Delist.ru

Особенности работы узлов развлетвений и ответлений криволинейных плитных железобетонных эстакад в условиях Вьетнама (17.09.2010)

Автор: Фам Ван Тхоан

     Рис.1. Сложные конструкции разветвления и ответвления пролётных строений  эстакад(а) и принимаемые модели из пространственно-стержневых элементов(б); u1, u2, v1, v2, W1,W2, (x1,(x2, (y1, (y2, (z1, (z2 – перемещения элемента в узле 1 и в узле 2

а)                                          б)                                    в)

Рис.2. Конструкция разветвления пролётных строений (а) и принимаемая модель из пространственно-блочных элементов: тетраэдрический элемент с четырмью узлами(б); шестигранный элемент с восьмью узлами(в).

элементы с восьмью узлами (рис.2,в). Такие модели использование при определении напряжённого состояния зон разделения пролётных строений.

      Кроме того, в этой главе приведено  сравнение основных положений норм Вьетнама и России  и показано, что результаты проводимых исследований с разработкой практических рекомендаций  могут быть использованы для проектирования как для условий Вьетнама, так и России.

       В отличие от норм России (СНиП 2.05.03-84*) по 22TCN 272-05 рассматривают четыре предельных состояния, а именно: по эксплуатации, характеризующееся ограничениями по напряжениям, деформациям и ширине раскрытия состояния трещин; по выносливости, характеризующееся ограничениями по амплитуде напряжений под подвижными нагрузками; по прочности, принимаемое как гарантия прочности и устойчивости; экстремальное предельное состояние, соответствующее случаям непреодолимой силы.

     В главе 3 представлена разработанная автором программа расчёта и проектирования узлов разветвления железобетонных плитных эстакад и также приведен алгоритм подбора и расположения количества арматуры в этих местах.

      Основная  расчётная модель представляет собой конечно-элементную пространственную систему(стержневые элементы, рис.1,б и шестигранные элементы с восемью узлами, рис.2,в), заменяющую плитное пролётное строение. В качестве обобщённой конструктивной формы криволинейной железобетонной эстакады с разветвлением и ответвлением  принята  неразрезная балка  с пролётами L1, L2, L3(рис.3). Железобетонная  балка  принята с поперечным сечением и расположением арматуры, обобщенная схема которого приведена на рис.3. В поперечном сечении имеются пустоты. При этом через N1, N2, N3 обозначены ветви эстакады. Опоры 1, 2, 3 имеют неподвижные закрепления, а опора Р – подвижное. Далее обозначены: R2, R3 – радиусы кривизны ветвей N2 и N3; B – ширина обобщённой плиты;  h – обобщённая высота пролётного строения; h1– толщина консоли на конце свеса,  h2 – приращение толщины консоли, kp – расстояние между центрами тяжести предварительной напряжённой арматуры;  b1, b2  – соответственно половина ширины сечения понизу и проекция вута; L1, L2, L3 – длины ветвей

вдоль продольной оси эстакады; EJ1, EJ2, EJ3 – жёсткости  ветвей (рис.3).

      В этой главе представлена математическая формулировка задачи расчёта и  проектирования  зоны разветвления по нормам Вьетнама. В настоящее время вьетнамские инженеры широко используют программу MIDAS/Civil. Прежде чем приступать к использованию принятой программы для решения задач расчёта зон разветвлений криволинейных железобетонных эстакад,  необходимо было убедиться в том, что разработанный расчётный модуль программы даёт правильные результаты.

?l?0???#?

?l?0???#?

?l?0???#?

C: моделируемые мостовые конструкции могут иметь неограниченное количество конечных (стержневых и блочных) элементов; типовые мостовые конструкции могут иметь разные размеры сечений и изготовлены из разных материалов: на мостовые конструкции допускаются нагрузки различных типов; нет ограничений относительно системы моста и периода монтажа; программа выполняет расчёты по нормам многих стран; программа позволяет определять перемещения, усилия в сечениях и напряжения на различных точках, но  не позволяет решать проектные задачи (рис.4 и 6,а).

          Из-за имеющихся ограниченных  возможностей MIDAS/Civil для решения задач проектирования потребовалось в рамках реализации задач диссертации создать программу проектирования зон разделения Мади – VN – №1, которая представляется весьма эффективной для вьетнамских инженеров. В разработанной программе Мади – VN – №1 есть 60 модулей с 150 страницами письменных кодов. Программа написана на языке Матлаб. Каждый модуль – это диалоговый экран для сообщения результатов и конкретной информации. Достоинство программы Мади – VN – №1 состоит в быстроте, удобстве пользования и эффективности эксплуатации. Результаты проектирования по данной программе обеспечивают выполнение всех требований норм Вьетнама 22TCN 272 – 05(рис.5, 6,б и 7).

      Сочетание программ MIDAS/Civil и Мади – VN – №1  позволяет достоверно быстро и эффективно осуществлять проверку сечений и подбор арматуры разветвляющихся пролётных строений эстакад(рис.4 -7).

В главе 4 проведёны результаты теоретических исследований особенностей работы узлов разветвлений и ответвлений криволинейных эстакад со столбчатыми опорами.

     Рис.3.Система координат, обобщённая расчётная схема(а), участки разветвления (б), сечения пролётного строения в зоне разветвления(в) и расположение пучков напрягаемой арматуры в поперечном сечении(г)

Рассмотрена работа разветвляющихся эстакад  с плитными железобетонными пролётными строениями по характерной схеме с симметричным криволинейным разветвлением по двум направлениям. Расчётные модели представляют собой систему конечно - стержневых элементов для определения усилий и конечно - блочную элементную пространственную систему для получения напряжений (рис.3). При этом эстакада основного направления имеет два пролёта по 25 м, а двухпролетные ветви - по 20 м. Ширина основной эстакады принята равной 16 м, а ветвей – 8 м, заменяющее исходное плитное пролётное строение с шириной в зоне узла разветвления  по верху В = 16 м, по низу фибры Вd = 12м и с длиной в зоне узла разветвления вдоль продольной оси эстакады L = 6 м. Пустоты пролётных строений при их круглой форме имеют диаметр  0,95 м. Продольный уклон ветвей принят равным 6%. Радиусы кривизны ветвей для большинства рассмотренных случаев приняты равными 60м. Пролётное строение неразрезной системы имеет одностолбчатые опоры диаметром 1 м.

Рис.4. Блок - схема программы расчёта и проектирования узлов разветвлений и ответвлений криволинейных эстакад

Рис.5. Блок- схема программы Мади – VN – №1

  а)                                                                   б)

Рис.6. Главный экран программы Midas/Civil (а) и разработанной программы Мади – VN – №1(б)

с расстоянием между их центрами р = 8,0 м(при двухстолбчатых опорах). Механические характеристики материала пролётных строений по нормам Вьетнама соответствуют железобетону класса С - 400 с модулем упругости 

Е = 25126 х 107 кН/м2 и коэффициентом Пуассона ? = 0,2. Интенсивность нагрузки от собственного веса пролётного строения была принята равной

23,56 кН/м3. Для получения значений усилий и напряжений в качестве временной подвижной нагрузки в соответствии с нормами Вьетнама 22TCN 272 - 05 был  принят трёхосный грузовик HL - 93 с давлением на каждую ось

P = 145 кН и расстоянием между рядами колес в поперечном направлении 1,8 м и 4,3 - 9,0 м по длине пролётного строения вместе с распределенной нагрузкой интенсивностью q3 = 9,3 кН/м(рис.8,а), а также двухосный с давлением на каждую ось по 110 кН с той же равномерно распределенной нагрузкой (рис.8,б). Тротуары на рис.2 не показаны(рис.8,в).

   Пролётные строения по нормам Вьетнама необходимо рассчитать на следующие сочетания нагрузок:собственный вес конструкции,перепад темпе-р атур (200C), нагрузка от покрытия проезжей части и тротуаров, временная подвижная нагрузка.

     Пролётные строения представлены совокупностью стержневых конечных элементов. Интенсивность равномерно - распределенной нагрузки от веса тротуаров  ветвей принята равной - q1 = 13,5 кН/м (если B =16,0 м), q1 = 6,75 кН/м (если B = 8,0 м) и q1 = 3,375 кН/м (если B = 4,0 м) - покрытия на эстакаде основного хода q2 = 2,925 кН/м (если B =16,0 м), ветвей  q2 =  1,365 кН/м (если B = 8,0 м) и q2 =  0,682 кН/м (если B = 4,0 м). Определяемые усилия  состоят  из  6 компонентов: крутящий момент Mх, изгибающие моменты My, Mz, срезывающие силы Qz, Qy и продольная сила Nx (рис.9,а).

       Схема эстакады рассматривалась в трёх вариантах:  над узлом Р пролётное строение проходит непрерывно (вариант 1), имеет деформационный шов (вариант 2) и деформационный шов на ветвях (вариа-

-нт 3)(рис.3,a).  Устройство  деформационных швов  в зоне разветвления эстакад вносит усложнение в напряженное  состояние этой зоны, и поэтому обеспечение непрерывности разветвляющихся пролётных  строений представляется предпочтительным(рис.9,б).

Рис.7. Модули  программы Мади – VN – №1

   а,                                                                          б,

             35кН      145кН          145кН                                    110кН  110кН

в)                                                                     

Рис.8. Виды подвижных нагрузок в нормах 22TCN 272-05: а – трёхосная нагрузка; б – двухосная нагрузка; в - расположение временных подвижных  нагрузок в поперечных сечениях пролётных строений

     а)                                                 б)

Рис.9. Учитываемые компоненты усилий в системе(а) и огибающие эпюры изгибающих моментов относительно оси y (My)(б)

     Расчётная модель представляет собой конечно - блочную элементную пространственную систему (7500 шестигранных элементов с восемью узлами и размером каждого элемента 0,25х0,25х0,25м) Интенсивность равномерно - распределённой нагрузки от веса тротуаров  ветвей q1 = 13,5 кН/м2 и покрытия q2 =  0,195 кН/м2. Полученные напряжения  состоят  из 9 компонентов: трёх по нормальным напряжениям вдоль продольных осей x,y,z – бx, бy, бz; трёх  касательных напряжений – ?xy, ?yz, ?xz  и трёх  напряжений по  главным осям – б1, б2, б3 (рис.10,в).

         Как показали расчеты, зона разделения пролётных строений, характерная для разветвляющихся железобетонных эстакад, отличается высоким уровнем нормальных и касательных напряжений, особенно в месте расположения столбчатых опор. Над столбами опор в зоне разветвления возникают большие по абсолютной величине местные нормальные и главные напряжения, резко убывающие к краям пролётных строений и к середине участка между столбами. Можно указать наиболее невыгодное расположе-

загрузка...