О влиянии геометрии и конфигурации сферического слоя скольжения опорных частей мостов на работоспособность конструкции
Автор: А.А. Адамов, А.А. Каменских, В.И. Струкова
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Узел опорной части мостового сооружения состоит из верхней стальной плиты со сферическим сегментом, обеспечивающим подвижность конструкции, нижней стальной плиты, отвечающей за передачу вертикальной опорной реакции и равномерное распределение давления от сферического сегмента, и антифрикционных полимерных слоев скольжения (сферического и плоского). При изготовлении узла предусматривается разное местоположение слоев скольжения относительно стальных плит. В работе анализируется влияние места нанесения сферического слоя скольжения в опорном узле на фрикционное контактное взаимодействие элементов опорной части и на их деформационное поведение. Плоский слой скольжения в модели не учитывается. Авторами не найдены в литературе сведения о подобной оценке связи геометрии и конфигурации антифрикционных прослоек с поведением конструкции при деформировании. Рассмотрено два варианта размещения слоя скольжения: он нанесен или на сферический стальной сегмент, или заполняет сферический вырез нижней стальной плиты (классический вариант). В качестве материала слоя скольжения используется радиационно-модифицированный фторопласт Ф-4 без наполнения. Опорный узел с прослойкой, расположенной в вырезе нижней стальной плиты, соответствует модели опорной части Л-100 производства ООО «АльфаТех» (г. Пермь). Модель Л-100 рассчитана на нормативную вертикальную нагрузку 1000 кН и обладает конструктивными размерами: максимальной длиной 155 мм, максимальной высотой 54 мм, толщиной 4 мм. Опорный узел с прослойкой на сферическом сегменте имеет аналогичные модели Л-100 геометрические показатели. Стандартный угол наклона торца антифрикционной прослойки составляет 30°. Установлено, что при стандартном угле в опорной части с прослойкой на сферическом сегменте наблюдается расхождение (отлипание) поверхностей сопряжения более чем на 2% ее общей площади. Поэтому в рамках данного исследования оценивается роль наклона торца антифрикционной прослойки на деформирование опорных частей. В численных экспериментах установлен ряд преимуществ классической конструкции сферической опорной части, показавшей при моделировании большую площадь полного прилипания поверхностей сопряжения элементов, равномерное распределение параметров контакта по поверхностям, меньшее деформирование профиля торца слоя скольжения. Также установлены значения угла наклона торца слоя скольжения, при которых получается благоприятное для функционирования мостовой конструкции в зоне опорного узла распределение свойств зон контакта и характеристик деформированного состояния опорных частей при двух вариантах местоположения антифрикционной прослойки.
Мостовые сооружения, сферическая опорная часть, геометрия и конфигурация, контакт, трение, полимерные материалы, натурное и численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143176892
IDR: 143176892 | УДК: 539.374 | DOI: 10.7242/1999-6691/2021.14.3.24
Influence of geometry and configuration of the spherical sliding layer of bridge bearings on the structure working capacity
Spherical bearing contact units consist of an upper steel plate with a spherical segment, a lower steel plate and antifriction polymer sliding layers (spherical and flat). Manufacturers produce the units with different positions of the flat and spherical sliding layer relative to the steel plates of the bearing. However, the effect of the antifriction layer position in the contact unit on the deformation behavior of the structure has not yet been evaluated. In this paper, the influence of the spherical sliding layer position relative to the steel structural elements on their frictional interaction is considered. Two variants associated with the position of the spherical antifriction layer are examined: the sliding layer is applied to the spherical steel segment, and it is located in the spherical notch of the lower steel plate. The design of the spherical bearings includes an interlayer made of radiation-modified fluoroplastic F-4 (no filling). The support unit with an interlayer located in the lower steel plate corresponds to the bearing model L-100 manufactured by AlfaTech LLC (Perm). The L-100 bearing is designed for a normative vertical load of 1000 kN. The maximum length and height of the structure are 155 and 54 mm, respectively, and the interlayer thickness is 4 mm. The support unit with an interlayer applied to the spherical segment is modeled with geometrical dimensions similar to those of the L-100. The standard angle of inclination of the antifriction layer end face is 30°. It was found that the detachment of the mating surfaces by more than 2% of the contact area occurs at a standard angle of the sliding layer end face in the case when the layer is applied to the spherical segment. Therefore, the influence of the inclination angle of the antifriction layer end face on the bearing deformation is considered within the framework of this work. The advantages of the spherical bearing classical design were established in a series of numerical experiments: a more uniform distribution of contact parameters over the mating surfaces, a large area of complete adhesion of the mating surfaces, small deformation of the end face of the sliding layer, etc. Based on the obtained results, the angles of inclination of the end face of the sliding layer were determined, which made it possible to achieve optimal distribution of the parameters of contact zones and the deformation characteristics of the bearings with two variants of the antifriction layer positions.
Список литературы О влиянии геометрии и конфигурации сферического слоя скольжения опорных частей мостов на работоспособность конструкции
- Janic’ M. Advanced transport systems. Springer, 2014. 408 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-6287-2
- Реутов Е.В., Полозков А.И. Автодороги России: реальность и перспективы // Транспортное дело России. 2020. № 2. С. 201-203.
- Прядко И.П. Роль транспортных магистралей в создании биосферно-совместимого пространства городов: опыт российской столицы // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2019. № 2(26). С. 111-122. https://doi.org/10.21869/23-11-1518-2019-26-2-111-122
- Singh S., Martinetti A., Majumdar A., van Dongen L.A.M. (ed.) Transportation systems: Managing performance through advanced maintenance engineering. Springer, 2019. 221 p. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9323-6
- Еремин А.В., Волокитина О.А., Волокитин В.П. Управление состоянием мостовых сооружений в рамках реализации национального проекта "Безопасные и качественные автомобильные дороги" // Высокие технологии в строительном комплексе. 2020. № 1. С. 12-17.
- Garcia-Sanchez D., Fernandez-Navamuel A., Sánchez D.Z., Alvear D., Pardo D. Bearing assessment tool for longitudinal bridge performance // J. Civil. Struct. Health Monit. 2020. Vol. 10. P. 1023-1036. https://doi.org/10.1007/s13349-020-00432-1
- Locke R., Redmond L., Atamturktur S. Techniques for simulating frozen bearing damage in bridge structures for the purpose of drive-by health monitoring // Dynamics of civil structures / Ed. S. Pakzad. Springer, 2021. P. 39-52. https://doi.org/10.1007/978-3-030-47634-2_6
- Blinkin M., Koncheva E. (ed.) Transport systems of Russian cities: Ongoing transformations. Springer, 2016. 299 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-47800-5
- Овчинников И.И., Майстренко И.Ю., Овчинников И.Г., Успанов А.М. Аварии и разрушения мостовых сооружений, анализ их причин. Часть 4 // Транспортные сооружения. 2018. Т. 5, № 1. 25 c. http://dx.doi.org/10.15862/05SATS118
- Proske D. Bridge collapse frequencies versus failure probabilities. Springer, 2018. 126 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73833-8
- Beben D. Soil-steel bridges: Design, maintenance and durability. Springer, 2020. 214 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34788-8
- Ye S., Lai X., Bartoli I., Aktan A.E. Technology for condition and performance evaluation of highway bridges // J. Civil. Struct. Health Monit. 2020. Vol. 10. P. 573-594. https://doi.org/10.1007/s13349-020-00403-6
- Deng Y., Li A. Structural health monitoring for suspension bridges: Interpretation of field measurements. Springer, 2019. 243 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3347-7
- Okamoto N., Kinoshita T., Futagi T. Development of new embedded expansion joint using high flexibility stone mastic asphalt // 8th RILEM International symposium on testing and characterization of sustainable and innovative bituminous materials / Ed. F. Canestrari, M. Partl. Springer, 2016. P. 837-849. https://doi.org/10.1007/978-94-017-7342-3_67
- Eggert H., Kauschke W. Structural bearings. Ernst & Sohn, 2002. 405 р.
- Каменских А.А., Труфанов Н.А. Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала // Вычисл. мех. сплош. сред. 2013. Т. 6, № 1. С. 54-61. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.1.7
- Jiang L., He W., Wei B., Wang Z, Li S. The shear pin strength of friction pendulum bearings (FPB) in simply supported railway bridges // Bull. Earthquake Eng. 2019. Vol. 17. P. 6109-6139. https://doi.org/10.1007/s10518-019-00698-x
- Kuznetsov D.N., Grigorash V.V., Sventikov A.A. Work power of the support unit of the steel I-beam // Russian Journal of Building Construction and Architecture. № 1(49). P. 19-29. https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.49.1.002
- Лукин А.О., Суворов А.А. Пролетные строения мостов с гофрированными металлическими стенками // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 2(41). С. 45-67.
- Позынич К.П., Клигунов Е.С. Проблема неуравновешенности пролетного строения подъёмно-переходного моста гидротехнического сооружения // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2019. Т. 1, № 1. С. 326-330.
- Devitofranceschi A., Paolieri E. Integral bridges: A construction method to minimize maintenance problems // Proceedings of Italian Concrete Days 2018 / Ed. M. di Prisco, M. Menegotto. Springer, 2020. P. 515-529. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23748-6_40
- Huang W., Pei M., Liu X., Wei Y. Design and construction of super-long span bridges in China: Review and future perspectives // Front. Civ. Eng. 2020. Vol. 14. P. 803-838. https://doi.org/10.1007/s11709-020-0644-1
- Su M., Wang J., Peng H., Cai C.S., Dai G.L. State-of-the-art review of the development and application of bridge rotation construction methods in China // Sci. China Technol. Sci. 2021. Vol. 64. P. 1137-1152. https://doi.org/10.1007/s11431-020-1704-1
- Kollegger J., Reichenbach S. Balanced lift method – building bridges without formwork // Proceedings of Italian Concrete Days 2016 / Ed. M. di Prisco, M. Menegotto. Springer, 2016. P. 200-215. https://doi.org/10.1007/978-3-319-78936-1_15
- Yu Xm., Chen Dw., Bai Zz. A new method for analysis of sliding cable structures in bridge engineering // KSCE J. Civ. Eng. 2018. 22. P. 4483-4489. https://doi.org/10.1007/s12205-017-0151-7
- Адамов А.А., Каменских А.А., Панькова А.П. Численный анализ геометрической конфигурации сферической опорной части с антифрикционной прослойкой из разных материалов // Вестник ПНИПУ. Механика. 2020. № 4. C. 15-26. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.4.02
- Адамов А.А., Каменских А.А., Носов Ю.О. Математическое моделирование поведения современных антифрикционных полимеров // Прикладная математика и вопросы управления. 2019. № 4. С. 43-56.
- Ono K. Structural materials: Metallurgy of bridges // Metallurgical design and industry / Ed. B. Kaufman, C. Briant. Springer, 2018. P. 193-269. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93755-7_4
- Опорная часть моста: пат. 180825 Российская Федерация / Ипанов А.С., Адамов А.А., Патраков И.М., Копытов А.В., Кочнев Н.В., Цаплина В.И. № 2017118218; заявл. 25.05.17; опубл. 26.06.18, Бюл. № 18. 9 с.
- Сейсмоизолирующая опорная часть: пат. 193680 Российская Федерация / Копытов А.В., Балтин Д.Р., Буканова Е.В., Лапин С.Н. № 2019126353; заявл. 21.08.19; опубл. 11.11.19, Бюл. № 32. 11 с.
- Опорная часть: пат. 194357 Российская Федерация / Шаферман И.М., Гитман Э.М., Шаферман А.И., Рогов А.Б., Копытов А.В., Буканова Е.В. № 2019119741; заявл. 25.06.19; опубл. 06.12.19, Бюл. № 34. 15 с.
- Опорная часть строительной конструкции: пат. 167994 Российская Федерация / Шульман С.А., Слуцкая М.Н. №2016140239; заявл. 12.10.16; опубл. 16.01.17, Бюл. № 2. 5 с.
- Опорная часть моста: пат. 181699 Российская Федерация / Буканов В.В., Буканова Е.В., Патраков И.М. №2017141825; заявл. 01.12.17; опубл. 26.07.18, Бюл. № 21. 7 с.
- Khan A.K.M.T.A., Bhuiyan M.A.R., Ali S.B. Seismic responses of a bridge pier isolated by high damping rubber bearing: Effect of rheology modeling // Int. J. Civ. Eng. 2019. Vol. 17. P. 1767-1783. https://doi.org/10.1007/s40999-019-00454-x
- Zhang Y., Li J., Wang L., Wu H. Study on the seismic performance of different combinations of rubber bearings for continuous beam bridges // Adv. Civ. Eng. 2020. Vol. 2020. 8810874. https://doi.org/10.1155/2020/8810874
- Mahboubi S., Shiravand M.R. Seismic evaluation of bridge bearings based on damage index // Bull. Earthquake Eng. 2019. Vol. 17. P. 4269-4297. https://doi.org/10.1007/s10518-019-00614-3
- Zhang Y., Li J. Effect of material characteristics of high damping rubber bearings on aseismic behaviors of a two-span simply supported beam bridge // Advances in Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 2020. 9231382. https://doi.org/10.1155/2020/9231382
