close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование динамики пролетных строений моста с учетом его совместной работы с опорами..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 624
Ф. А. Доронин, А. В. Индейкин
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЙ МОСТА С УЧЕТОМ ЕГО СОВМЕСТНОЙ
РАБОТЫ С ОПОРАМИ
Приведены результаты статического и динамического расчетов четырехпролетного моста, который может быть возведен на новой железнодорожной линии Полуночная–
Обская. Для расчета напряженно-деформированного состояния моста использован метод
конечных элементов. Определены частоты и формы свободных колебаний моста, а также
исследованы вынужденные колебания моста при действии на него кинематического возмущения вследствие движения по мосту однородного подвижного состава.
пролетное строение, конечно-элементная модель, статический расчет, напряженно-дефор­
мированное состояние.
Введение
На кафедре теоретической механики ПГУПС совместно с кафедрой
«Мосты» проведено исследование динамики моста 4×18,7 м, который может
быть возведен на новой железнодорожной линии Полуночная–Обская.
1 Конечно-элементная модель
Для расчета напряженно-деформированного состояния моста использован метод конечных элементов (МКЭ). Метод реализован на базе современного программного комплекса COSMOS/M 1.
Конечно-элементная модель моста строилась из расчета максимального
соответствия реальным геометрическим, жесткостным и инерционным параметрам моста, схема которого представлена на рисунке 1.
Модель насчитывает 137 803 узлов, 103 484 элемента и имеет 536 043
степеней свободы.
1
Современные методы расчета инженерных конструкций на железнодорожном транспорте / С. В. Елизаров, А. В. Бенин, О. Д. Тананайко. – СПб. : ПГУПС, 2002. – 212 с. – ISBN
5-7641-0092-5.
131
2,0
1,6
4×18,7
6,0
Ø
1,6
1,6
1,6
1,6
Рис. 1. Схема моста
Конечно-элементная модель моста и ее фрагменты представлены на
рисунках 2–5.
Y
X
Z
Рис. 2. Конечно-элементная модель моста
Y
Z
X
Рис. 3. Фрагмент сопряжения пролетного строения с опорой
132
Рис. 4. Конечно-элементная модель пролетного строения
с распределенной нагрузкой
Рис. 5. Фрагмент сопряжения главных
балок с промежуточной опорой
В качестве расчетной распределенной нагрузки согласно техническому заданию принят грузовой поезд, состоящий из 60 четырехосных цистерн
с осевой нагрузкой 203 кН с тепловозом ТЭП-60 (нагрузка на ось 206 кН).
133
2 Статический расчет
С целью последующей оценки значений динамических коэффициентов
статический расчет моста произведен на нагрузку, соответствующую полному
загружению всех четырех его пролетов.
В процессе статического расчета получены картины напряженнодеформированного состояния моста, из анализа которых вытекает, что максимальные вертикальные статические прогибы пролетных строений моста
от веса заданного расчетного поезда составляют 8,72 мм, а максимальные
значения нормальных вертикальных напряжений 66,6 МПа.
Значение статического прогиба, полученное при вычислениях, состав
, равного
ляет примерно 40 % от расчетного статического прогиба
800 − 1,25 
22,5 мм.
Расчеты показали, что значения максимальных статических нормальных
вертикальных напряжений примерно в 3,5 раза меньше расчетного сопротивления, составляющего Rp = 220 МПа. Это объясняется тем, что эквивалентная
нагрузка от заданного поезда q = 69,3 кН/м примерно в 3 раза меньше нормативной для разрезного пролетного строения ℓ = 18,7 м (qнорм = 186 кН/м).
Результаты статического расчета свидетельствуют о том, что пролетное строение моста обладает достаточно высокой статической прочностью
и жесткостью.
3 Динамический расчет
При динамическом расчете в качестве динамического фактора принято
кинематическое возбуждение, возникающее вследствие пульсации статического прогиба при движении по мосту однородного подвижного состава.
В расчете принят следующий закон пульсации сил давления на путевой рельс:
πv   j
=
Pj ( t ) Pjc sin
t −
B 
v

, 
где Pjc – статическое давление колеса; v – скорость движения поезда; B – длина цистерны по осям автосцепки; ℓj – расстояние между первой и последующей колесными парами расчетного подвижного состава.
Скорости движения поезда приняты 72 км/ч (20 м/с) и 108 км/ч (30 м/с).
В результате динамического расчета определены частоты и формы свободных колебаний моста. Анализ этих форм показывает:
1) имеет место существенное вовлечение опор в общий колебательный процесс моста, что обусловлено предположением о заклинивании под134
вижных опорных частей, нашедшем отражение при составлении расчетной
модели;
2) колебания труб опор носят изгибный характер и происходят в вертикальной плоскости. В первой форме имеют место синфазные смещения всего
ряда опор при наличии изгибных вертикальных колебаний крайних пролетов,
происходящих в противофазе друг с другом;
3) в высших формах колебаний имеют место встречные колебательные
движения опор;
4) в совместных колебаниях пролетного строения и опор в вертикальной плоскости доминируют вертикальные изгибные колебания пролетных
строений;
5) наблюдаются симметричные и кососимметричные формы колебаний;
6) все формы вертикальных колебаний являются высокочастотными
(11–25 Гц). Первая частота свободных колебаний разрезного пролетного стро263
, составляет
ения, определяемая по эмпирической формуле ЦНИИС f =

около 14 Гц, т. е. находится вблизи левого конца спектра частот, полученного
на модели;
7) учет перемещений опор вдоль пути может приобрести существенное значение при высокоскоростном движении, где преобладает воздействие
высокочастотных факторов, связанных с дебалансом масс колес подвижного
состава.
Динамические расчеты показывают, что максимальный чисто динамический прогиб в середине пролетного строения составляет 1,78 мм и 1,97 мм
при скоростях движения поезда соответственно 72 км/ч и 108 км/ч. Значения
динамических добавок по прогибам при этом
=
µ1
1,78
1,96
= 0, 204; µ
=
= 0, 225, 2
8,72
8,72
а динамические коэффициенты по прогибам составляют 1 + µ1 = 1,204 и
1 + µ2 = 1,225 соответственно.
На рисунке 6 приведена картина динамических перемещений моста
при скорости движения расчетного поезда 108 км/ч.
Хронограммы вынужденных колебаний пролетного строения показывают, что эти колебания представляют собой полигармонические процессы
с преобладающими периодами соответственно 0,6 с и 0,4 с.
Полигармоничность вибраций более четко выражена на хронограммах
продольных перемещений опор.
Динамические перемещения верха опор вдоль пути составляют 0,11–
0,12 мм, что свидетельствует о высокой динамической жесткости опор при
воздействии вертикальной подвижной нагрузки.
135
Рис. 6. Картина динамических перемещений при скорости
движения расчетного поезда 108 км/ч
Заключение
В результате исследования динамики моста, проектируемого на новой
железнодорожной линии Полуночная–Обская, получены следующие выводы.
1. Мост обладает высокими эксплуатационными качествами, достаточной прочностью и жесткостью.
2. Свайные безростверковые опоры, выполненные из 8 металлических
труб диаметром 530 мм, расположенных в 2 ряда, обладают высокой степенью жесткости при динамическом воздействии поездов, что позволяет без
значительных затрат существенно увеличить их высоту.
© Доронин Ф. А., Индейкин А. В., 2012
136
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
994 Кб
Теги
динамика, опорам, мост, pdf, строение, работа, совместной, пролетными, исследование, учетом
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа