CC BY
60
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №6 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-6 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/12KO615.pdf DOI: 10.15862/12KO615 (http://dx.doi.org/10.15862/12KO615)
УДК 624.042
Валиев Шерали Назаралиевич
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Россия, Москва Доцент
Кандидат технических наук E-mail: [email protected]
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Филиал в г. Сочи Профессор Доктор технических наук E-mail: [email protected]
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов1
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Филиал в г. Сочи Доцент
Кандидат технических наук E-mail: [email protected]
Смоленкин Владимир Сергеевич
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный
технический университет (МАДИ)» Россия, Москва Кандидат технических наук Доцент
E-mail: [email protected]
1 410054, Саратов, Политехническая 77 1
Блинков Максим Андреевич2
ООО «Институт "Проектмостореконструкция"»
Россия, Саратов Инженер I категории E-mail: [email protected]
Анализ надземного пешеходного перехода с целью установления причин разрушения остекления пролетного строения
Аннотация. В данной статье проводится анализ особенностей конструкции надземного пешеходного перехода через автомобильную дорогу. Этот пешеходный переход имел остекление из поликарбоната над пролетным строением. В марте 2015 года произошло разрушение остекления пролетного строения. В момент обрушения остекления пролетного строения был зарегистрирован сильный ветер. Была поставлена задача установить причины разрушения остекления пролетного строения. В процессе обследования установлено, что элементы крепления обследуемого перехода, принятые по аналогии с другим пешеходным переходом, не совсем подходят по размерам к обследуемому сооружению. Была определена ветровая нагрузка на сооружение, построена конечно-элементная расчетная схема и выполнен анализ напряженно-деформированного состояния с помощью программного комплекса ЛИРА. Результаты расчета показали, что из-за больших деформаций остекления под действием ветровой нагрузки в ряде платин остекления появились значительные напряжения, величина которых превысила допустимые. Условие прочности по первому предельному состоянию не выполнялось почти у всех пластин, разрушение которых потянуло за собой последующее разрушение и остальных пластин поликарбоната и разрушение всего остекления мостового сооружения.
Ключевые слова: мостовое сооружение; остекление моста; разрушение поликарбоната; ветровая нагрузка; прочностной анализ.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Валиев Ш.Н., Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Смоленкин В.С., Блинков М.А. Анализ надземного пешеходного перехода с целью установления причин разрушения остекления пролетного строения // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/12KO615.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/12KO615
2 http://vk.com/blinkovma
Введение
Исследуемый надземный пешеходный переход находится на км 92+150 автомобильной дороги М-10 «РОССИЯ» около города Клин и состоит из пролетного строения над автодорогой и двух двухмаршевых лестничных сходов, расположенных в остекленных башенных опорах (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Надземный пешеходный переход с остеклением (фото авторов)
Рис. 2. Вид на пешеходный переход изнутри (фото авторов)
Пролетное строение балочно-разрезное цельнометаллическое состоящее из двух главных балок, объединенных нижней ортотропной плитой. Полная длина балок - 35,60 м, высота главных балок - 1,570 м, толщина ребер - 0,012 м, толщина плиты - 0,012 м. Лестничные сходы двухмаршевые с изменением направления движения, перпендикулярны пролетному строению. Сопряжение пролетного строения и лестничных сходов выполнено по переходным площадкам. Опоры и лестничные сходы установлены на объединенных фундаментах на естественном основании. Полная длина сооружения - 47,10 м, с учетом
лестничных сходов - 76,56 м. Ширина пешеходной части 2,25 м. Перильное ограждение сооружения - металлические поручни высотой 1 м на основной конструкции. Надземный пешеходный переход пересекает дорогу на высоте 5,6 м. Высота самих конструкции надземного пешеходного перехода составляет 3,38 м.
Остекление пролетного строения было выполнено блоками термоформного тоннеля полуциркульного очертания радиусом 1,2 м из поликарбоната, крепление блоков осуществлялось зажимами. Остекление опорных башен выполнено плоскими пластиковыми панелями на металлическом каркасе. Пешеходный переход построен в 2002 г. Проектные нормативные временные нагрузки: пешеходная, ветровая, снеговая.
В марте 2015 года произошло разрушение остекления пролетного строения (рис. 3). По данным метеостанции г. Клин на момент обрушения остекления пролетного строения (29.03.2015 г.) был зарегистрирован сильный ветер, его максимальная скорость (с учетом порывов) составляла 16 м/сек, что относится к неблагоприятным явлениям, в соответствии с критериями действующих норм - РД 52.04.563-2013.
Рис. 3. Вид на пешеходный мост после разрушения остекления пролетного строения
(фото авторов)
Возникла задача установить причины разрушения остекления пролетного строения. Вопросы обследования, диагностики мостовых сооружений, оценки их состояния, определения нагрузок на сооружения, предупреждения аварий, анализа причин аварий, динамического поведения мостовых сооружений при ветровом воздействии, а также проблемы расчетного анализа подобных сооружений рассмотрены в работах [1 - 15].
1. Обследование мостового сооружения
Работы по осмотру и обследованию надземного пешеходного перехода проводились 30 июня 2015 года. В ходе обследования были осмотрены: пролетное строение после обрушения остекления и опорные башни лестничных сходов. Результаты осмотра приведены на рисунках 4-11.
На пешеходном мосту полностью отсутствует остекление пролетного строения и элементы его крепления (рис. 4). На момент обследования эксплуатирующая организация не
смогла представить для осмотра части и элементы обрушившегося остекления и крепления. Были представлены только некоторые фотографии после обрушения. По данным представленных фотоматериалов можно заключить, что порыв ветра был со стороны Москвы, что привело к срыву верхних элементов крепления к правому перильному ограждению и слому крепления к левому (со стороны области) перильному ограждению, фрагменты остекления находились на правом откосе дороги за сооружением (рис. 5 и 6).
Рис. 4. Вид на прохожую часть перехода. Полное отсутствие остекления пролетного строения и элементов крепления (фото авторов)
Анализ рабочей документации показал, что фактические конструкции крепления блоков остекления пролетного строения отличаются от проектных решений (рис. 7 а, б).
Конструкция крепления остекления пролетного строения в процессе производства работ была принята по аналогии с креплением остекления другого надземного пешеходного перехода, который находится на расстоянии около 0,5 км от данного сооружения (рис. 8 и 9). Материалы согласования изменения технического решения и исполнительная документация не были предоставлены.
Сопоставительный анализ конструкции остекления пролетных строений обследуемого и аналогичного пешеходных переходов показывает существенные отличия в конструкции и креплении остекления (рис. 9).
Элементы крепления обследуемого перехода, принятые по аналогии с другим пешеходным переходом, не совсем подходят по размерам к обследуемому сооружению: основание крепления (поручень) на обследуемом сооружении меньше по ширине, а крепление нижних элементов осуществлялось одним саморезом (рис. 10 а), в то время как на аналогичном сооружении - двумя саморезами (рис. 10 б). В процессе эксплуатации саморезы сильно прокорродировали.
В процессе эксплуатации некоторые узлы крепления блоков остекления вышли из строя (раскрепились). Свидетели происшествия рассказывали, что перед обрушением правая часть остекления около опоры 1 сильно качалась, что свидетельствует о нарушении работы крепления. Наличие на некоторых участках пролетного строения самодельных конструкций для прижатия остекления, так же свидетельствует об отсутствии крепления или нарушениях в
их работе (рис. 11). На аналогичном пешеходном переходе узлы крепления остекления являются не достаточно надежными. От воздействия динамических (ветровых) нагрузок происходит смешение верхней части крепления. В процессе эксплуатации необходимо строго следить за этими узлами (рис. 12).
Рис 5. Вид на пролетное строение после обрушения остекления. Наличие нижних частей крепления и резиновые уплотнители со стороны Москвы. Разрушение нижней части укрепления со стороны области по линии затяжки саморезом (фото предоставлено
эксплуатирующей организацией)
Рис. 7. Крепление блоков остекления к поручню перильного ограждения: а) по проекту; б) фактическое (с зажимами), (схема и фото авторов)
Рис. 8. Вид на аналогичный пешеходный переход (0,5 км до сооружения) со стороны Москвы
а) б)
Рис. 9. Вид на прохожую часть пешеходных переходов: а) обследуемого; б) аналогичного
(фото авторов)
а) б)
Рис. 10. Соединение нижнего элемента крепления к основанию (поручню перильного ограждения: а) на обследуемом мосту; б) на аналогичном мосту (фото авторов)
Рис. 11. Дополнительные конструкции для удержания остекления (фото авторов)
""V
Рис. 12. Крепление остекления пролетного строения (аналога). Смешение верхней части
крепления (фото авторов)
По результатам визуального осмотра, сравнительного анализа конструкции крепления остекления на обследуемом переходе с конструкцией остекления аналогичного сооружения, анализа рабочей документации можно заключить, что причиной обрушения остекления
пролетного строения является комплекс факторов: влияние неблагоприятных погодных условий (сильный порыв ветра), конструктивные недостатки (ненадежность узлов крепления), отклонение от проектных решений при производстве работ и неудовлетворительное содержание при эксплуатации сооружения.
2. Расчетный анализ
Для оценки воздействия порыва ветра на поведение конструкции остекления пролетного строения было произведено моделирование работы конструкции с использованием метода конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе ПК «Лира-САПР».
А) Сбор постоянных и временных нагрузок на мостовое сооружение
Расчеты металлоконструкций и поликарбонатного остекления надземного пешеходного перехода на км 92+150 в г. Клин Московской области выполнены в соответствии со следующими основными нормативными документами:
СП 35.13330.2011, СНиП 2.05.03-84* Актуализированная редакция. Мосты и трубы;
СП 16.13330.2011, СНиП П-23-81* Актуализированная редакция. Стальные конструкции;
СП 20.13330.2011, СНиП 2.01.07-85* Актуализированная редакция. Нагрузки и воздействия;
Согласно СП 20.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия) по величине давления ветра район расположения рассчитываемой конструкции характеризуется следующими климатическими характеристиками:
• ветровой район - 1;
• нормативное давление ветра - 23 кг/м2;
• тип местности «В».
Расчеты надземного пешеходного перехода на действие расчетных нагрузок проведены по первому (по прочности) предельному состоянию.
При расчете конструкций перехода учитывались следующие виды нагрузок:
• масса (собственный вес) металлоконструкций и остекления - поликарбоната «STRONEX» надземного пешеходного перехода;
• временная пешеходная нагрузка (400 кг/м2), согласно СП 35.13330.2011, СНиП 2.05.03-84* Актуализированная редакция. Мосты и трубы;
• ветровая нагрузка (включающая нормальную и пульсационную составляющие), соответствующая I ветровому району (тип местности В).
Направление ветрового воздействия принято перпендикулярным к одной из боковых сторон перехода.
Ветровые нагрузки собраны в соответствии с СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (п. 11).
Расчёт надземного пешеходного перехода выполнен на действие постоянных и временных нагрузок, представленных в таблице 11. Вес металлоконструкций и остекления из поликарбоната «STRONEX» принимался по фактическому весу в соответствии с чертежами рабочей документации (2002.9-2-2 «Надземный пешеходный переход на км 92+150
автомобильной дороги Москва - С-Петербург в г. Клин Московской области»). Технические характеристики по сборному поликарбонату «БТЯОКЕХ» принимались по представленной эксплуатирующей организацией информации.
Коэффициенты надежности по нагрузке для постоянной и временной нагрузок определены по пп. 7.2, 7.3, 11.1.2 СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия и п. 6.23 СП 35.13330.2011, СНиП 2.05.03-84* Актуализированная редакция. Мосты и трубы.
Геометрические характеристики металлоконструкций пролетного строения и остекления из поликарбоната «БТЯОКЕХ» приняты в соответствии с рабочей документацией и предоставленной эксплуатирующей организацией информацией. Материал металлоконструкций пролетного строения - сталь 15ХСНД по ГОСТ 6713-91 и сталь Ст3сп5 по ГОСТ 27772-88. Плотность стали - 7.85 г/см3.
Плотность поликарбоната «БТЯОКЕХ» - 1.2 г/см3. Предел прочности при растяжении - 60 Мпа. Предел прочности при изгибе - 95 Мпа. Модуль упругости - 2250 Мпа. Коэффициент Пуассона - 0.45.
В программном комплексе «Лира-САПР» были смоделированы основные несущие элементы надземного пешеходного перехода. Собственный вес вспомогательных элементов металлоконструкций перехода учтен в виде дополнительной распределенной нагрузки, приложенной к несущим элементам.
Смоделированный таким образом вес конструкций надземного пешеходного перехода соответствует весу конструкций перехода в рабочей документации.
Ветровая нагрузка на конструкции перехода определялась в соответствии с п. 11 и приложением Д.1.3 СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. При определении эквивалентной высоты ze по п. 11.1.5 СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия высота сооружения h определялась по формуле h = Ы +0.7Г (рис. 13).
Рис. 13. Схема к определению эквивалентной высоты
Рассчитанные значения ветровой нагрузки приведены в таблице 1. На рисунке 14 приведена конечно-элементная расчетная схема надземного пешеходного перехода с остеклением.
Рис. 14. Расчетная схема надземного пешеходного перехода с остеклением
(составлена авторами)
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (ноябрь - декабрь 2015)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Таблица 1
ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА НА ПЕРЕХОД (Значение нормальной составляющей ветровой нагрузки Wм)
Wм (кг/кв. м.) (норматив. знач.) Wм Wмп на Wмп на
№ Ъ (м) Wо (кПа) к Элемент Длина (м) Ширина (м) М (м2) Се (кг/кв. м.) (расч. знач.) пояс (кг/м.) (норматив. знач.) пояс (кг/м.) (расчетные значения) Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 6.49 0.23 1.4 0.545 Боковая стенка (наветренная сторона) 36.00 1.78 64.08 0.8 10.03 14.04 642.59 899.63
2 6.49 0.23 1.4 0.545 Боковая стенка (подветренная сторона) 36.00 1.78 64.08 -0.5 -6.27 -8.77 -401.62 -562.27
3 7.88 0.23 1.4 0.59 Свод (наветренная сторона) 36.00 0.94 33.91 0.63 8.55 11.97 289.92 405.88
4 7.88 0.23 1.4 0.59 Свод (наветренная сторона) 36.00 0.94 33.91 -1.12 -15.20 -21.28 -515.41 -721.57
5 7.98 0.23 1.4 0.59 Свод (верхняя часть) 36.00 1.88 67.82 -0.4 -5.43 -7.60 -368.15 -515.41
Примечание: Знак «плюс» у коэффициентов се соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» - от поверхности (отсос).
Принятые в таблице обозначения
№ - номер расчетного поля;
h - отметка середины расчетного поля от земли, м;
Wо - нормативное значение ветровой нагрузки (табл. 11.1 [СП 20.13330.2011]), кПа;
Yf - коэффициент надежности (п. 11.1.12 [СП 20.13330.2011]);
k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; (табл. 11.4 [СП 20.13330.2011]);
Ai - площадь проекции ьго элемента на грань расчетного поля;
Cе - аэродинамический коэффициент ьго элемента конструкции, принимается по приложению Д. 1.3 [СП 20.13330.2011];
Wм - значение средней составляющей ветровой нагрузки, (кН/м2);
Wмп - погонное значение средней составляющей ветровой нагрузки, (кг/м).
Б) Предпосылки расчета
Расчет выполнялся методом конечных элементов в перемещениях. В качестве основных неизвестных приняты следующие перемещения узлов: X линейное по оси X, Y линейное по оси Y, Z линейное по оси Z, их угловое вокруг оси X, UY угловое вокруг оси Y, UZ угловое вокруг оси Z. Ось Ъ условно принята за вертикальную ось.
Расчет производился на следующие нагрузки: загружение 1 - собственный вес конструкций надземного пешеходного перехода и пешеходная нагрузка; - загружение 2 -ветровая статическая нагрузка; - загружение 3 - ветровая нагрузка с учетом пульсации (динамическая ветровая нагрузка). В расчете учитывается заданное количество форм собственных колебаний (Ю). Кроме динамических составляющих (количество которых ограничено предельной нормативной частотой для данного ветрового района), по которым раскладывается ветровая нагрузка, определяются величины статической составляющей ветровой нагрузки. Все сечения элементов мостового сооружения приняты согласно чертежам КМ, предоставленных эксплуатирующей организацией. Все элементы конструкции перехода в расчете приняты без учета условий, снижающих их несущую способность, то есть полагается что элементы конструкции не гнутые, коррозия отсутствует. Расчетная схема включает следующие типы элементов: тип 41. Универсальный прямоугольный КЭ оболочки и тип 44. Универсальный четырехугольный КЭ оболочки. Жесткостные характеристики элементов приняты согласно рисунку 15.
Рис. 15. Жесткостные характеристики сечений элементов (составлен авторами)
Для моделирования нагрузки от собственного веса конструкций пешеходного перехода использована стандартная функция ПК Лира-САПР для добавления собственного веса смоделированного сечения, при этом для расчетной нагрузки введен коэффициент надежности 1.1. Для упрощения расчетной модели вес вспомогательных конструкций, а также
вес металлоконструкций, не участвующих в работе пролетного строения на изгиб в середине пролета, приложены с учетом коэффициента надежности 1.1 к несущим элементам в виде распределенной нагрузки.
Вес покрытия прохожей части прикладывается виде распределенной нагрузки по ортотропной плите: 0,06 м • 1,6 т/м3 • 1,5 =0,144 т/м2, где 0,06 м - толщина покрытия, 1,6 т/м3
- объемный вес материала покрытия, 1,5 - коэффициент запаса по п. 6.10 табл. 6.4 СП 35.13330.2011 "Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНИП 2.05.03-84*".
Пешеходная нагрузка прикладывается к ортотропной плите в виде распределенной нагрузки: 0,4 т/м2 • 1,2 =0,480 т/м2, где 0,4 т/м2 - распределенная нагрузка от пешеходов по п. 6.21 СП 35.13330.2011 "Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНИП 2.05.03-84*", 1,2
- коэффициент запаса по п.6.23 г табл.6.4 СП 35.13330.2011 "Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНИП 2.05.03-84*".
Ветровая нагрузка прикладывается к элементам расчетной схемы мостового сооружения согласно значениям из таблицы 1 с коэффициентом надежности у1=1.4.
В) Результаты расчета
Результаты расчета, полученные с использованием программного комплекса Лира-САПР приведены на рисунках 16 - 21.
1
Рис. 16. Перемещения от статической составляющей ветровой нагрузки. Перемещение узла 515 (середина пролета, поликарбонат с
наветренной стороны) по оси У вправо на 259 мм. (Составлен авторами)
-0.000174 Загружение 3 Составляющая 1 Мозаика перемещений по У^) Единицы измерения - м Массы собран! из загружений: 1
-1.74е-006 1.74е-006
г
Рис. 17. Перемещения от динамической составляющей ветровой нагрузки (фаза 1). Перемещение узла 515 (середина пролета, поликарбонат с наветренной стороны) по оси У вправо 316 мм. (Составлен авторами)
-0.0731 -0.0639 -0.0548
Загружение 3 Составляющая 2 Мозаика перемещений по У^) Единицы измер ения - м Массы собраны из загружений: 1
-0.0457 -0.0365 -0.0274 -0.0183 -0.00913 -0.000731 0.000731 0.00913 0.0183 0.0274 0.0365 0.0457 0.0548 0.0639 0.0731
I
I
I
' ■ , , ■ '
т
Рис. 18. Перемещения от динамической составляющей ветровой нагрузки (фаза 2). Перемещение узла 515 (середина пролета, поликарбонат с наветренной стороны) по оси У вправо 73,1 мм. (Составлен авторами)
-0.0896 -0.0783 -0.0671 -0.0559 -0.0447 -0.0336 -0.0224 -0.0112 -0.000894 0.000894 0.0112 0.0224 0.0336 0.0447 0.0559 0.0671 0.0783
Загружение 3 Составляющая 4 М озаика пер емещений по У^) Единицы измерения - м Массы собраны из загружений: 1
0.0895
I
г
Рис. 19. Перемещения от динамической составляющей ветровой нагрузки (фаза 4). Перемещение узла 511 (середина пролета, поликарбонат с наветренной стороны) по оси У вправо 89,6 мм. (Составлен авторами)
-79.1 -68.9 -34.5 -0.791 0.791 34.5 68.9 103 138 172 207 241 276
Статическая составляющая ветра Изополя напряжений по Яу Единицы измерения - т/м**2
1
V
Рис. 20. Эпюра усилий Ыу от статической составляющей ветровой нагрузки. Максимальное усилие в элементе 458 (середина пролета, поликарбонат с наветренной стороны) N=5.93582 т/м2. (Составлен авторами)
-213 -176
Загружение 3 Составляющая 4 Изополя напряжений по ^ Единицы измерения - т/м**2 Массы собраны из загружений: 1
Рис. 21. Эпюра усилий Ыу от динамической составляющей ветровой нагрузки. Максимальное усилие в элементе 458 (середина пролета, поликарбонат с наветренной стороны) N=7.8551 т/м2. (Составлен авторами)
7
Анализ напряженно-деформированного состояния остекления из поликарбоната
Для анализа напряженного состояния из общего короба остекления была мысленно вырезана самая нагруженная секция, расположенная в середине пролета и рассмотрено ее деформированное состояние. На рис. 22 показана эпюра деформаций секции поликарбоната. На рис. 23 показана эпюра продольных усилий, построенная на деформированной схеме секции.
-0.00408 -4.07е-005 4.07е-005 0.0324 0.0648 0.0972 0.13 0.162 0.194 0.227 0.259
Статическая составляющая ветра Мозаика перемещений по ТР) Единицы измер ения - м
г
Рис. 22. Эпюра деформаций секции из поликарбоната (составлен авторами)
Загружение 1 Эпюра N
Единицы измер ения - т
г
—^Минимальное усилие -0.379921
Рис. 23. Эпюра продольных усилий N секции в плоской модели, построенная на деформированной схеме анализируемой секции (составлен авторами)
Реакции на левой опоре - 60,1 кг (на 2 зажима) и правой - 379,9 кг (на 2 зажима).
В результате расчета установлено, что максимальные напряжения в окружном направлении от изгиба листа поликарбоната равны:
М 367 кг • см кг
^ _____ дд 2_
у Ш 4.16 см3 . см2
Но, кроме изгибных деформаций, лист поликарбоната испытывает и продольные деформации, которые приводят к появлению цепных напряжений, равномерно
распределенных по толщине листа поликарбоната. Найдем эти дополнительные цепные напряжения в поликарбонате. Расчет в ПК Лира-САПР показывает, что на длине листа 0,47 м удлинение составляет 0.0157 м. (рассматривалась первая слева (рис. 22) пластина из поликарбоната, имеющая закрепление к конструкции мостового сооружения). Согласно закону Гука:
а • I д,=—
где I - длина пластины (0,47 м), Д/ - удлинение пластины под нагрузкой, Е - модуль упругости (22500 кг/см2).
Отсюда:
Д/-£ 1,57 см • 22500 кг/см2 ст = —-— =-—- =751,6 кг/см2
Определим результирующие напряжения в поликарбонате и сравним их с допускаемыми напряжениями:
кг кг кг
а = 88,2 + 751,6 = 839,8— < ^ • Я = 0.9 • 600 — = 540
см2 ' ' см2 см2
кг кг
839,8—7> 540-
см2 см2
Аналогично выполним расчеты для остальных пластин поликарбоната и сведем результаты расчета в таблицу 2:
Таблица 2
Расчет суммарных напряжений в пластинах из поликарбоната и проверка условия
прочности (составлена авторами)
Удлинение (укорочение), м дополнительные напряжения в поликарбонате от деформации, кг/см2 а, кг/см2 а результирующая, кг/см2 Примечание
0.01173699 564.4 88.2 652,6 Условие прочности не выполняется
0.00642607 308.3 88.2 396,5
0.02350564 1123.6 88.2 1218,8 Условие прочности не выполняется
-0.0010633 -52.1 88.2 36,1
0.01091973 529.1 88.2 617,3 Условие прочности не выполняется
-0.0210331 -1011.4 88.2 -923,2 Условие прочности не выполняется
0.03495106 1666.1 88.2 1754,3 Условие прочности не выполняется
Вывод: условие прочности по первому предельному состоянию не выполняется почти у всех пластин, разрушение которых потянуло за собой последующее разрушение и остальных пластин поликарбоната и разрушение всего остекления мостового сооружения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения. М. Изд-во литературы по строительству. 1972. 110 с.
2. Леденев В.В., Скрылев В.И. Предупреждение аварий. М. Изд-во АСВ. 2002. 238 с.
3. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Киев. Изд-во «Сталь». 2002. 600 с.
4. Диагностика мостовых сооружений / И.Г. Овчинников, В.И. Кононович, О.Н. Распоров, И.И. Овчинников. Под общей ред. И.Г. Овчинникова: Саратов, Сарат. гос. техн. ун-т. 2003. 181 с.
5. Овчинников И.Г., Дядченко Г.С. Пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура. Саратов. СГТУ. 2005. 226 с.
6. Добромыслов А.Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. М. Справочное пособие. Изд-во АСВ. 2006. 256 с.
7. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / В.Н. Гордеев, А.И. Лантух-Лященко, В.А. Пашинский, А.В. Перельмутер, С.Ф. Пичугин. Под общей ред. А.В. Перельмутера. М. Издательство АСВ. 2007. 482 с.
8. Экспериментальная динамика сооружений. Мониторинг транспортной вибрации: Монография / Е.К. Борисов, С.Г. Алимов, А.Г. Усов и др. -Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2007. - 128 с.
9. Попов, В.И. Городские мосты и транспортные развязки. МАДИ (ГТУ). М., 2009. 145 с.
10. Корнеев М.М. Стальные мосты. Теоретическое и практическое пособие по проектированию мостов. Том.1. Киев. Изд-во «Академпресс». 2010. 532. с.
11. Корнеев М.М. Стальные мосты. Теоретическое и практическое пособие по проектированию мостов. Том.2. Киев. Изд-во «Академпресс». 2010. 490 с.
12. Рыбаков В.А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - 207 с.
13. Казакевич М.И. Аэродинамика мостов. Краткий курс лекций. Днепропетровск. Изд-во Акцент. 2012. 188 с.
14. Сивцов А.А., Десятых Г.В. Примеры расчета металлических путепроводов. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. 125 с.
15. Предотвращение аварий зданий и сооружений: Монография / Коллектив авторов под ред. К.И. Еремина. - Магнитогорск, 2014. - 400 с.
Рецензент: Статья рецензирована членами редколлегии журнала.
Valiev Sherali Nazaralievich
The Moscow automobile and road construction institute (state technical university)
Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Ovchinnikov Igor Georgievich
Perm national research polytechnic university
Russia, Perm
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Ovchinnikov Ilya Igorevich
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Smolenkin Vladimir Sergeevich
The Moscow automobile and road construction institute (state technical university)
Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Blinkov Maxim Andreyevich
«Institute "Proektmostorekonstruktsiya»
Russia, Saratov E-mail: [email protected]
Analysis of elevated pedestrian crossing in order to establish the causes of the destruction of the spans glazing
Abstract. This article analyzes the characteristics of the construction of elevated pedestrian crossing the highway. This walkway was made of polycarbonate glazing over the span. In March 2015 there was a destruction glass superstructure. At the time of the collapse of the glazing span it was registered a strong wind. The task was to establish the causes of the destruction of the glazing span. During the survey found that the fastening elements of the subject of transition, adopted by analogy with another pedestrian crossing, is not quite the right size for the construction of the examinee. It was determined the wind load on the structure, built by finite element calculation scheme and the analysis of stress-strain state with the help of the program complex LIRA. The calculation results showed that due to the large deformations of glazing under the wind load in a number of platinum glazing appeared much voltage the value of which exceeded the permissible. Conditions of strength for the first limit state is not fulfilled almost all the plates, the destruction of which was drawn for a subsequent destruction of the remaining plates and polycarbonate glazing and the destruction of the entire bridge construction.
Keywords: bridge construction; glazing bridges; destruction of polycarbonate; wind load; strength analysis.
REFERENCES
1. Savitskiy G.A. Vetrovaya nagruzka na sooruzheniya. M. Izd-vo literatury po stroitel'stvu. 1972. 110 s.
2. Ledenev V.V., Skrylev V.I. Preduprezhdenie avariy. M. Izd-vo ASV. 2002. 238 s.
3. Perel'muter A.V., Slivker V.I. Raschetnye modeli sooruzheniy i vozmozhnost' ikh analiza. Kiev. Izd-vo «Stal'». 2002. 600 s.
4. Diagnostika mostovykh sooruzheniy / I.G. Ovchinnikov, V.I. Kononovich, O.N. Rasporov, I.I. Ovchinnikov. Pod obshchey red. I.G. Ovchinnikova: Saratov, Sarat. gos. tekhn. un-t. 2003. 181 s.
5. Ovchinnikov I.G., Dyadchenko G.S. Peshekhodnye mosty: konstruktsiya, stroitel'stvo, arkhitektura. Saratov. SGTU. 2005. 226 s.
6. Dobromyslov A.N. Diagnostika povrezhdeniy zdaniy i inzhenernykh sooruzheniy. M. Spravochnoe posobie. Izd-vo ASV. 2006. 256 s.
7. Nagruzki i vozdeystviya na zdaniya i sooruzheniya / V.N. Gordeev, A.I. Lantukh-Lyashchenko, V.A. Pashinskiy, A.V. Perel'muter, S.F. Pichugin. Pod obshchey red. A.V. Perel'mutera. M. Izdatel'stvo ASV. 2007. 482 s.
8. Eksperimental'naya dinamika sooruzheniy. Monitoring transportnoy vibratsii: Monografiya / E.K. Borisov, S.G. Alimov, A.G. Usov i dr. - Petropavlovsk-Kamchatskiy: KamchatGTU, 2007. - 128 s.
9. Popov, V.I. Gorodskie mosty i transportnye razvyazki. MADI (GTU). M., 2009. 145 s.
10. Korneev M.M. Stal'nye mosty. Teoreticheskoe i prakticheskoe posobie po proektirovaniyu mostov. Tom.1. Kiev. Izd-vo «Akadempress». 2010. 532. s.
11. Korneev M.M. Stal'nye mosty. Teoreticheskoe i prakticheskoe posobie po proektirovaniyu mostov. Tom.2. Kiev. Izd-vo «Akadempress». 2010. 490 s.
12. Rybakov V.A. Osnovy stroitel'noy mekhaniki legkikh stal'nykh tonkostennykh konstruktsiy: SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2011. - 207 s.
13. Kazakevich M.I. Aerodinamika mostov. Kratkiy kurs lektsiy. Dnepropetrovsk. Izd-vo Aktsent. 2012. 188 s.
14. Sivtsov A.A., Desyatykh G.V. Primery rascheta metallicheskikh puteprovodov. Ekaterinburg: Izd-vo UrGUPS, 2014. 125 s.
15. Predotvrashchenie avariy zdaniy i sooruzheniy: Monografiya / Kollektiv avtorov pod red. K.I. Eremina. - Magnitogorsk, 2014. - 400 s.
