методов, позволяющих успешно реализовывать сложные планировочные решения.

Одной из многочисленных проблем градостроительного и транспортного проектирования, непосредственно связанных с проектированием мостовых сооружений, является задача поиска и обоснования оптимальных планировочных, компоновочных и композиционных решений путепроводов, эстакад, развязок и других сооружений в составе городской транспортной среды. И хотя этот вопрос преимущественно лежит в компетенции градостроителей, транспортников и архитекторов, инженер-проектировщик мостовых сооружений должен принимать в его решении самое деятельное участие. Этому вопросу посвящены разработки ведущих проектных организаций (НИ и ПИ Генплана, ГП «Мосинжпроект», ГП «ГипродорНИИ», ГП «Росдор-НИИ» и др).

В деле непосредственно мостового проектирования важное место занимают сложные в плане и профиле протяженные эстакады, входящие в состав транспортных развязок и надземных линий.

Разработки проектных организаций ОАО «Гипротрансмост», ОАО «Институт Гипростроймост», ГП «Союздорпроект» свидетельствуют о наличии теоретической базы и успешного практического опыта. Тем не менее, массовое транспортное строительство в городах требует дальнейшего совершенствования и поиска новых конструктивных форм и разработки расчетных методов и подходов, позволяющих наиболее широко использовать компьютерную технику и направленных на успешную реализацию сложных планировочных решений. Наибольший интерес при этом представляют пролетные строения городских эстакад криволинейного очертания в плане с малым радиусом кривизны из монолитного железобетона, как наиболее перспективные. Данному вопросу в настоящей работе уделено основное внимание.

Цель работы.

Разработка и научное обоснование конструктивных форм криволинейных в плане пролетных строений городских путепроводов, входящих в состав многоярусных транспортных развязок с их расчетной проверкой в режиме городской эксплуатации.

Объект исследования.

Городские транспортные путепроводы, эстакады и развязки; железобетонные неразрезные пролетные строения криволинейного очертания в их составе.

Методика исследования

Расчетно-теоретическая, основанная на отечественном и зарубежном опыте проектирования и строительства городских надземных транспортных сооружений.

Предметом защиты является

• Многокритериальная оценка планировочных решений транспортных путепроводов и развязок, учитывающая конкретные условия места строительства, и рекомендации по выбору конструктивных форм;

• Результаты анализа особенностей статической работы пролетных строений криволинейных в плане эстакад;

• Расчетная модель повернутых сечений для оценки предельных состояний конструкции при совместном действии крутящего и изгибающего моментов;

• Метод армирования, железобетонных неразрезных криволинейных в плане пролетных строений на основе результатов статического расчета пространственных моделей.

Научная новизна и значимость

Выявление особенностей НДС криволинейных железобетонных пролетных строений с учетом пространственной работы.

Обоснование эффективности перекрестного армирования криволинейных неразрезных пролетных строений в зонах действия наибольших крутящих моментов с оценкой несущей способности по модели повернутых относительно вертикальной оси сечений.

Практическая значимость

Заключается в возможности рационально ориентировать арматурные каркасы криволинейных неразрезных ПС малого радиуса в соответствии с особенностями статической работы и на основе предложенной в работе методики, учитывающей пространственное распределение главных растягивающих напряжений.

Апробация работы и публикации

Основные результаты, изложенные в работе неоднократно использованы при разработках дипломных проектов на кафедре «Мосты» (1997-2000гг), обсуждались на научно-технической конференции МИИ.Т, посвященной 100-летию МИИТ (октябрь 1996г), семинаре по эксплуатации мостов в Павловском дорожном учебно-инженерном центре (апрель 1997г), международном симпозиуме по вопросам технической эстетики в мостостроении, проводимом корпорацией «Трансстрой» в Москве (декабрь 1997г), на семинарах кафедр «Мосты» МИИТа. По результатам исследований, изложенных в диссертации опубликованы 6 статей.

Структура диссертации

Диссертация направлена на решение актуальных проблем проектирования криволинейных пролетных строений из железобетона для городских транспортных развязок. Среди них:

• выбор оптимальных конструктивных форм для криволинейных в плане участков развязок;

• исследование особенностей статической работы криволинейных пролетных строений;

• разработка расчетной модели для железобетонных пролетных строений, подвергаемых совместному действию изгибающих и крутя8 щих моментов и имеющих произвольно направленное верхнее и нижнее армирование;

• разработка методики армирования железобетонных плитных пролетных строений на основе анализа полей главных растягивающих напряжений;

• предложения по усовершенствованию схем армирования криволинейных плитных пролетных строений на основе разработанной методики.

Кроме того, в диссертации рассмотрены комплексные аспекты проектирования транспортных развязок в крупных городах, в той мере, в которой смежные с мостовыми вопросы проектирования необходимы инженерам-мостостроителям.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (68 наименований), содержит (15 . страниц машинописного текста, 25 иллюстраций, 9 таблиц и 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Мосты и транспортные тоннели», Щербина, Сергей Константинович

4.6. Выводы и рекомендации по армированию

• В криволинейных пролетных - строениях малого радиуса выявлены достаточно значительные зоны (до 0,25 пролета по длине и развитые по всей ширине ПС), подвергаемые

6У значительному воздействию крутящих моментов, вызванных вертикальной постоянной и временной нагрузками. Характер распределения усилий в этих зонах таков, что в плитных пролетных строениях верхняя и нижняя фибра испытывают растягивающие усилия, направленные во взаимно перпендикулярных направлениях;

Наиболее эффективное армирование зон кручения плитных пролетных строений должно совпадать с направлением главных растяжений по верхней и нижней фибре от вертикальной нагрузки. Такое армирование реализуется организацией перекрестного армирования зон кручения с устройством отгибов продольной арматуры в горизонтальной плоскости;

Наличие косого армирования зон кручения плитных пролетных строений позволит наиболее эффективно воспринимать комбинацию изгибающих и крутящих усилий, и тем самым обеспечит снижение расхода арматурной стали каркаса криволинейного пролетного строения на 15-25% Снижение расхода арматурной стали в предлагаемой конструкции достигается, главным образом, за счет снижения количества поперечной арматуры плиты, воспринимающей кручение при традиционной схеме армирования;

90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа содержит ответы на поставленные исследователем вопросы, связанные с проектированием криволинейных пролетных строений городских транспортных развязок. Структура диссертации направлена на решение частных вопросов проектирования криволинейных пролетных строений. При этом в работе обозначены смежные с мостовыми проблемы в той мере, в которой это нужно для полноценного мостового проектирования в городской среде.

1. Первая глава заключает в себе методологические основы оценки вариантов планировочных решений развязок. В ней обоснована целесообразность многокритериального сравнения городских сооружений при вариантном проектировании и подтверждена эффективность использования криволинейных эстакад на съездах малого радиуса в составе транспортных развязок. ,

2. Проведенный во второй главе анализ конструктивных форм пролетных строений, используемых для реализации сложных планировочных решений развязок позволяет сделать вывод о конструктивной и технологической эффективности применения монолитных плитных пролетных строений для городских эстакад на кривых малого радиуса.

3. В третьей главе выявлены и расчетно ' подтверждены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния плитного неразрезного пролетного строения в зависимости от радиуса кривизны. Выбранные и использованные с этой целью расчетные программы на основе МКЭ позволили минимизировать трудоемкость работ.

91

4. В четвертой главе предложена и реализована модель повернутых сечений для выполнения прочностных расчетов в элементах плитных железобетонных конструкций, подверженных совместному действию изгибающих и крутящих моментов и имеющих горизонтальное армирование произвольного направления.

5. Доказана целесообразность и эффективность косого армирования криволинейных пролетных строений малого радиуса, ориентация которого определяется направлениями потоков главных растягивающих напряжений.

6. Предложена примерная схема армирования криволинейного плитного пролетного строения малого радиуса. При размещении арматуры использованы теоретические исследования статической работы таких конструкций, проведенные в работе. Примененная методика позволяет снизить количество рабочей арматуры криволинейной плиты за счет рационального ее распределения в зонах наибольшего кручения. за

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Щербина, Сергей Константинович, 2000 год

1. Бабков В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1982, 288 с.

2. Бабков В. Ф. Ландшафтное проектирование автомобильных дорог, 2-е изд. М.: Транспорт, 1980,189 с. ~

3. Бабков В. Ф. Современные автомобильные магистрали, 2-е изд. М.: Транспорт, 1974, 278 с.

4. Бабков -В. Ф., Андреев 0. В., Замахаев М. С. Проектирование автомобильных дорог. Ч. I. М., «Транспорт», 1970, 400 с.

5. Бабков В. Ф. и др. Дорожные условия и режимы движения автомобилей. М., «Транспорт», 1967, 224 с.

6. Бабков В. Ф. Проектирование автомагистралей. М., «Высшая школа»' 1966, 51 с." '

7. Б е р г 0. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона,- М.: Трансжелдориздат, 1961, 120 с.

8. Бегма И. А., Гаврилов Э. В., Калужский Я. А. Учет психофизиологии водителей при проектировании автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1976, 88. с.

9. Визгалов В. М. Расчет съездов транспортных развязок в плане и профиле. Вопросы проектирования автомобильных дорог. Научные труды, вып. 27. Саратов, Изд. СПИ, 1967, с. 19-30.

10. Визгалов В. М. Обоснование расчетных схем для проектирования пересечений автомобильных дорог в разных уровнях. Известия вузов,- «Строительство и архитектура», 1964, 3, с. 79-86.

11. Визгалов В. М. Расчет съездов транспортных развязок, проектируемых по типу «клеверный лист». Известия вузов,-«Строительство и архитектура», 1966, 9, с. 101-106.

12. Вольнов В. С. Кручение коробчатых пролетных строении мостов. М.: Транспорт, 1978, 136 с.

13. Гибшман Е. Е. Городские инженерные сооружения. М.: Изд-во МКХзэ1. РСФСР, 1959, 357 с.

14. Гибшман Е. Е., Гибшман М. Е. Теория и расчет предварительно напряженных железобетонных мостов. М.: Автотрансиздат, 1963, 397 с.

15. Гибшман Е. Е. Безопасность движения на мостах. М.: Транспорт, 1967,197с.

16. Гибшман М. Е., Попов В.И. Проектирование транспортных сооружений. М.: Транспорт, 1988, 447 с.

17. Гибшман М. Е. Теория расчета мостов сложных пространственных систем. М.: Транспорт, 1973, 200 с.

18. Дзенис П. Я., Рейнфельд В. Р. Пространственное проектирование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1968, 111 с.

19. Замахаев М. С. Назначение ширины проезжей части автомобильных дорог. М., Автотрансиздат, 1956, 123 с.

20. Захаров Л. В., Колоколов Н. М., Цейтлин А. JI. Сборные неразрезные железобетонные пролетные строения мостов/Под ред. Н. М. Колоколова. М.: Транспорт, 1983, 232 с.

21. Иосилевский Л.И., Носарев A.B., Антропова Е:А. Некоторые вопросы проектирования и эксплуатации железобетонных пролетных строений мостов // Транспортное строительство, 1969, вып. 6,. с. 16-18.

22. Иосилевский Л.И., Носарев A.B., Чирков В.П., Шепетовский О.В. Железобетонные пролетные строения мостов индустриального изготовления,- М.: Транспорт, 1986, 315 с.

23. Иосилевский Л.И., Носарев A.B., Чирков В.П. Пути совершенствования надежности мостовых железобетонных конструкций // Транспортное строительство, 12,1991, с. 12-14.

24. Иосилевский Л.И. Проблемы надежности железобетонных мостовых конструкций // Бетон и железобетон, 1999, вып. 1, с.23-26.

25. Иосилевский JI. И., Шишова Н. В. Совершенствование конструктивных форм и армирования балочных пролетных строений. М., Транспортное строительство, 1983, 8, с. 14.

26. Кириллов В. С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. М., 1971.

27. Колоколов Н. М., Цейтлин А. Л., Иванов 0. Н-. Развитие железобетонного мостостроения в 10-й пятилетке.-«Бетон и железобетон», 1976, вып 2.

28. Крыльцов Е. И., Попов 0. А., Файнштейн И. С. Современные железобетонные мосты, М., 1974.

29. Линч К. Образ города: Пер. с англ. М.: Строииздат, 1982. 328 с.

30. Лобанов Е. М., Визгалов В. М., Шевяков А. П., Гохман В. А., Завадский В. В., Ситников Ю. М. М., «Транспорт», 1972, 232 с.

31. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений /А. С. Городецкий, В. И. Зоворицкий, А. И. Лантух-Лященко и др. М.: Транспорт, 1981,143. с.

32. Методические указания по сравнению н оценке проектных вариантов средних и больших мостов/Минтрансстрой. М., 1974.

33. Мойжес Л. Б. К выбору схем малых и средних мостов.-«Транспортное строительство», 1974.

34. Милашечкин A.A., Гохман В.А., Поляков М.П., Узлы автомобильных дорог. М., «Транспорт», 1966, 366с

35. Митропольский Н. М. Методология проектирования мостов. М.: Автотрансиздат, 1958, 292 с.

36. Н а д е ж и н Б. М. Мосты и путепроводы в городах. М.: Строииздат, 1964, 287 с.

37. Носарев А. В. Учет армирования при сложном напряженном состоянии.-Бетон и железобетон, 1963, вып. 12, с. 12-13.

38. Носарев А. В. Некоторые вопросы прочности армированных (композитных) материалов,- Строительная механика и расчет сооружений, 1968, вып 5, с. 37-51.

39. ЗЭ.Носарев А. В. Определение напряжений в бетоне и арматуре при сложном напряженном состоянии. М., МИЙТ., 1969, с. 100-106 (вып. 275).

40. Пространственные расчеты мостов/Б. Е. Улицкий, А. А. Потапкин, В. И. Руденко, И. Д. Сахарова и др. М.: Транспорт, 1967. 403 с.

41. Проектирование деревянных и железобетонных мостов/А. А, Петропавловский, Н. Н. Богданов, А. В. Носарев, А. В. Теплицкий; Под ред. А. А. Петропавловского. М.: Транспорт, 1978. 359 с.

42. Пунин А. Л. Архитектура отечественных мостов. Л.: Строииздат, 1982. 152 с.

43. Пунин А. Л. Архитектура современных зарубежных мостов. Л.:Стройиздат, 1974. 168 с.

44. Пушторский Е. И. Основные принципы проектирования городских мостов. М., 1956.

45. Радзевич Е. Н., Шаповал И. „П. Организация и планирование строительства мостов. Киев, 1975.46. . Расчет железобетонных мостов/В л а с о в Г. М., Г е р о н и м у с В. Б., Поваляев Е. В., Сподарев Ю. П., Устинов В. П., Якобсон К. К. М„ 1977. '

46. Рвачев Ю. А. Машинное проектирование автодорожных мостов. М.: Транспорт, 1983. 256 с.

47. Саймондс Д ж. 0. Ландшафт и архитектура: Пер. с англ. М.: Строииздат, 1865.194 с.

48. Сардаров А. С. История и архитектура дорог Белоруссии. Минск: Вышэйш. шк., 1978. 151 с.

49. Сычева А. В. Архитектурно-ландшафтная среда. Минск: Вышэйш. шк., 1982. 158 с.

50. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции /Госстрой СССР. М.: ЦИТЛ Госстроя СССР, 1985. 79 с.

51. СНиП 2.05.03-84, Мосты И трубы/Госстрой СССР. М.: ЦИТЛ Госстроя1. СССР, 1985. 200 с.

52. СНиП П-Д.5-72. Автомобильные дороги. Нормы проектирования.1. М„ 1973. '

53. СНиП 11-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. М., 1976.

54. СНиП Н-Д.7-75. Мосты и трубы. Нормы проектирования: Проект. М.,1975.

55. СН 200-62. Технические условия проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб. М., 1962.

56. СН 365-67. Указания по проектированию железобетонных и бетонных конструкции железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб. М., 1967.58. . ВСН-73. Указания по проектированию мостов и труб: Проект, М., 1973.

57. Технические указания по изготовлению и монтажу составных по длине конструкций железобетонных мостов/Союздорнии. М.,1976.

58. Толмачев К. X. Основы проектирования мостов. Омск, 1976.

59. Трескинецкий С. А., Кудрявцев А. П. Эстетика автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1978. 200 с.

60. Хомяк Я. В., Гончаренко Ф. П., Копитевич С. JI. Инженерное оборудование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1990. 232 с.

61. Шаповал И. П. Проектирование мостов и путепроводов на автомобильных дорогах. Киев: Буд1вельник, 1978. 192 с.

62. Шапошников H.H., Романов Ю.М. Системотехнический анализg?процессов автоматизированного проектирования транспортных сооружений и машин. М., МГУ ПС., 1998, 123 с.

63. Шапошников H.H., Ожерельев В.А., Нестеров И.В., Улупов A.C. Компьютерная технология моделирования пространственной работы автодорожных мостов. Тезисы докладов конференции «Передовые технологии на пороге XXI века». М., НИЦ «Инженер», 1998, часть 1.

64. Ш а с т и н Е. А. Методические указания по расчету на прочность железобетонных элементов при совместном действии изгиба с кручением/МАДИ. М. 1984. 32 с.

65. Ш т и л ь м а н В. И., Э д е л ь м а н Е. И. Рациональные конструкции путепроводов. Киев, 1973. 167 с.98