книги из ГПНТБ / Кабулов В.К. Автоматизированная система проектирования мостовых переходов на ЭЦВМ
.pdf3.К. КАБУЛОВ, У. К. РАХМАНОВ
АВ Т О М А Т И З И Р О В А Н Н АЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ЭЦВМ
Т а ш к е н т — 1973
|
|
ГОС. П У Б Л И Ч Н А Я - " ! |
<УЗ- |
l 3 |
£ 0 |
^ / û У |
||||
|
|
БИБЛИОТЕКА С О С Р I |
|
УДК |
624.21 : 625.1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
В. К. К а б у л о в, У. К. Р а х м а н о в . |
Автоматизированная система про |
|||||||||
ектирования |
мостовых |
переходов |
на |
ЭЦВМ. |
Изд-во |
«Фан» |
УзССР. |
|||
Табл.—31, рис. — 33, библ |
— S6 назв., стр. 380. |
|
|
|
|
|||||
В книге излагается методика проектирования железнодорожных мо |
||||||||||
стовых переходов, изыскивается наиболее экономичный |
вариант |
схемы |
||||||||
моста по критерию минимума строительной стоимости. |
|
|
|
|||||||
Составление всевозможных вариантов схемы моста с использованием |
||||||||||
типовых проектов железнодорожных |
пролетных |
строений |
осуществляется |
|||||||
на основе моделирующего алгоритма, работающего методом |
комбинаций. |
|||||||||
По изложенной |
методике |
на ЭВМ М-220А |
составлена комплексная про |
|||||||
грамма, получившая название «Мост-1». |
|
|
|
|
|
|
||||
Монография |
предназначена для инженеров-проектировщиков, научных |
|||||||||
работников, |
специализирующихся в |
области |
проектирования |
мостовых |
||||||
переходов, а также для студентов институтов железнодорожного |
транс |
|||||||||
порта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кабулов В. К., |
Рахманов У. К. |
|
Автоматизированная система проектирова |
||
ния мостовых переходов на ЭЦВМ. |
Т., |
379с. с табл. и рис. Библиогр.: с. 375—
378.
1. Соавт. Аннотация.. I. Соавт.
К |
3 1 8 1 - ° Ö b |
18-73 |
|
355(06)—73 |
|
© |
Издательство «Фан» УзССР, 1973 г. |
|
П Р Е Д И С Л О В И Е |
|
|
Принятый XXIV съездом |
КПСС пятилетний |
план развития |
народного хозяйства СССР |
на 1971 —1975 гг. |
предусматривает |
дальнейшее техническое перевооружение железнодорожного транс
порта |
на основе внедрения последних |
достижений |
современной |
науки |
и техники. |
|
|
За |
пятилетие намечено строительство вторых путей на наибо |
||
лее грузонапряженных направлениях, |
а также новых |
железнодо |
рожных линий в осваеваемых районах нашей страны, что потре бует выполнения большего объема работ по проектированию и постройке искусственных сооружений, в частности железнодорож ных мостовых переходов. Важнейшей задачей в этой области про должает оставаться максимальное сокращение сроков проектиро вания и строительства мостовых переходов, снижение их стоимо сти и улучшение качества. Применение экономико-математических методов и электронно-вычислительной техники позволит ускорить процесс получения и обработки информации, разработки раз личных вариантов проекта и выбора наиболее экономичного решения.
В последние годы электронные цифровые вычислительные ма шины (ЭЦВМ) все шире используются в области автоматизации умственного труда. На практике доказана эффективность примене ния ЭЦВМ для автоматизации планирования и управления эко номикой, оптимального архитектурно-строительного проектирова ния и оптимального решения многих производственно-технических
задач |
[1, 2, |
10, |
11, |
14—17, |
25, |
79]. |
|
|
|
Для проектирования мостов ЭЦВМ стали использоваться поз |
|||||||||
же, чем в других областях науки и производства. |
Первоначально |
||||||||
они применялись при решении проблемы строительной |
механики |
||||||||
(расчет сооружений и конструкций |
на прочность, |
жесткость и |
|||||||
устойчивость). Эти работы ведутся в |
Советском Союзе уже более |
||||||||
10 лет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изыскания по применению электронно-вычислительной |
техники |
||||||||
в строительном |
проектировании ведут |
многие проектные и научно- |
3
исследовательские организации. В настоящее время в области строительного проектирования научные исследования и внедрение
проводятся в следующих направлениях: |
|
|
|
|
|
1) создание программ для расчета строительных |
конструкций, |
||||
которые еще не |
охвачены действующими |
программами; |
|
||
2) переход от расчета отдельных конструкций к комплексному |
|||||
расчету сооружения в целом с учетом взаимодействия |
его частей и |
||||
выбором на каждом этапе оптимального |
варианта; |
|
|
||
3) переход к |
автоматизации процесса |
строительного |
проекти |
||
рования в целом, |
предусматривающей |
проектирование, |
расчет и |
выбор оптимального варианта сооружения.
К двум последним направлениям могут быть отнесены, напри мер, результаты экспериментальных работ, начатых в Гипротисе в
1962 г. Разработана экспериментальная программа |
проектирова |
|||||
ния на БЭСМ.-2М предварительно напряженных балок |
(программа |
|||||
Проба-1). В соответствии |
с этой |
программой |
машина |
в течение |
||
1,5—2 мин. осуществляет |
расчет |
и конструирование |
балки, |
выби |
||
рая оптимальные решения |
на отдельных этапах, |
и |
выдает |
все |
||
параметры, необходимые для ее вычерчивания |
[14, 15]. |
|
|
Оптимальное технико-экономическое проектирование мостов с разработкой оптимальных конструкций пролетных строений, опор мостов и т. д. дает большой экономический эффект. В этой обла сти делаются первые шаги, однако уже полученные результаты свидетельствуют об огромных резервах экономии.
Накоплен значительный опыт проектирования и расчета мос товых конструкций. Ведущими проектными организациями при проектировании мостовых конструкций все шире применяются •современные прогрессивные методы расчета сооружений с исполь зованием ЭЦВМ, разрабатываемые в лаборатории теории и мето
дов |
расчета |
мостов |
отделения |
искусственных |
сооружений |
||||
ЦНИИСа*. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кроме того, в Гипротисе разработана программа, предназна |
|||||||||
ченная для расчета на БЭСМ-2М высоких |
свайных |
ростверков |
|||||||
опор |
мостов, |
портовых, |
гидротехнических |
и других |
сооружений. |
||||
В процессе |
работы |
данной программы производятся |
статический |
||||||
расчет и поиск угла наклона, позволяющие |
уменьшить |
число свай |
|||||||
в исходной |
схеме |
ростверка |
до |
предела |
прочности |
и устойчи |
|||
вости [64]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для оказания практической помощи проектным институтам во |
|||||||||
внедрении |
в |
производство |
имеющихся |
программ |
Гипротис, |
ЦНИИС, Мосгипротранс и другие проектные организации издают руководства по составлению исходной информации и пользованию
программами. В указанных руководствах |
приводятся |
основные |
расчетные формулы и исходные положения |
алгоритмов; |
излага- |
* Программы расчета мостовых конструкций на БЭСМ-2М публикуются с 1966 г. в трудах ЦНИИСа [61].
4
ются требования по составлению исходной информации |
для сяета |
на ЭЦВМ; указываются порядок счета и расшифровки |
результа |
тов; приводятся отлаженные программы, а также тестовые приме ры с результатами счета для проверки правильности работы машины по программе.
За рубежом ЭЦВМ применяются в области проектирования и расчета автодорожных мостов и автодорог, например, фирма «Кинг энд Гаварис» разработала программу по проектированию и расчету мостов на ЭЦВМ «LGP30» [19, 60]. Программа предна значена для проектирования и расчета многопролетных, простых и сложных автодорожных мостов с несколькими главными балками,
многопролетных |
неразрезных балочных мостов, многопролетных |
|||
неразрезных |
автодорожных мостов |
комбинированного |
типа. |
|
В работе |
[83] |
утверждается, что |
процесс выбора |
оптимальной |
конструкции не может быть проведен на основе какой-либо стро гой теоремы, а является существенно эвристическим. В связи с этим автор предлагает процесс проектирования сложного сооруже ния рассматривать как эвристическую игру. В качестве примера описывается игра по составлению предварительного проекта моста. Анализ и синтез вариантов, предлагаемых игроками в про цессе игры, производится с помощью специальной программы на ЭЦВМ.
В настоящее время многие проектные и научно-исследователь ские организации ведут большие научные работы, связанные с применением ЭЦВМ в области проектирования мостовых перехо дов, расчета конструкций мостов и подпорных стен [22, 28, 31—33,
41, |
47, |
48, |
52, |
68, |
80]. |
|
В |
решении |
прошедшей в 1970 г. (Новосибирск) Всесоюзной |
научно-технической конференции по применению электронновычислительных машин для производства расчетов и модельного способа проектирования больших железнодорожных и автодорож
ных |
мостов |
проектным |
институтам |
Главтранспроекта |
рекомендо |
|
вано |
шире |
использовать |
передовой |
опыт |
автоматического про |
|
граммирования, матричные формы |
расчета и методы |
моделирова |
||||
ния |
при проектировании |
мостов, |
а также |
усилить |
работу по |
составлению алгоритмов и программ, обратив особое внимание на составление программ по поиску оптимальных решений и авто матизированного подбора размеров конструкций при проектирова нии мостов [53].
В предлагаемой монографии исследуется экономическое проек тирование мостового перехода с выяснением схемы моста и отвер стия мостового перехода по критерию минимума строительной стоимости в стадии технического проекта при одновременном вы
полнении ряда |
ограничивающих |
условий, |
предусмотренных в |
|
(71, |
74]: |
|
|
|
|
1. Для всех |
варьируемых |
отверстий |
мостового перехода |
коэффициент общего размыва дна живого сечения реки не должен превышать величину допускаемого;
5
2. В рассматриваемых вариантах схемы моста значения нор мальных напряжений и эксцентриситетов равнодействующих активных сил не должны превышать величины допускаемых;
3. Размер рассматриваемого отверстия мостового перехода не
должен выходить |
за границы варьирования, т. е. максимального |
и минимального его значений. |
|
Данная задача |
решается при помощи моделирующего алгорит |
ма, позволяющего осуществлять автоматический переход от одного варианта моста к другому с применением ЭЦВМ. При этом в каждом случае возникает ряд специфических трудностей, связан ных с большим объемом расчетов: гидрологический и гидравличе ский расчеты мостовых переходов, проектирование и расчет бере
говых |
и промежуточных |
опор мостов, проектирование и |
расчет |
||||
фундаментов на естественном и свайном |
(высокие и низкие) |
осно |
|||||
ваниях |
и |
на опускном |
колодце, |
расчет |
.русловых |
деформаций |
|
(общие |
и |
местные размывы), |
проектирование |
регуляционных |
сооружений и т. д.
Г л а в а I
МОСТОВОЙ ПЕРЕХОД.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ § 1. Мостовой переход и методы его проектирования
Железнодорожные мостовые переходы, особенно через крупные реки, являются наиболее сложными в техническом отношении и дорогостоящими участками дороги.
Мостовым переходом при пересечении дорогой водотока назы вается комплекс сооружений, в который входят пролетные строе
ния, |
опоры, |
подходные насыпи |
и регуляционные |
сооружения |
||
(рис. |
1). |
|
|
|
|
|
Каждый |
водоток (река или ручей) имеет исток, |
откуда он |
||||
берет |
свое |
начало, и устье — место |
впадения |
водотока в |
другую |
|
реку, озеро |
или море. В реках исток и устье |
находятся |
на |
разных |
уровнях. Разность высот уровня воды у истока и в устье, деленная на длину между ними, называется средним уклоном. На разных участках реки уклон меняется: наибольший уклон наблюдается у истока, наименьший — около устья.
Пониженная местность, прилегающая к берегам главного русла и периодически затопляемая при повышении уровня воды в реке, называется поймой. Площадь сечения потока, перпендикулярная направлению его сечения, называется живым сечением.
Количество воды, протекающее через поперечное (живое) сече ние водотока в единицу времени, называется расходом. Расход воды зависит от скорости течения и площади живого сечения водотока.
Уровень (горизонт) воды в реке для разных лет в одном и том же месте сильно изменяется. В летнее время, а также зимой вода обычно имеет низкий уровень, называемый горизонтом меженных вод (ГМВ), или горизонтом межени. Весной, при таянии снега, а на некоторых реках и в летнее время приток воды резко увеличи вается и горизонт воды повышается. Наивысший горизонт воды, возможный на реке в месте мостового перехода, называют гори зонтом высоких вод (ГВВ).
Мосты представляют собой искусственные сооружения, пере крывающие пересекаемое препятствие и прерывающие земляное полотно дороги. Езда происходит по конструкции моста.
7
Составными частями любого моста являются опоры и пролет ные строения, необходимые для обеспечения нормального положе ния рельсового пути. К обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов. На многих реках, особенно больших, приме няют водонаправляющие (регуляционные) сооружения и укрепле ния для защиты моста и подходов от размыва паводком и разру шения ледоходом.
В зависимости от ширины реки, возвышения над землей, а также от других условий мост имеет один или несколько пролетов. По ширине мост, а также его пролетные строения и опоры могут быть однопутными и двухпутными.
Рис. 1. Общий вид варианта |
железнодорожного |
моста |
и геологический |
про |
||||||||
|
|
филь мостового |
перехода: |
|
|
|
|
|||||
/—пролетные строения; 2—береговые опоры (устои); 3—промежуточные |
опоры (быкн); -7—опорные |
|||||||||||
части; о—конус подходной насыпи; 6"—регуляционные |
сооружения; 7 - о б р е з |
фундамента; £—фун |
||||||||||
дамент на естественном основании; |
Р—фундамент |
на |
свайном основании; / 0 - ф у н д а м е н т на |
опус |
||||||||
кном колодце; (р — расчетный пролет; Д—зазор |
между |
пролетными строениями; В—длина |
устоя |
|||||||||
поверху; Іп — полная длина |
пролетного строения; h—высота |
фермы; hc — строительная высота |
||||||||||
пролетного строения; ПР—отметка |
подошвы |
рельса; |
БП—отметка бровки |
полотна подхолныі на |
||||||||
сыпей; НК—отметка низа конструкции; ГВВ—отметка горизонта высоких вод; РСГ — отметка |
рас |
|||||||||||
четного судоходного горизонта; ГМВ—отметка горизонта |
меженных |
вод; |
П Ф - о т м е т к а |
подошвы |
||||||||
|
|
|
фундамента. |
|
|
|
|
|
|
|||
Береговые |
опоры моста — устои, |
в |
отличие |
от |
промежуточных |
|||||||
опор — быков, |
поддерживают |
не |
только |
конец |
пролетного |
строе |
||||||
ния, но и примыкающую к мосту насыпь, предохраняют |
ее, |
как |
||||||||||
подпорные стенки, |
от обрушения |
(рис. |
1). Насыпь |
у моста |
закан |
|||||||
чивается конусами; |
они |
располагаются |
в |
пределах |
длины |
устоев,, |
||||||
а иногда заходят в отверстие моста. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Свободную ширину зеркала воды под мостом, измеренную по |
||||||||||||
расчетному горизонту высоких |
вод, |
называют |
отверстием |
моста. |
Отверстие в однопролетном мосту равно расстоянию в свету меж ду внутренними гранями устоев, в многопролетном — выражается суммой расстояний в свету между опорами отдельных пролетов, измеренных по расчетному горизонту высоких вод.
Расстояние от уровня подошвы рельса (ПР) на мосту до гори зонта меженных вод (ГМВ) называют высотой моста. Расстояние
8
от низа |
пролетных строений |
(НК) |
до |
горизонта |
высоких |
вод |
|||
(ГВВ) |
или |
расчетного судоходного |
горизонта |
(РСГ) |
называют |
||||
свободной |
высотой под мостом. Свободная высота |
должна |
быть |
||||||
достаточна |
для безопасного |
пропуска |
высокой |
воды, |
ледохода, |
а на судоходных реках — для пропуска судов.
Величина судоходного отверстия должна соблюдаться в свету между гранями опор при меженном судоходном габарите. Высоты
подмостового габарита отсчитывают |
от |
расчетного |
судоходного |
|
уровня |
воды. Расчетный судоходный |
уровень — это |
наивысший |
|
горизонт реки в судоходный период, |
который обычно |
несколько |
||
ниже отметки горизонта высоких вод. |
|
|
|
|
При |
выборе схемы моста, величины |
отдельных его пролетов |
и возвышения над горизонтом воды необходимо исходить из тех нических и экономических соображений, а также принимать во внимание подмостовой габарит.
Подмостовым габаритом называют предельное очертание про странства под мостом, которое должно оставаться свободным для беспрепятственного пропуска судов и сплава. Внутрь этого габа рита не должны вдаваться никакие элементы моста и располо женные в нем устройства.
В зависимости от условий судоходства, сплава и от многовод ности реки разделяются на ряд классов, для каждого из них уста
новлены |
определенные подмостовые габариты |
в |
соответствии с |
|
нормами |
проектирования подмостовых габаритов |
|
на судоходных |
|
и сплавных реках и основными требованиями |
|
к |
расположению |
|
мостов (НСП 103—52). |
|
|
|
|
Расстояние от уровня подошвы рельса (ПР) |
на |
мосту до самых |
нижних частей пролетного строения (НК) называют строительной высотой моста. Отверстие, величины пролетов (в свету и расчет ные), высота моста, а также ширина проезда на мосту являются основными (генеральными) размерами моста.
Пролетное строение опирается на опоры с помощью опорных частей. Величина так называемого расчетного пролета, измеряе мая между центрами опорных частей пролетного строения, имеет важное значение. Чем больше расчетный пролет, тем больше на
пролетном |
строении |
|
размещается |
подвижного |
состава |
и |
тем |
||||||
более мощным оно должно быть. Эта |
зависимость |
отражена |
|
на |
|||||||||
рис. 1. Длину моста измеряют между |
наружными |
(задними) |
гра |
||||||||||
нями устоев. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Количеством и величиной расчетных пролетов |
выражают |
схе |
|||||||||||
му моста. Например, запись 33,5 + 2 X ПО + |
15,8 |
означает, |
что |
в |
|||||||||
мосту |
имеются: одно |
пролетное |
строение |
с |
расчетным пролетом |
||||||||
33,5 м, |
два по 110 |
м |
и одно 15,8 м. |
Запись |
схемы |
моста, |
как |
и |
|||||
счет опор |
(начиная |
с нулевой) |
и пролетных |
строений |
(начиная |
с |
первого), ведут в направлении километража линии. Основу про летного строения составляют главные балки (или фермы), пере крывающие пролет между смежными опорами. Их конструкция существенно утяжеляется с увеличением пролета.
9>