Научная статья на тему 'К вопросу расчета ребристых пролетных строений мостов массового строительства'

К вопросу расчета ребристых пролетных строений мостов массового строительства Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
735
97
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
мост / ребристое пролетное строение / конечно-элементная модель / прогибы / изгибающие моменты / испытательная нагрузка
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A procedure to adapt modern programmable complexes that built on the basis of a final element method in order to calculate span ribbed structures that are made of individual precast elements used in bridge construction is considered.

Текст научной работы на тему «К вопросу расчета ребристых пролетных строений мостов массового строительства»

УДК 624.21.

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА РЕБРИСТЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ МАССОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Е.В. Бережная, доцент, к.т.н., С.Н. Краснов, ст. преподаватель, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрена процедура адаптации современных программных комплексов, построенных на основе метода конечных элементов, к расчету ребристых пролетных строений, выполненных из сборных железобетонных элементов, применяемых при строительстве мостов.

Ключевые слова: мост, ребристое пролетное строение, конечно-элементная модель, прогибы, изгибающие моменты, испытательная нагрузка.

Введение

В настоящее время на территории Украины, в соответствии со статистическими данными, эксплуатируется порядка 43% ребристых пролетных строений, выполненных как из сборного, так и монолитного железобетона, с использованием предварительно напряженной и ненапрягаемой арматуры. Наиболее распространенными (65%) являются пролетные строения из сборных предварительно напряженных железобетонных балок, возведенных по типовым проектам. Упомянутые балки объединяются между собой как по плите проезжей части, так и по диафрагмам. Около 62% мостов с ребристыми пролетными строениями имеют длину пролетов от 21 до 33 м. Большинство рассматриваемых конструкций эксплуатируемых мостов рассчитано на устаревшие подвижные нормативные нагрузки [1]. Увеличение интенсивности движения и грузоподъемности современных транспортных средств вызывает необходимость перерасчета таких конструкций на современные нормативные и сверхнормативные нагрузки.

При проектировании ребристых пролетных строений используются различные расчетные модели, которые в большей или меньшей степени учитывают пространственный характер работы плит и балок пролетных строений. Вопрос о выборе модели является краеугольным и обуславливается наилучшим совпадением теоретических результатов с данными испытаний мостов, а также минимизацией временного ресурса, необходимого для проектирования. Существующие методы, как правило, делятся на две группы: методы, в которых конструкция условно расчленяется на независимые элементы, и методы, в которых пролетное строение рассматривается как единая

конструкция, состоящая из плит и системы балок, совместно воспринимающих нагрузки при любом положении их на пролетном строении [2]. Первая группа отличается простотой и наглядностью, однако результаты здесь оказываются не вполне точными, но обычно идущими в запас прочности пролетного строения. Вторая группа методов более полно учитывает взаимосвязь между отдельными элементами пролетного строения и дает результаты, более репрезентативно сходящиеся с экспериментальными данными, полученными при испытаниях. Однако они более трудоемки, в связи с чем для их реализации необходимо соответствующее программное обеспечение.

Цель и постановка задачи

Перечисленное выше, а также анализ тенденций, имеющих место при моделировании напряженно-деформированного состояния пролетных строений мостов, позволяет сформулировать цель: построение адекватной расчетной модели пролетного строения с учетом его пространственной работы и конструктивных особенностей. Для решения выбран метод конечных элементов, представленный в виде метода перемещений. Инструментарием является среда ВК «Лира».

Реализация задачи

Тестирование предложенной модели выполнялось при расчете пролетного строения путепровода, расположенного в Луганской области. Обследование и испытание этой конструкции было выполнено кафедрой мостов ХНАДУ. Пролетное строение путепровода выполнено по типовому проекту 3.503-14 длиной 21 метр с габаритом Г-11,5 (6 балок с шагом 2,4 м). Объединение балок

г

N

"ИГ

ж

5

ъ-

Ш

Р-2^275 Р=4,7Р\4Ж7 Р=4^7 Р=4,17

4.1

I у ь

ЛР

-I

Рис. 1. Схема расстановки нагрузки на пролетном строении путепровода

Рис. 2. Прогибы пролетного строения:- - экспериментально полученные прогибы; —х--теоретически полученные прогибы методом упругих опор;.....- теоретические прогибы по результатам расчетов на ВК «Лира»

между собой осуществлено по плите проезжей части. В качестве испытательной нагрузки использовались автомобили КрАЗ 256 Б1 с прицепом ПСБ-10 общей массой 40 т (рис. 1). Загруже-ние проводилось по трем схемам, учитывающим последовательную установку первой, второй и третьей колонны автомобилей.

В основе конечно-элементной модели лежит аппроксимация пролетного строения элементами балочного ростверка, в которых поперечное сечение продольных балок (ребер) задается в виде двутавров, а поперечных балок (плиты) в виде прямоугольника. Геометрические размеры поперечного сечения заданы исходя из реальных размеров конструкции: общая высота двутавра 120 см, ширина верхней полки 240 см, толщина 15 см, толщина ребра 16 см, высота нижней полки 30 см, ширина 60 см; плита была представлена в виде поперечных балок прямоугольного сечения (ширина 60 см, что соответствует шагу разбивки ее на конечные элементы, высота 15 см). Нагрузку на модель задавали в соответствии с реальным загружением конструкции пролетного строения (см. рис.1). При расчетах рассматривались два варианта: работа пролетного строения без учета слоев ездового полотна и с включением в работу выравнивающего слоя из бетона (результаты в табл. 1 и 2 для второго варианта приведены в скобках).

Таблица 1 Прогибы в главных балках

Результаты, полученные при расчете с использованием ВК «Лира», сравнивались не только с данными испытаний, но и с теоретическими расчетами, выполненными по методу упругих опор

(табл. 1 и 2). Для наглядности полученных результатов были построены кривые прогибов по середине пролета для третьей схемы загружения (рис. 2). Сопоставление теоретических результатов с результатами эксперимента свидетельствует о большей адекватности данных, полученных на основе пространственной модели конструкции, учитывающей также совместную работу плиты и выравнивающего слоя.

Таблица 2 Изгибающие моменты в главных балках

№ балки Схема 1

эксперимент. моменты, тм теорет. моменты, тм моменты ПК «Лира», тм

1 55,35 59,02 55,98(55,87)

2 47,21 48,71 54,44(51,24)

3 23,74 26,73 22,95(24,03)

4 8,004 5,43 4,5(6,57)

5 1,34 -3,39 -0,6(0,064)

6 0,00 -0,68 -1,1(-1,57)

Схема 2

1 61,05 66,75 62,58(65,34)

2 76,52 88,99 88,3(84,43)

3 72,72 74,89 77,8(74,12)

4 45,04 38,26 37,8(39,28)

5 16,01 6,84 8,4(11,34)

6 0,14 -4,39 -2,46(-2,11)

Схема 3

1 61,46 63,09 60,88(64,09)

2 86,69 96,46 94,2(92,58)

3 100,94 104,19 103,8(100,8)

4 93,21 86,69 91,4(88,35)

5 52,505 50,06 49,8(50,8)

6 11,8 6,59 8,5(11,98)

Выводы

Выполненные расчеты и сравнение их с экспериментальными данными свидетельствует о возможности применения принятой конечно-элементной модели для расчета ребристых пролетных строений при рабочем проектировании.

Литература

1. Технические условия проектирования желез-

нодорожных, автодорожных и городских мостов и труб. СН 200-62. - М.: Трансжел-дориздат, 1962.

2. Российский В.А., Назаренко Б.П., Словин-

ский Н.А. Примеры проектирования сборных железобетонных мостов. - М.: Высшая школа, 1970.

Рецензент: В.С. Шмуклер, профессор, д. т. н., ХНАГХ.

Статья поступила в редакцию 5 февраля 2005 г.

№ балки Схема 1

эксперимент. прогибы, мм теорет. прогибы, мм прогибы ПК «Лира», мм

1 -4,11 -5,65 -5,26 (-5,08)

2 -3,53 -4,66 -4,99(-4,5)

3 -1,74 -2,56 -2,23(-2,26)

4 -0,62 -0,52 -0,44(-0,62)

5 -0,07 +0,33 +0,06(0,00)

6 +0,01 +0,07 +0,10(+0,15)

Схема 2

1 -5,09 -6,36 -5,9(-5,99)

2 -6,37 -8,51 -8,2(-7,57)

3 -6,06 -7,14 -7,23(-6,65)

4 -3,76 -3,66 -3,6(-3,62)

5 -1,33 -0,65 -0,82(-1,08)

6 -0,01 +0,42 0,24(+0,19)

Схема 3

1 -5,19 -6,04 -5,7(-5,87)

2 -7,33 -9,22 -8,78(-8,35)

3 -8,52 -9,97 -9,75(-9,15)

4 -7,87 -8,28 -8,5(-7,94)

5 -4,47 -4,77 -4,7(-4,63)

6 -1,02 -0,63 -0,84(-1,14)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.