Способ усиления конструкций

 

О П И С А Н И Е иц887692

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз СоеетскиХ

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 аявлено 07.04.80 (21) 2907268/29-33 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51) М. Кл.з

Е OID 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 07.12.81. Бюллетень Лге 45 (53) УДК 624 043.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.12.81

Б. П. Умушкин, М. Д. Дольберг и 8. А; Трофимов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проектировании и реконструкции мостов и других сооружений для обеспечения их максимальной статической и динамической жесткости.

Известен способ усиления конструкций, в частности балок и ферм при перекрытии ими значительных пролетов, включающий монтаж, присоединение вант, выполняющих функцию связей, одними концами к пилонам, а другими к балке или ферме и регулирования усилий в вантах 11.

Недостаток этого способа заключается в недостаточной степени повышения жесткости конструкции (балки, фермы) ввиду присоединения связей вант к б:-лке или ферме в местах, не соответствующих наиболынему значению частоты основного тона колебаний конструкции.

Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ усиления конструкций, включающий установку и при-соединение связей к элементам конструкции, причем конструкция выполнена в виде сплошностенчатых балок с >келезобетонной плитой проезжей части, а связи выполнены в виде подкрепляющих стенки балок поперечных и горизонтальных элементов усиления (ребер жесткости) и в виде стационарных поперечных и нижних горизонтальных, а также временных верхних горизонтальных связей, причем последние присоединяют к верхним поясам балок в плоскостях прикрепления к нпм поперечных связей и удаляют после объединения блоков железобетонной плиты с верхними сжатыми поясами сплошностенчатых балок (2).

Недостаток известного способа усиления заключается также в недостаточной степени повышения жесткости конструкции, что при превышении монтажными нагрузками

15 расчетной величины может привести, например, до объединения железобетонной плиты с балками, к потере последннмп устойчивости плоской формы. O Цель изобретения — повышение статической и динамической жесткости конструкции н составляющих ее элементов путем обеспечения максимально возможной частоты низшего тона собственных колеба25 ний, наибольшего значения минимальной критической скорости подвижной нагрузки, наибольшего значения первой критической нагрузки прп потере устойчивости и наименьших значений максимума напря30 жений от собственного веса конструкции, Щ769М

Указанная цель достигается тем, что в способе усиления конструкций, включающем установку и присоединение связей к элементам конструкции, связи присоединяют в нулевых точках (к+1)-й формы собственных колебаний конструкции без связей и выполняют их с жесткостью, не меньшей жесткости конструкции без связей при ее деформации по (к+1) -й форме, где к — число нулевых точек и, соответственно, связей.

На фиг. 1 — пример осуществления способа усиления конструкции, выполненной в виде балки с одним жестко защемленным концом и упругой опорой (связью) в пролете; на фиг. 2 — вторая форма колебаний балки на фиг. 1, но без опоры в пролете; на фиг. 3 — балка на фиг. 1 с упругой опорой, жесткость которой f ýñî, расположенной в нулевой точке второй формы колебаний защемленной балки без опоры в пролете на фиг. 2; на фиг. 4— балка на фиг. 1 с упругой опорой, жесткость которой f=0, собственные колебания балки по низшему тону с частотой Х1, на фиг. 5 — балка на фиг. 1 с упругой опорой конечной жесткости, расположенной в нулевой точке второй формы колебаний за|цемленной балки без опоры в пролете на фиг. 2; на фиг. б — пример осуществления способа усиления транспортировочной системы наибольшей динамической жесткости; на фиг. 7 — пример осуществления способа усиления перекрытия наибольшей динамической и статической жесткости; на фиг. 8 — пример осуществления способа усиления цилиндрической оболочки регулярным набором ребер жесткости.

Рассмотрим пример осуществления способа усиления, обеспечивающего максимально возможное увеличение жесткости защемленной одним концом конструкции

1 в виде балки за счет рационального размещения связи 2, выполненной в виде упругой опоры (см. фиг. 1 — 5), обеспечивающей повышение частоты низшего (первого) тона собственных колебаний.

Повысить частоту колебаний первого тона такой конструкции можно, во-первых, устремляя жесткость f упругой опоры в пролете в бесконечность и, во-вторых, изменяя расстояние S от заделки до этой опоры. При абсолютно жесткой опоре

f частота первого тона будет наибольшей из возможных, если опора расположена в нулевой (узловой) точке второй формы колебаний той же защемленной балки, но без опоры в пролете (см. фиг. 2, 3).

В этом случе можно добиться повышения частоты первого тона колебаний о1 рассматриваемой конструкции до ее максимально возможного значения, равного частоте Х второй формы колебаний той же балки без опоры в пролете (см. фиг. 2).

1О

25 зо

Однако, поскольку жесткость f связй (упругой опоры) не может быть бесконечной, указанный выше эффект повышения частоты а1 первого тона колебаний может быть достигнут использованием описанного способа усиления со связью (упругой опорой) конечной жесткости.

Пусть упругая опора с жесткостью f расположена в нулевой точке (S=a). Если ее жесткость равна нулю, собственные колебания балки происходят по первому тону с частотой Х1, форма которой представлена на фиг. 4. Увеличение жесткости

f опоры будет сопровождаться ростом потенциальной энергии деформации балки при ее колебаниях по первой форме, сопровождающихся деформациями упругой опоры (см. фиг. 5), а следовательно, и ростом собственной частоты, то есть

0) ) X, При последующем возрастании жесткости f упругой опоры до некоторого значения /1 потребная потенциальная энергия при колебаниях балки без второго узла (без смещения опоры) уравнивается с потенциальной энергией колебаний балки IIO второй ее форме без опоры в пролете.

Дальнейшее увеличение жесткости упругой опоры оказывается нецелесообразным, так как не обеспечит увеличения частоты свыше Х первой формы колебаний балки.

Таким образом, максимально возможное увеличение динамической жесткости балки обеспечивается присоединением связи 2, в данном случае упругой опоры в пролете, в строго определенной точке, являющейся нулевой (узловой) для второй формы колебаний без связи, и правильным подбором жесткости f этой связи. При этом жесткость образованной присоединением связей системы будет наибольшей также и в отношении ее устойчивости критической скорости движения поперечной нагрузки и напряжений от собственного веса.

Определение нулевых (узловых) точек может быть произведено как расчетным, так и экспериментальным путем, например, возбуждением резонансного режима по (1+1)-й форме колебаний конструкции без связей, где k — число нулевых точек и, соответственно, присоединенных связей, а также одним из известных экспериментальных методов оценки жесткости связей, Другими примерами осуществления описанного способа могут служить транспортировочная система наибольшей динамической жесткости (см. фиг. б), перекрытие наибольшей статической и динамической жесткости (см. фиг. 7) и конструкция, выполненная в виде цилиндрической оболочки со связями в виде регулярного набора ребер жесткости (см. фиг. 8), расположенных в нулевых точках (юг+1)-й формы собственных колебаний.

Фиг, б

Раг I

Фиг 7

Конструкция, выполйенная, например, в виде йерекрытия (см. фиг. 7), образована балками двух направлений. Если одно из направлений tent укладки балок условно назвать основным, а другое с п балок — перекрестным, и рассматривая перекрытие как систему, образованную наложением связей 2 на элементы 1 основного направления, то перекрытие будет обладать паибольшей жесткостью, когда соединяемые точки являются нулевыми (т+ 1) -й формы колебаний элементов основного направления.

Использование описанного способа усиления конструкции обеспечивает увеличение (по сравнению с известными способами) как статической, так и динамической жесткости конструкций и сооружений при минимальной их материалоемкости. Кроме того, обеспечивается повышение долговечности сооружений.

Формула изобретения

Способ усиления конструкций, включающий установку и присоединение связей к элементам конструкции, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышенйя статйческой и динамической жесткости конструкции и составляющих ее элементов путем обеспечения максимально возможной частоты низшего тона собственных колебаний, наибольшего значения минимальной критической скорости подвижной нагрузки, наибольшего значения первой критической нагрузкп при потере устойчивости и наи1О меньших значений максимума напряжений от собственного веса конструкции, связи присоединяют к элементам конструкции в нулевых точках (А+1)-й формы собственных колебаний конструкции без связей и

15 выполняют их с жесткостью, не меньшей жесткости конструкции без связей при се деформации по (/г+1) -й форме, где lг— число нулевых точек и, соответственно, связей.

"0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кагурин В. К. и др. Проектирование висячих и вантовых мостов. «Транспорт», М., 1971, с. 14 — 15.

2, Гибшман Е, Е. Проектирование металлических мостов. «Транспорт», М., 1969, с. 128 — 135, 250 — 251.