Научная статья на тему 'Программное обеспечение вариантного проектирования пролётных строений автодорожных деревянных мостов'

Программное обеспечение вариантного проектирования пролётных строений автодорожных деревянных мостов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
466
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОСТ / АВТОМОБИЛЬНЫЙ МОСТ / ДЕРЕВЯННЫЙ МОСТ / АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ / САПР / АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ / АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ / АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ / ТРАНСПОРТНАЯ ИНФРАСТРУКТУРА / BRIDGE / ROAD BRIDGE / WOODEN BRIDGE / CAD / COMPUTER-AIDED DESIGN / COMPUTER-AIDED ROAD DESIGN / HIGHWAYS / ROAD INFRASTRUCTURE / BRIDGE DEISGN / COMPUTER-AIDED BRIDGE DESIGN / ROAD DESIGN / HIGHWAY ENGINEERING / ROADS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гостев Андрей Евгеньевич

В статье рассмотрены вопросы создания программного алгоритма автоматизированного проектирования пролётных строений автодорожных деревянных мостов. Разработана адаптивная схема вычисления упругого распределения нагрузки на основе полученной теоремы о загружениях, обеспечивающая выбор оптимальных геометрических характеристик элементов пролётного строения. Выполнено сравнение измеренных отклонений прогибов реальных пролётных строений с результатами вычисления двумя методами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Software for wooden bridge span design

The article discusses the question of development of software for automated design of road wooden bridge spans. The adaptive pattern of elastic load distribution calculation based on obtained loading theorem providing optimal geometry elements choice is developed. It is given a comparison of the measured real spans deflection with the results of calculating using two methods.

Текст научной работы на тему «Программное обеспечение вариантного проектирования пролётных строений автодорожных деревянных мостов»



DOI: 10.17273/CADGIS.2015.1.8

Гостев А.Е., начальник отдела мостов ООО «Индор-Мост» (г. Томск)

Современные системы и средства автоматизированного проектирования мостов базируются главным образом на методе конечных элементов (МКЭ). Этот метод лежит в основе хорошо известного программного обеспечения: Cosmos (SolidWorks Corporation, США), Scad (SCAD Soft, Москва), Lira (НИИ автоматизированных систем в строительстве, Украина) и др. Несомненным достоинством этих программ является хорошо проработанный пользовательский интерфейс, позволяющий в диалоговом режиме создавать расчётные схемы сложных конструкций с использованием больших библиотек конечных элементов, воздействовать на созданные конструкции статическими и динамическими нагрузками, проводить расчёты с использованием известных теоретических моделей, а также оформлять результаты расчётов на высоком графическом уровне.

Однако использование подобного ПО в вариантном проектировании и в учебной работе по подготовке специалистов соответствующих специальностей затруднено следующими основными обстоятельствами: во-первых, появляется необходимость в дополнительном обучении для освоения пользовательского интерфейса ПО, что усложняет процесс усвоения профилирующих дисциплин студентами; во-вторых, создание расчётной схемы для МКЭ, включающей несколько тысяч узлов и элементов для получения хорошей точности расчётов, требует больших затрат времени, которые не оправдывают себя как в учебном процессе, так и при рутинном вариантном проектировании деревянных пролётных строений.

В связи с этим была поставлена задача создания ПО, позволяющего в короткие сроки освоить вариантное проектирование пролётных строений

64 | САПР и ГИС автомобильных дорог | №1(4), 2015

САПР

автодорожных деревянных мостов как студентам соответствующих специальностей, так и специа-листам-проектировщикам, нуждающимся в высвобождении рабочего времени для творческой деятельности. С этой целью для разработки алгоритма такого ПО был выбран один из хорошо зарекомендовавших себя и многократно проверенных на практике классических методов расчёта — метод с использованием коэффициентов упругой передачи.

Дополнительная и не менее важная задача настоящей работы состоит в том, что доказательством достоверности расчётов с использованием разработанного ПО послужит проведение обоснованного сравнительного анализа результатов расчёта с использованием различного хорошо известного ПО, а также прямых натурных измерений, например прогибов пролётных строений при действии известных статических нагрузок. Основное требование к разрабатываемому ПО — наглядный многофункциональный интерфейс, позволяющий эффективно использовать программу не только в качестве инструментария инженера-проектировщика при вариантном проектировании и оперативной оценке грузоподъёмности пролётных строений, но и для учебных целей.

В результате выполненной работы [1, 2] создано ПО Wooden Bridges (WB) для расчёта и проектирования деревянных мостов, несущими элементами которых являются различного вида прогоны (сближенные, двухъярусные, сложные пакетные). ПО WB позволяет рассчитывать вариант пролётного строения с заданными исходными параметрами на выбранную нормативную нагрузку, а также подбирать оптимальные сечения элементов конструкции, их требуемое количество, включая подбор расстояний между

элементами, а также вид и характеристики материала.

Выбор варианта расчёта позволяет проектировщику определить рамки своего участия в процессе вариантного проектирования. Так, например, выбирая опцию «Расчёт оптимального варианта пролётного строения», можно при минимальном количестве исходных данных о предполагаемом проектируемом сооружении получить вариант моста, для которого общие затраты древесины на строительство будут минимальными. В этом случае программа рассчитывает всевозможные варианты элементов пролёта моста для заданной нагрузки, выводит эти сведения в дополнительный протокол и определяет итоговую конструкцию, на строительство которой будет затрачен минимум объёма древесины. Вторая ветка программы — «Расчёт рабочего варианта пролётного строения» — позволяет ввести наиболее полные сведения об элементах проектируемой или уже существующей конструкции пролётного строения и рассчитать их на заданную нагрузку. В этом случае программа ведёт расчёты с выдачей на монитор сообщений о перегрузках элементов моста на различных стадиях расчёта. Получая такие сообщения, проектировщик имеет возможность в режиме диалога усиливать конструкцию отдельных элементов и продолжать расчёты либо по завершении работы программы в итоговом протоколе ознакомиться с процентом перегрузки каждого из элементов конструкции.

В начале работы с программой в главном меню, показанном на рисунке 1, оператором вводятся исходные данные для расчёта (габарит моста, длина пролёта, система рассчитываемого моста и др.), а также выбирается один из двух вариантов расчёта пролётного строения.

Рис. 1. Главное меню программы Wooden Bridges

САПР и ГИС автомобильных дорог | №1(4), 2015 | 65

САПР

Рис. 2. Дополнительное меню «Выбор параметров материала древесины» программы Wooden Bridges

При выборе оптимального варианта расчёта программа запрашивает только значение ширины и длины пролёта, тип проезжей части и вид нормативной нагрузки (А-8, НГ-60), а в отдельном меню «Выбор параметров материала древесины» (рис. 2) необходимо указать характеристики материала брёвен или пластин поперечин, прогонов и досок.

Для расчёта рабочего варианта дополнительно указываются размеры и вид сечения брёвен или пластин поперечин и прогонов, количество прогонов и поперечин, а также толщина досок проезжей части.

Имеется возможность до начала расчётов корректировать в отдельном меню «Константы» некоторые постоянные величины, используемые в алгоритме работы программы, например, характеристики нагрузки, если она не нормативна и специфична, физические параметры древесины, если они уникальны, и др.

После нажатия на кнопку «Начать расчёт» ПО WB приступает к выполнению задания в следующей последовательности. Рассчитывается настил проезжей части на выбранную нагрузку. Предусмотрен расчёт двойного дощатого настила и колейного настила, второй из которых наиболее часто применяется при строительстве деревянных мостов на дорогах 4 и 5 категории.

Далее рассчитываются поперечины, а затем прогоны, имеющие сечение в виде брёвен или пластин, в зависимости от того, какой был выбран вариант в меню «Выбор параметров

материала древесины». Поперечины и прогоны рассчитываются с учётом коэффициента упругого распределения и распределением давления на 3, 5 или 7 элементов.

Авторами был предложен и апробирован универсальный алгоритм, позволяющий на основе общих соотношений (в зависимости от габарита моста и расстояний между прогонами и поперечинами) проводить расчёты давлений от сосредоточенных и полосовых нагрузок. При этом алгоритм программы предусматривает адаптивный подбор схемы загружения и расчёт для неё опорных давлений на каждый элемент конструкции. Для этих целей используется полученная авторами [3] теорема о загружениях, позволяющая автоматизировать указанный процесс. Кроме того, в работе [3] показано, что имеющиеся в традиционной схеме расчётов [4, 5] неточности, например, в расчёте давлений от нормативной нагрузки на элементы, могут привести к существенным ошибкам для достаточно часто встречающихся конструкций пролётных строений. Связано это с так называемыми неполными или усечёнными схемами загружения. Указанный недостаток учтён в алгоритме ПО WB, что позволяет для определённого класса конструкций пролётных строений увеличить точность расчёта опорных давлений на прогоны более чем в два раза.

После окончания расчёта ПО WB оформляет протокол выполнения задания.

Для сравнительного анализа расчёта пролётных строений с использованием ПО WB и программный комплекс Лира 9.0, в основе алгоритма которого лежит МКЭ, было выбрано 2 деревянных моста, расположенных в Республике Алтай, на которых были проведены все необходимые измерения геометрических характеристик элементов пролётных строений. Первый мост через р. Песчаная на автомобильной дороге Арбайта — Ябоган. Второй мост через р. Куба на автомобильной дороге Чемал—Уолан. Сравнение выполнено по одному параметру — максимальному прогибу пролётного строения, измеренному прогибомерами Максимова при статической нагрузке А-8.

Расчётные схемы реальных пролётных строений в ПК Лира были выполнены в виде комбинации стержней и пластин соответствующего сечения.

Исходные данные обследованных пролётных строений были введены в ПО WB в режиме «Расчёт рабочего варианта пролётного строения».

Сопоставление результатов расчёта, полученных по МКЭ (ПК Лира) и классическим методом с использованием коэффициентов упругой передачи (ПО WB), показывает на хорошее соответствие (отличия не более единиц процентов), а сопоставление расчётных значений максимальных прогибов с измеренными на реальных мостах показывает на их отличие в пределах экспериментальной и приборной погрешности. Э

Литература:

1. Бочкарёв Н.Н., Гостев А.Е. Автоматизированный расчёт элементов пролётных строений автодорожных деревянных мостов // Вестник ТГАСУ. 2004. №1. С. 195-204.

2. Bochkariov N.N., Gostev A.E. Designing of variants of wooden span of road bridges // Proceedings International Conference VSU'2004. Bulgaria. Sofia. 2004. V.1. P. 27-32.

3. Бочкарёв Н.Н., Гостев А.Е. Расчёт давлений на элементы пролётного строения автодорожного деревянного моста при усечённых схемах загружения // Вестник ТГАСУ. 2005. №1. С. 205-213.

4. Российский ВА, Брусенцов П.А., Лукин Н.П. Расчёт деревянных автодорожных мостов. Киев: Вища школа, 1973. 211 с.

5. Катцын П.А., Сибер В.В. Проектирование

и расчёт деревянных автодорожных мостов. Томск: Изд. Томского университета, 1989.

166 с.

66 | САПР и ГИС автомобильных дорог | №1(4), 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.