О влиянии геометрии и конфигурации сферического слоя скольжения опорных частей мостов на работоспособность конструкции

Авторы

  • Анатолий Арсангалеевич Адамов Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Анна Александровна Каменских Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Вероника Ивановна Струкова Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.3.24

Ключевые слова:

мостовые сооружения, сферическая опорная часть, геометрия и конфигурация, контакт, трение, полимерные материалы, натурное и численное моделирование

Аннотация

Узел опорной части мостового сооружения состоит из верхней стальной плиты со сферическим сегментом, обеспечивающим подвижность конструкции, нижней стальной плиты, отвечающей за передачу вертикальной опорной реакции и равномерное распределение давления от сферического сегмента, и антифрикционных полимерных слоев скольжения (сферического и плоского). При изготовлении узла предусматривается разное местоположение слоев скольжения относительно стальных плит. В работе анализируется влияние места нанесения сферического слоя скольжения в опорном узле на фрикционное контактное взаимодействие элементов опорной части и на их деформационное поведение. Плоский слой скольжения в модели не учитывается. Авторами не найдены в литературе сведения о подобной оценке связи геометрии и конфигурации антифрикционных прослоек с поведением конструкции при деформировании. Рассмотрено два варианта размещения слоя скольжения: он нанесен или на сферический стальной сегмент, или заполняет сферический вырез нижней стальной плиты (классический вариант). В качестве материала слоя скольжения используется радиационно-модифицированный фторопласт Ф-4 без наполнения. Опорный узел с прослойкой, расположенной в вырезе нижней стальной плиты, соответствует модели опорной части Л-100 производства ООО «АльфаТех» (г. Пермь). Модель Л-100 рассчитана на нормативную вертикальную нагрузку 1000 кН и обладает конструктивными размерами: максимальной длиной 155 мм, максимальной высотой 54 мм, толщиной 4 мм. Опорный узел с прослойкой на сферическом сегменте имеет аналогичные модели Л-100 геометрические показатели. Стандартный угол наклона торца антифрикционной прослойки составляет 30°. Установлено, что при стандартном угле в опорной части с прослойкой на сферическом сегменте наблюдается расхождение (отлипание) поверхностей сопряжения более чем на 2% ее общей площади. Поэтому в рамках данного исследования оценивается роль наклона торца антифрикционной прослойки на деформирование опорных частей. В численных экспериментах установлен ряд преимуществ классической конструкции сферической опорной части, показавшей при моделировании большую площадь полного прилипания поверхностей сопряжения элементов, равномерное распределение параметров контакта по поверхностям, меньшее деформирование профиля торца слоя скольжения. Также установлены значения угла наклона торца слоя скольжения, при которых получается благоприятное для функционирования мостовой конструкции в зоне опорного узла распределение свойств зон контакта и характеристик деформированного состояния опорных частей при двух вариантах местоположения антифрикционной прослойки.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки


  1. Janic’ M. Advanced transport systems. Springer, 2014. 408 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-6287-2

  2. Реутов Е.В., Полозков А.И. Автодороги России: реальность и перспективы // Транспортное дело России. 2020. № 2. С. 201-203.

  3. Прядко И.П. Роль транспортных магистралей в создании биосферно-совместимого пространства городов: опыт российской столицы // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2019. № 2(26). С. 111-122. https://doi.org/10.21869/23-11-1518-2019-26-2-111-122

  4. Singh S., Martinetti A., Majumdar A., van Dongen L.A.M. (ed.) Transportation systems: Managing performance through advanced maintenance engineering. Springer, 2019. 221 p. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9323-6

  5. Еремин А.В., Волокитина О.А., Волокитин В.П. Управление состоянием мостовых сооружений в рамках реализации национального проекта "Безопасные и качественные автомобильные дороги" // Высокие технологии в строительном комплексе. 2020. № 1. С. 12-17.

  6. Garcia-Sanchez D., Fernandez-Navamuel A., Sánchez D.Z., Alvear D., Pardo D. Bearing assessment tool for longitudinal bridge performance // J. Civil. Struct. Health Monit. 2020. Vol. 10. P. 1023-1036. https://doi.org/10.1007/s13349-020-00432-1

  7. Locke R., Redmond L., Atamturktur S. Techniques for simulating frozen bearing damage in bridge structures for the purpose of drive-by health monitoring // Dynamics of civil structures / Ed. S. Pakzad. Springer, 2021. P. 39-52. https://doi.org/10.1007/978-3-030-47634-2_6

  8. Blinkin M., Koncheva E. (ed.) Transport systems of Russian cities: Ongoing transformations. Springer, 2016. 299 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-47800-5

  9. Овчинников И.И., Майстренко И.Ю., Овчинников И.Г., Успанов А.М. Аварии и разрушения мостовых сооружений, анализ их причин. Часть 4 // Транспортные сооружения. 2018. Т. 5, № 1. 25 c. http://dx.doi.org/10.15862/05SATS118

  10. Proske D. Bridge collapse frequencies versus failure probabilities. Springer, 2018. 126 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73833-8

  11. Beben D. Soil-steel bridges: Design, maintenance and durability. Springer, 2020. 214 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34788-8

  12. Ye S., Lai X., Bartoli I., Aktan A.E. Technology for condition and performance evaluation of highway bridges // J. Civil. Struct. Health Monit. 2020. Vol. 10. P. 573-594. https://doi.org/10.1007/s13349-020-00403-6

  13. Deng Y., Li A. Structural health monitoring for suspension bridges: Interpretation of field measurements. Springer, 2019. 243 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3347-7

  14. Okamoto N., Kinoshita T., Futagi T. Development of new embedded expansion joint using high flexibility stone mastic asphalt // 8th RILEM International symposium on testing and characterization of sustainable and innovative bituminous materials / Ed. F. Canestrari, M. Partl. Springer, 2016. P. 837-849. https://doi.org/10.1007/978-94-017-7342-3_67

  15. Eggert H., Kauschke W. Structural bearings. Ernst & Sohn, 2002. 405 р.

  16. Каменских А.А., Труфанов Н.А. Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала // Вычисл. мех. сплош. сред. 2013. Т. 6, № 1. С. 54-61. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.1.7

  17. Jiang L., He W., Wei B., Wang Z, Li S. The shear pin strength of friction pendulum bearings (FPB) in simply supported railway bridges // Bull. Earthquake Eng. 2019. Vol. 17. P. 6109-6139. https://doi.org/10.1007/s10518-019-00698-x

  18. Kuznetsov D.N., Grigorash V.V., Sventikov A.A. Work power of the support unit of the steel I-beam // Russian Journal of Building Construction and Architecture. № 1(49). P. 19-29. https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.49.1.002

  19. Лукин А.О., Суворов А.А. Пролетные строения мостов с гофрированными металлическими стенками // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 2(41). С. 45-67.

  20. Позынич К.П., Клигунов Е.С. Проблема неуравновешенности пролетного строения подъёмно-переходного моста гидротехнического сооружения // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2019. Т. 1, № 1. С. 326-330.

  21. Devitofranceschi A., Paolieri E. Integral bridges: A construction method to minimize maintenance problems // Proceedings of Italian Concrete Days 2018 / Ed. M. di Prisco, M. Menegotto. Springer, 2020. P. 515-529. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23748-6_40

  22. Huang W., Pei M., Liu X., Wei Y. Design and construction of super-long span bridges in China: Review and future perspectives // Front. Civ. Eng. 2020. Vol. 14. P. 803-838. https://doi.org/10.1007/s11709-020-0644-1

  23. Su M., Wang J., Peng H., Cai C.S., Dai G.L. State-of-the-art review of the development and application of bridge rotation construction methods in China // Sci. China Technol. Sci. 2021. Vol. 64. P. 1137-1152. https://doi.org/10.1007/s11431-020-1704-1

  24. Kollegger J., Reichenbach S. Balanced lift method – building bridges without formwork // Proceedings of Italian Concrete Days 2016 / Ed. M. di Prisco, M. Menegotto. Springer, 2016. P. 200-215. https://doi.org/10.1007/978-3-319-78936-1_15

  25. Yu Xm., Chen Dw., Bai Zz. A new method for analysis of sliding cable structures in bridge engineering // KSCE J. Civ. Eng. 2018. 22. P. 4483-4489. https://doi.org/10.1007/s12205-017-0151-7

  26. Адамов А.А., Каменских А.А., Панькова А.П. Численный анализ геометрической конфигурации сферической опорной части с антифрикционной прослойкой из разных материалов // Вестник ПНИПУ. Механика. 2020. № 4. C. 15-26. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.4.02

  27. Адамов А.А., Каменских А.А., Носов Ю.О. Математическое моделирование поведения современных антифрикционных полимеров // Прикладная математика и вопросы управления. 2019. № 4. С. 43-56.

  28. Ono K. Structural materials: Metallurgy of bridges // Metallurgical design and industry / Ed. B. Kaufman, C. Briant. Springer, 2018. P. 193-269. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93755-7_4

  29. Опорная часть моста: пат. 180825 Российская Федерация / Ипанов А.С., Адамов А.А., Патраков И.М., Копытов А.В., Кочнев Н.В., Цаплина В.И. № 2017118218; заявл. 25.05.17; опубл. 26.06.18, Бюл. № 18. 9 с.

  30. Сейсмоизолирующая опорная часть: пат. 193680 Российская Федерация / Копытов А.В., Балтин Д.Р., Буканова Е.В., Лапин С.Н. № 2019126353; заявл. 21.08.19; опубл. 11.11.19, Бюл. № 32. 11 с.

  31. Опорная часть: пат. 194357 Российская Федерация / Шаферман И.М., Гитман Э.М., Шаферман А.И., Рогов А.Б., Копытов А.В., Буканова Е.В. № 2019119741; заявл. 25.06.19; опубл. 06.12.19, Бюл. № 34. 15 с.

  32. Опорная часть строительной конструкции: пат. 167994 Российская Федерация / Шульман С.А., Слуцкая М.Н. №2016140239; заявл. 12.10.16; опубл. 16.01.17, Бюл. № 2. 5 с.

  33. Опорная часть моста: пат. 181699 Российская Федерация / Буканов В.В., Буканова Е.В., Патраков И.М. №2017141825; заявл. 01.12.17; опубл. 26.07.18, Бюл. № 21. 7 с.

  34. Khan A.K.M.T.A., Bhuiyan M.A.R., Ali S.B. Seismic responses of a bridge pier isolated by high damping rubber bearing: Effect of rheology modeling // Int. J. Civ. Eng. 2019. Vol. 17. P. 1767-1783. https://doi.org/10.1007/s40999-019-00454-x

  35. Zhang Y., Li J., Wang L., Wu H. Study on the seismic performance of different combinations of rubber bearings for continuous beam bridges // Adv. Civ. Eng. 2020. Vol. 2020. 8810874. https://doi.org/10.1155/2020/8810874

  36. Mahboubi S., Shiravand M.R. Seismic evaluation of bridge bearings based on damage index // Bull. Earthquake Eng. 2019. Vol. 17. P. 4269-4297. https://doi.org/10.1007/s10518-019-00614-3

  37. Zhang Y., Li J. Effect of material characteristics of high damping rubber bearings on aseismic behaviors of a two-span simply supported beam bridge // Advances in Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 2020. 9231382. https://doi.org/10.1155/2020/9231382

Загрузки

Опубликован

2021-09-30

Как цитировать

Адамов, А. А., Каменских, А. А., & Струкова, В. И. (2021). О влиянии геометрии и конфигурации сферического слоя скольжения опорных частей мостов на работоспособность конструкции. Вычислительная механика сплошных сред, 14(3), 289–299. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.3.24

Выпуск

Раздел

Статьи