CC BY
10нежных затрат для обеспечения нормального режима эксплуатации сооружений. И как показывают результаты исследований, приведенные в таблице, проведение этих мероприятий не позволяет говорить об уменьшении интенсивности разрушения бетонных конструкций.
Существующие на настоящий момент времени методы диагностики такие как: визуальные наблюдения, определение прочности с помощью молотка Кашкарова, методы ультразвуковой диагностики; не позволяют выявить причины разрушения бетонного камня.
Для решения этих вопросов необходимо более глубокое изучение причин вызывающих разрушение бетонных конструктивных элементов в зоне переменного уровня воды.
Представленный материал указывает на необходимость подробного рассмотрения температурно-влажностного режима бетона в стенах камер судоходных шлюзов, что актуально на настоящий момент времени и является непосредственной целью наших исследований.
ABOUT A TECHNICAL CONDITION OF CONCRETE DESIGNS OF
SHIPPING LOCK
R.P. Lobantsev, V.P. Kulikov
In clause the condition of concrete of constructive elements of navigable sluices located on the river of Volga is examined. The analysis of the observations natural researches of walls of sluices is lead. On the basis of the analysis the most typical zones of destruction of concrete are revealed.
УДК 627.33
A.A. Сазонов, к.т.н., доцент.
H.B. Кочкурова, к.т.н., старший преподаватель, ВГАВТ. 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ (НДС) ШПУНТОВОЙ СТЕНКИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Представлены результаты исследования напряженно-деформированного состояния портового причального сооружения ич металлического шпунта в трехмерной постановке с применением конечно-элементного пакета ANSYS.
До последнего времени в связи с отсутствием технической возможности задачи исследования напряженно-деформированного состояния отдельных конструктивных элементов и конструкций различных сооружений проводились в плоской постановке с рядом допущений и упрощений, что давало ошибочные результаты. В настоящее время с появлением современных мощных ЭВМ представилась возможность решать подобные задачи в трехмерной постановке.
В подобной постановке нами была сделана попытка решения задачи исследования напряженно-деформированного состояния металлической шпунтовой стенки причального портового сооружения. Эта задача решалась с применением конечно-элементного пакета ANSYS.
1. Расчетная модель причальной набережной
Расчетная модель причального сооружения включает вертикальный элемент в виде корытного шпунта типа Ларсен, анкерную тягу, анкерную плиту, фунт основания и засыпки. Шпунт погружен в грунт основания. Анкерная тяга соединяет шпунт и анкерную плиту. Геометрия конструкции и характер нагружения позволяют рассматривать симметричную задачу, поэтому при расчете бралась часть сооружения, повторяющаяся с определенным шагом по длине набережной. Плоскости симметрии проходят через ось симметрии анкерной тяги и ось симметрии шпунта. На нижней кромке расчетной схемы установлены условия жесткой заделки (закрепление степеней свободы по всем трем направлениям). Расчетная схема приведена на рис. I.
Сложное поперечное сечение шпунта в виде корыта моделируется связанными объемными примитивами, совокупность которых соприкасается с более простыми объемами, описывающими грунт. В результате плоскость соприкосновения состоит из нескольких плоскостей и шестигранные объемы на границе взаимодействия шпунта и фунта имеют не по шесть плоскостей, как обычно, а состоят из большего их количества, что обусловлено сложной топологией конструкции.
Конечно-элементная модель создавалась с использованием трехмерных конечных элементов гексаэдрической формы БоПсМб (рис. 2) и стержневых элементов Ьшк8 (рис. 3). Элемент 8оПс145 определен восемью узлами, имеющими по три степени свободы в каждом узле. Он используется для описания области шпунта, анкерной плиты и фунта.
Элемент 1лпк8 имеет два узла с тремя степенями свободы в каждом и используется для моделирования анкерной тяги.
Для аппроксимации сложных переходных областей с объемами, состоящими не из шести плоскостей, используется четырехузловой элемент в виде тетраэдра. Для узлов крепления тяги к шпунту и плите вводится условие «парности узлов», т. е. степени свободы двух узлов одинаковы. Совокупность всех конечных элементов образует конечно-элементную сетку, представленную на рис. 4. Густоту конечно-элементной сетки определяет количество разбиений по сторонам опорных плоскостей, образующих объемы.
элемента
Рис. 2. Конечный элемент Solid 45
Z
/у
X
Рис. 3 Стержневой конечный элемент Link 8
Взаимодействие материала шпунта и грунта моделируется контактными парами и специфичными контактными элементами. Данная контактная задача работает по модели «поверхность к поверхности» и описывается как твердо-гибкая, когда контактирующие поверхности шпунта, имеющие более высокую жесткость описываются как твердые, а контактирующие поверхности грунта описываются как гибкие и входящие в контакт с более твердым материалом. Контактные элементы перекрываются на частях модели, которые анализируются для взаимодействия. Между взаимодействующими элементами создаются напряжения трения, а сила трения, противоположно направленная относительному перемещению между узлами, прямо пропорциональна задаваемому коэффициенту трения.
Совокупность дискретных элементов всей системы работает в упругой стадии. Основные характеристики материалов приведены в табл.
На поверхности грунта засыпки приложена равномерно-распределенная нагрузка от перегрузочных средств и складируемых грузов, равная 40 кН/м2. Анкерная тяга крепится к шпунту на расстоянии 1,5 м от верха стенки.
2. Результаты расчета.
Исследование конечно-элементной расчетной модели позволили получить значения перемещений и напряжений во всех узлах конструкции.
Рис. 4 Конечно-элементная сетка
Таблица
Механические характеристики материалов
Наименование материала Модуль Юнга, МПа Коэффициент Пуассона Плотность, кг/мЗ
1. Сталь 2*105 0,3 7800
2. Глина 34 0,41 2580
3. Песок 16 0,28 1980
Рис. 6. Напряжения, возникающие в металлических конструкциях модели
Как видно из рисунков 6 и 8. наибольшая концентрация напряжений наблюдается в месте крепления анкерной тяги к шпу нту. По мере заглубления шпунта в грунт наблюдается снижение напряжений в узле крепления анкерной тяги (рис. 7). С увеличением заглубления величины напряжений опу скаются к отметке проектного дна и затухают. приближаясь к зоне защемления шпунта в фунте.
24-----------
23.5-----------
23 ----------1
1 2 3 4 5
Заглубление в грунт, м
Рис. 7. График зависимости изменения напряжений в зоне анкеровки шпунта от заглубления шпунта в грунт
Горизонтальные перемещения верха стенки в сторону акватории не превышают значений 2.2 мм (рис. 10). Относительно небольшие значения перемещений объясняются условностью принятой расчетной схемы, где неучтена раздельная работа в замках каждого шпунтового элемента: за счет сложной гсомефии корытного сечения
Рис. 8. Напряжения в зоне анкеровки
Рис. 9. Горизонтальные перемещения расчетной модели
шпунта в узлах соединения соседних элементов жесткость несколько выше. Перемещения в пролете стенки показаны на рис. 9. Значения перемещений в пролете снижаются по мере заглубления шпунта в грунт, но их величины в 3 раза больше значений перемещений верха шпунта. Это отражает особенности работы шпунта как единой балки, защемленной в фунте. А разница в величинах объясняется неправильным положением точки закрепления анкерной тяги.
Рис. 10. График зависимости горизонтальных перемещений верха шпунта от величины заглубления шпунта в грунт
Это говорит о наличии оптимальной точки расположения места захрепления анкерной тяги, что является следующим этапом исследований.
CALCULATION PECULIARITIES FOR STRESSED AND DEFORMED SHEET PILE WALL CONDITION BY A METHOD OF
FINITE ELEMENTS
A.A. Sazonov, N. V. Kochkurova
The article present results of a research of the stressed and deformed sheet pile wall condition of a mooring port constructions made of metallic sheet pile/ The task is solved through three-dimensional research question formulation on the usage of the finite element program ANSYS.
УДК 627.33
Н.В. Кочкурова, к.т.н., старший преподаватель, ВГАВТ. 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ОБОСНОВАНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ АНКЕРНОЙ ТЯГИ ПРИЧАЛЬНЫХ ПОРТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
Приведено обоснование положения точки крепления анкерной тяги по высоте причального сооружения из металлического шпунта при пластическом описании грунтовой среды моделью Друкера-Прагера и трехмерной постановке задачи исследований.
