Поведение стенок коробчатого пролетного строения моста в процессе надвижки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.21.014.2

М. Р. ТИМОФЕЕВ (ООО «НИЛ ТРАНСМОСТ», Пермь, Россия)

ПОВЕДЕНИЕ СТЕНОК КОРОБЧАТОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ МОСТА В ПРОЦЕССЕ НАДВИЖКИ

В работе представлены результаты наблюдений за поведением погибов стенок неразрезного пролетного строения коробчатого сечения длиной 964 м моста через р. Каму в г. Перми в процессе его продольной надвижки.

Ключевые слова: толщина стенки, погибь, продольная надвижка, амплитуда, пролетное строение, ребро жесткости

При проведении работ по инженерному сопровождению строительства второй очереди моста через р. Каму в г. Перми (проект мостового перехода разработан ОАО «Гипротранс-мост», проект надвижки руслового пролетного строения - ОАО «Институт Гипростроймост», генподрядчик строительства - ЗАО «Уралмо-стострой» Мостоотряд 123, завод-изготовитель металлоконструкций - ЗАО «Кургансталь-мост») на этапах сборки и надвижки пролетного строения (ПС) осуществлялся сбор данных о параметрах начальных погибей вертикальных

стенок коробчатого сечения ПС и изменениях погибей в процессе надвижки.

Цель работы - анализ влияния погибей на напряженно-деформированное состояние

участков ПС, расположенных в зоне влияния накаточных устройств, и прогноз прогибов консольных свесов плетей ПС, надвигаемых с двух сторон моста с их замыканием навесу (без промежуточной опоры).

Неразрезное пролетное строение запроектировано по схеме (93,7+126+126+126+147+ +126+126+93,7) м. Поперечное сечение приведено на рис. 1.

Рис. 1. Поперечное сечение пролетного строения и места измерения амплитуд погибей

Монтаж ПС осуществлялся методом кон-вейерно-тыловой сборки одновременно с двух берегов. Длина левобережной плети - 546,2 м, правобережной - 420,2 м. Замыкание пролетного строения осуществлялось в середине пролета длиной 147 м.

Монтаж выполнялся в период с августа 2006 г. по май 2008 г., в т.ч. надвижка - с сентября 2006 г. по май 2007 г.

Результаты анализа начальных погибей

Форма погибей определялась выборочно в нескольких панелях ПС.

Амплитуды погибей измерялись (см. рис. 1): в панелях с дополнительными короткими вертикальными ребрами жесткости (ВРЖ) - посередине верхнего яруса стенки, в панелях без дополнительных ВРЖ - в двух точках по высоте стенки. Измерения выполнялись штангенциркулем с использованием специально изго-

© Тимофеев М. Р., 2012

товленного металлического шаблона. Значения ного из промеров на блоке № 3 правобережной амплитуд наносились на схему ПС (пример од- плети показан на рис. 2).

Рис.2. Результаты измерения амплитуд

В общей сложности было исследовано 1276 панелей стенок шириной 1,5 м, в т. ч. 255 панелей без коротких ВРЖ.

Наиболее подробно, практически пошагово, исследовались блоки Б1-Б4 (длиной по 21 м) обеих плетей с целью получения информации, необходимой для последующего прогноза ситуации к моменту замыкания плетей ПС навесу. Кроме того, выполнялись измерения поги-бей блоков Б5-Б8 на отдельных промежуточных этапах надвижки.

Амплитуды начальных погибей /0 измерялись во всех панелях. Они группировались в зависимости от толщины стенки ^ и знака по-

погибей, нанесенные на схему блока

гиби. Определялись безразмерные параметры е0 = /0 /с учетом знака /0 (здесь и далее / > 0 - при погиби, обращенной внутрь короба; / < 0 - при погиби, обращенной наружу). Значения е0 объединялись в группы с шагом 0,1 (при / е0 / < 0,001 условно принято е0 = 0) и строились кривые распределения е0 (п), где п - значение повторяемости е0 в долях единицы.

Распределение начальных относительных амплитуд е0 = /0 /представлено на рис. 3 и 4.

Рис.3. Распределение начальных амплитуд верхних участков стенок

70% / во/ 1/ II Г ¡1 1 ро% 1 20% / 10% ■ 1 1 1 г г ? р у /' / / А / ' \ ' - ' А // //

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Рис.4. Распределение начальных амплитуд нижних участков стенок

Для верхних частей стенок при tw = 16 мм и 20 мм плотность вероятности распределения е0 (п) близка к нормальному распределению. С

уменьшением толщины стенки сохраняется некоторое подобие нормальному распределению с большим количеством локальных пиков, при этом существенно увеличиваются асимметрия или квадратичное отклонение.

Для нижних частей стенок при всех исследованных толщинах (12, 14, 16 мм) распределение е0 (п) близко к нормальному.

В табл. 1 приведено распределение начальных погибей по их направлению внутрь или наружу короба. Как видно, погиби преимущественно направлены внутрь короба, т.е. к центру «кривизны» оболочки.

Также из табл. 1 видно, что на верхних участках стенок с уменьшением толщины возрастает доля стенок с начальными погибями. В то же время не выявлена зависимость между толщиной стенки и долей ненулевых амплитуд погибей нижних участков стенок.

Что же касается е0, то на всех участках стенок прослеживается зависимость: меньшим толщинам стенок соответствуют большие значения е0 . Так диапазон е0 верхних участков составляет при tw = 12 мм - от -0,833 до 1,042; при tw = 14 мм - от -0,357 до 0,643; при = 16 мм - от -0,325 до 0,375; при = 20 мм - от -0,05 до 0,14. То же, нижних участков: при = 12 мм - от -0,42 до 0,42; при tw = 14 мм -

от -0,21 до 0,29; при = 16 мм - от -0,25 до 0,156.

Таблица 1

Распределение начальных погибей /0 по их направлениям

Толщина стенки tw , мм /0 < 0 % /0 = 0 %

Верхние участки стенок

12 16,67 10,32

14 4,25 20,33

16 1,86 29,19

20 2,33 34,88

Нижние участки стенок

12 8,97 66,67

14 8,40 59,66

16 10,34 70,69

/0 > 0

%

73,02

75,42

68,94

62,79

24,36

31,93

18,97

Примечание: /0 > 0 - при погиби, обращенной внутрь короба; /0 < 0 - при погиби, обращенной наружу.

Характер изменения погиби в процессе надвижки

В процессе надвижки отмечено подобие формы погиби стенки на >м этапе та форме начальной погиби та0 . На основании этого вы-

полнялись измерения только амплитуд полного прогиба / .

Амплитуда полного прогиба / участка стенки на 1 -ом этапе надвижки есть сумма начальной /0 и дополнительной /а амплитуд. В свою очередь, дополнительная амплитуда /а состоит из двух частей: / - условно остаточной (оставшейся к моменту завершения монтажа) и /2 - условно упругой, определяемой как

/2 = / - (/0 + /) . В соответствии с этим вычислялись безразмерные параметры е^ = /. /.

Измерения амплитуд проводились на блоках Б1-Б8.

На величину амплитуды влияло положение сечения в момент измерения с соответствующим ему напряженно-деформированным состоянием (НДС) стенки. Максимальные амплитуды фиксировались на промежуточных этапах надвижки. В положении сечения, соответствующем проектному, амплитуды уменьшались.

Поскольку определение начальных напряжений вызывает затруднения, они, как обычно, приняты пренебрежимо малыми.

Диапазон максимальных зафиксированных относительных суммарных амплитуд е = е0 + еа в процессе монтажа составил:

- на верхних участках стенок (в т.ч. стенок без дополнительных ВРЖ):

- ^^ = 14 мм - от -0,29 до 0,54; превышение диапазона е0 (-0,26...0,36) составляет от -11,5 % до 50 %;

- ^^ = 16 - от -0,33 до 0,44; превышение диапазона е0 (-0,33.0,31) составляет от -0 % до 33,3 %;

- = 20 мм - от -0,05 до 0,20; превышение диапазона е0 (-0,05.0,14) составляет от -0 % до 42,9 %;

- на нижних участках стенок:

- = 14 мм - от -0,14 до 0,30; превышение диапазона е0 (-0,09.0,29) составляет от -55,5 % до 3,4 %;

- = 16 мм - от -0,13 до 0,13; превышение диапазона е0 (-0,08.0,11) составляет от -62,5 % до 18,2 %.

Таким образом, с увеличением толщины стенки диапазон максимальных относительных амплитуд е уменьшается. Отклонение амплитуды е от начальной е0 для верхних участков стенки уменьшается с увеличением толщины

стенки, а для нижних участков стенок, наоборот, увеличивается.

При этом были зафиксированы панели, в которых максимальная амплитуда стала меньше начальной, т. е. в процессе надвижки создалось такое НДС, что погибь, сформировавшаяся к моменту изготовления конструкции, уменьшилась. Количество таких панелей для верхних участков стенок составило: при ^ = 14 мм - 4,8 %, ^ = 16 мм - 8,3 %, ^ = 20 мм - 27,3 %. То же, для нижних участков: при ^ = 14 мм - 13,7 % и ^ = 16 мм -5,6 %. Как видно, с увеличением толщины стенки возрастает доля верхних участков стенок, погиби которых в процессе надвижки «выпрямились». В то же время для нижних участков отмечена обратная зависимость.

Диапазон условно остаточных относительных прогибов е1 для верхних участков стенок с толщинами 14, 16 и 20 мм составляет соответственно: -0,14.0,39; -0,14.0,23; -0,05.0,10. То же, для нижних участков стенок с толщинами 14 и 16мм: -0,29.0,14; -0,11.0,08.

Видно, что стенкам с меньшей толщиной отвечают большие остаточные относительные отклонения.

Доля стенок, получивших в процессе монтажа условно остаточные прогибы е1 , составила (к таковым отнесены также участки, где произошло «выпрямление» погибей):

на верхних участках:

- ^ = 14 мм без начальных погибей -53,85 %; с начальными погибями - 90,83 %;

- ^ = 16 мм без начальных погибей -30,00 %; с начальными погибями - 81,82 %;

- ^ = 20 мм без начальных погибей -66,67 %; с начальными погибями - 89,66 %;

- на нижних участках:

- ^ = 14 мм без начальных погибей -23,19 %; с начальными погибями - 92,68 %;

- ^ = 16 мм без начальных погибей -9,38 %; с начальными погибями - 100 %.

Из приведенных данных следует, что доля стенок, получивших в процессе надвижки условно остаточные прогибы, значительно выше на участках с начальными погибями. При этом развитие погибей на верхних участках без начальных погибей происходило только внутрь короба. То же на нижних участках при ^ = 14 мм - в обе стороны, а при ^ = 16 мм -только наружу короба.

То обстоятельство, что не все стенки получили остаточные прогибы, объясняется сложившимся к моменту начала измерений напряженным состоянием стенок.

Диапазон условно упругих относительных прогибов е2 составил:

на верхних участках стенок:

- для = 14 мм - от 0 до 0,21 (диапазон е0 от -0,26 до 0,36); ненулевые значения е2 отмечены в 45,21 %;

- для = 16 мм - от -0,13 до 0,14 (диапазон е0 от -0,33 до 0,31); ненулевые значения е2 отмечены в 25,59%;

- для = 20 мм - от 0 до 0,05 (диапазон е0 от -0,05 до 0,14); ненулевые значения е2 отмечены в 22,73 %;

- на нижних участках стенок:

- для = 14 мм - от -0,14 до 0,36 (диапазон е0 от -0,09 до 0,29); ненулевые значения е2 отмечены в 35,78 %;

- для = 16 мм - от -0,06 до 0,13 (диапазон е0 от -0,08 до 0,11); ненулевые значения е2 отмечены в 33,33 %.

Видно, что на верхних участках стенок диапазон условно упругих деформаций меньше диапазона начальных. При этом с увеличением толщины снижается доля стенок с упругими деформациями е2 . В то же время на нижних участках зафиксированы значения е2 , превышающие е0, а влияние толщины на долю стенок с деформациями е2 не отмечено.

В стенках блоков Б1, Б2 с ^^ = 14 мм без коротких ВРЖ не прослеживается однозначная связь между значениями прогибов, соответствующих верхним и нижним частям стенки. Местами при увеличении верхней погиби уменьшается нижняя, местами при увеличении верхней увеличивается и нижняя. При этом в любом случае изменения амплитуды нижней погиби, преимущественно, малы и составляют около 0,04 толщины стенки.

Влияние коротких ВРЖ на начальные поги-би верхних участков не выявлено. Зато в процессе надвижки эти ребра оказывали существенное влияние на уменьшение величины амплитуды.

Так, максимальные амплитуды с величиной е >±0,2 зафиксированы в 87 панелях, из которых 44 (50,57 %) не имеют коротких ВРЖ, в то время как при е < ±0,2 из 59-ти панелей стенки

дополнительно не подкреплены в 10-ти (16,95 %). То же, при е >±0,1 -51 панель (42,86 %) из 119, а при е < ±0,1 - из 27 панелей - 3 (11,11 %).

Условно остаточные деформации е1 >±0,2 отмечены в 23 панелях, из которых 17 (73,91 %) не имеют дополнительных ВРЖ, в то время как при е1 <±0,2 из 123 панелей стенки не подкреплены в 37 (30,08 %). То же, при е1 >±0,1 - 39 (63,94 %) из 61 панели, а при е1 < ±0,1 - из 85 панелей - 15 (17,65 %).

Из 80 панелей без условно упругих деформаций е2 не имели коротких ВРЖ 53 панели (66,25 %). Из 66 панелей, где такие деформации зафиксированы, не имела подкрепления только одна панель (1,52 %).

Анализ допускаемых погибей по СТО-ГК «Трансстрой» 012-2007

В СТО-ГК «Трансстрой» 012-2007 «Стальные конструкции мостов. Заводское изготовление» в табл. 37 приведены допускаемые отклонения геометрической формы элементов. В п.14 приведены допуски по «выпучиванию стенки балок и коробок при свободной высоте стенки к » (к - высота стенки в свету между поясами или между поясом и продольным ребром жесткости). В частности, допуски для промежуточных панелей стенки (остальные допуски относятся к участкам конца стенок у монтажных стыков или на свободном конце):

- для балок и коробок с поперечными ребрами жесткости - 0, 006к ;

- для балок без поперечных ребер жесткости - 0,003к .

Указанные допуски при переходе в 2007 г. от СТП 012-2000 к СТО-ГК «Трансстрой» 0122007 не были изменены (ужесточение допусков коснулось только участков стенок у монтажных соединений).

В СТО-ГК допуски заданы безотносительно к толщине стенки. Не приведены допуски для случаев устройства поперечных ребер жесткости не на всю высоту (как в рассматриваемой нами конструкции), а также для стенок с односторонними продольными ребрами.

В нашем случае допуск в соответствии с СТО-ГК для верхних участков стенок (участок от симметричных продольных ребер, к которым крепится поперечная балка плиты, до наружного продольного ребра, расположенного, примерно, посередине оставшейся высоты)

при к = 1426 мм составляет Д = 8,56 мм. В указанные допуски полностью попали начальные погиби для стенок толщиной 16 мм (/0 < 6 мм) и 20 мм (/0 < 2,8 мм), а также практически полностью (кроме 0,3 %, где /0 = 9 мм) участки стенок толщиной 14 мм (/0 < 8 мм). Для стенок толщиной 12 мм за пределами допусков оказалось 11,5 % элементов (/0 < 12,5 мм).

Аналогично для нижних участков стенок (между наружными продольными ребрами) при к = 866 мм имеем Д = 5,20 мм. За пределы этого допуска не вышли начальные погиби стенок при всех толщинах: 12 мм (/0 < 5 мм), 14 мм (/0 < 4 мм), 16 мм (/0 < 2,5 мм).

Заключение

По результатам анализа данных съемки по-гибей в процессе монтажа пролетного строения можно сделать следующие выводы:

- влияние температуры окружающей среды на амплитуду погиби не зафиксировано;

- амплитуды начальных погибей, связанные с технологией прокатки листовой стали и изготовления блоков ПС, существенно зависят от толщины стенки и возрастают с ее уменьшением;

- наличие вертикальных ребер жесткости, установленных не на всю высоту стенки, не оказывает влияния на начальную амплитуду погиби верхней (неподкрепленной) части стенки; при этом ребра оказывают существенное влияние на развитие погибей в процессе надвижки пролетного строения;

- толщина стенки является определяющим фактором изменения прогибов стенки, образующихся при надвижке;

- допускаемые погиби при изготовлении конструкций должны быть заданы в зависимости от отношения толщины стенки к ее условной свободной высоте;

- рекомендуемая минимальная толщина стенки сечений пролетного строения, монтируемого методом продольной надвижки, должна составлять 16 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СНиП 3.06.07-86 Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний [Текст] / Госстрой СССР. - Введ. 1987-01-07. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 40 с.

Поступила в редколлегию 31.07.2012. Принята к печати 13.08.2012.

М. Р. ТИМОФШВ (ООО «НДЛ ТРАНСМГСТ», Перм, Роая)

ПОВЕД1НКА СТ1НОК КОРОБЧАТОВО1 ПРОГОНОВО1 БУДОВИ МОСТУ У ПРОЦЕС1 НАСУВАННЯ

В робот представлен результати спостережень за поведшкою погинш спнок нерозр1зно1 прогоново! бу-дови коробчатого перер1зу довжиною 964 м моста через р. Каму в м. Перм1 у процес його поздовжнього насування.

Ключовi слова: товщина спнки, погин, поздовжне насування, амплпуда, прогонова будова, ребро жорст-косп

M. TIMOFEEV (NIL TRANSMOST Ltd, Perm, Russia)

BEHAVIOR OF WEBS OF BOX-GIRDER SPAN DURING LAUNCHING

The results of observation on the behavior of web cambers of continuous box girder superstructure 964 m long of Kama Bridge at city Perm during longitudinal launching are presented.

Keywords: web thickness, camber, longitudinal launching, amplitude, superstructure, stiffener