CC BY
27
Как мы понимаем, решать эти проблемы и задачи непросто, но необходимо. В техническом отношении старые мосты уже не могут служить образцом для современного проектировщика. И всё же, исследуя эти сооружения, можно сделать немало полезных наблюдений и выводов, касающихся общей методики проектирования мостов, их композиционного взаимодействия с окружающей средой, их архитектурной компоновки.
Общеизвестно, какое важное значение в образовании и подготовке современного художника и архитектора имеет изучение истории искусства и архитектуры, изучение опыта «старых мастеров» - выдающихся художников и зодчих прошлых эпох. Аналогичную роль изучение опыта «старых мастеров» играет в подготовке инженера-мостовика: оно не только расширяет его кругозор, но и способствует развитию художественного вкуса и профессионального мастерства.
Библиографический список
1. Щусев П.В. Мосты и их архитектура. - М.: Стройиздат, 1952. - 360 с.
2. Толмачев К.Х. Основы архитектурного проектирования мостов: Учебное пособие. - Новосибирск, 1978. - 64 с.
3. Ефимов П.П. Архитектура мостов. - Омск: ГУИПП «Омский дом печати», 2002. - 288 с.
Материал поступил в редакцию 15.04.04.
O.V. GORLUSHKO
TO THE PROBLEM OF BRIDGE DESIGNING WITH ARCHITEKTURAL-IMPROVED CHARACTERISTICS
The paper deals with the consideration of actuality of architectural aspect in bridge designing. It should be noted that the collaboration of designers and architects while designing the bridge is necessary.
УДК 624.21.014.2:620.172.224.1 А.П. МОРОЗОВСКИЙ, асп.
О РАБОТЕ БИСТАЛЬНЫХ БАЛОК ПРИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ ЗА ПРЕДЕЛОМ УПРУГОСТИ
Многолетние и разносторонние доследования авторов позволили выявить закономерности и особенности напряженно-деформированного состояния бистальных балок при изгибе за пределом упругости.
Разработка новых конструктивных форм бистальных балок, позволяющих более полно использовать прочностные характеристики применяемых материалов, является важным фактором в создании конструкций пролетных строений минимальной металлоемкости. Целесообразно допускать развитие пластических деформаций как в стенке, так и в крайних фибрах нижнего пояса балок двутаврового и коробчатого сечения. Экономи-
чески оправданно также выполнять нижний пояс бисталежелезобетонных балок в виде трубы, тавра, жесткого треугольника или другой не менее рациональной формы из высокопрочной стали. Это приводит к увеличению зоны пластических деформаций в стенке и более полному использованию прочности стали поясов.
В последнее время в практике проектирования промышленных и мостовых конструкций находят применение бистальные балки, т.е. балки, составленные из стали двух марок с различными пределами текучести; с повышенными или высокими характеристиками для наиболее напряженных элементов сечения - поясов и - со сталью нормальной прочности - для вертикальных стенок.
Такое решение позволяет существенно снизить расход металла при экономически целесообразном ограниченном применении сталей более высокого класса.
Статическая работа таких бистальных элементов имеет свои особенности. При полном использовании расчетного предела прочности поясов из стали более высокого класса в примыкающих к ним участках вертикальных стенок создаются упругопластические деформации. Расчет таких бистальных конструкций рассмотрен в ряде публикаций [1, 3, 4]. Однако опытная проверка работы таких элементов ограничивалась отдельными экспериментами, в основном с балками с поясами из стали повышенной прочности, и касалась только их статической работы.
В связи с практическим внедрением впервые в практике отечественного мостостроения высокопрочной стали [6] для конструкции большого городского моста были проведены расширенные исследования с использованием материалов экспериментального изучения бистальных балок, проведенного в США и других странах.
Участок 3
Участок 2
Участок 1
Рис. 1. Диаграмма «нагрузки-деформации» для бистальной и моностальной балок:
1 - кривая для бисталъной балки; 2 - кривая для моносталъной балки;
3 - кривая разгрузки для бисталъной балки; 4 - начало текучести стенки бистальной балки; 5 - начало текучести поясов бисталъной балки; 6 - начало текучести поясов моностальной балки
Работа бистальных балок при статической нагрузке
Сопоставление работы бистальных и моностальных балок можно характеризовать кривыми 1, 2, приведенными на графике нагрузка-деформации (рис. 1).
На участке 1 бистальные балки работают упруго, и кривые 1 и 2 эпюры напряжений в сечении совпадают. На участке 2 напряжения в крайних волокнах стенок доходят до предела текучести, что вызывает отклонение кривой 1 от кривой 2. Однако пластические деформации сдерживаются поясами, работающими пока упруго. В начале участка III напряжения в поясах доходят до предела текучести, и небольшая дополнительная нагрузка вызывает уже распространение пластических деформаций по всему сечению. Критическая нагрузка, соответствующая исчерпанию несущей способности бистальных балок, меньше предельной нагрузки для моностальных балок, так как крайние участки стенок после возникновения в них пластических деформаций уже не воспринимают дополнительную нагрузку. При разгрузке кривая 3 несколько смещается от первоначальной 1 на величину, определяемую небольшими остаточными деформациями.
Контролируемые пластические деформации стенок относительно невелики даже при полном использовании расчетного сопротивления металла поясов, например, для стали класса С70/60 с расчетным сопротивлением 430 МПа относительное удлинение составляет только 0,20%. Площадка же текучести для обычных углеродистых или низколегированных сталей, применяемых для стенок, простирается в среднем до 2-3%. Таким образом, пластические деформации крайних участков вертикальных стенок занимают лишь начальный участок ее.
На рис. 2 приведены характерные расчетные эпюры напряжений бис-тальной балки симметричного двутаврового сечения при различных этапах статического нагружения. При первом загружении до расчетной нагрузки, вызывающей пластические деформации крайних участков стенок (рис. 2, б), создается перепад напряжений металла поясов и стенок Я - оТ, который в дальнейшем сохраняется на всех этапах работы балки. Эта способность работы бистальных конструкций является чрезвычайно важной и в дальнейшем используется при выводе формул.
При разгрузке балки металл поясов, упруго деформируясь, создает в стенках предварительное напряжение обратного знака (рис. 2, в). Значение этого напряжения тем больше, чем больше разность напряжений Я - аТ. Эпюра деформаций поперечного сечения бистальной балки (рис. 2, г) близка к треугольной.
Для расчета изгибаемых элементов при выводе формул были приняты следующие расчетные предпосылки:
- расчет ведется по предельному изгибающему моменту, воспринимаемому балкой при напряжении в одном или в обоих поясах, равному расчетному сопротивлению их материала;
б
в
г
д
Рис. 2. Характерные эпюры напряжений бистальной балки двутаврового симметричного сечения при различных этапах загружения: а - поперечное сечение; б - эпюра, напряжений при загружении до расчетной нагрузки; е - эпюра напряжений при полной разгрузке; г - то же при погружении только постоянной нагрузкой; д - эпюра деформаций
- на всех стадиях работы балки сохраняется гипотеза плоских сечений;
- предел текучести металла стенок принимается с коэффициентом безопасности по материалу К = 1 и с коэффициентом условий работы т = 1, так как даже большие отклонения от нормативных значений не сказываются существенно на работе балки. При фактических значениях предела текучести меньших нормативных зона пластических деформаций распространяется на большую высоту стенки, и несущая способность балки практически не изменяется;
- для упрощения вывода формул высотой полок, малой по сравнению с общей высотой балки, пренебрегаем.
По сравнению с работой [4] приведенный далее вывод формул скорректирован и представлен в форме, удобной для разработки вспомогательных расчетных таблиц. По соотношению расчетных изгибающих моментов, воспринимаемых бистальным сечением Мб, и расчетных усилий для соответствующих моностальных сечений из стали полок бистальных балок Мм определяются поправочные коэффициенты К = ——, которые можно использовать
— м м
для определения упругопластических геометрических характеристик бисталь-ных сечений
где Зм и - геометрические характеристики соответствующих моностальных сечений.
При выводе формул вводятся следующие обозначения:
(1)
<3Т
m = —^ ; m1 = R 1
FH R hH
(2)
При необходимости учета касательных напряжений (например, для опорных сечений неразрезных и консольных балок) взамен от представляется ог-. Значение ог- определяется из условия, что предел текучести металла стенки достигается только при суммировании нормальных и усредненных касательных напряжений.
1. Балдин Е.Е. Балки из двух марок стали / Е.Е. Балдин, Кочергова // Промышленное строительство. 1964. №11.
2. Вахуркин В.М. Балки из двух марок стали (бистальные балки) // Материалы по стальным конструкциям, №9. М.: Стройиздат, 1965.
3. Киреенко В.И. Расчёт бистальных балок // Строительная механика и расчет сооружений. 1972. №2.
4. Хилл Р. Математичская теория пластичности. - М., 1956. - 407 с.
5. Костромин В.С. К условию совместности деформаций механике деформируемого тела // Расчет прочности, устойчивости и колебаний элементов инженерных сооружений. Воронеж: ВГУ, 1981. - С. 144-147.
6. Рекомендации по проектированию бистальных балок / Стрелецкий Н.Н., Леус Ю.Я., Чернов Н. Л. и др. - М., 1985. - С. 44.
7. Cazskaddan P.S. Bending of Deep Gizdezs with A514 Steel Flangesj of thestz Pzoc. ASCE., Vol 95, st. 10, 1969.
8. Zew H.S. et all static Tests of Hibzid peate Gizdezs.Welding jouznal. Vol. 48, №2, 1969.
9. Haayez G. Economyof High Stzength steel stzuctuzalmembezs.j.of the stz. Div. Pzoc. ASCE, Vol 87, st.8, 1961.
Материал поступил в редакцию 15.04.04.
A.P. MOROZOVSKY
SOME ASPECTS OF BISTEEI BEAMS ANDER STATIC LOAD AT A LIMIT OF ELASTICITY
Long term and versatile investigations allowed to reveal laws and features of tension-deformed condition of bisteel beams at a bend over a limit of elasticity.
The development of the new constructive forms of bisteel beams allowing better to use strength characteristics on durability of used materials is the important factor in designing the span structures with minimum metal consumption. The development of plastic deformations both in a wall and in extreme fibres of the bottom belt of beams with I-shaped and box crosssection is allowed. It is recommended also to make the bottom cord of bisteel reinforced concrete beams as a pipe, tee, rigid triangle or other not less rational form from high-strength steel. It results in increase of a zone of plastic deformations in a wall, and more complete use of steel durability of beam belts.
Библиографический список
