Танцующий мост

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройству усиления ферм моста. Судоходная часть моста содержит фермы, каждая из которых состоит из нижнего основания, верхнего основания, к которым присоединены боковые ребра прочности. К верхнему, нижнему основаниям и боковым ребрам прочности присоединены поперечные ребра прочности. На нижнем основании дополнительно установлены ребра прочности, присоединенные к поперечным ребрам прочности. К нижнему основанию фермы с внешней стороны между опорами моста могут быть присоединены дополнительные ребра прочности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Укрепление существующего моста при конструировании которого неправильно рассчитана прочность (этим критерием оценивают способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием приложенных к ней нагрузок) конструкций ферм моста, что вызывает их колебание и разрушение.

Изобретение позволяет устранить эту грубую ошибку допущенную при расчете прочности конструкций ферм моста.

известен мост построенный через реку Волга в г. Волгограде «танцующий мост» который совершал волнообразные колебания при запуске его в эксплуатацию которые превышали допустимые нормы колебаний допустимые стандартами. При пуске в эксплуатацию «танцующего моста» произошли волновые колебания 3^х ферм моста над судоходной частью моста, которые значительно превышали допустимые нормы, такие волновые колебания произошли по тому что не правильно рассчитана прочность конструкций ферм(она занижена). Так как элементы конструкций, так и конструкция в целом при действии внешних сил в большей или меньшей степени изменяют свои размеры и форму и в конце могут разрушиться. Это изменение носит общее название деформация.

Данный мост выбран в качестве протатипа заявляемого технического решения.

Недостатки протатипа:

- повышенные волновые колебания ферм моста которые расположены над судоходной частью реки Волга;

- установлены абсолютно ненужные устройства (демпферы) весом по 5,2 т каждый, общий вес каждого изделия с грузом более 20 т., для гашения волновых колебаний ферм моста над судоходной частью реки Волга,

Перечисленные недостатки приведут к разрушению моста.

Задачей заявленного изобретения является устранение этих недостатков.

- устранить колебания моста, увеличив прочность ферм пролетов моста над судоходной частью реки Волга;

- удалить гасители волновых колебаний ферм моста;

- в случае усиления прочности ферм над судоходной частью моста, вес ферм будет превышать допустимые нагрузки на опоры моста, нужно забить сваи около опор моста с левой и правой стороны которые будут являться дополнительными опорами ферм, опоры изготавливаются из коррозионно-стойкой стали, положить на опоры ферм поперек ферм ребра прочности (балки) с нижней внешней стороны под нижнее основание которые примут на себя дополнительную нагрузку, возникшую при увеличении прочности ферм.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. Судоходная часть моста, содержащая фермы, каждая из которых состоит из нижнего основания, верхнего основания, к которым присоединены боковые ребра прочности, а также содержит поперечные ребра прочности, присоединенные к верхнему, нижнему основаниям и боковым ребрам прочности, а на нижнем основании дополнительно установлены ребра прочности, присоединенные к поперечным ребрам прочности.

2. Судоходная часть моста по п. 1, отличающаяся тем, что к нижнему основанию фермы с внешней стороны между опорами моста присоединены дополнительные ребра прочности.

Сущность изобретения поясняется чертежами где:

- фиг. 1 - движение ферм моста под нагрузкой;

- фиг. 2 - фермы моста;

- фиг. 3 - фермы моста: П.2; П3;

Это обеспечивает:

- увеличение прочности продольных ребер прочности ферм;

- увеличение прочности ферм моста;

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- фиг. 1 - движение ферм моста под нагрузкой;

- фиг. 2 - фермы моста;

- фиг. 3 - фермы моста: П.2; П.3;

1. Судоходная часть моста, содержащая фермы, каждая из которых состоит из нижнего основания, верхнего основания, к которым присоединены боковые ребра прочности, а также содержит поперечные ребра прочности, присоединенные к верхнему, нижнему основаниям и боковым ребрам прочности, а на нижнем основании дополнительно установлены ребра прочности, присоединенные к поперечным ребрам прочности.

2. Судоходная часть моста по п. 1, отличающаяся тем, что к нижнему основанию фермы с внешней стороны между опорами моста присоединены дополнительные ребра прочности.

Конструкция ферм моста находящихся над судоходной частью моста, (фиг. 2) состоящая: из поперечных ребер прочности(7), которые присоединены к верхнему основанию(10), к боковым ребрам прочности(9), к нижнему основанию(11), устанавливаются дополнительно ребра прочности на нижнее основание(11) ферм чтобы увеличить прочность конструкции ферм до требуемых стандартов присоединенные к поперечным ребрам прочности(7), боковые ребра прочности(9) присоединены к верхнему основанию(10), нижнему основанию(11) и поперечным ребрам прочности(7).

Прочность продольных ребер прочности ферм увеличивается присоединением дополнительных ребер прочности(12) к нижнему основанию(11) ферм с внешней стороны между опорами моста(13).

Деформации разделяются на упругие и остаточные. Упругими деформациями называются такие изменения формы и размеров элементов, которые исчезают после удаления вызвавших их сил, конструкция полностью восстанавливает свою прежнюю форму (фиг. 1. чертеж 1, 2, 3,) Эти деформации связаны лишь с упругими искажениями решетки атомов. Упругие деформации происходят пока величина внешних сил не превзошла известного предела. Если же внешние силы перешли этот предел, то после их удаления формы и размеры элемента не восстанавливаются в первоначальном виде, оставшиеся разности размеров называются остаточными деформациями(фиг. 1, чертеж 3, 4, 5,). Эти деформации в кристаллических материалах связаны с необратимыми перемещениями одних слоев кристаллической решетки относительно других. При удалении внешних сил сместившиеся слои атомов сохраняют положение в смещенном состоянии. Для вычисления усилия нельзя суммировать напряжения в разных точках, надо это вычислить в наиболее нагруженной точке сечения передающуюся через малую площадку приложенную силу. При выборе размеров и материала для того или иного элемента конструкции должен быть обеспечен известный запас прочности против возможности его разрушения или оставшегося изменения формы. Элемент должен быть спроектирован так, чтобы наибольшее напряжение, возникающее в нем при работе, были меньше тех при которых материал разрушается или получает остаточные деформации. Величина напряжений, достижение которых обуславливает разрушение материала, называется пределом прочности или временным сопротивлением, величина напряжений при которых материал получает незначительные остаточные деформации, называется пределом упругости. Эти величины являются механическими характеристиками сопротивления материалов разрушению и остаточному разрушению формы. Чтобы обеспечить сооружение от риска разрушения допускается в его элементах, напряжения которые будут по своей величине составлять лишь часть предела прочности материала.

Величина допускаемых напряжений:

[Р]=P_B/k

где: k-коэффициент запаса прочности;

Р_в - предел прочности;

[Р] - величина допускаемых напряжений;

Величина этого коэффициента колеблица в пределах от 1,7 до 8-10 и зависит от условий, в которых работает конструкция.

Обозначая наибольшие напряжения, которые возникнут при действии внешних сил в проектируемом элементе:

P_max≤[Р]

Где:

P_max - наибольшие напряжения;

[Р] - допустимые напряжения;

Это условие прочности: действительные напряжения должны быть не более допустимых.

При пуске в эксплуатацию моста через реку Волга в городе Волгограде при прохождении по нему потока машин фермы над судоходной частью моста начали совершать волновые колебания высотой более одного метра, в результате этого произошла пластическая деформация и фермы моста просели и волновые колебания моста прекратились так как уменьшилась прочность конструкции ферм. В полости ферм для исключения повтора волновых колебаний были установлены гасители волновых колебаний(демпферы) весом 5,2 т. каждый, в полном комплекте более 20 т. То есть добавили дополнительную нагрузку на конструкцию ферм. Тем самым уменьшили прочность ферм моста и увеличили пластическую деформацию. Гасители волновых колебаний наносят вред фермам моста и их нужно убрать. На правом берегу реки Волга установлены короткие фермы из металла они правильно рассчитаны на прочность и работают очень надежно.

Статистическое испытание мостового крана производится следующим образом. Кран устанавливается над опорами крановых путей, а его тележка в положение отвечающее наибольшему прогибу. Крюком или заменяющим его устройством захватывается груз и поднимается на высоту 200-300 мм с последующей выдержкой в таком положении в течении 10 мин. По истечении 10 мин. груз опускается, после чего проверяется отсутствие остаточной деформации моста крана. Статистическое испытание грузоподъемной машины производится нагрузкой на 25% превышающей ее грузоподъемность, и имеет целью проверку ее прочности и прочности отдельных ее элементов. При наличии остаточной деформации, явившейся следствием испытания крана грузом, кран в работу допускаться не должен до выяснения причин деформации и возможности дальнейшей работы крана. (Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, ст. 280) Из этого следует что испытание мостов на прочность проездом колоны грузовиков с грузом по мосту является не правильным испытанием на прочность, так как нагрузка является рассредоточенной а должна быть сосредоточена в самой опасной точке фермы то есть посредине.

Фермы моста подвергаются изгибу или сжатию с изгибом при возникновении она является сложной деформацией. Эти напряжения направлены параллельно силе Р, т.е. нормально к сечению(перпендикулярно) поэтому их называют нормальными напряжениями и обозначают буквой б. Так как они распределены равномерно по сечению N, то N=б⋅f, с другой стороны N=P отсюда получаем

б=P/F

где:

Р - сила;

б - нормальное напряжение;

F - площадь поперечного сечения;

Эта формула позволяет вычислить напряжение 6, если известны растягивающая сила и размеры сечения. С другой стороны, если мы зададимся допустимой величиной нормального напряжения, из этой формулы можно будет найти необходимую площадь поперечного сечения F

Величина нормальных напряжений вызывающих разрыв металла:

б_в=P/F

Р - величина нагрузки которую выдержал металл до разрыва;

б_в - предел прочности;

F - площадь сечения;

В конструкции приходится допускать при работе на растяжение нормальные напряжения (б), в несколько раз меньше, чем предел прочности б_в; допускаемое напряжение получается делением предела прочности б_в на коэффициент запаса k. Величина коэффициента запаса к должна быть такова что в нормальной работе конструкции не произошло разрыва, но чтобы не образовалось и остаточных деформаций, могущих изменить схему конструкции. При остаточных деформациях (пластических деформациях разрушение происходит мгновенно). Ввиду важности правильного выбора коэффициента запаса и величины допускаемых напряжений эти величины для многих конструкций устанавливаются нормами обязательными для составления проектов и расчетов. Для определения необходимой площади поперечного сечения растянутого стержня можно формулой написать условия прочности; это условие должно выразить, что действительное напряжение 6 в растянутом стержне при действии сил Р не должно превосходить допускаемого напряжения [б_в].

б=P/F≤[б_в]

б - действительное напряжение;

Р - действие сил;

[б_в] - предел прочности;

F - площадь сечения;

Из этого условия определяется наименьшая необходимая площадь стержня.

F≥P/[]

F - площадь сечения;

P - действие сил;

[б_в] - предел прочности;

Пользуясь формулой можно производить подбор сечений конструкции. Иногда площадь поперечного сечения является заданной. Тогда решая формулу относительно Р, мы производим определение допускаемой силы.

P≤F⋅[б_в]

Р - допускаемая сила;

F - площадь сечения;

[б_в] - предел прочности;

Пример:

Мы должны установить материал идущий на изготовление конструкции и допускаемое напряжение, пусть конструкция делается с пределом прочности около б_в=50 кг/мм²=0,5 кг/см², конструкция не должна разрушаться, и в ней недолжно быть даже незначительных остаточных деформаций. Придел упругости для выбранного материала(металл) составляет примерно 0,6 от предела прочности б_в.

Поэтому величина допускаемых напряжений не должна превышать

0,5б⋅0,6б_в=0,3б_в

Это дает коэффициент запаса k=1/0,3

Таким образом, в данном случае допускаемое напряжение может быть принято равным:

[б]=б_в/k=0,3б_в=50⋅0,3=15 кг/мм²=1500 кг/см²

[б] - допускаемое напряжение;

[б_в] - предел прочности;

k - коэффициент запаса;

Необходимая площадь при Р=25т равна:

F≥P/[б]=25000/1500=16,7 см²

F - площадь сечения;

Р - сила;

[б]- допускаемое напряжение;

диаметр стержня определяется условием:

πd²/4=F>16,7

π - 3,14;

d - диаметр стержня;

F -площадь сечения;

откуда:

d²≥4F/π

d²≥16,7⋅4/3,14=4,6 см

d≥4,6 см.

В случае усиления прочности ферм над судоходной частью моста, вес ферм будет превышать допустимые нагрузки на опоры моста, нужно забить сваи(15) около опор моста с левой и правой стороны которые будут являться дополнительными опорами ферм, опоры изготавливаются из коррозионно-стойкой стали, положить на опоры ферм(15) поперек ферм ребра прочности(балки)(14) с нижней внешней стороны под нижнее основание которые примут на себя дополнительную нагрузку, возникшую при увеличении прочности ферм.

Литература.

Н.М. Беляев. Сопротивление материалов.

Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука» 1976 г. стр. 608.

Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. Издательство «Металлургия». г. Москва. 1970 г. стр. 207.

1. Судоходная часть моста, содержащая фермы, каждая из которых состоит из нижнего основания, верхнего основания, к которым присоединены боковые ребра прочности, а также содержит поперечные ребра прочности, присоединенные к верхнему, нижнему основаниям и боковым ребрам прочности, а на нижнем основании дополнительно установлены ребра прочности, присоединенные к поперечным ребрам прочности.

2. Судоходная часть моста по п. 1, отличающаяся тем, что к нижнему основанию фермы с внешней стороны между опорами моста присоединены дополнительные ребра прочности.