Вы здесь

Демпфірування вертикальних коливань балкових пішохідних мостів елементами з гідравлічним опором

Автор: 
Марочка Віталій Владиславович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2006
Артикул:
3406U002509
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

розділ 2.
Теоретичне дослідження просторової роботи прогонової будови з конструкційними
демпферами.
Як зазначалося раніше, одним з найефективніших методів зменшення надмірних
вертикальних коливань є встановлення конструкційних демпферів. Перед розробкою
розрахункової схеми необхідно зробити ряд припущень та обмежень, які дозволили
б максимально спростити математичне моделювання, але, в той же час, ці
припущення не повинні суттєво спотворювати роботу моделі відносно натурного
об’єкту.
Для виконання цієї задачі можна скористатися методом скінчених елементів, за
допомогою якого, розв’язавши декілька задач, стверджувати про ймовірність
певних припущень. Теоретичні основи МСЕ викладені в роботах [54-58, 63].
Додатково розроблялись особливості розрахунку просторових задач [59, 62],
розрахунок пластин [58, 60, 61, 66] та динамічні розрахунки, засновані на цьому
методі [64, 65].
Для проведення дослідження було вирішено всі розрахунки проводити на прикладі
типової пішохідної прогонової будови (рис. 2.1) з розрахунковим прогоном 33м.
Рис. 2.1. Переріз прогонової будови.
Широке застосування МСЕ набув у зв’язку з розвитком обчислювальної техніки та
розробкою програмного забезпечення, що дозволяє проводити будь-які інженерні
розрахунки, з певною ступінню точності, за допомогою цього методу.
На даний час розроблено багато програмних комплексів (UNSIS, NASTRAN, Robot,
SCAD, Лира, Selena, та багато інших), що втілили в себе метод скінчених
елементів та призначені для розрахунку різноманітних будівельних конструкцій.
Безперечними достоїнствами такого розрахунку є простота задавання початкових
даних, наочність та простота керування на всіх етапах роботи з програмою,
швидкість розрахунку, можливість інтеграції з іншими програмами.
Поряд з цим дана методика має ряд суттєвих недоліків: залежність точності
розрахунків від розмірів кінцевих елементів, відсутність часу як змінного
параметру, та багато інших, які часто призводять до суттєвих похибок у
розрахунках, що неодноразово відмічалося у роботах [67, 68].
У результаті аналізу недоліків та переваг МСЕ, можна сказати, що дана методика
добре зарекомендувала себе при статичних розрахунках достатньо складних
конструкцій. Цього не можна сказати про динамічні розрахунки, точність
результатів яких, навіть для простих конструкцій, часто залишає бажати
кращого.
Але у випадках якісного аналізу, коли точність розрахунків має посереднє
значення, а метою розрахунків є лише встановлення якісних закономірностей, МСЕ
може бути дійсно ефективним методом дослідження.
Основна складність розрахунку полягає у врахуванні демпфера, як елемента з
великим опором та малою жорсткістю. У більшості програм, в силу певних
особливостей, не передбачена можливість надання різним кінцевим елементам
різного опору. У силу цього фактору якісну перевагу має програмний комплекс
«Selena 4.1.1», що має таку можливість.
Дніпропетровський національний університет як юридична особа має ліцензійну
угоду на право користування версією даної програми, у рамках якої і були
проведені розрахунки.
2.1. Формування розрахункової схеми
У якості розрахункової схеми, яка б найбільш точно змоделювала роботу
прогонової будови, може бути обрана конструкція із пластинчатих та стержневих
скінчених елементів(рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схема балкової прогонової будови як конструкції із пластин та
стержнів.
У цій схемі у вигляді пластини представляється не тільки плита проїжджої
частини, а ще й двотаврові несучі балки. Додатково враховуються навіть ребра
жорсткості у вигляді пластин, встановлених у відповідних місцях. Кутики
вітрових в’язей моделюються як стержневі елементи, встановлені між двома
балками.
Дана схема найбільш точно відповідає конструкції, але вона має суттєвий недолік
– занадто великий час розрахунку. Відомо, що час розрахунку залежить від
кількості кінцевих елементів, з яких змодельована конструкція. У даному
випадку, навіть при мінімальній розбивці, кількість кінцевих елементів
наближається до 30 тисяч.
Саме тому, не дивлячись на високу подібність даної схеми натурній конструкції,
було вирішено скласти простішу схему, яка змогла б адекватно змоделювати роботу
балкової прогонової будови. У схемі, зображеній на рис. 2.3, двотаврові балки
прогонової будови змодельовані у вигляді стержневих кінцевих елементів з
перерізом, рівним перерізу балки. Залізобетонна плита прохожої частини, яка за
проектом не об’єднана в сумісну роботу з металевими балками, моделюється як
зосереджені маси, встановлені у вузлах. Вітрові в'язі моделюються у вигляді
стержневих елементів, закріплених у відповідних точках.
Динамічні характеристики сталебетонної прогонової будови суттєво відрізняються
від характеристик аналогічної металевої прогонової будови за рахунок
внутрішнього тертя в залізобетоні плити та тертя по контакту плити з головними
балками. Ця особливість була врахована наданням матеріалу головних балок моделі
внутрішнього опору, еквівалентного декременту коливань сталезалізобетонної
прогонової будови, заміряного експериментально. Величина опору визначається
залежностями, наведеними у літературі [70, 71]
а) б)
Рис. 2.3. Розрахункова схема (а) та побудована за нею модель (б)
прогонової будови.
Окрім прогонової будови в розрахункову схему були включені конструкційні
демпфери, змодельовані як кінцеві елементи з незначною жорсткістю та великим
опором. Елементи з такими властивостями майже не впливають на статичну роботу
конструкції та суттєво впливають на динамічну роботу конструкції.
2.2. Тестування моделі
Перевірка відповідності моделі натурному об’єкту виконувалася шляхом по