Расчеты при проектировании висячего авто-пешеходного моста в г.Ярославле

И.Ш. Гершуни

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Presented paper deals with Designed and Calculation aspects of Methods of suspension erection of central Span of 3 span foot/auto suspension Bridge Structure across River Kotorosl in Yaroslavl. Methology presented in this paper allow to Reach pre-defined degree of accuracy in Final Bridge Geometry at the end of the Construction.

1. Основные сведения о схеме и конструкции моста

Мост должен обеспечить пешеходную связь г. Ярославля с парковой зоной на острове р. Которосль с возможностью пропуска одиночных автомобилей. Ширина габарита прохожей части принята 7.5 м из соображений безопасности пешеходов при пропуске автомобилей. По согласованию с заказчиком с учетом повышенных архитектурных требований к мосту он принят висячим. Сначала была рассмотрена распорная однопролетная схема с расстоянием по осям пилонов 110 м. После возникших осложнений с устройством анкерных береговых массивов было решено перейти на трехпролетную схему с воспринятым распором со схемой пролетов 33+88+33 м, которая и принята в окончательном варианте проекта. Монтаж центрального пролета предусмотрен в навес с двух берегов без устройства промежуточных опор. Балка жесткости принята из стали 15ХСНД и включает в себя две двутавровые главные балок с высотой стенки 1300 мм и ортотропную плиту проезжей (прохожей) части.

Опорные части на крайних опорах приняты в виде качающихся стоек, остальные - балансирного типа. Для снижения растягивающих усилий в качающихся стойках приопорные участки боковых пролетов пригружены бетоном, расположенным в уровне нижней половины высоты балки жесткости. Кабель принят из четырех закрытых несущих канатов заводского изготовления по ТУ14-4-1216-82 диаметром 62 мм на каждую из двух главных плоскостей поперечника. Модуль упругости канатов для расчетов принят равным 1.7*106 кгс/см². Площадь поперечного сечения каждого каната составляет около 27 см². Каждый их двух пилонов представляет собой две вертикальные стойки из сварных коробок (размер коробок 1х0.4 м, толщины листов 12 мм), расположенные над промежуточными опорами в плоскостях двутавров балки жесткости. Распорки между стойками не предусмотрены. Стойки жестко прикреплены к балке жесткости. Узлы кабеля в среднем пролете приняты на квадратной параболе со стрелой провисания около 10.5 м. Подвески приняты из круглых стальных стержней диаметром 45 мм - по одной на каждую из двух плоскостей поперечника. Шаг подвесок - 5.5 м. В середине среднего пролета кабель жестко прикреплен к балке жесткости, что несколько уменьшает прогибы балки при несимметричных загружениях и повышает боковую устойчивость стоек пилонов за счет усиления следящего эффекта для сжимающих усилий, передающихся на оголовки пилонов от кабелей.

2. Методика расчета висячего пролетного строения

В основу расчетов висячей системы на стадиях монтажа положена предпосылка о существовании невесомой изготовительной схемы сооружения, в результате постадийного замыкания узлов которой и приложения постоянных нагрузок можно получить геометрию системы и распределение усилий на каждой стадии монтажа, а по окончании монтажа - получить требуемое проектное очертание проезжей (прохожей) части. За проектное очертание принята парабола 4-ой степени, проходящая через две концевые и две промежуточные опоры. В расчетах рассматривались следующие стадии. 1. Монтаж боковых пролетов как неразрезных балок, опирающихся на постоянные и временные опоры. 2. Заводка кабеля (с закрепленными на нем подвесками) на оголовки пилонов и в узлы анкеровки на балке жесткости. На этой и двух последующих стадиях расчетная схема в центральном пролете весьма деформативна и существенно геометрически не линейна из-за отсутствия балки жесткости и малого натяжения кабеля и поэтому необходима компьютерная программа расчета по деформированной схеме, способная отыскать положение равновесия без использования гипотезы о малости перемещений. Такой программой является разработанная нами программа итерационного расчета GER. Она позволяет отыскивать решение с наперед заданной точностью в условиях равновесия узлов. В наших расчетах эта точность принята 0.01 тс (0.01 тс*м). Допускаемое наибольшее перемещение узлов на одной итерации в расчетах принято 0.1 м. Расчеты на всех последующих стадиях также требуют учета геометрической нелинейности за счет изменения геометрии и нормальных сил в процессе монтажа системы. Число итераций на каждой из монтажных стадий по опыту наших расчетов составляет от 4 до 12. В результате расчета вычисляются перемещения всех узлов расчетной схемы и усилия во всех ее элементах.

3. Монтаж "птичек" двутавров в среднем пролете при сохранении шарниров в монтажных стыках двутавров и шарнирно-неподвижных опираний балки жесткости на обеих промежуточных опорах. Для данной и всех последующих стадий монтажа геометрия и нормальные силы во всех элементах системы принимаются по результатам расчета на предыдущей стадии. 4. Создание распора в среднем пролете, погашающего горизонтальные опорные реакции на промежуточных опорах. Промежуточные монтажные стыки двутавров, (исключая стыки с монтажными шарнирами вблизи пилонов и стык "птичек") до создания распора замыкаются и вместо шарнирных принимаются жесткими. 5. Монтаж блоков ортотропной плиты в среднем пролете. В состав сечения балки жесткости в среднем пролете плита на данной стадии не включаются. 6. Регулирование усилий в подвесках. Выполняется дотяжка слабо натянутых и ослабление перетянутых по сравнению с другими подвесок с целью выравнивания в них усилий. Регулируются подвески, ближайшие к пилонам. 7. Укладка дорожной одежды и монтаж ограждений. Освобождение временных опор. 8. Вычисление невязок в геометрии смонтированной системы по сравнению с проектной геометрией. Невязки - это не вертикальность подвесок и пилона, а также отклонение очертания балки жесткости от плавной параболы со стрелой провисания в середине пролета при действии нормативных постоянных нагрузок, равной 0.25 м. 9. Корректировка координат узлов кабеля и балки в невесомой изготовительной схеме. После этого все стадии повторяются заново для минимизации геометрических невязок. Было выполнено 4 прохода по всем стадиям с постепенным уточнением изготовительной схемы элементов. Невязки для последнего прохода составили величины порядка 1 мм.

Программа GER позволяет организовать автоматическое выполнение проходов и итераций и обеспечить окончательное решение с наперед заданной точностью. Расчеты на временную нагрузку выполнены по линиям влияния усилий и перемещений, поскольку влияние нелинейностей по окончании монтажа для данной системы не существенно. По результатам расчета были запроектированы конструкции моста и технология его строительства, которое планируется осуществить в 1998-1999 г.г.