Дальнейшее развитие ведущих отраслей народного хозяйства нашей страны, таких как нефтяная, газовая, химическая и металлургическая, связано с еще более широким использованием различных конструктивных форм висячих трубопроводных мостов. Вместе с тем социальная программа развития нашей страны, бурный рост городов и других населенных пунктов предусматривают решение внутригородских транспортных проблем не только на высоком технико-экономическом, но и эстетическом уровне. Следовательно, имеются объективные предпосылки создания висячих и вантовых городских мостов больших пролетов. В настоящее время ЦНИИпроектстальконструк- цией разработаны проекты вантово-балочных мостов с центральным пролетом свыше 400 м через р. Волгу в Казани и Астрахани, а также висячего моста пролетом 750 м через Рогунское водохранилище и другие.
При проектировании и расчете большепролетных мостов вопросы обеспечения их аэродинамической устойчивости в эксплуатационной стадии и в процессе монтажа относятся к одним из самых важных, и их успешное решение во многом определяет несущую способность и надежность сооружений. Кроме того, изучение взаимодействия элементов строительных конструкций, в том числе мостовых, с ветровым потоком составляет одну из самых актуальных научных проблем механики. Особенность данной научной проблемы в прикладном, инженерном подходе — необходимость проведения комплексных исследований:
1) экспериментального определения аэродинамических характеристик и свойств сооружений и его отдельных элементов;
2) построения приближенных, но достаточно достоверных математических моделей их поведения в ветровом потоке;
4
3) теоретического анализа возможных режимов азроупругой неустойчивости, оценки критериев их возникновения и условий существования;
4) натурных экспериментальных исследований и длительных наблюдений в процессе эксплуатации, цель которых — изучение действительной работы сооружений, их фактических динамических свойств, уточнение метеорологических воздействий и микрорайонирования, изучение реакции сооружений и их элементов на реальное ветровое воздействие.
Взаимодействие конструкций с ветровым потоком обусловлено взаимодействием сил инерции, аэродинамических, упругих и диссипативных сил, которое наглядно характеризуется схемой Коллара 1701. Поэтому решение проблемы аэродинамической устойчивости металлоконструкций инженерных сооружений возможно только на основе достижений строительной механики, динамики сооружений, теории колебаний и экспериментальной аэродинамики.
Необходимо отметить, что в общей проблеме аэродинамической устойчивости стальных конструкций и мостов незаслуженно малое внимание уделяется исследованиям их аэродинамической устойчивости в период монтажа.В то же время период монтажа вплоть
6
до заключительной стадии длится несколько лет, в течение которых сооружение неоднократно оказывается в весьма неблагоприятных метеорологических условиях. Пониженная изгибная и крутильная жесткость, очень низкие демпфирующие свойства сооружений на различных стадиях монтажа в значительной мере способствуют проявлению аэродинамической неустойчивости. Эти соображения подтверждаются экспериментальными исследованиями в аэродинамической трубе моделей висячих мостовых сооружений.
Характер изменения частот и декрементов колебаний в процессе монтажа свидетельствует о возможности снижения критической скорости ветра, при которой возникает аэродинамическая неустойчивость, по сравнению с расчетным значением скорости в период эксплуатации моста. Снижение критической скорости ветра ниже расчетной свидетельствует, что на некоторых этапах монтажа не обеспечена надежность сооружения и безопасность работ. Поэтому всегда необходимы соответствующий расчет, разработка мероприятий и усовершенствование способов монтажа, обеспечивающих аэродинамическую устойчивость стальных конструкций независимо от способа производства работ.
К новым аспектам проблемы аэродинамического расчета стальных конструкций и мостов нужно отнести изучение вредного влияния аэроупругих колебаний на организм человека и связанную с этим необходимость виброзащиты. Допустимый уровень аэроупругих колебаний надо оценивать исходя из двух равнозначных к р и т е р и- ев колебаний:
1) опасные для конструкции;
2) вызывающие неприятные ощущения у человека.
В самом деле, с одной стороны, интенсивные колебания могут привести сооружение к разрушению тотчас же при наступлении аэро- упругой неустойчивости типа изгибно-крутильного флаттера, бафтин- га, а также по мере накопления повреждений или пластических деформаций при аэроупругой неустойчивости типа ветрового резонанса, галопирования, срывного флаттера или параметрического резонанса. С другой стороны, колебания гораздо меньшей интенсивности, которые не угрожают сооружению или отдельным его элементам, могут оказаться неприемлемыми с точки зрения возникновения неприятных, а иногда болезненных ощущений у человека, находящегося на конструкции. При этом необходимо учитывать не только физиологическое, но и психологическое воздействие колебаний на человека.
Следовательно, помимо традиционных расчетов, в том числе расчетов элементов конструкций на выносливость, необходимо оценивать возможный уровень аэроупругих колебаний по санитарным нормам, регламентирующим степень опасности для организма человека.
Кроме того, для висячих мостов уровень колебаний должен оцениваться с точки зрения восприятий их человеком, находящимся на движущемся подрессоренном автомобиле. Как показали исследования, допустимые с точки зрения безопасности движения перегрузки
7
составляют всего 0,2—0,5 § (где & — ускорение свободного падения) и зависят от критической скорости возникновения одного из типов аэроупругой неустойчивости [851.
Анализ тенденций развития и современного состояния проблемы ветровых воздействий на инженерные сооружения, включая мосты, свидетельствует, что основными направлениями дальнейших исследований, обеспечивающими широкое внедрение в мостостроении прогрессивных конструкций и наглядно отражающими триединство действия ветра на сооружения, продолжают оставаться:
1) развитие экспериментальных методов аэромеханики применительно к элементам строительных конструкций;
2) изучение реакции гибких сооружений на пульсации ветра и одиночный порыв ветра;
3) разработка достоверных физических моделей аэроупругого поведения гибких сооружений и их элементов при взаимодействии с равномерным ветровым потоком.
При проектировании и расчете большепролетных мостов вопросы обеспечения их аэродинамической устойчивости в эксплуатационной стадии и в процессе монтажа относятся к одним из самых важных, и их успешное решение во многом определяет несущую способность и надежность сооружений. Кроме того, изучение взаимодействия элементов строительных конструкций, в том числе мостовых, с ветровым потоком составляет одну из самых актуальных научных проблем механики. Особенность данной научной проблемы в прикладном, инженерном подходе — необходимость проведения комплексных исследований:
1) экспериментального определения аэродинамических характеристик и свойств сооружений и его отдельных элементов;
2) построения приближенных, но достаточно достоверных математических моделей их поведения в ветровом потоке;
4
3) теоретического анализа возможных режимов азроупругой неустойчивости, оценки критериев их возникновения и условий существования;
4) натурных экспериментальных исследований и длительных наблюдений в процессе эксплуатации, цель которых — изучение действительной работы сооружений, их фактических динамических свойств, уточнение метеорологических воздействий и микрорайонирования, изучение реакции сооружений и их элементов на реальное ветровое воздействие.
Взаимодействие конструкций с ветровым потоком обусловлено взаимодействием сил инерции, аэродинамических, упругих и диссипативных сил, которое наглядно характеризуется схемой Коллара 1701. Поэтому решение проблемы аэродинамической устойчивости металлоконструкций инженерных сооружений возможно только на основе достижений строительной механики, динамики сооружений, теории колебаний и экспериментальной аэродинамики.
Необходимо отметить, что в общей проблеме аэродинамической устойчивости стальных конструкций и мостов незаслуженно малое внимание уделяется исследованиям их аэродинамической устойчивости в период монтажа.В то же время период монтажа вплоть
6
до заключительной стадии длится несколько лет, в течение которых сооружение неоднократно оказывается в весьма неблагоприятных метеорологических условиях. Пониженная изгибная и крутильная жесткость, очень низкие демпфирующие свойства сооружений на различных стадиях монтажа в значительной мере способствуют проявлению аэродинамической неустойчивости. Эти соображения подтверждаются экспериментальными исследованиями в аэродинамической трубе моделей висячих мостовых сооружений.
Характер изменения частот и декрементов колебаний в процессе монтажа свидетельствует о возможности снижения критической скорости ветра, при которой возникает аэродинамическая неустойчивость, по сравнению с расчетным значением скорости в период эксплуатации моста. Снижение критической скорости ветра ниже расчетной свидетельствует, что на некоторых этапах монтажа не обеспечена надежность сооружения и безопасность работ. Поэтому всегда необходимы соответствующий расчет, разработка мероприятий и усовершенствование способов монтажа, обеспечивающих аэродинамическую устойчивость стальных конструкций независимо от способа производства работ.
К новым аспектам проблемы аэродинамического расчета стальных конструкций и мостов нужно отнести изучение вредного влияния аэроупругих колебаний на организм человека и связанную с этим необходимость виброзащиты. Допустимый уровень аэроупругих колебаний надо оценивать исходя из двух равнозначных к р и т е р и- ев колебаний:
1) опасные для конструкции;
2) вызывающие неприятные ощущения у человека.
В самом деле, с одной стороны, интенсивные колебания могут привести сооружение к разрушению тотчас же при наступлении аэро- упругой неустойчивости типа изгибно-крутильного флаттера, бафтин- га, а также по мере накопления повреждений или пластических деформаций при аэроупругой неустойчивости типа ветрового резонанса, галопирования, срывного флаттера или параметрического резонанса. С другой стороны, колебания гораздо меньшей интенсивности, которые не угрожают сооружению или отдельным его элементам, могут оказаться неприемлемыми с точки зрения возникновения неприятных, а иногда болезненных ощущений у человека, находящегося на конструкции. При этом необходимо учитывать не только физиологическое, но и психологическое воздействие колебаний на человека.
Следовательно, помимо традиционных расчетов, в том числе расчетов элементов конструкций на выносливость, необходимо оценивать возможный уровень аэроупругих колебаний по санитарным нормам, регламентирующим степень опасности для организма человека.
Кроме того, для висячих мостов уровень колебаний должен оцениваться с точки зрения восприятий их человеком, находящимся на движущемся подрессоренном автомобиле. Как показали исследования, допустимые с точки зрения безопасности движения перегрузки
7
составляют всего 0,2—0,5 § (где & — ускорение свободного падения) и зависят от критической скорости возникновения одного из типов аэроупругой неустойчивости [851.
Анализ тенденций развития и современного состояния проблемы ветровых воздействий на инженерные сооружения, включая мосты, свидетельствует, что основными направлениями дальнейших исследований, обеспечивающими широкое внедрение в мостостроении прогрессивных конструкций и наглядно отражающими триединство действия ветра на сооружения, продолжают оставаться:
1) развитие экспериментальных методов аэромеханики применительно к элементам строительных конструкций;
2) изучение реакции гибких сооружений на пульсации ветра и одиночный порыв ветра;
3) разработка достоверных физических моделей аэроупругого поведения гибких сооружений и их элементов при взаимодействии с равномерным ветровым потоком.
Комментариев нет:
Отправить комментарий