Также был построен график "прогибы-нагрузка" имеющий характерные скачки прогибов в моменты образования трещин (рис. 7). Также следует отметить, что максимальное отклонение по раскрытию трещин от экспериментального составило 9,3% в сторону завышения, по разрушающей нагрузке порядка 2% в сторону занижения, а по моменту образования первых трещин от 8 до 10 % в сторону занижения.

Рис. 7. Кривая "прогибы - нагрузка" (для наглядности показаны значения нагрузки в диапазоне от 0% до 20%)

В четвертой главе содержится описание применения разработанной методики расчёта железобетона для определения причин возникновения наклонных трещин в сжатой зоне железобетонного ригеля автодорожного путепровода находящегося в стадии эксплуатации, а также определения его НДС для установления необходимости усиления по заданию ООО «ППП»Абсида».

Для определения причин возникновения трещин в сжатой зоне ригеля была создана КЭ модель, в которой сначала не были учтены температурный перепад и усадка. Надо сказать, что в этом случае картина трещинообразования отличалась от наблюдаемой при обследовании. После учета в расчетах усадки и температурного перепада была получена картина трещинообразования, хорошо совпавшая с картиной трещинообразования выявленной при обследовании (рис. 8). На основании этого был сделан вывод о том, что причиной образования наклонных трещин в сжатой зоне послужила совокупность факторов, а именно: нарушение технологии бетонирования, усадка, переармированные отгибами поперечные сечения ригеля и приложенная нагрузка.

Схема трещинообразования, полученная при обследовании ригеля

Полученная картина трещинообразования после учета усадки и температурного перепада

Рис. 8. Экспериментальная и расчётная картина трещинообразования

В дальнейшем было исследовано НДС данного ригеля с детальным учетом уже приобретённых дефектов, для чего была создана другая КЭ сетка с введёнными повреждениями, обнаруженными при обследовании. Задачей этого расчёта было определить возможность роста трещин от воздействия расчётной нагрузки и определить коэффициент запаса по напряжениям для принятия решения о усилении ригеля. Проведённый расчёт показал, что от прохода расчётной нагрузки будет происходить дальнейший рост трещин, как наклонных, расположенных в сжатой зоне, так и нормальных в растянутой зане ригеля, что в свою очередь приведёт к опасности разрушения бетона сжатой зоны. На основании этих данных было рекомендовано произвести усиление данного ригеля, при помощи железобетонной монолитной капители, рассчитанной по разработанной методике с учетом стадийности проведения реконструкции. Полученные расчётные данные говорят о том, что такой способ усиления привел к разгрузке опасных зон и повышению коэффициентов запаса по сжимающим напряжениям в бетоне (рис. 9).

Рис. 9. Главные сжимающие напряжения (МПа) в усиленном ригеле.

Заключение

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации, полученные соискателем, заключаются в следующем:

проведен анализ существующих методов расчета и результатов испытаний железобетонных конструкций с учетом нелинейного деформирования бетона и арматуры, трещинообразования бетона;

на основе расчётного комплекса MSC.Marc разработана новая, комбинированная модель железобетона, основанная на совместном использовании такого инструментария, как: интерфейсные элементы, разработанная программа по автоматическому добавлению интерфейсных элементов в модель, модель HYPOELASTIC и решение задач физического контакта;

новая модель позволяет производить: расчёт железобетона как сложной композитной конструкции; оценку НДС железобетона в области арматурного стержня с привлечением инструментов теории пластичности и решения задач физического контакта; моделирование процесса проскальзывания арматуры исходя из реального НДС и описания реальных физических механизмов влияющих на проскальзывание;

картина трещинообразования и характер её развития получается на основе рассмотрения реального объемного НДС с привлечением методов механики разрушения; длина и ширина раскрытия трещины определяется на основе анализа реального объемного НДС и констант механики разрушения. При этом используются основные константы модели Гриффитса;

НДС железобетонного элемента определяется с учетом изменения его расчётной схемы после образования трещин, проскальзывания арматуры, нелинейности сжатого и растянутого бетона с разными пределами прочности на сжатие и растяжение; получение расстояния между трещинами численными методами;

комбинированная модель железобетона получила подтверждение по достоверности получаемых по ней результатов по напряжениям, деформациям, картине трещинообразования и величине раскрытия трещин;

разработанная методика применялась для расчёта реального железобетонного ригеля мостового перехода. На основании проведённых расчётов была определена причина возникновения наклонных трещин в сжатой зоне ригеля, а также НДС ригеля, спрогнозировано его дальнейшее поведение, а также предложен и рассчитан вариант реконструкции этого ригеля;

созданная методика расчёта может быть рекомендована для расчёта сложных пространственных железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости, деформативности, а так же использована при поверочных расчётах во время эксплуатации и проектирования.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3 научных статьях:

Клейн В.Г., Колтаков П.В. Моделирование процесса образования дефектов в железобетонных балках с использованием МКЭ / Вестник МАДИ (ГТУ). - Вып. 2(17). - 2009. - С. 86-89.

Клейн В.Г., Колтаков П.В. Метод конечных элементов при расчётах железобетонных конструкций с учётом дефектов / Транспортное строительство, №10. - М., 2009. – С. 26-28.

Клейн В.Г., Колтаков П.В. Расчёт железобетонных конструкций с учётом дефектов методом конечных элементов / Строительные конструкции зданий и сооружений дорожного сервиса: сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). – 2009. – С. 51-61.