ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 2 (58), 2020


Расчет висячего моста с главными балками из стеклопластика методом конечных элементов


Гостеев Ю. А., Лебедев А. А., Саленко С. Д., Яшнов А. Н.


Гостеев Ю. А., канд. техн. наук, доц. кафедры аэрогидродинамики, тел.: +7-913-896-56-21, Новосибирский государственный технический университет, Россия, г. Новосибирск, e-mail: gosteev@corp.nstu.ru

Лебедев А. А., аспирант кафедры мостов, Сибирский государственный университет путей сообщения, Россия, г. Новосибирск, тел.: +7-999-450-96-82, e-mail: a.a.lebedev_mt@mail.ru

Саленко С. Д., д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой аэрогидродинамики, декан факультета летательных аппаратов, Новосибирский государственный технический университет, Россия, г. Новосибирск, тел.: +7-913-949-27-12, e-mail: salenkosd@yandex.ru

Яшнов А. Н., канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой мостов, Сибирский государственный университет путей сообщения, Россия, г. Новосибирск, тел.: +7-383-328-04-90, e-mail: yan@stu.ru

 
 
Постановка задачи. В настоящее время продолжается поиск конструктивных решений по применению полимерных композиционных материалов, в том числе стеклопластика, в несущих конструкциях мостов. Исследователи ведут работу по улучшению технологий изготовления данных материалов, их физико-механических свойств, а также совершенствованию методики расчета. Из этой проблематики в данной статье уделено внимание вопросам расчета висячего моста с балками жесткости из стеклопластика.
Результаты. Созданы конечно-элементные модели висячих однопролетных пешеходных мостов. Проведены расчеты с учетом геометрической нелинейности. Предложен метод компенсации недостатков материала конструктивным способом для обеспечения требований норм проектирования по прогибам. Определен порядок регулирования усилий в элементах висячей системы повышенной жесткости (система С. А. Цаплина).
Выводы. Расчет висячих мостов на воздействия основного сочетания нагрузок показал, что конструктивная компенсация недостатков материала обеспечивает выполнение требований норм проектирования по прочности и прогибам. На основе результатов проведенных исследований рассчитаны критические скорости ветрового резонанса для балки жесткости висячего моста длиной 60 м. Для ветра со скоростью 35 м/с минимальный запас для некоторых сечений составил 25 %. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости продолжения аэродинамических исследований.
 
Ключевые слова: аэродинамика, ветровой резонанс, висячий мост, галопирование, геометрически нелинейный расчет, дивергенция, конечно-элементная модель, критическая скорость ветра, полимерный композиционный материал, стеклопластик.


DOI: 10.36622/VSTU.2020.58.2.005


Финансирование: исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках Проекта № 19-48-540015 и Правительства Новосибирской области в рамках Проекта № 19-41-000001.

 

Библиографический список

1. Зеленский, Э. С. Армированные пластики — современные конструкционные материалы / Э. С. Зеленский, А. М. Куперман, Ю. А. Горбаткина и др. // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева). —2001. — Т. XLV, № 2. — С. 56—74. 
2. Иванов, А. Н. Полимерные композиты в мостостроении / А. Н. Иванов, А. Н. Яшнов // Политранспортные системы: материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС «Научные проблемы реализации транспортных проектов в Сибири и на Дальнем Востоке». — Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. — С. 115—120. 
3. Иванов, А. Н. Совершенствование конструкции и методики расчета пролетных строений мостов с несущими элементами из композиционных материалов: дис…. канд. тех. наук.: 05.23.11 / Артем Николаевич Иванов; Новосиб. гос. ун-т путей сообщения. — Новосиб., 2015. — 183 с 
4. Казакевич, М. И. Аэродинамика мостов / М. И. Казакевич. — М.: Транспорт, 1987. — 240 с. 
5. Казакевич, М. И. Хаос в аэроупругих системах / М. И. Казакевич // Металлические конструкции. — 2008. — Т. 14, № 4. — С. 217—225. 
6. Лебедев, А. А. К расчету ортотропной плиты из полимерных композиционных материалов / А. А. Лебедев, С. Ю. Поляков // Современные проблемы естественных и технических наук: материалы 24-й межвузовской (Региональной) науч.-студ. конф. «Интеллектуальный потенциал Сибири» (Новосибирск, 24—25 мая 2016 г.). — Новосибирск: Сибстрин, 2016. — С. 105—109. 
7. Определение аэродинамических коэффициентов сечения пролетного строения висячего моста из полимерных композиционных материалов / Ю. А. Гостеев, А. А. Лебедев, А. Д. Обуховский и др. // Вестн. Сиб. гос. ун-та путей сообщения. — Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2019. — Вып. 51. — С. 53—62. 
8. Яшнов, А. Н. Синергетический эффект сочетания композиционных материалов и висячей системы / А. Н. Яшнов, А. А. Лебедев // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы международной науч.-практ. конф., Пермь, 14—15 апреля 2016 г. — Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2016. — С. 335—337. 
9. ОДМ 218.2.040-2014. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по оценке аэродинамических характеристик сечений пролетных строений мостов / С. Д. Саленко, Ю. А. Гостеев, А. А. Кураев, А. Д. Обуховский, В. П. Однорал, Ю. В. Телкова. — Изд-во ФГУП «Информавтодор», 2014. — 76 c. 
10. Braestrup, Mikael W. Footbridge Constructed from Glass-Fibre-Reinforced Profiles, Denmark / Mikael W. Braestrup // Structural Engineering International. — 1999. — Vol. 9, № 4. — P. 256—258. 
11. Keller, T. Use of fibre reinforced polymers in bridge construction. SED 7 / Thomas Keller. — Zurich: IABSE, 2003. — 131 p. 
12. Kulpa, M. Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking, Composites Part B / M. Kulpa, T. Siwowski. — 2019. — https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.12.004. 
13. Lebedev, A. A. Aerodynamic investigations of FRP pedestrian suspension bridge span / A. A. Lebedev, S. D. Salenko, A. D. Obukhovskiy, Yu. A. Gosteev, A. N. Yashnov // AIP Conference Proceedings. — 2019. — Vol. 2125:1. SP 030053. — P. 9. — https://doi.org/10.1063/1.5117435. 
14. Ma, C. Aerodynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge under construction / C. Ma, Q. Duan, Q. Li, H. Liao, Q. Tao // Engineering Structures. — 2019. — № 184. — P. 232—246. — doi:10.1016/j.engstruct.2018.12.097. 
15. Paidoussis, M. P. Fluid-Structure interactions cross-flow-induced instabilities / M. P. Paidoussis. S. J. Price. E. de Langre. — Cambridge university press, 2011. — 402 p. 
16. Potyrała, P. B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and all-composite structures [Электронный ресурс] / P. B. Potyrała. — http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353. 
17. Siwowski, T. Pierwszy w Polsce most drogowy z kompozytów FRP / T. Siwowski, M. Rajchel, D. Kaleta, L. Własak // Inżynieria i Budownictwo. — 2016. — № 10, rok LXXII. — P. 534—538. 
18. Skinner, J. M. A critical analysis of the aberfeldy footbridge / J. M. Skinner // Proceeding of Bridge Engineering 2 Conferences in University of Bath. — UK, 2009. — www.bath.ac.uk/ace/uploads/StudentProjects/Bridgeconference2009/Papers/SKINNER.pdf. 
19. William, J. Harvey. A Reinforced Plastic Footbridge / William J. Harvey // Aberfeldy, UK, Structural Engineering International. — 1993. — 3:4. — P. 229—232. — 10.2749/101686693780607589. 

 
 

Ссылка для цитирования

Гостеев, Ю. А. Расчет висячего моста с главными балками из стеклопластика методом конечных элементов / Ю. А. Гостеев, А. А. Лебедев, С. Д. Саленко, А. Н. Яшнов  // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2020. - № 2 (58). - С. 58-71. - DOI: 10.36622/VSTU.2020.58.2.005.

 
 
 
 

English version 

 

Investigation of a Suspension Bridge with Main Fiberglass Beams by Means of the Finite Element Method

Gosteev Yu. A., Lebedev A. A., Salenko S. D., Yashnov A. N.
 
 

Gosteev Yu. A., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Aerohydrodynamics, Novosibirsk State Technical University, Russia, Novosibirsk, tel.: +7-913-896-56-21, e-mail: gosteev@corp.nstu.ru

Lebedev A. A., PhD student of the Dept. of Bridge Construction, tel.: +7-999-450-96-82, Siberian State University of Railways, Russia, Novosibirsk, e-mail: a.a.lebedev_mt@mail.ru

Salenko S. D., D. Sc. in Engineering, Prof., Head of the Dept. of Aerohydrodynamics, Dean of the Faculty of Aircrafts, Novosibirsk State Technical University, Russia, Novosibirsk, tel.: +7-913-896-56-21, e-mail: salenkosd@yandex.ru

Yashnov A. N., PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of the Dept. of Bridge Construction, Siberian State University of Railways, Russia, Novosibirsk, tel.: +7-383-238-04-90, e-mail: yan@stu.ru


 
Statement of the problem. Currently, the search for design solutions for the use of polymer composite materials, including fiberglass, in the load-bearing structures of bridges is ongoing. Researchers are working on improving the manufacturing techniques of these materials, their physical and mechanical properties as well as the method of calculating polymer composite materials. From this perspective, this article focuses on the calculation of a suspension bridge with main fiberglass beams. 
Results. Finite element models of suspension single-span pedestrian bridges were designed. They are calculated taking into account the geometric nonlinearity. The paper proposes a method for compensating material defects in a constructive way to meet the requirements of design standards for deflections. The procedure for regulating the forces in the elements of the suspended system of increased rigidity by S. A. Tsaplin is identified. 
Conclusions. The calculation of suspension bridges on the basis of the main combination of loads showed that the method of structural compensation of material disadvantages provides the requirements of design standards for strength and deflections. Based on the results of the study, the critical wind resonance speeds for the main beam of the suspension bridge with a length of 60 m was calculated. For a wind with a speed of 35 m/s, the minimum margin for some sections was 25 %. The results obtained indicate that it is necessary to continue aerodynamic research.  
 
Keywords: aerodynamics, wind resonance, suspension bridge, galloping, geometrically nonlinear calculation, divergence, finite element model, critical wind speed, polymer composite material, fiberglass. 


DOI: 10.36622/VSTU.2020.58.2.005

References

1. Zelenskii, E. S. Armirovannye plastiki — sovremennye konstruktsionnye materialy / E. S. Zelenskii, A. M. Kuperman, Yu. A. Gorbatkina i dr. // Rossiiskii khimicheskii zhurnal (Zhurnal Rossiiskogo khimicheskogo obshchestva im. D. I. Mendeleeva). —2001. — T. XLV, № 2. — S. 56—74.
2. Ivanov, A. N. Polimernye kompozity v mostostroenii / A. N. Ivanov, A. N. Yashnov // Politransportnye sistemy: materialy VIII Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii v ramkakh goda nauki Rossiya — ES «Nauchnye problemy realizatsii transportnykh proektov v Sibiri i na Dal'nem Vostoke». — Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2015. — S. 115—120.
3. Ivanov, A. N. Sovershenstvovanie konstruktsii i metodiki rascheta proletnykh stroenii mostov s nesushchimi elementami iz kompozitsionnykh materialov: dis…. kand. tekh. nauk.: 05.23.11 / Artem Nikolaevich Ivanov; Novosib. gos. un-t putei soobshcheniya. — Novosib., 2015. — 183 s
4. Kazakevich, M. I. Aerodinamika mostov / M. I. Kazakevich. — M.: Transport, 1987. — 240 s.
5. Kazakevich, M. I. Khaos v aerouprugikh sistemakh / M. I. Kazakevich // Metallicheskie konstruktsii. — 2008. — T. 14, № 4. — S. 217—225.
6. Lebedev, A. A. K raschetu ortotropnoi plity iz polimernykh kompozitsionnykh materialov / A. A. Lebedev, S. Yu. Polyakov // Sovremennye problemy estestvennykh i tekhnicheskikh nauk: materialy 24-i mezhvuzovskoi (Regional'noi) nauch.-stud. konf. «Intellektual'nyi potentsial Sibiri» (Novosibirsk, 24—25 maya 2016 g.). — Novosibirsk: Sibstrin, 2016. — S. 105—109.
7. Opredelenie aerodinamicheskikh koeffitsientov secheniya proletnogo stroeniya visyachego mosta iz polimernykh kompozitsionnykh materialov / Yu. A. Gosteev, A. A. Lebedev, A. D. Obukhovskii i dr. // Vestn. Sib. gos. un-ta putei soobshcheniya. — Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2019. — Vyp. 51. — S. 53—62.
8. Yashnov, A. N. Sinergeticheskii effekt sochetaniya kompozitsionnykh materialov i visyachei sistemy / A. N. Yashnov, A. A. Lebedev // Modernizatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse: materialy mezhdunarodnoi nauch.-prakt. konf., Perm', 14—15 aprelya 2016 g. — Perm': Izd-vo PNIPU, 2016. — S. 335—337.
9. ODM 218.2.040-2014. Otraslevoi dorozhnyi metodicheskii dokument. Metodicheskie rekomendatsii po otsenke aerodinamicheskikh kharakteristik sechenii proletnykh stroenii mostov / S. D. Salenko, Yu. A. Gosteev, A. A. Kuraev, A. D. Obukhovskii, V. P. Odnoral, Yu. V. Telkova. — Izd-vo FGUP «Informavtodor», 2014. — 76 c.
10. Braestrup, Mikael W. Footbridge Constructed from Glass-Fibre-Reinforced Profiles, Denmark / Mikael W. Braestrup // Structural Engineering International. — 1999. — Vol. 9, № 4. — P. 256—258.
11. Keller, T. Use of fibre reinforced polymers in bridge construction. SED 7 / Thomas Keller. — Zurich: IABSE, 2003. — 131 p.
12. Kulpa, M. Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking, Composites Part B / M. Kulpa, T. Siwowski. — 2019. — https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.12.004.
13. Lebedev, A. A. Aerodynamic investigations of FRP pedestrian suspension bridge span / A. A. Lebedev, S. D. Salenko, A. D. Obukhovskiy, Yu. A. Gosteev, A. N. Yashnov // AIP Conference Proceedings. — 2019. — Vol. 2125:1. SP 030053. — P. 9. — https://doi.org/10.1063/1.5117435.
14. Ma, C. Aerodynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge under construction / C. Ma, Q. Duan, Q. Li, H. Liao, Q. Tao // Engineering Structures. — 2019. — № 184. — P. 232—246. — doi:10.1016/j.engstruct.2018.12.097.
15. Paidoussis, M. P. Fluid-Structure interactions cross-flow-induced instabilities / M. P. Paidoussis. S. J. Price. E. de Langre. — Cambridge university press, 2011. — 402 p.
16. Potyrała, P. B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and all-composite structures [Электронный ресурс] / P. B. Potyrała. — http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353.
17. Siwowski, T. Pierwszy w Polsce most drogowy z kompozytów FRP / T. Siwowski, M. Rajchel, D. Kaleta, L. Własak // Inżynieria i Budownictwo. — 2016. — № 10, rok LXXII. — P. 534—538.
18. Skinner, J. M. A critical analysis of the aberfeldy footbridge / J. M. Skinner // Proceeding of Bridge Engineering 2 Conferences in University of Bath. — UK, 2009. — www.bath.ac.uk/ace/uploads/StudentProjects/Bridgeconference2009/Papers/SKINNER.pdf.
19. William, J. Harvey. A Reinforced Plastic Footbridge / William J. Harvey // Aberfeldy, UK, Structural Engineering International. — 1993. — 3:4. — P. 229—232. — 10.2749/101686693780607589.



 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS