Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
Кафедра «Мосты и тоннели»
Ю.В. Дмитриев, А.С. Дороган
Аналитические методы расчета висячих и вантовых мостов
Рекомендовано
Методическим советом ДВГУПС
в качестве учебного пособия
Хабаровск
Издательство ДВГУПС
2008
УДК 624.5.001.2 (075.8)
ББК О 112.245я73
Д 534
Рецензенты:
Кафедра «Мосты, основания и фундаменты»
Тихоокеанского государственного университета
(и.о. заведующего кафедрой доктор технических
наук, профессор И.Ю. Белуцкий)
Генеральный директор ОАО «Дальмостострой»,
кандидат технических наук В.В. Лисовый
Дмитриев, Ю.В.
Д 534 Аналитические методы расчета висячих и вантовых мостов : учеб. пособие / Ю.В. Дмитриев, А.С. Дороган. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. – 194 с. : ил.
Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования направления подготовки дипломированных специалистов 270200 «Транспортное строительство» специальности 270201 «Мосты и транспортные тоннели» по дисциплине «Проектирование мостов и труб».
Рассмотрены проектные характеристики, конструктивные решения, аналитические методы статического, динамического и аэродинамического расчетов висячих и вантовых мостов.
Предназначено для студентов 5-го курса всех форм обучения, выполняющих курсовой и дипломный проекты.
Учебное пособие написали: Ю.В, Дмитриев – разд. 1–6; А.С. Дороган – разд.7.
УДК 624.5.001.2 (075.8)
ББК О 112.245я73
© ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный
университет путей сообщения»
(ДВГУПС), 2008
Введение
По висячим и вантовым мостам имеется большое количество работ технического и учебно-методического характера, связанных с их проектированием и строительством.
Анализ современного состояния теории расчета висячих и вантовых мостов показывает, что в настоящее время их расчет, как правило, производится в матричной форме с учетом геометрической нелинейности.
Так, для расчета висячих мостов наиболее распространены смешанный метод и метод дополнительных параметров жесткости, являющийся модификацией метода перемещений. Существует единая матричная форма смешанного метода расчета висячих мостов. Все алгоритмы расчета, развитые на основе использования смешанного метода, хорошо приспособлены для реализации на ЭВМ любого типа.
Для расчета вантовых систем пользуются всеми основными методами строительной механики – методом сил, методом перемещений, смешанным методом, а также численными методами решения задач прикладной теории упругости в тех случаях, когда расчетная схема не может рассматриваться как стержневая система. Здесь также, особенно при расчете сложных систем, определенные преимущества имеет смешанный метод, поскольку все основные усилия и перемещения при соответствующем выборе основных систем всегда могут быть найдены непосредственно в результате решения канонических уравнений, представляемых в матричной форме. Применяют также метод конечных разностей и метод конечного элемента. В целом происходит постоянное развитие методов деформационного, динамического и аэродинамического расчетов, имеющих особо важное значение для висячих и вантовых мостов.
В условиях массового применения вычислительных программ инженер должен уметь выполнять контрольные расчеты по упрощенным схемам, хорошо отражающим работу сложных систем.
Применение традиционных методик аналитического расчета, основанных на использовании метода сил и особенно смешанного метода, отнюдь не утратило актуальности, прежде всего, для назначения начальных параметров и оценки результатов сложных расчетов, а также ввиду возможности и целесообразности органического включения простых алгоритмов в более сложные.
Аналитический расчет является важным инструментом на этапе вариантного проектирования, так как используется для определения расчетных усилий в элементах рассматриваемой системы, размеров и сечений элементов и назначения параметров их жесткости.
Иначе говоря, устанавливается состоятельность статической схемы и конструктивного решения того или иного варианта, участвующего в сравнительном анализе с другими вариантами.
В связи с этим становится полезным обобщение существующих способов аналитического расчета висячих и вантовых мостов, предлагающих решение соответствующих задач в линейной постановке, с приемами учета геометрической нелинейности при определении внутренних усилий и деформаций этих систем, а также характеристик жесткости.
Указанное обобщение является важным в рамках учебной подготовки студентов по специальности «Мосты и транспортные тоннели», так как восполняет пробелы при изучении дисциплин «Строительная механика», «Динамика и устойчивость транспортных сооружений», где эти вопросы применительно к висячим и вантовым системам не рассматриваются.
Для такого обобщения привлечены работы отечественных ученых: И.М. Рабиновича, Е.И. Крыльцова, С.К. Степкина, И.С. Дурова, Н.М. Кирсанова, В.К. Качурина, А.В. Смирнова, А.А. Петропавловского и др. [1, 2, 4–6, 9, 13].
В настоящее время в практических расчетах висячих и вантовых мостов широко используются ЭВМ. Разработано много вычислительных комплексов и программ (ЛИРА, РК, СПРИНТ и др.). В рамках учебного пособия рассмотрена универсальная программа «Интэл», предназначенная для многовариантного моделирования комбинированных систем на начальном этапе проектирования, а также для курсового и дипломного проектирования как учебно-обучающая.
Основной целью данного учебного пособия является ознакомление с методами расчета элементов конструкций висячих и вантовых мостов. В результате чего студент должен научиться применять полученные знания при выполнениикурсового и дипломного проектов по этим сооружениям.