Проектирование, строительство и эксплуатация висячих (вантовых, цепных и экстрадозных) мостовых сооружений (мостов, путепроводов, эстакад, виадуков) (стр. 4 )

, ( 33 )

где:

­ - длина элемента конструкции;

­ - длина корреляции;

­ - число участков, где возникает срыв вихрей;

­ - количество полуволн в формах колебаний.

Коэффициент определяется по формуле

Количество циклов нагрузки и разгрузки, вызванных колебаниями при срыве вихрей, определяется из выражения

( 35 )

где:

­ - равна 25% от нормативной скорости ветра на высоте ;

­ - срок службы в секундах;

­ =0,3 учитывает влияние полосы скоростей ветра, близких к критической.

8.2 При невыполнении условий, описанных ниже, требуются специальные аэродинамические исследования в соответствии со специальными техническими условиями на проектирование моста.

Склонными к возникновению флаттера и дивергенции конструкциями являются:

- протяженные конструкции с отношением высоты к ширине менее 0,25;

- конструкции, у которых ось кручения перпендикулярна направлению ветра и центр кручения расположен не ближе чем от подветренной грани (- ширина поперечного сечения);

- конструкции, у которых отношение частоты низшей крутильной формы колебаний к частоте низшей формы, соответствующей линейным перемещениям поперек направления ветра меньше, чем 2.

8.3 Критические скорости флаттера, дивергенции и галопирования должны быть выше расчетной скорости ветра, задаваемой в расчетах по аэродинамической устойчивости п. п. 5.

8.4 Критическая скорость дивергенции конструкции с поперечным сечением, изображенным на рисунке 4 [7], определяется по формуле

, ( 36 )

где:

­ - величина жесткости на кручение;

­ - аэродинамический коэффициент крутящего момента;

­ - плотность воздуха; - ширина поперечного сечения;

­ - производная аэродинамического коэффициента, значение которой может быть определено по рисунку 5.

Рисунок 4 - Идеализированная схема поперечного сечения балки жесткости.

Для конструкции, у которой

, ( 37 )

где - скорость ветра в уровне балки жесткости, явление маловероятно.

Рисунок 5 - График зависимости от соотношения [7].

8.5 Аэродинамические свойства моста могут быть улучшены путем устройства обтекателей, дефлекторов и других конструктивных мер. Необходимость устройства обтекателей и их конструкция определяется для каждого объекта индивидуально по результатам аэродинамических исследований.

9 Моделирование

9.1 Аэродинамические испытания необходимы для проверки поведения запроектированной конструкции при воздействии ветра или в случае использования при проектировании недостаточно обоснованных данных.

В результате аэродинамических испытаний должны быть определены:

- общая информация о ветровой обстановке на площадке строительства;

- статические аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления, подъемной силы и крутящего момента и их призводных по углу атаки;

- амплитуды колебаний, вызванных срывами вихрей;

- скорости ветра, при которых могут возникнуть дивергенция, галопирование, флаттер, колебания вызванные одновременным действием дождя и ветра, и т. д.;

- динамический отклик моста на воздействие естественного турбулентного ветрового потока.

При проведении исследований модели моста в аэродинамической трубе необходимо тщательно моделировать внешние грани поперечного сечения, включая детали мостового полотна. Кроме того, спектр собственных частот и демпфирование, соответствующие предполагаемым формам колебаний, также должны быть смоделированы корректно. При испытаниях необходимо учитывать влияние турбулентности и эффект изменения угла атаки ветрового потока.

9.2 При проектировании больших вантовых и висячих мостов на стадии назначения основных параметров конструкции необходимо выполнить аэродинамические испытания модели отсека балки жесткости. Модель отсека должна быть выполнена в масштабе не крупнее 1:100. Отношение длины отсека к ширине должно быть не менее 5-6. В отдельных случаях допускается использовать модели с меньшим отношением длины к ширине. Модель отсека должна находиться в условиях двумерного обтекания.

Рекомендуется испытывать модель в нескольких конфигурациях:

- при наличии и отсутствии подвижного состава;

- при наличии и отсутствии непродуваемых снеговых препятствий на барьерных ограждениях;

- в ламинарном и турбулентном потоке.

Модель отсека должна быть испытана как при жестком, так и при податливом закреплении торцов. При этом частоты и массы модели отсека должны быть подобны частотам и массам моста в натурных условиях.

Модель отсека, как правило, должна быть испытана в условиях ламинарного и турбулентного потоков.

Спектральная плотность флуктуаций продольной и поперечной компонент скорости в испытаниях должна быть близка к спектру Каймала

, ( 38 )

где

- частота (Гц); - среднеквадратическая величина пульсаций продольной компоненты; - интенсивность турбулентности продольной компоненты (п.5.17); - интегральный масштаб турбулентности (п. 5.19). - средняя скорость ветра на высоте .

9.3 По результатам аэродинамических испытаний при жестком закреплении торцов должны быть определены статические аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления, подъемной силы, момента тангажа, а также их производные по углу атаки. В качестве характерного линейного размера при определении аэродинамических коэффициентов необходимо принимать полную ширину отсека.

9.4 Для исследования явления возникновения ветрового резонанса и аэродинамической устойчивости модель должна быть испытана как минимум в условиях невозмущенного ламинарного потока.

В результате аэродинамических испытаний модели отсека с податливыми закреплениями торцов должны быть определены:

- безразмерные скорости в момент наступления ветрового резонанса;

- амплитуды вертикальных и крутильных колебаний в момент ветрового резонанса;

- зависимости величины отклика отсека от безразмерной скорости потока

- безразмерные и фактические минимальные критические скорости флаттера, дивергенции или галопирования.

- аэродинамические производные флаттера в зависимости от безразмерной скорости.

9.5 Аэродинамические испытания модели всего моста должны быть выполнены для уточненного исследования:

- ветрового резонанса балки жесткости и пилона;

- аэродинамической устойчивости балки жесткости, пилона и моста в целом;

- отклика на воздействие турбулентной (пульсационной составляющей)

Измерения должны быть выполнены для нескольких наиболее опасных с точки зрения ветрового воздействия состояний моста, соответствующих стадиям сооружения (стадия возведения пилона, стадия монтажа балки жесткости) и эксплуатации.

9.6 В результате аэродинамических испытаний должны быть определены:

- фактические скорости в момент наступления ветрового резонанса для пилона и балки жесткости;

- амплитуды колебаний в момент наступления ветрового резонанса;

- критические скорости флаттера, дивергенции или галопирования;

- отклики конструкции на воздействие турбулентного потока (перемещения, ускорения и усилия) в сечениях, назначенных проектировщиком.

- спектральные плотности отклика конструкции в сечениях, назначенных проектировщиком.

9.7 Результаты математического аэродинамического моделирования обтекания воздушным потоком конструкций моста могут быть использованы для предварительного анализа взаимодействия ветрового потока и мостового сооружения.

10 Конструирование

10.1 Главные растянутые элементы мостов должны соответствовать таблице 6 :

Таблица 6 – Виды главных растянутых элементов

Рисунок 6 - Конструкция ванта типа PSC со стрендами, имеющими индивидуальную оболочку

Рисунок 7 - Конструкция ванта типа PSC со стрендами не имеющими индивидуальной оболочки

Рисунок 8 - Конструкция ванта типа PWC

10.2 Специальные устройства по концам вант называются анкерными устройствами, которые состоят из следующих частей:

- анкера, передающего растягивающее усилие на элементы основной конструкции;

- переходной зоны, которая начинается у анкера и заканчивается в начале свободной длины ванты и включающей в себя направляющую систему, внешние демпферы и систему герметизации.

Анкерные устройства должны выполнять пять основных функций:

- передавать растягивающее усилие на элементы основной конструкции;

- гасить угловые отклонения между кабелем и анкером частично или полностью;

- иметь возможность регулировки натяжения кабеля и возможность регулировки начального положения (направления);

- иметь антикоррозионную защиту и обладать водонепроницаемостью;

- позволять производить замену кабеля и отдельных стрендов.

Анкерные устройства могут передавать усилия на основную конструкцию при помощи:

- составных клиньев (цанг) и обжимных анкеров для вант из параллельных стрендов;

- головок проволок для вант из параллельных проволок.

Угловые отклонения могут быть погашены одним из двух способов:

- способом увеличения жесткости анкерной зоны (например, объединения стальной трубы вокруг ванта с анкерной головкой или с конструкцией);

- использованием направляющей системы, расположенную на некотором расстоянии от анкера и дополнительно служащей демпфером за счет вязкости и трения.

Кроме того, различают следующие типы анкерных устройств:

- активное анкерное устройство (где происходит натяжение ванта) и пассивное анкерное устройство (где не выполняются работы по натяжению);

- нижнее и верхнее анкерное устройство (вода должна спускаться от верхнего анкерного устройство к нижнему);

- статическое анкерное устройство (не позволяет регулировать положение анкера) и регулируемое анкерное устройство.

В зависимости от типа кабеля применяют виды анкерных устройств в соответствии с таблицей 7.

Таблица 7 – Типы анкерных устройств

На рисунках 9-12 приведены основные конструктивные решения анкерных устройств.

Рисунок 9 - Схема регулируемого анкерного устройства типа «С» для стрендов с индивидуальной оболочкой: 1 – защитный кожух; 2 – семипроволочный стренд; 3 – клин; 4 – анкерный блок; 5- труба с резьбой; 6 – опорная плита; 7 – зона начала отклонений стренда; 8 – конструкция (бетон, сталь); 9 – внешняя труба (переходной участок); 10 – девиатор; 11 – соединение внешней трубы; 12 – внешняя оболочка (свободная длина); 13 – антикоррозионное заполнение; 14 – регулировочная сферическая гайка; 15 – опорная сферическая шайба; 16 – опалубочная труба; 17 – устройство для гашения изгиба стрендов.

Рисунок 10 - Схема статического анкерного устройства типа «С» для стрендов с индивидуальной оболочкой: 1- защитный кожух; 2 – семипроволочный стренд в оболочке; 3 – клин; 4 – анкерный блок; 5 – вилка; 6 – промежуточная труба; 7 – зона отклонений стрендов; 8 – герметизирующая система; 9 – переходная труба; 10 – девиатор; 11 – соединение оболочки ванта; 12 – оболочка (труба) ванта.

Рисунок 11 - Схема статического анкерного устройства типа «S» для стренда без оболочки: 1- пластина удерживающая обжимные анкеры; 3 – обжимной анкер; 4 – анкерный блок; 5 – зона отклонения стрендов; 6 – анкерная труба; 7 – вилка; 8 – девиатор; 9 – соединение оболочки кабеля; 10 – оболочка кабеля (труба); антикоррозионное заполнение; соединительная муфта.

а)

б)

Рисунок 12 - Схема анкерного устройства типа «B»: а) регулируемого; б) статического; 1 – защитный кожух; 2 – проволока с головкой; 3 – анкерный блок; 4 – опорная плита; 5 – регулировочная гайка; 6 – регулировочная труба; 7 – защитная труба; 8 – девиатор; 9 – оболочка кабеля (основная длина); 10 – антикоррозионное заполнение; 11 – соединение оболочки кабеля с защитной трубой.

Регулирующее устройство начального направления позволяет анкерной головке вращаться. Это достигается путем установки между анкером и конструкцией специальных соединительных элементов: гаек со сферической поверхностью; бицилиндрических прокладок; вилок, присоединенных к пластическому шарниру или к одному или двум пальцам и т. д.

Угловая точность установки направляющих устройств в момент натяжения должна быть не более мрад по отношению к касательной к оси ванта.

10.3 Основные конструкции моста (пилоны и балка жесткости) должны обеспечить места для размещения людей и оборудования по натяжению вант (кольцевые домкраты, монострендные домкраты и т. д.). Основные конструкции не должны препятствовать геодезическому контролю положения анкерных плит.

11 Защита от коррозии

11.1 Главные растянутые элементы должны иметь два уровня защиты от коррозии и истирания.

Внутренний уровень защиты представляет собой покрытие, нанесенное непосредственно на растянутый элемент по всей длине без разрывов. В течение периода эксплуатации покрытие внутренней защиты «съедается» за счет химических процессов и тем самым, защищая главный растянутый элемент.

В качестве внутренней защиты применяется металлическое покрытие:

- цинковое покрытие без примесей, нанесенное при помощи гальванизации;

- цинково-алюминиевый сплав (Galfan) содержащий 95% цинка и 5% алюминия.

Кроме того, в качестве внутренней защиты могут быть использованы новые материалы, дающие защиту аналогичную металлическому покрытию и удовлетворяющие следующим требованиям:

- должны быть непрерывны и должны иметь хорошую адгезию с основой при статическом (изгибе) и динамическом воздействии;

- должны иметь смазку для предотвращения истирания и усталости элементов;

- должны обеспечивать защиту от коррозии.

Внешний уровень защиты состоит из внешней оболочки и среды, заполняющей пространство между оболочкой и внутренней защитой. Внешняя защита предохраняет внутреннюю защиту от быстрого полного «съедания». Должен быть воздухо - и водонепроницаем. Заполняющая среда должна предотвращать проникновение влаги на покрытия и заполнения внутренней защиты.

На свободной длине ванты обычно используется один из следующих типов внешней оболочки:

труба, выполненная из пластика: полиолефин, полиэтилен высокой плотности (HDPE);

полимерное покрытие, «натянутое» непосредственно на стренд;

стальная труба, состоящая из приваренных друг к другу секций.

Внешняя оболочка кабеля также выполняет следующие функции:

- механическая (предотвращает удары и биения главных растянутых элементов);

- аэродинамическая (предотвращение аэродинамической неустойчивости, снижение аэродинамического коэффициента);

- эстетическая (цвет).

В качестве заполнения используют

- парафин, воск, специальные смазывающие вещества или смолы;

- постояннопродуваемый воздух с контролируемой влажностью и дренажной системой, предотвращающей конденсацию на поверхностях элементов кабеля.

12 Требования по изготовлению и монтажу

12.1 Мостовые опоры, пролетные строения больших и сложных средних мостов (определения приняты по СНиП -84*) следует возводить силами специализированных мостостроительных организаций (СНиП -91 «Мосты и трубы» п. 1.4.).

12.2 Работы по устройству стальных и сталежелезобетонных пролетных строений мостов следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП -87, СНиП-85* и СНиП -91 «Мосты и трубы» раздел 7.

12.3 Работы по устройству железобетонных пролетных строений мостов следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП -87, СНиП -85 и СНиП -91 «Мосты и трубы» раздел 6, включая обязательные приложения 2, 3,6-8 и рекомендуемые 4 и 5, отражающие особенности производства работ при сооружении мостов.

12.4 Конструкции СВСиУ изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ "Конструкции стальные строительные. Общие технические условия" и раздела 3 СНиП -91 «Мосты и трубы».

12.5 Сооружение и приемку СВСиУ необходимо осуществлять в соответствии с требованиями СНиП -87 «Несущие и ограждающие конструкции», ГОСТ Р , ГОСТ Р и раздела 3 СНиП -91 «Мосты и трубы».

12.6 При выполнении арматурных и бетонных работ для сооружения мостовых опор и пролетных строений следует соблюдать требования СНиП -87, СНиП -85 и СНиП -91 «Мосты и трубы» раздел 4.

12.7 Работы по устройству оснований и фундаментов опор следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП -87, СНиП -87 и СНиП -91 «Мосты и трубы» раздел 5.

12.8 Метод монтажа вантовой системы зависит от используемого типа вант и их узлов крепления. Монтаж вант включает в себя следующие четыре стадии:

a) изготовление ванты заданной длины;

б) установка ванты в проектное положение;

в) натяжение и регулировка ванты;

г) устройство постоянной системы защиты от коррозии.

12.9 Операции по монтажу вант должны производиться поставщиком вант или подрядчиком при обязательном контроле представителем поставщика вантовой системы (супервайзер).

12.10 При доставке, разгрузке и складировании индивидуальных компонент вантовой системы должны быть осуществлены мероприятия по предотвращению их возможного повреждения.

Стальные элементы должны иметь временную или постоянную антикоррозионную защиту и складироваться в сухих местах, исключающих прямое попадание воды. При складировании больше одного месяца временная антикоррозионная защита должна инспектироваться и при необходимости обновляться.

Элементы, чувствительные к воздействию ультрафиолетовых лучей, должны быть защищены от прямой инсоляции.

Элементы HDPE труб внешних оболочек вант должны доставляться следующим образом:

- заготовками длиной 12 м;

- в случаях если диаметр трубы менее 70 мм в бухтах.

Диаметр бухты должен быть в 30 раз больше диаметра трубы. При распаковки бухты при температуре ниже 5°С должны быть приняты меры по предотвращению образования трещин.

12.11 Производитель вантовой системы должен обеспечить доступ для инспекции анкерных узлов вант на заводе изготовителе. При инспекции должны быть проверены:

- целостность анкерных узлов неразрушающими методами контроля;

- соответствие клиновидных отверстий типу цанг, указанному в спецификации вантовой системы для PSC вант.

12.12 Подготовка к монтажу вант типа PSC должна осуществляться следующим образом:

а) отдельные стренды требуемой длины должны быть нарезаны на специальном подготовительном стапеле;

б) пучок стрендов протягивается через внешнюю оболочку ванты и через отверстия в анкерных узлах;

в) стренды заанкириваются при помощи обжимных цанг.

Необходимые меры должны быть приняты для обеспечения параллельности стрендов по всей длине. Необходимо контролировать, чтобы стренд находился в соответствующем отверстии анкерного устройства.

12.13 Подготовка к монтажу вант типа PWС осуществляется следующим образом:

а) требуемой длины стальные проволоки нарезаются на специальном стапеле;

б) устанавливается анкерная система на одном из концов ванты. Формируются упорные головки проволок;

в) пучок проволок покрывается антикоррозионным заполнителем;

г) пучок проволок оборачивается и пропускается через внешнюю полиэтиленовую оболочку ванта;

д) устанавливается анкерная система на другом концов ванта. Формируются упорные головки проволок;

е) защитный колпак анкера заполняется защитным веществом в вертикальном положении;

з) телескопические трубы временно закрепляются и заполняются антикоррозионным составом;

и) готовые ванты наматываются на барабан.

Необходимые меры должны быть приняты для обеспечения параллельности проволок по всей длине. Необходимо контролировать, чтобы проволоки находились в соответствующем отверстии анкерной головки.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5