Учёт влияния длительно действующих процессов деформирования бетона на напряжённое состояние балочных разрезных сталежелезобетонных пролётных строений мостов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Е.А. // Омский научный вестник. Омск. № 2(100). 2011. Серия Приборы, машины и технологии. С. 9

- 13.

Шестаков В.Н. Методологический аспект прогнозирования теплофизического режима в жизненном цикле дорожной конструкции / В.Н. Шестаков // Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал.

- Омск: СибАДИ. - №4(18). Юбилейный выпуск -2010. - С.51-55.

PREDICTING THE EFFECTIVENESS OF ROAD CONSTRUCTION ON PERMAFROST SOILS

T.V. Bobrova, E.A.Bedrin, A.A. Dubenkov

The problems of integrating the design parameters for the stability of road constructions in permafrost soils (PS), institutional and economic characteristics of the processes of construction and operation of these structures in a single system of indicators to predict and evaluate the effectiveness of decisions. The examples of calculations of the efficiency of road construction on PS for the period of the life cycle using first and second principles of design.

Боброва Татьяна Викторовна - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Экономика и

управление дорожным хозяйством» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований

- разработка и совершенствование методов и моделей организации производства в дорожной отрасли. Имеет 145 опубликованных работ. E-mail: bobrova.tv@gmail.com

Бедрин Евгений Андреевич - канд.техн.наук, доцент, начальник отдела ОАО «Омский СоюзДор-НИИ». Основное направление научных исследований

- Разработка ресурсосберегающих технологий в дорожном строительстве. Имеет 35 опубликованных работ. E-mail: BEDRIN-EA@yandex.ru

Дубенков Андрей Алексеевич - аспирант Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление исследований - Обоснование конструктивных и организационно-технологических решений при строительстве дорог на многолетнемерзлых грунтах. Имеет 4 опубликованных работы.

E-mail: hrnt@mail.ru

УДК 624.21

УЧЁТ ВЛИЯНИЯ ДЛИТЕЛЬНО действующих процессов ДЕФОРМИРОВАНИЯ БЕТОНА НА НАПРЯЖЁННОЕ СОСТОЯНИЕ БАЛОЧНЫХ РАЗРЕЗНЫХ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЁТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

П.П. Ефимов

Аннотация. В работе изложена методика анализа изменения напряжённого состояния сталежелезобетонного сечения от ползучести бетона с учётом изгибной жёсткости железобетонной плиты проезда. В основу методики положена модифицированная теория ползучести бетона.

Ключевые слова: сталежелезобетон; ползучесть бетона; изгибная жёсткость.

Введение. Существенным, длительно действующим, фактором, влияющим на напряжённо деформирование состояние сталежелезобетонных пролётных строений, является ползучесть бетона. Современные нормы проектирования мостов указывают, что при определении влияния ползучести бетона на напряжённое состояние сталежелезобетонной конструкции следует учитывать изгибную жёсткость железобетонной части конструкции.

Основные теоретические положения. Отметим, что ползучесть бетона, это его свойство неупруго деформироваться при длительном на него силовом воздействии. Если бетонный элемент единичной длины подвергнуть кратковременному силовому воздействию, то он практически мгно-

венно сдеформируется на величину е0 -

условно-упругую деформацию (Рисунок 1). Однако если сохранить постоянным это силовое воздействие на длительный период, то процесс деформирования бетонного элемента будет продолжаться в течение всего времени его загруже-ния - кривая I (Рисунок 1), т.е., как это принято говорить, деформации элемента войдут в область ползучести.

В случае применения сборной железобетонной плиты проезжей части, то к моменту её включения в совместную работу со стальной балкой

проходит какой-то период времени . Если

напряжения в бетоне плиты остались бы постоянными, то его деформации во времени можно ха-

рактеризовать кривой II (а1 — Ь), показанной на определённости формы начального участка кри-л~. вой II показанного на рисунке точками.

рисунке 1. Однако практически использовать эту

графическую закономерность сложно из-за не-

Рис. 1. Развитие деформаций во времени: 1 - область условноупругих (мгновенных) деформаций;

2 - область деформаций полхучести

Учитывая, что на стадии проектирования сталежелезобетонного пролётного строения не возможно предугадать, какими конкретными физическими свойствами будет обладать бетон, нормы проектирования мостов используют теорию старения бетона. Согласно этой теории временной процесс деформирования бетона представляют кривой III (а111 — Ь111), получаемой параллельным

переносом участка (а1 — Ь1) кривой I.

Для оценки влияния ползучести используют нормативное значение деформаций бетона сп,кг,

принимаемого в зависимости от класса бетона В .

На этапе проектирования мостов обычно анализируют напряжённое состояние сталежелезобетонной конструкции на конечной стадии затухания процесса ползучести с учётом предельного значения удельных деформаций ползучести бетона

деформаций ползучести Бкг () к условно-упругим деформациям Бд

9кг ()=Бкг ()/Б0 . (3)

Для приемлемого совпадения теоретической временной зависимости деформирования ползучести бетона с фактической (кривая II) поднимем кривую III на величину а • Б^(^) []. Параметр а , до

установления его фактического значения, принимают равным

а = 0,5/б2 . (4)

Указанный приём положен в основу модифицированной (модернизированной) теории старения бетона.

В соответствии с рисунком 1 запишем

'кг,4

('і ’ ') = 5 кг,1 (0, ') - 5кг,1 ('і) + а • 5 кг,1 ('і ) =

(1) = 5кг,1 (0, ')-(і -а)^кт,1 ('і )

(5)

или предельную характеристику ползучести

V Ііш, кг = С Ііш, кг /ЕЬ ' (2)

где Єі - нормативные коэффициенты, учитывающие передаточную прочность бетона на сжатие (Єї), возраст бетона в сут. (Є2), приведенную характеристику поперечного сечения железобетонной плиты (отношение площади поперечного сечения к периметру) в см (Єї), относительную влажность окружающей среды в % (Є4);

Еь - модуль упругости бетона.

В произвольный момент времени ' характеристика ползучести представляет собой отношение

С учётом (3) преобразуем (5) к виду

9кг (*1 Л) = 9кг (0,1) — (1 — а) • 9кг ^1) . (6)

Для определения изменения деформаций ползучести бетона Бкг() за счёт изменения в нём

напряжений С>ькг() используем модифицированную теорию старения, согласно которой

л°ь,кг (т)

1 , Фкг ()-(ї-а\фкг (Т)

Еь

Еь

• СІТ.

(7)

Использование в подынтегральном выражении двух функций зависящих от Т крайне не удобно.

Поэтому установим между напряжениями бетона и характеристикой ползучести зависимость

оЬ,кг (т)=в'Ркг Т) + С ■ <8)

С учётом (8) после последовательных преобразований представим (7) в виде

* ^ *

Е | Л°ьм (т)— -ЕГ^Р^кг Т) • р (т):

ЕЬ 11 ЕЬ 11

1 + Ркг (* )

Е

(9)

Ь,кг\* /| ?1 \2

^ — в Укг (т)2 I* = 1 + 9кг (')

Еь 2 I*1

Е

\°ЬМ (*)—оьм (*1)]-

1 — а в <РкГ (*) Е в 2

что

При Т = *1 Ркг (*1 )= 0 , тогда из (8) следует, С =°Ь.кг (*1). <10)

Преобразуем (8) с учётом (10)

Ркг (т) =

о

Ь, кг

Т)

в

(11)

С учётом проведенных преобразований представим (7) в виде

БЬ,кг (*)= ---• [оь, кг (*)—°Ь,кг (*1 )] —

Е

1 — а

2 • Еи

Ркг

(*) \оь кг (* )—°ЬМ (*1)]

(12)

Так как разность напряжений Оь кг (*) и Оь (*1) есть полное изменений напряжений ползучести Оь кг (Рисунок 2), то при окончании плавно-переменного изменения напряжений Оь кг (т)

затухание деформаций ползучести (12) его конечное выражение можно представить в виде

(13)

где т = 1 + 0 ,5 • (1 + а) • р1ш>

кг

к @ь,кг

^ ги | \ V т <Уь,кг,к \

сУь,кг(К) 1 1 1 Г

и /

Рис. 2. Напряжения в бетонной плите проезжей части сталежелезобетонного сечения в процессе их плавно-сменного изменения в процессе ползучести бетона

Рассмотрим сталежелезобетонное сечение с параметрами, показанными на рисунке 3а. Его напряжённое состояние, которого от второй части постоянной нагрузки охарактеризуем эпюрой нормальных напряжений (Рисунок 3б).

В соответствии с приведенной эпюры имеем:

Мь=—0,5• (оЬ1 +оЬ2 )• Аь и

МЬ = (оЬ1 —0Ь2 ) • 1ь1 (гЬ1 — 2Ь2 ) .

Отметим, что эти два внутренних силовых фактора (Мь и Мь ) являются первоисточником проявления ползучести бетона и именно от них возникают дополнительные напряжения в сталежелезобетонном сечении (Рисунок 2в).

Учитывая условия равновесия дополнительных внутренних горизонтальных усилий и изгибающих моментов, равенств условных деформаций стальной балки и железобетонной плиты на уровне её центра тяжести, а также их дополнительных кривизн, составим систему уравнений:

МЬ,кг — М*,кг = 0;

МЬ,кг • к1 + М*,кг — МЬ,кг = 0;

— кг • к2 — М*,кг •к3 = к4 + МЬ,кг •к5; М*,кг • к6 = —к7 —МЬ,кг• к8 •

(14)

где: к1 = ч *; к2 = 1(Е*-А*);

к3 = 2Ь,*/(Е*-Ь ); к4 =(МЬ/(ЕЬ'АЬ )) -РитЛг '•

к5 = (11 (ЕЬ ■Аь))•т; кб =1 (е*-Ь);

к7 = (1/(ЕЬ 'И ))'РЧт.кг ; к8 = (Ч(ЕЬ 'И ^ т .

Кроме указанных в (14) обозначений введём дополнительные:

к9 = к1/(1+к81 кб); к10 = к7 / (кб ■ (1 + к8 ! кб )) .

В соответствии с основными и дополнительными обозначениями из (14) имеем:

МЬ,кг = (к4 — к10 ' к3 )1(к1 ' к3 — к2 — к9 " к3 — к5 ) кг = МЬ,кг ;

МЬ,кг = МЬ,кг • к9 — к10 ;

М*,кг = (- к71кб ) — (МЬ,кг ■ к8/кб ).

Ь

Рис. 3. Изменение напряженного состояния сталежелезобетонного сечения от ползучести бетона

Библиографический список

1. Лившиц Я.Д. расчёт железобетонных конструкций с учётом влияния усадки и ползучести бетона. Киев: Вища школа. 1971. -229 с.

ALLOWANCE OF THE EFFECT OF LONG-ACTING DEFAMATION PROCESSES OF CONCRETE ON THE STATE OF STRESS IN COMPOSITE SIMPLE BEAMS OF BRIDGE SPANS

P.P. Efimov

The present brainwork describes a method for analysis of changes in stressed state of composite steel reinforced concrete section due to concrete creep

taking into account the bending stiffness of concrete deck/ the method is based on modified concrete aging theory.

Ефимов Павел Петрович - доктор технических наук, профессор кафедры “Мосты” Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основные направления научной деятельности - исследование фактической работы эксплуатируемых пролётных строения мостов; управление динамическим процессом динамического воздействия движущегося транспорта на мосты. Общее количество опубликованных работ: 100.

УДК 624.04

ДИНАМИКА ВАНТОВОГО МОСТА ПОСЛЕ ОБРЫВА ВАНТЫ

Г.М. Кадисов, В.В. Чернышов

Аннотация. Рассматривается задача о колебаниях вантового моста после обрыва одной наиболее нагруженной ванты. Предлагается использовать: смешанный метод с применением модели складки для сравнения результатов по методу конечноэлементного моделирования.

Ключевые слова: вантовый мост, складка, смешанный метод, собственные формы.

Введение

Рассматривается задача об оценке напряженно-деформированного состояния при колебаниях вантового моста после обрыва одной наиболее нагруженной ванты. Причина обрыва несущего элемента не обсуждается, считая, что ванта обрывается мгновенно. Для решения этой задачи предлагается использовать два метода: смешанный

метод с применением модели складки, предложенной Александровым А.В., и метод конечноэлементного моделирования.

Применение модели складки Модель складки, предложенная Александровым А.В. [1] для расчета тонкостенных призматических систем с использованием метода перемещений, ординарных тригонометрических рядов и точ-