Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» В.П. Стуков ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ БАЛОЧНЫЕ МОСТЫ: СОСТОЯНИЕ, ТЕОРИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ Монография Архангельск 2014 1 УДК 624.21.011:624.93 ББК 38.53+38.55 С 88 Рецензенты кафедра мостов Петербургского государственного университета путей сообщения; ГКУ Архангельской области «Дорожное агентство «Архангельскавтодор» Стуков, В. <...> Предложены теория расчета жесткости соединения ветвей деревожелезобетонной балки и балки в целом; метод пространственного расчета «упругооседающих и упругоповорачиващихся опор» балочных пролетных строений мостов и разработанная на его основе программа «Расмос». <...> СОСТОЯНИЕ ЗАРУБЕЖНОГО И ОТЕЧЕСТВЕННОГО МОСТОСТРОЕНИЯ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ Еще несколько десятилетий назад один из основоположников отечественного мостостроения Е.Е. Гибшман отмечал, что «дерево – единственный строительный материал, который самовосстанавливается в природе, поэтому в ближайший период возможно возрастание интереса к деревянным мостам современной индустриальной конструкции» [1]. <...> В современное деревянное мостостроение древесина вошла как клееная древесина, что революционно изменило отношение к ее использованию в мостовых конструкциях. <...> 4 В США, Канаде и европейских странах, как правило, используется клееная древесина. <...> В настоящее время программа прод7 лена относительно исследований усталости нагельных соединений. <...> Для мостов малых и средних пролетов, составляющих основной объем строительства, конструкция балочного пролетного строения выполняется плитной или ребристой. <...> 1.4 – однопролетный балочный мост пролетом 10 м с семью деревоклееными балками высотой 1,2 м в поперечном сечении пролетного строения. <...> Стальные подвески поддерживают поперечные металлические <...>
Деревожелезобетонные_балочные_мосты_состояние,_теория,_исследование,_проектирование_монография_.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
В.П. Стуков
ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
БАЛОЧНЫЕ МОСТЫ:
СОСТОЯНИЕ, ТЕОРИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ,
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Монография
Архангельск
2014
1
Стр.1
УДК 624.21.011:624.93
ББК 38.53+38.55
С 88
Рецензенты
кафедра мостов Петербургского государственного
университета путей сообщения;
ГКУ Архангельской области «Дорожное агентство
«Архангельскавтодор»
Стуков, В.П.
С 88
Деревожелезобетонные балочные мосты: состояние, теория, исследование,
проектирование: монография / В.П. Стуков. – Архангельск:
Сев. (Арктич.) федер. ун-т, 2014. – 316 с.
ISBN 978-5-261-00979-5
Монография посвящена состоянию деревянного мостостроения,
теории расчета деревожелезобетонных пролетных строений, их исследованию
и основам проектирования. Предложены теория расчета
жесткости соединения ветвей деревожелезобетонной балки и балки в
целом; метод пространственного расчета «упругооседающих и упругоповорачиващихся
опор» балочных пролетных строений мостов и
разработанная на его основе программа «Расмос». Приведены структурные
схемы алгоритмов программ расчета. Исследования и проектирование
связаны со спецификой деревожелезобетонных пролетных
строений и направлены на их внедрение в практику современного
деревянного мостостроения.
Предназначена для научных работников, проектировщиков, аспирантов,
студентов старших курсов строительных специальностей.
УДК 624.21.011:624.93
ББК 38.53+38.55
ISBN 978-5-261-00979-5
© Стуков В.П., 2014
© Северный (Арктический) федеральный
университет им. М.В. Ломоносова, 2014
2
Стр.2
Оглавление
1. СОСТОЯНИЕ ЗАРУБЕЖНОГО И ОТЕЧЕСТВЕННОГО МОСТОСТРОЕНИЯ
ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ ....................................................................
3
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
БАЛОК ..................................................................................................................... 31
2.1. Особенности напряженного состояния деревожелезобетонной
балки .................................................................................................................. 31
2.2. Древесина ребра и бетон плиты как упругое основание в нагельном
соединении ........................................................................................................ 38
2.3. Пролетное строение с балками комбинированного сечения как
пространственная конструкция со специфическими особенностями
работы и расчета .............................................................................................. 40
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА НАГЕЛЯ В ДРЕВЕСИНЕ .......... 43
4. ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЙ ............................................................................................................. 67
4.1. Теоретические основы расчета жесткости нагельного соединения
ветвей деревожелезобетонной балки ............................................................. 69
4.2. Теория расчета деревожелезобетонных балок как составных балок
комбинированного сечения с упругоподатливыми связями между ветвями
балки ........................................................................................................ 84
4.2.1. Обоснование расчетной схемы. Нагельные соединения как
упругоподатливые связи между ребром из древесины и железобетонной
плитой ............................................................................................ 84
4.2.2. Теоретические основы расчета ...................................................... 90
4.2.2.1. Расчеты первого этапа ......................................................... 93
4.2.2.2. Расчеты второго этапа ......................................................... 107
4.2.3. Особенности расчета при воздействии колебаний температуры
................................................................................................................ 112
4.2.3.1. Обоснование метода расчета .............................................. 112
4.2.4.2. Эпюры деформаций и усилий y, , М, Q ........................... 119
5. МЕТОД ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСЧЕТА БАЛОЧНЫХ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЙ МОСТОВ ............................................................................... 128
5.1. Особенности напряженного состояния пролетного строения ............. 128
5.2. Обоснование метода пространственного расчета ................................. 133
5.3. Теоретические основы расчета ................................................................ 135
5.4. Матрица начальных параметров y0 для i-й опоры ................................. 139
5.5. Линии влияния y, φ, М, Q, Мкр для главных балок пролетного строения......................................................................................................................
141
5.6. Определение ординат линий влияния М и Q для поперечной конструкции
пролетного строения ....................................................................... 147
313
Стр.313
5.6.1. Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях плиты
или диафрагмы на опорах ........................................................................ 147
5.6.2. Изгибающие моменты и поперечные силы в середине пролета
плиты или диафрагмы ............................................................................... . 149
5.7. Ординаты St на консолях линий влияния y, φ, М, Q, Mкр, Mоп, Md,
Qоп, Qd ................................................................................................................ 151
5.8. Общие сведения о программах расчета «Расмос», «ПД-1», «ПД-2» .. 155
5.9. Сравнение результатов расчета ............................................................... 156
6. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И КОЭФФИЦИЕНТ СОСТАВНОСТИ
ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ .............................................................. 160
6.1. Напряженное состояние ........................................................................... 160
6.2. Коэффициент составности деревожелезобетонной балки ................... 166
6.3. Предложения для проектирования ......................................................... 167
7. ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................................................................. 171
7.1. Первый этап ............................................................................................... 172
7.1.1. Исследования деревожелезобетонных пролетных строений ..... 172
7.1.1.1. Цель и задачи исследований ................................................. 172
7.1.1.2. Изменение отношения h/ l ребра деревожелезобетонной
балки в зависимости от пролета, составности сечения и толщины
плиты при шаге балок 1,4 и 1,8 .................................................. 174
7.1.1.3. Изменение расхода клееной древесины в зависимости от
пролета, составности сечения и толщины плиты при различном
шаге балок пролетного строения ..................................................... 178
7.1.1.4. Характер изменения изгибающих моментов и поперечных
сил в плите и ее армирования в зависимости от шага балок
для пролетов 9 и 18 м при коэффициенте составности= 0,8 ..... 182
7.1.1.5. Характер изменения касательных напряжений в ребре и
поперечной силы в плите (как ветви) деревожелезобетонной
балки в зависимости от шага балок, толщины плиты, коэффициента
составности для пролетов 9 и 18 м .......................................... 186
7.1.1.6. Характер изменения составляющих изгибающего
момента Мп, Мр и Моб и их долей в полном изгибающем моменте
М, воспринимаемом деревожелезобетонной балкой, в зависимости
от шага балок и толщины плиты для пролетов 9 и 18 м ......... 191
7.1.1.7. Анализ результатов исследований ...................................... 197
Выводы ................................................................................................ 203
7.1.1.8. Оптимизация деревожелезобетонной балки и размещение
нагельных соединений по ее длине .......................................... 205
7.2. Второй этап ............................................................................................... 213
7.2.1. Цель и задачи исследований .......................................................... 214
7.2.2. Исследования напряженного состояния деревожелезобетонной
балки ................................................................................................... 216
Выводы ............................................................................................................. 235
314
Стр.314
8.ПРОЕКТИРОВАНИЕ .......................................................................................... 238
8.1. Конструкция сопряжений деревожелезобетонных пролетных
строений с промежуточной опорой ............................................................... 238
8.2. Конструкция сопряжения деревожелезобетонного пролетного
строения с береговой опорой .......................................................................... 241
8.3. Конструкции дереевожелезобетонных балочных пролетных
строений ........................................................................................................... 246
8.3.1. Первый этап .................................................................................... 247
8.3.2. Второй этап ...................................................................................... 265
Выводы ....................................................................................................... 287
Библиографический список .................................................................................. 288
Приложение 1 .......................................................................................................... 293
Приложение 2 .......................................................................................................... 302
315
Стр.315
Научное издание
Cтуков Валерий Павлович
ДЕРЕВОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
БАЛОЧНЫЕ МОСТЫ:
СОСТОЯНИЕ, ТЕОРИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ,
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Монография
Дизайн обложки Е.А. Банниковой
Подписано в печать 08.10.2014. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 18,36. Тираж 100 экз. Заказ № 2863.
Отпечатано с готового оригинал-макета
в Издательском доме ФГАОУ ВПО САФУ
163060, г. Архангельск, ул. Урицкого д. 56
316
Стр.316