CC BY
53
УДК 624.21.09
РОЗРОБКА МОДЕЛІ ТЕМПЕРАТУРНО-НЕРОЗРІЗНОЇ ПРОГІННОЇ БУДОВИ
О.Г. Кіслов, доцент, к. т. н., І.М. Лисяков, ст. викладач, С.О. Бугаєвський, доцент, к. т. н., ХНАДУ
Анотація. Розроблено кінцево-елементну модель двох прогонів моста, проведено тестовий розрахунок для випадку навантаження власною вагою прогонів моста, трьома вантажними автомобілями й температурним впливом, наведено аналіз результатів.
Ключові слова: температурно-нерозрізні прогінні будови, кінцево-елементна модель.
Вступ
Як відомо, температурно-нерозрізнимі названі розрізні прогінні будови, об’єднані між собою в рівні плити проїзної частини, або центрами ваги балок, у результаті чого при температурних впливах вони працюють як нерозрізні, а при вертикальних навантаженнях - як розрізні. Вони застосовуються з метою скорочення кількості деформаційних швів та підвищення комфортності проїзду по мостах. Розрахунок прогінних будов, об’єднаних у температурно-нерозрізний ланцюг, необхідно починати із визначення величин переміщень її кінців для ухвалення рішення про кількість прогонів, що замикають у ланцюг [1, 2].
Авторами було складено модель темпе-ратурно-нерозрізної прольотної будови та розраховано її напружено-деформований
стан за допомогою комплексу ЛІРА [3]. Як досліджуваний об’єкт прийнято міст через р. Харків по вулиці Героїв Праці у м. Харків.
Опис розрахункової схеми
Розрахункова схема двох прогонів моста являє собою кінцево-елементну модель, зібрану з універсальних просторових ізопараметричних шестивузлових і восьмивузлових кінцевих елементів (КЕ). Через те, що кількість КЕ велика, а прогони моста складаються з однакових конструктивних елементів - балок, доцільне застосування до рішення суперелементного підходу. У цьому випадку використається один суперелемент (СЕ), що представляє собою однопрогінну мостову балку. Стики в поздовжньому й поперечному напрямках складаються зі звичайних КЕ (див. рис. 1)
Рис. 1. Кінцево-елементна модель двох прогонів моста й суперелемента
Рис. 2. Кінцево-елементна модель утворюючої для суперелемента
Формування розрахункової схеми СЕ здійснювалося багаторазовим копіюванням утворюючої при її переміщенні уздовж поздовжньої осі балки моста. Утворююча являє собою переріз балки, що складається із прямокутних і трикутних пластин (див. рис. 2), з’єднаних між собою у вузлах. Загалом, схема складається з 119324 вузлів і 75380 кінцевих елементів. Основна розрахункова схема складається з 8192 вузлів і 868 кінцевих елементів (включаючи 28 суперелементів). Розрахункова схема СЕ складається з 3969 вузлів і 3264 кінцевих елементів. У кожному з вузлів КЕ й СЕ є по три ступені свободи. До характеристик кожного кінцевого елемента ставиться коефіцієнт Пуассона, модуль пружності, коефіцієнт температурного розширення й питома вага матеріалу. Ці характеристики можуть ураховувати роботу конструкції тільки в пружній стадії роботи. При цьому передбачена можливість урахування фізичних
властивостей матеріалу (фізична не лінійність).
Для розрахунку напружено-деформованого стану (НДС) стиків балок передбачається використати фрагмент основної схеми, завантажений заданими переміщеннями, отриманими в результаті розрахунку основної
схеми. Така кінцево-елементна модель фрагмента дозволяє зробити моделювання й розрахунок НДС для будь-якої конструкції стику при незначній зміні моделі.
Тестовий розрахунок моста
Приклад розрахунку НДС моста здійснений для випадку навантаження власною вагою прогонів моста, трьома вантажними автомобілями й температурним впливом. Схема завантаження прогонів моста показана на
рис. 3.
Вихідні дані розрахунку:
- кінцевий елемент - універсальні об’ємні КЕ 34 і КЕ 36;
- модуль пружності матеріалу - 3,5х104 МПа;
- коефіцієнт Пуассона матеріалу - 0,2;
- коефіцієнт температурного розширення -1,2х10-5 1/град.;
- температура навколишнього середовища -30 °С.
Результати тестового розрахунку наведені на рисунках далі.
Рис. 4. Напруження N2 у середині завантаженого прогону по ширині моста
Рис. 5. Напруження № у зоні стику завантаженого й ненавантаженого прогонів
На рис. 4, 5 і 6 показані ізополя напружень № у середині завантаженого прогону по ширині мосту й зонах стикування балок у поздовжньому й поперечному напрямках. З рис. 6 видно, що максимальні напруження, що розтягують, у поперечному стику (між опорами) 20,2 МПа.
Наведені результати показують, що кінцево-елементна модель дає картину зміни прогинів у прогоні моста якісно співпадаючу з експериментом, що підтверджує її придатність для подальшого використання.
Література
1. Захаров Л.В., Колоколов Н.М., Цейтлин А.Л.
Сборные неразрезные железобетонные пролетные строения мостов. - М.: Транспорт, - 1983. - 232 с.
2. Методические рекомендации по примене-
нию конструкций температурно-неразрезных пролетных строений. Росавтодор: Утв. Распоряжением Минтранса России от 26.05.03 г, КОС - 477 р. - М., 2003. -60 с.
3. Городецкий А.С., Шмуклер В.С., Бонда-
рев А.В. Информационные технологии расчета и проектирования строительных конструкций. - Киев-Харьков: Изд.
центр НТУ «ХПИ», 2003. - 888 с.
Рецензент: В.С. Шмуклер, професор, д. т. н., ХДАМГ.
Стаття надійшла до редакції 30 травня 2007 р.
