ДИНАМИЧЕСКИЙ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ЭЛЕМЕНТОВ ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ МОСТОВ

13.1. Общие сведения

В обычных мостах динамическая и ветровая нагрузки играют второстепенную роль, для висячих и вантовых мостов влияние их очень велико, что связано с большой протяженностью, гибкостью и относительно небольшим собственным весом этих сооружений. Кроме того, часто висячие и вантовые мосты строятся в районах со сложными аэродинамическими и сейсмическими условиями (горные районы или открытые морские заливы).

Исторически в проектировании висячих и вантовых мостов выделяют три этапа:

– первый, когда главным считалось обеспечение статической прочности сооружения, динамическая и аэродинамическая устойчивость при этом обеспечивалась совершенно случайно.

– второй – начался с крушения Такомского моста в 1940 г. характеризуется повышением внимания проектировщиков к вопросам динамической и аэродинамической устойчивости мостов.

– третий – последние 20 – 25 лет, когда динамика и аэродинамика инженерных сооружений сформировались в самостоятельное научное направление.

Используемые в настоящее время методы динамического и аэродинамического расчета достаточно сложны, что объясняется сложностью происходящих в пролетных строениях процессов и большим разнообразием их конструктивных форм. Поэтому при строительстве крупных мостов (и мостов, не имеющих аналогов), проводят исследования проектируемой конструкции на модели (см. рис. 13.1), подвергаемой действию переменных вертикальных и горизонтальных нагрузок и обдуванию в аэродинамической трубе.

Рис. 13.1. Модель вантового моста через реку Неву в Санкт-Петербурге

Исследования обычно проводят на моделях секций балки жесткости или всем сооружении. Следует отметить, что для правильного перенесения результатов опытов от модели к натуре, необходимо равенство критериев подобия – сечение модели должно быть геометрически подобно реальной конструкции. Такую модель устанавливают на упругих опорах в аэродинамической трубе, исследуя при различных скоростях движения воздуха и различных углах атаки – основной задачей при этом является определение критической скорости ветра. Скорость потока воздуха для модели принимают такой, чтобы с учетом масштаба она соответствовала максимальной скорости ветра в районе строительства. В процессе динамических испытаний скорость воздуха увеличивается до возникновения катастрофических колебаний.

Основная цель динамических и аэродинамических расчетов и экспериментов состоит в том, чтобы найти такие геометрические и жесткостные характеристики сооружения, при которых исключалась бы возможность развития опасных его колебаний при эксплуатации.