О колебаниях мостов

abondarcev — 22.05.2010  В продолжении вчерашнего ЧП на мосту в Волгограде приведу небольшой анализ.

Итак, конструкция моста следующая - железобетонные стоечные опоры, металлическое коробчатое пролетное строение:


Построена только половина комплекса - левый мост с трехполосным движением. К 2015 году планировалось построить аналогичный правый мост для обеспечения трехполосного движения в каждом направлении. Симметричность сооружений выбрана для простоты - ведь шестиполосный мост слишком сложен с точки зрения своей работы, т.е. проектирования, а также технологии возведения. Вспомним вантовый мост на питерской окружной дороге (Большой Обуховский мост):


Здесь также применен метод возведения симметричных конструкций. Однако вернемся к Волгоградскому мосту теперь, когда стало ясно, что существующий мост спроектирован неверно, встает вопрос о перепроектировании второго (правого моста), т.е. одно из преимуществ - простота проектирования аналогичных конструкций себя не оправдала. Да, вполне возможно, что нехватало лишь каких-то поперечных связей внутри коробок пролетного строения. Тогда после их добавления в правом сооружении, его внешний облик не изменится и не нарушится ансамбль всего сооружения... Однако вдруг этого будет недостаточно и придется все-таки менять тип пролетного строения - делать его сквозным (ферма) или коробки выполнить с наклонными стенками.

Для лучшего понимания как это будет выглядеть посмотрим на японский мост Акаси-Кайкё (пролетное строение в виде фермы с ездой поверху):


конечно высота пролетного строения будет меньше, чем у японского моста, но она все-таки увеличится по сравнению с коробчатым, что отразится на судоходном габарите и вполне возможно, что придется поднимать мост для обеспечения пропуска судов.

Второй вариант - применение коробчатого пролетного строения с наклонными стенками - кажется более оправданным и эстетичным. Действительно, посмотрим теперь на Виадук Мийо во Франции: 


Конструкция поперечного сечения такого пролетного строения:

На картинке сверху видны поперечные связи, обеспечивающие необходимую жесткость пролетного строения, а наклонные стенки коробки минимизируют воздействие ветра на пролетное строение.

При таком варианте пролетного строения, его строительная высота не увеличится по сравнению с существующим мостом, что не приведет к архитектурному диссонансу.

Что делать с существующим мостом?

1. Необходимо устройство защитных экранов от ветра на стенках коробчатых балок пролетного строения, чтобы придать им обтекаемую форму. На первом рисунке видны большие консоли, так что техническая возможность такого решения имеется. Необходимо отметить, что при таком варианте ремонта, имеет место дополнительная нагрузка на пролетное строение, которая не была предусмотрена проектом - необходима проверка, выдержит ли такой экран существующее п.с.

2. Устройство дополнительных поперечных связей внутри коробчатого п.с.

3. Необходимо обеспечить мониторинг сооружения с внимательным наблюдением за колебаниями п.с. Мониторингом мостов занимается, к примеру Институт Имидис (Москва). Справедливости ради можно добавить, что какой-то мониторинг за Волгоградским мостов все же ведется, стоят сейсмо-датчики и все такое, однако по сообщениям из новостей, перекрыли движение на мосту не эта система соответствующим сообщением на электронном табло, а выехавшие на место ЧП сотрудники милиции по звонку одного из автолюбителей.

Итак, видео моста через Волгу в Волгограде (как он выглядит с проезжей части):







Здесь можно увидеть специальные дорожные знаки, которые указывают на сильный ветер и ограничивают скорость движения транспортных средств (а то и вообще закрывают движение) - очевидно на мосту стоят специальные датчики, регистрирующие скорость ветра, а также перемещения пролетного строения, напряжения в нем и т.п. - такая система называется мониторингом.

Некоторые переживают за уже построенные мосты - и не без основательно. Могу сказать только за Живописный мост в Москве - он рассчитан на колебания амплитудой 4 м и на его вантах стоят специальные демпфирующие устройства:



зЫ: что до последних сообщений некоторых лиц о том, что после строительства второго моста, он будет стоять как вкопанный, то смею заверить таких людей, что не надо лукавить - этот (правый мост) может и будет стоять как вкопанный, а вот его младший братик, который будет закрывать его от ветра, будет танцевать аналогично, если конечно Вы не собираетесь объединять эти два моста в единую конструкцию... что собственно врятли приведет желаемому результату...

что до моделирования колебаний пролетного строения моста от воздействия ветра, то данные расчеты вполне можно провести в программном комплексе Ansys, основанном на методе конечных элементов:




Такие расчеты делаются для всех вантовых и висячих мостов в России, в дополнении к расчетам по СНиП 2.05.03.-84*. Стыдно, что такой методики нет до сих пор в официальном документе. заметьте: нормы проектирования мостов не менялись с 1984г (дополнения были введены в 93г). Теперь видимо экспертиза будет заставлять проводить аналогичные расчеты на всех больших мостах (длиной главного пролета более 100м). Так что выиграют те проектировщики, которые уже имеют соответствующие наработки.

Иногда, конечно, испытания мостов проводят таким способом:

</div>

но это не утвержденный метод и пока в нашей стране не практикуется:)

может его следует запатентовать?


upd:

кое-что из физики явления:

явление резонанса возникает при совпадении частот собственных колебаний конструкции и внешней нагрузки. Теоретически, при таком раскладе амплитуда колебаний возрастает до бесконечности, однако в реальных конструкциях имеет место демпфирующий эффект - сглаживание колебаний из-за различных факторов - материал пролетного строения, вид опорных частей, специальные демпфирующие устройства.

По теории динамики, колебания конструкции с одной степенью свободы под действием внешних колебательных нагрузок и демпфирующих сил подчиняются следующему закону:

здесь q - отношение частоты собственных колебаний конструкции к частоте колебания нагрузки, a - коэффициент демпфирования. Вот как это выглядит на графике:



Итак мы видим, что чем больше коэф. демпфирования, тем меньше колебания, т.е. даже при q = 1 (когда колебания конструкции и нагрузки совпадают), больших амплитуд колебания не наблюдается.
</lj-embed>

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Архив