Напряженно-деформированное состояние элементов проезжей части на безбалластном мостовом полотне металлических мостов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Тановицкий, Юрий Юрьевич
- Специальность ВАК РФ05.23.11
- Количество страниц 188
Оглавление диссертации кандидат технических наук Тановицкий, Юрий Юрьевич
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ 9 БЕЗБАЛЛАСТНОГО МОСТОВОГО ПОЛОТНА
1.1. Типы безбалластного мостового плотна
1.2. Мостовое полотно с безбалластным подрельсовым 19 основанием на железных дорогах мира
1.2.1. Конструкция безбалластного мостового полотна, 19 принятая к повсеместному применению
1.2.2. Типы безбалластного мостового полотна
1.2.3. Перспективы дальнейшего развития
1.2.4. Вывод обзора конструкций безбалластного мостового 26 полотна
1.3. Виды и анализ повреждения элементов мостового 28 полотна на БМП
1.4. Цель и задачи работы
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЕЗЖЕЙ 31 ЧАСТИ, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
С БМП
2.1. Разработка усовершенствованной модели расчета 31 проезжей части
2.1.1. Геометрические размеры конструкции
2.1.2. Создание геометрической модели в МЗС.РАТИАМ
2.1.3. Создание конечных элементов
2.1.4. Моделирование нагрузок
2.1.5. Варианты нагружения
2.1.6. Граничные условия
2.1.7. Задание свойств материала
2.1.8. Вычисление и вывод напряжений в узловых точках
2.2. Применение методики
3. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ 48 ЭЛЕМЕНТОВ МОСТОВОГО ПОЛОТНА И БАЛОК ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ
3.1. Напряженно-деформированное состояние шпилек 48 прикрепления плит мостового полотна к балкам
3.1.1. Выносливость шпилек
3.1.2. Деформация шпилек
3.2. Напряженно-деформированное состояние балок 69 проезжей части
3.2.1 Выносливость в зоне сварного шва
3.2.2 «Жесткость» напряженного состояния
3.2.3. Прогиб и напряженное состояние в зоне верхнего 99 сварного шва от типа конструкции и усилия натяжения шпилек
3.3 Выводы по главе
4. БЕЗБАЛЛАСТНОЕ МОСТОВОЕ ПОЛОТНО НА 113 ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЯХ
4.1. Предложение по совершенствованию конструкции 113 мостового, полотна на железобетонных плитах и анализ конструкции на закладных деталях
4.2. Анализ НДС таврово-уголкового прикрепления (Тавр)
4.3. Анализ НДС прикрепления (Уголки)
4.4. Анализ НДС в зонах сварных швов продольных балок 133 при таврово-уголковом прикреплении и сравнение его с прикреплением на прокладном слое
4.5. Выводы по главе
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», 05.23.11 шифр ВАК
Особенности расчета цельнометаллических пролетных строений автодорожных мостов с учетом совместной работы ортотропной плиты с главными балками и одеждой ездового полотна2016 год, кандидат наук Телегин, Максим Александрович
Работоспособность мостового полотна балочных пролетных строений при высокоскоростном движении2019 год, кандидат наук Данг Нгок Тхань
Пространственный расчет металлических пролетных строений с учетом местных деформаций плиты балластного корыта2023 год, кандидат наук Засухин Илья Витальевич
Совершенствование методов расчета и технических решений безбалластного мостового полотна железнодорожных мостов2011 год, кандидат технических наук Орешкин, Андрей Иванович
Усталостная долговечность сварных соединений ребер жесткости в пролетных строениях железнодорожных мостов2021 год, кандидат наук Жунев Кирилл Олегович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Напряженно-деформированное состояние элементов проезжей части на безбалластном мостовом полотне металлических мостов»
В настоящее время на мостах с металлическими пролетными строениями железных дорог России все шире применяют безбалластное мостовое полотно (БМП) на железобетонных плитах, которые с помощью высокопрочных шпилек через прокладной слой, выполненный из мелкозернистого бетона, досок твердой древесины или других типов, прикрепляются к балкам проезжей части.
В последние годы тема безбалластного пути была предметом многочисленных споров и дискуссий. Сначала она обсуждалась только специалистами, которые пытались дать объективную оценку такого пути с технико-экономической точки зрения. Однако в дальнейшем круг участников расширился. Так, поводом этих дискуссий стали данные о повышенных расходах при строительстве безбалластного пути по сравнению с традиционным.
Привлекательность БМП для компаний — владельцев инфраструктуры железных дорог, несмотря на более высокие первоначальные капитальные вложения, обеспечивает его существенные достоинства, основными из которых являются устойчивость, сохранение геометрических и динамических характеристик в течение длительного времени и, следовательно, значительно меньшая потребность в текущем содержании и ремонте. Улучшается понимание процессов, имеющих место при взаимодействии БМП с подвижным составом, совершенствуются методы расчетов его экономической эффективности на весь срок службы, более объективными становятся критерии сравнения безбалластного полотна и балластного.
Повышение скорости, интенсивности движения и осевой нагрузки поездов ставят серьезные задачи перед разработчиками новых конструкций безбалластного мостового полотна.
На зарубежных железных дорогах пролетные строения в основном имеют балластное корыто, и мостовое полотно укладывается на балласт.
Однако и там имеются варианты безбалластного пути. Наиболее широко безбалластный путь применяется на железных дорогах Германии, Японии, Нидерландов, Великобритании и др.
Безбалластный путь на плитах мостового полотна признан прогрессивной конструкцией для мостов с металлическими пролетными строениями при осуществляемом в последние годы расширении полигона бесстыкового пути и железобетонного подрельсового основания.
Одной из важнейших задач эксплуатации мостов является безопасность пропуска нагрузок путем обеспечения необходимой грузоподъемности и надежности мостового полотна, которые по мере развития различных повреждений снижаются.
Диссертационная работа посвящена важной и актуальной проблеме эксплуатации, это исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) и обеспечение надежности проезжей части на безбалластном мостовом полотне железнодорожных металлических мостов.
Обращено внимание на металлические соединительные элементы (высокопрочные шпильки) и их влияние на напряженное состояние продольных балок проезжей части. Наиболее частому повреждению подвергаются высокопрочные шпильки, приводящие как к разрушению прокладного слоя, так и к появлению трещин в железобетонных плитах. При этом объектом исследования являются НДС соединительных элементов и балок проезжей части в зонах сварных швов на БМП и влияние НДС на их работоспособность.
Цель диссертационной работы - исследование напряженно-деформированного состояния с учетом пространственной работы и его влияния на прочность и надежность соединительных элементов мостового полотна и балок проезжей части в зонах сварных швов металлических пролетных строений железнодорожных мостов.
При этом важными задачами являются выбор оптимального прокладного слоя и усилия натяжения шпилек прикрепления плит БМП к продольным балкам с учетом обеспечения необходимой их выносливости, а также исследование напряженно-деформированного состояния сварных продольных балок пролетного строения с учетом остаточных напряжений от сварки и совместной работы элементов проезжей части.
На основании полученных данных по напряженно-деформированному состоянию предполагается дать предложения по совершенствованию конструкции мостового полотна и способов расчета с целью повышения его надежности и экономичности, разработать альтернативный вид прикрепления плит БМП к продольным балкам без прокладного слоя с точечным опиранием, а также провести сравнительный анализ по напряженно-деформированному состоянию и другим показателям с принятыми конструкциями.
Объектом исследования являются НДС соединительных элементов и балок проезжей части в зонах сварных швов на БМП и влияние НДС на их работоспособность.
Методы исследования. Решение поставленных задач выполнено с использованием конечно-элементных методов реализованных в программных комплексах М8С.РАТЯАТЧ, МЗСЛЧАЗТЮШ и натурных экспериментальных тензометрических испытаний на опытных объектах (мост через р. Клязьма, линии Москва - Александров и др.).
Научная новизна:
1. Разработана методика пространственного расчета напряженно-деформированного состояния элементов проезжей части на БМП металлических железнодорожных мостов, обеспечивающая комплексный учет действующих факторов и совместной работы элементов конструкции.
2. Установлено влияние усилия натяжения шпилек, типа прокладного слоя и величины временной нагрузки на усталостную долговечность элементов прикрепления (шпилек) плит БМП к продольным балкам железнодорожных мостов.
3. Определены максимальные суммарные напряжения (остаточные + от нагрузки) при плоском напряженном состоянии в зонах сварных швов продольных балок.
4. Разработана конструкция прикрепления плит БМП к продольным балкам проезжей части без прокладного слоя с «точечным» опиранием.
Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования определяются корректностью постановки задач, обоснованностью всех этапов расчета и использованием апробированных методов расчета, а также подтверждены сравнением их с экспериментальными данными на натурных объектах.
Практическая полезность (ценность). Разработанная методика пространственного расчета НДС элементов проезжей части на БМП позволяет рационально выбрать тип прокладного слоя и предварительное натяжение шпилек существующей конструкции для обеспечения заданной надежности по выносливости шпилек Кв, а так же создать новые конструкции прикрепления без прокладного слоя, обеспечивающие высокую долговечность, надежность и уменьшение эксплуатационных расходов.
Рекомендации по использованию. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при эксплуатации, реконструкции, проектировании и строительстве металлических железнодорожных мостов с БМП.
Апробация работы. Исследования выполнялись в рамках программы фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ МИИТа, начиная с 2006 г. Отдельные разделы представлялись в сборниках научных трудов МИИТа. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
Научно-практической конференции «Наука МИИТа -транспорту», (Москва, 2007 г.) [1];
Девятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2008 г.) [4];
Десятой международной научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2009 г.) [6, 7];
Восьмой международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2009 г.) [8, 9];
Заседании кафедры «Мосты» в Московском государственном университете путей сообщения (Москва, 2009 г).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 печатных работах, три из которых в изданиях, рекомендованных ВАКом.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста и 29 страницах приложений, содержит 156 рисунков и 33 таблицы.
Похожие диссертационные работы по специальности «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», 05.23.11 шифр ВАК
Обоснование рациональных конструктивно-технологических решений деревометалложелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов2015 год, кандидат наук Решетников, Илья Владимирович
Повышение циклической долговечности металлических сварных пролетных строений железнодорожных мостов с усталостными трещинами2021 год, кандидат наук Усольцев Андрей Михайлович
Совершенствование метода расчета долговечности асфальтобетонного покрытия на ортотропной плите мостов по критерию усталостного разрушения2021 год, кандидат наук Поляков Сергей Юрьевич
Совершенствование методики расчета на выносливость железобетонной плиты проезжей части автодорожных мостов2020 год, кандидат наук Новак Николай Юрьевич
Напряженно-деформированное состояние многослойной конструкции при совместном действии нагрузки и внешней среды: Применительно к расчету дорожной одежды на мостовых сооружениях2005 год, кандидат технических наук Щербаков, Александр Геннадьевич
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.