Совершенствование оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов на основе автоматизации расчетов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Ращепкин, Артем Алексеевич

• Ращепкин, Артем Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ращепкин, Артем Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 ВОПРОСЫ ОЦЕНКИ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

1.1 Краткая характеристика металлических пролетных строении железнодорожных мостов

1.1.1 Конструкция металлических пролетных строений

1.1.2 Условия эксплуатации пролетных строений

1.1.3 Техническое состояние металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов

1.2 Способы опенки 1ехппческого состояния меккчлнческнх мостов

1.2.1 Способы оценки техническою состояния искусственных сооружении по нормативным документам

1.2.2 Некоторые существующие методы расчетов мостов

1.2.3 Метод классификации как способ оценки ф)зоподъемности. Определение условий проп>ска поездной нагрузки

1.3 Информационные кчиоло! ни в оценке технического состояния искусственных сооружении

1.3.1 Автоматизированная система управления содержанием искусственных сооружений

1.3.2 Автоматизация расчета металлических пролетных строений 33 1.3 3 Автоматизация расчетов грузоподъемности металлических пролетных строении в рамках АСУ ИССО

1.4 Выводы но нервом) разделу. Цель и задачи исследования

2 СПОСОБ НЕПОСРЕДСТВЕННЫХ ЗАГРУЖЕН НИ ПРИ ОЦЕНКЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

2.1 Общие положения способа нспосрсдс! венных з:и р}женин

2.1.1 Условие обеспечения надежности в расчетах эксплуатируемых конструкции

2.1.2 Назначение параметров расчетной модели конструкции

2.1.3 Предельное состояние, определение допускаемых значений напряжений и усилий

2.1.4 Взаимосвязь метода классификации и способа непосредственных загружений

2.2 Расчет элементов с произвольным очертанием линии влияния усилия

2.2.1 Расчет элементов конструкций сложных статических схем

2.2.2 Расчет элементов пролетных строений по уточняющим расчетным схемам

2.3 Расчс! элементов, рабо1ающн\ в сложном напряженном состоянии

2.3.1 Стенка балки в расчете на местную устойчивость

2.3.2 11родольные и поперечные балки в «этажной» проезжей части

2.3.3 Продольные балки пролетных строений с учетом совместного действия моментов и продольных сил

2.4 Выводы по второму раздел} 69 3 АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

3.1 Основные принципы разработки «АрюМ \.3»

3.1.1 11азначение прог раммного обеспечения

3.1.2 Объектная модель пролетного строения 72 3.1 3 Библиотеки интерфейсов 76 3 1.4 Схема включения объектной модели и библиотек интерфейсов в программные разработки

3.2 Ф)пкппоиальпые возможное!п «АргоМ у.З»

3.3 Внсдрспне программного обеспечения «АргоМ у.З» н енс1сму управления содержанием искусственных сооружении АСУ ИССО

3.3.1 Принципы создания программы «Проводник АргоМ»

3.3.2 Технология доступа к базе данных ИССО

3.3.3 Формирование данных для определения условий пропуска поездной нагрузки по пролетному строению

3.3.4 Корректировка данных и ввод дефектов

3.3.5 Банк данных «АргоМ у.З»

3.4 Программная реализанпя способа непосредственных загружепнн для оценки грузоподъемности

3.5 Выводы по третьему разделу 93 4 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ

4.1 Численные модели металлических пролетных строении

4.1.1 Пространственная модель пролетного строения с главными фермами пролетом 144,8 м

4.1.2 Пространственная модель балочного пролетного строения пролетом 23,0 м

4.2 Натурные исследования меккчлпчеекпх пролетных строении

4.2.1 Испытание металлического пролетного строения с главными фермами пролетом 144,8 м

4.2.2 Испытание пролетного строения с главными балками пролетом 23,0 м

4.3 Выводы по четвертому разделу 115 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов на основе автоматизации расчетов»

На железных дорсмач России экспл>атпруется более 9 тыс. металлических пролетных строении суммарной длиной свыше 337 км, что составляет 16,5 % от общего количества всеч пролетных строений и 46,7 % - от их суммарной длины (по данным базы АСУ ИССО [17]). В составе железнодорожных мостов конструкциями с решетчатыми фермами перекрывают пролеты до 158 м. Балками со сплошной стенкой перекрывают пролеты от 2,7 до 55,0 м. Конструкции металлических пролетных строений были запроектированы в разное время и под различные нагрузки, их отличает многообразие конструктивных форм, технических и технологических решений. Среди них имеются пролетные строения старых (до 1907 г.) норм проектирования (13 % от общего количества), неразрезные (2 %), проектировки Г1СК, а также с дефектами, изменяющими стагическ>ю схему работы конструкции (2,7 %). Элементы таких пролетныч строений зачастую имеют сложное (нетреугольное) очертание линии влияния усилия.

Существующие способы оценки несущей способности пролетных строений тесно связаны с методом классификации по гр>зогюдъемности, основные положения которою разработаны еще в 1930-х годах прошлого века. Он позволяет с минимальным объемом расчетов >становить возможность и условия пропуска поездов по мосту из сравнения классов элементов и классов нагр)$ки. Однако исчодные предпосылки (допущения), заложенные в основ) метода (приведение сложных (нетреугольныч) линий влияния \силий в элементах к тре>гольной форме; выражение местною давления посредством равномерно распределенной нагр)зки; приведение совместного воздействия изгибающич моментов, продольныч и поперечныч сил к одном} силовому фактор} и др.) предопределяют отклонения до 40 % в сравнении с «точными» (прямыми) расчеыми. След}ет отметить, что не всегда зги отклонения ид\ г в запас прочности.

1:ще одно основание для возрастания интереса к сфере оценки Ф)зоподъемностн пролетных строении мостов - внедрение в промышленную эксплуатацию на сети железных дорог России Автоматизированной системы управления техническим содержанием искусственных сооружений (АСУ ИССО), выполненного в рамках реформирования всею путевою комплекса. Внедрение позволяет перейти от «ручного» расчета грузоподъемности к применению пакетов программ, в алгоритм которых заложены методы, основанные на уточненных расчетных схемах и предпосылках.

В качестве объекта исследования рассматриваются металлические пролетные строения эксплуатируемых железнодорожных мостов. Предметом исследования является способ оценки их грузоподъемности при определении возможности и назначении условий пропуска поездной нафузки, а также при оценке техническою состояния в рамках соответствующей задачи Автоматизированной информационно-аналитическои системы управления искусственными сооружениями АСУ ИССО.

Цепью исследования является усовершенствование метода оценки грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 94 наименований. Работа изложена на 124 страницах стандартною компьютерною набора и содержит 39 рисунков и 15 таблиц

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Ращепкин, Артем Алексеевич

4.3 Выводы но чстверюму разделу

В рамках диссертационного исследования проведены обследования 20 и испытания семи пролетных строений железнодорожных мостов. Выполнено сравнение результатов расчета способом непосредственного загружения, (в том числе при использовании уточняющих расчет моделей пролетного строения) с полученными экспериментальными данными.

В качестве примеров в диссертации были приведены данные по результатам испытаний двух пролетных строений с главными фермами и главными балками. В первом учтена совместная работа элементов решетки ферм с балками проезжей части и связями, во втором рассмотрены особенности расчета отсека балки на местную устойчивость. Использование способа непосредственных загружений в расчетах пролетных строений позволило выявить его высокую эффективность при оценке грузоподъемности элементов со сложным очертанием линии влияния усилия, а также в расчетах местной устойчивости стенки балки В обоих случаях результаты расчетов удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов.

При рассмотрении конечно-элементной модели балки с позиций расчета на местную устойчивость стенки становится очевидным, что на напряженно-деформированное состояния отсека балки существенно влияет распределение местной нагрузи и, следовательно, степень податливости соединения «рельс - мостовой брус - пояс балки» Представ гяется необходимым проведение дополнительных испытаний и теоретических разработок, направленных на и зу чение работы указанного соединение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Метод классификации не позволяет учесть резервы несущей способности (до 40 %) при оценке г р)30подъемности элементов со сложным (нетреугольным) очертанием линии влияния, работающих на местную нагрузку или находящихся под одновременным воздействием изгибающих моментов, продольных и поперечных сил. Определять возможность и условие пропуска поездной нагрузки для таких элементов целесообразно способом непосредственных загружений, основанным на «прокатке» схемы реальной нагрузки по линии влияния. Количественной характеристикой грузоподъемности при этом необходимо считать коэффициент условий пропуска

Предложенная формула для определения поправочного коэффициента (я,,) к местном) воздействию позволяет точнее определить допускаемую нагрузку и класс стенки балки в расчетах на местную устойчивость.

Разрабоганное программное обеспечение для автоматизированных расчетов гр)ЗОподъемности металлических пролетных строений «АргоМ \'.3» согласно действ) ющем) Р)ководств) также позволяет рассчитывать элементы с произвольным очертанием линии влияния \силия и стенку балки на местн\ю )сюйчивость по предлагаемому способ) Программа зарегистрирована в ОФАП ОАО «РЖД», она пол\чила широкое внедрение в дистанциях п)ти, мостоиспытательных станциях и в отделах ИССО железных дорог

Использование способа непосредственных загружений в расчетах пролетных строений позволило выявить его высокою эффективность при оценке гр\ зоподъемносги элементов со сложным очертанием линии влияния \силия, а также в расчетах местной остойчивости стенки балки. Рез\льгаты расчетов хорошо согласуются с данными экспериментов

Диссерг шионное исследование позволило акт\а ппировать ряд вопросов и выявигь греб\юшие детального рассмотрения задачи.

1. В диссертации разработаны программные модули но определению коэффициента условия пропуска по грузоподъемности для нескольких расчетных случаев (см. п. 3.4) В дальнейшем требуется разработать аналогичные программные модули и для остальных случаев расчета металлических пролетных строений.

2. Необходимо проведение дополнительных испытаний и теоретических разработок, направленных на изучение работы соединения «рельс - мостовой брус - пояс балки». Цель - выявление действительной длины распределения сосредоточенного давления от колеса поезда в расчетах стенки металлической балки на местную устойчивость при непосредственном опирании поперечин на верхний нояс.

3. В расчетах с использованием способа непосредственных загружений коэффициенты надежности по нагрузке необходимо дифференцировать по типу подвижного состава. Это требует привлечения и систематизации соответствующих научных данных, а также проведения дополнительных исследований но определению отклонений величин нагрузок на ось от их паспортных (справочных) значений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ращепкин, Артем Алексеевич, 2006 год

1. Автоматизация расчетов транспортных сооружении / A.C. Городецкий, В.II. Заворицкий, А.И. Лантух-Лященко, А О. Рассказов. М.: Транспорт, 1989. 232 с.

2. Автоматизированная система управления содержанием искусственных сооружений. (АСУ ИССО v.2 win-dbf'). К» 664 в ОФАП МПС России от 23.05.02 г.

3. Анатз конструкций и дефектности железобетонных мостов: Отчет о НИР / СГУГ1С, руководитель С.А. Бокарев шифр работы по плану НИОКР МПС России 10.3.2.3.02.03.04 -11овосибирск, 2002. 27 с.

4. Архангечьекий А Я Delphi 5. Справочное пособие. М.: ЗАО "Издательство БИНОМ", 2001 г. 768 с.

5. Астра\ан А X, Колов А В Оценка грузоподъемности эксплуатируемых мое i ов методом статистического моделирования // Повышение эксплуатационных качеств железнодорожных мостов. Л., 1989. С. 30-34.

6. Астра\аи АХ, Седова ИМ Основные принципы разрабатываемой автоматизированной системы "Искусственные сооружения на железных дорогах" // Повышение эксплуатационных качеств железнодорожных мостов. Л., 1989. С. 37-40.

7. Бюхин В К Исследование пространственной работы железнодорожного пролетного строения большого пролета // Исследования и метода расчета современных мостовых конструкций. М.: 1983. С. 43-53.

8. Бобьпев КБ, Вериго Б М, Шишкин Б А Некоторые закономерности расстройств заклепочных соединений мостов // Исследования работы искусственных сооружений. Новосибирск, 1971. С. 86-91.

9. Бобьпев КБ, Вериго Б М, Шишкин Б А Расстройства заклепочных соединений мостов// Исследования работы искусственных сооружений. Новосибирск, 1975. С. 60-67

10. Бобьпев КБ, Гробовской Р М, Шишкин Б А Усталостная долговечность образцов из литого железа // Исследования работы искусственных сооружений. Новосибирск, 1973. С. 94-100.

11. Бобьпев КБ, Кашрновский ВС, М\рованный 10II, Тырин ВП К вопросу об оценке остаточного ресурса сварных балок // Реконструкция и совершенствование несущих элементов зданий и сооружений транспорта. Новосибирск. 1993 С 43-50

12. Бобьпев КБ Шишкин Б А Понятие эквивалентности цикла при описании режима нагруженное г и железнодорожных мостов //

13. Исследования работы искусственных сооружений. Новосибирск, 1970 С.145-149.

14. Бокарев С А Управление техническим состоянием искусственных сооружений железных дорог России на основе новых информационных технологий. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2002. 276 с.

15. Бокарев С. А, Бушин А В, Прибытков С С Внедрение новою информационного обеспечения в систему эксплуатации искусственных сооружений на сети железных дорог России // Путь и пулевое хозяйство. 2003. №2. С. 9.

16. Бокарев С А, Мурованный ЮН, Ращепкин А А, Рыбспов ЮВ, Никитин Д А , Мартынов ДII. Программное обеспечение определения условий пропуска нагрузки по грузоподъемности в составе: АРГОМ, ЛРГОН и АРГОбп. Свидетельство ЛЬ 166 в ОФАП ОАО «РЖД» от 31.05.2006.

17. Бокарев СА, Прибытков С С Информационно-справочная система по ИССО на новых программно-технических комплексах (АСУ ИССО v.3). Свидетельство № 664-2 в ОФЛ11 МПС России от 31.03.03 г.

18. Бокарев С А, Прибытков С С, Мочспкин ПС Основные принципы разработки АСУ ИССО третьего и четвертого поколений. Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу. Тезисы региональной научно-практической конференции. Новосибирск, 2002 г. С 160-161.

19. Бокарев С А, Ращепкин А А Новый подход к оценке несущей способности металлических пролетных строений железнодорожных мостов // Путь и путевое хозяйство. 2006. № 11. С. 26-27.

20. Боютин В В Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. 446 с.

21. Брик АН, Седова IIМ Совершенствование методов содержания искусственных сооружений с использованием автоматизированной информационной системы // Повышение надежности железнодорожных мостов. C-116 , 1993. С. 12-16.

22. Броу де Б М 11редельпые состояния стальных балок. М., 1953. 216 с.

23. Броуде Б М Распределение сосредоточенного давления в металлических балках. М.: Стройиздат, 1950. 84 с.

24. Броуде БМ Устойчивость пластинок в элементах стальных конструкции. М : Машстройиздат, 1949. 240 с.

25. ГОСТ 27751-88 (С 1 СЭВ 384-87). Надежность строительных конструкций и оснований Основные положения по расчету / Госстрой СССР "м , 1988.7 с

26. Г\се< ДЕ Автоматизированное определение грузоподъемности железобетонных балочных разрезных пролетных строений мостов. Автореф дис . капд техн. наук М., 1992. 20 с

27. Допо1шш1С1Ы1ые напряжения моетовыч ферм от жесткости узлов и их практическое шачение / П.О. Патом, H.A. Клех, М II. Яцына и др. М., 1930.318 с.

28. Евграфов Г К, Лятн Л Б Расчеты мостов по предельным состояниям. М.: 'I рапсжелдориздат, 1962. 336 с.

29. Ефимов ПII Усиление и реконструкция мостов: Монография / СибАДИ Омск, 1996. 154 с.

30. Захаров В Г, Лазарев АН, Рупасова ИВ, Ярохио В И. К'пропуску тяжелых нагрузок по пролетным строениям проектировки ПСК // Повышение эксплуатационных качеств железнодорожных мостов. JI., 1989. С. 25-27.

31. Инструкция по обследованию и перерасчету металлических железнодорожных мостов. Утв. ЦПЗ Косорез 09.10.1932 г. М.-Л.: Транспечать ПКПС, 1933. 128 с.

32. Инструкция по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах Российской Федерации / Департамент пути и сооружений ОАО "РЖД". М.- Транспорт, 2005. 62 с.

33. Иостевский Л И Организация эксплуатации железобетонных мостов на сети железных дорог России // Фундаментальные и поисковые научно-исследовательские работы в области железнодорожного транспорта 1995 г. (Часть I). М., 1997. С29-31.

34. Иостевский ЛИ Практические методы управления надежностью железобетонных мостов. М.: Науч.-изд. центр "Инженер", 1999. 295 с.

35. К вопросу о временной вертикальной нагрузке для расчета ж.-д. мостов / II. Парамонов, Н. Лялин, К. Гума, II. Тихонов. М.: Трансжелдориздат, 1935 80 с.

36. Казарновский В С Иовосеюв А А Исследование местного напряженного состояния балок с тавровым поясом // Изв вузов. Стр-во. 2000. № 9. С. 139-143.

37. Кату пин А Т Основные положения классификации пролетных строений металлических мостов по грузоподъемности // Гру юподъемность металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов Л., 1964 , С 6-32.

38. Кирста А А , Лобода В M Автоматизированная подсистема определения I еометрических характеристик составных сечений металлических мостов // Исследования искусственных сооружений на железнодорожном транспорте. М., 1990. С. 19-27.

39. Копту M Delphi 4 для профессионалов. С-Пб.: Издательство "Питер", 1999.'1120 с.

40. Лесомш БФ, Мешшков ЮЛ, По тьевко ВП, Хромец 10 H Металлические мосты. М.: Трансжелдориздат, 1959. 188 с.

41. Напряженное состояние мостовых ферм и опытные исследования: Десятый Сборник Отдела Инженерных Сооружений. М.: Транспечать, 1926. 169 с.

42. Осипов ВО Долговечность металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов. М.: Транспорт, 1982. 287 с.

43. Пименов В В Классификация элементов мостов с многозначными линиями вчияния // Путь и путевое хозяйство. 1993. № 11. С. 23-24.

44. Пименов В В Упростить методик) классификации мостов и нагр)зок // II) ть и п\тевое хозяйство. 1991 № 12. С. 12

45. Писицын ME К вопросу о гр)зоподъемности железнодорожных мостов М. Трансжелдориздат, 1949. 220 с.

46. Прибытков С С Обоснование нормативных требований к содержанию мостового плотна на железобетонных пролетных строениях с ездой на балласте. Автореф. дне. . канд. техн. на) к 11овосибирск, 2006. 20 с.

47. Проектирование металлических мостов / A.A. Петропавловский, НИ. Богданов, 11.Г. Бондарь и др. М., 1982. 320 с

48. Райзер ВЦ Теория надежности в строительном проектировании. M Пзд-во Ассоциации Строительных В\зов, 1998. 303 с.

49. Расчеты металлических мостов Тр)ды всесоюзного научно-исследовательского инстит\та железнодорожного строительства и проектирования / Лялин 11 Б , Стрелецкий H H , Шелестенко Л П. и др М. Граисжелдоризда!, 1955 192 с

50. Рагцепкин А А Автоматизированная система расчета эксплчатирхемых металлических пролетных строений железнодорожных мостов// Вестник СГУПСа Вып 13 Новосибирск Изд-во СГУПСа, 2006. С. 133-14657