Влияние архитектуры мостов на их аварийность
 Скачать 3.54 Mb.
|
3.2. Анализ причин обрушения арочных мостовАрочные конструкции получили большое распространение в строительстве с древности. Римляне стали первыми использовать арки значительных размеров, и некоторые из них сохранились до наших дней. Одним из примеров применения арочных сооружений в римской архитектуре является древнеримский акведук Пон-дю-Гар. Он был самым значительным арочным сооружением до средних веков, пока не был построен Мост Сен- Бенезе (Франция). [1] Заслуживают внимание арочные каменные мосты III в. Китая; проект арочного деревянного моста через р. Неву пролётом около 298 м. выдающегося русского изобретателя-самоучки И. П. Кулибина; арки из уложенных плашмя досок с пакетным профилем французского инженера Эми; проект повышения устойчивости арок моста И. П. Кулибина, который добавил в плоскость верхних поясов по одной арке. В современной архитектуре наблюдается значительное увеличение использований стальных арок. Они применяются в зданиях и большепролетных мостах, сочетая конструктивные и архитектурные достоинства. В 2014 году в Абу-Даби завершена сборка первой стальной арки конструкции крыши, пролётом 120 метров, весом 200 тонн. Самая большая, 180 метровая арка будет весить 300 тонн. Всего в терминале аэропорта будет 18 арок. [1] В 2010 году рядом с уникальной Плотиной Гувера введен в эксплуатацию Мемориальный мост Майка О’Каллагана — Пэта Тиллмана. Мост состоит из 14 колонн и 2 арок в центральной части. Каждая арка содержит по 53 последовательно отбетонированных фрагмента, большая часть из них по 7.3 метра длиной (всего было выполнено 106 циклов заливки и уплотнения бетона). Арки наращивались с обеих берегов реки одновременно в виде сближающихся полу-арок, в итоге слившихся в единую конструкцию. В процессе заливки, уплотнения и твердения бетона растущие полу-арки поддерживались наклонными тросами, протянутыми с временных башен-пилонов. В процессе наращивания полу-арок их вес менялся, постоянно устанавливались дополнительные поддерживающие тросы. [23] В 2013-2014 гг. на железнодорожном тоннеле Чёрли Великобритании каменные арки, предотвращающие стены тоннеля от обрушения, были заменены на стальные. В 2014 году коллекцию уникальных инженерных сооружений города Новосибирска пополнил еще один объект – пятый мост через реку Обь. Главной конструктивной особенностью мостового перехода является его уникальная металлическая арка. Длина арочного пролетного строения составляет 380 метров. Арка - крупнейшая для стран СНГ и вторая аналогичной конструкции в мировом мостостроению. Затяжка арки состоит из двух стальных коробчатых и двух главных стальных балок двутаврового сечения. Стрела подъема комбинированной арки с затяжкой составила 74 м. Аварии арочных конструкций в большинстве своем происходят из-за потери устойчивости всей конструкцией. СП 16.13330.2011 Стальные конструкции обязывает при отношении Н / В ≥6 (где Н – полная высота, В – ширина) проверять общую устойчивость рамы в целом как составного стержня, защемленного в основании и свободного вверху. Опасность аварии от потери устойчивости особенно велика потому, что потеря устойчивости может наступить внезапно. Из всех инженерных конструкций металлические сооружения наиболее подвержены потере устойчивости, так как они выполняются из сравнительно тонких и длинных стержней. В общем случае нагружения у арки могут быть участки, где нагрузка отсутствует. Поэтому арки при потере устойчивости в своей плоскости испытывают два изгиба: статический, вызванный бифуркацией упругой линии, и изгиб нагруженного участка после превышения нагрузкой критического значения. Потеря устойчивости возможна как из плоскости, так и в плоскости. Плоские конструкции — фермы, арки, рамы лучше сопротивляются изгибу в плоскости конструкций, чем из плоскости. Случаи аварий промышленных и гражданских конструкций, происшедшие от потери устойчивости плоской формы изгиба малоизвестны. Потере устойчивости плоской формы изгиба конструкций, работающих на поперечный изгиб, уделено мало внимания, так как считается, что если и имеет в отдельных случаях место, то не приводит к аварии в силу общей взаимосвязи балок с другими конструкциями. В последние годы появились работы по разработке алгоритма расчёта арок произвольного очертания и переменной жесткости в упругой стадии. Разработаны новые конструктивные решения арок и каркасов, в которых обеспечивается повышение боковой устойчивости сжатых поясов арок. [22] Киселевым Д. Б. были проведены исследования устойчивости комбинированных арочных систем с V-образными стойками, проведена оптимизация геометрических параметров конструктивной схемы с учетом устойчивости системы. Способности арочных конструкций используются в метростроении, дорожном строительстве. Поскольку такое сооружение, как водопропускная труба имеет значительную протяженность в теле насыпи автомобильной дороги, данную задачу можно рассматривать, как плоскую. В качестве расчетной схемы можно принять двухшарнирную арку. Работа арочных конструкций под землёй имеет свои особенности. Основной вид нарушения прочности грунта – смещение одной его части по отношению к другой, вследствие незатухающего сдвига, переходящего в срез. Когда действие грунта заменяется нормальным давлением и предельными силами трения, действующими вдоль всей поверхности арки, наблюдается увеличение максимального момента на 20%. Причина такого несоответствия в неточном описании сил взаимодействия грунта с аркой. Практически по всей оси арки происходит проскальзывание грунта – «обтекание» арки грунтом. Следовательно, моделирование взаимодействия арки с грунтом следует проводить по схеме предельного трения по всей арке. [1] Новый инкрементальный метод расчета на предельную нагрузку, с алгоритмом, который отслеживает сингулярные состояния матрицы жесткости, увеличивает надежность предсказания потери устойчивости конструкции и позволяет выявить ее причину. |