И.Л. Порошин — инженер кафедры «Мостов, тоннелей и строительных конструкций» МАДГТУ(МАДИ)
Оценка реального динамического воздействия временной нагрузки производится путем проведения динамических и статических испытаний в рамках приемочной диагностики и сопоставлении теоретического и фактического значения динамического коэффициента.
Определение теоретического значения динамического коэффициента от испытательной нагрузки – достаточно сложная задача, решение которой требует больших трудозатрат. В связи с этим при решении подобных задач становится актуальным применение специализированных расчетных комплексов, базирующихся на методе конечных элементов.
В статье приведены основные результаты применения расчетного комплекса SOFiSTiK для оценки динамического воздействия подвижной нагрузки на сталежелезобетонное пролетное строение автодорожного путепровода.
В качестве объекта для оценки возможности применения расчетного комплекса SOFiSTiK был выбран путепровод через автодорогу М-10 «Россия» (рис. 1).
Продольная схема сооружения (23,4+47,0+33,0+20,4) м.
Полная длина путепровода составляет 132,46 м. Габарит по ширине – Г-2х11,0.
Неразрезное сталежелезобетонное пролетное строение сооружения в поперечном сечении состоит из 3-х балок двутаврового сечения, объединенных между собой поперечными ветровыми связями. Металлоконструкции выполнены из стали марки 14ХГНДЦ. Блоки главных балок объедены в продольном направлении при помощи сварных соединений. Сварные соединения выполнены в соответствии с СТО АВТОДОР 2.19-2015 «Стальные конструкции мостовых сооружений. Технология сварки пролетных строений из атмосферостойкой стали 14ХГНДЦ». Объединения главных балок и ветровых связей выполнены при помощи фрикционных соединений.
Высота балок – 1,98 м, расстояние между ними в осях – 4,1 м.
Балки объединены поверху плитой проезжей части, выполненной из сталефибробетона с добавлением полимерной фибры.
Система антикоррозионной защиты отсутствует, что обусловлено применением атмосферостойкой стали 14ХГНДЦ.
Рис. 1. Общий вид левого путепровода от опоры 3
Датчик, регистрировавший колебания (перемещения), был установлен на нижнем поясе балки Б2 в середине третьего пролета. Во время заездов показания датчика записывались в память регистратора с частотой 100 Гц. После заезда данные измерений считывались по радиоканалу в ноутбук для последующей обработки.
На рис. 4а показана диаграмма перемещений (виброграмма), полученная в середине третьего пролета после проезда автомобиля на скорости 20 км/ч с прыжком через порожек. Для данного случая был зафиксирован наибольший динамический коэффициент 1+μ=1,15.
Расчетный комплекс SOFiSTiK имеет несколько интерфейсов к графической среде, используемых для создания расчетной модели. Создание конечно-элементной расчетной модели возможно при помощи Autodesk Revit, а в случае уникальных по архитектурной форме мостов используется формат Rhino.
Создание расчетной модели в данном исследовании осуществлялось при помощи графического препроцессора на базе AutoCAD – SOFiPlus. Препроцессор позволил быстро сформировать расчетную модель по имеющимся рабочим чертежам формата dwg. Для расчета были приняты три расчетные схемы: стержневая, пластинчато-стержневая, пластинчатая. Общий вид пластинчатой расчетной модели приведен на рис. 2. Расчет выполнялся для одной ветви сооружения.
- Стержневая модель. Пролетное строение смоделировано тремя главными балками, объединенными в совместную работу поперечными связями-балками. Применяются элементы типа BEAM. Железобетонная плита выполнена также из стержневых элементов (BEAM).
- Пластинчато-стержневая модель. Отличие от стержневой модели в том, что железобетонная плита выполнена из пластинчатых элементов QUAD.
- Пластинчатая модель. Главные балки и плита выполнены из пластинчатых элементов QUAD, поперечные связи-балки выполнены из стержневых элементов BEAM.
Рис. 2. Фрагмент расчетной модели
Рис. 3. а) Испытательная нагрузка Volvo FMX 6х4 общей массой 33 т. б) Модель тележки для динамического анализа моделей: 1 – контактный узел; 2 – пружинный элемент (SPRI); 3 – жесткая часть тележки
В таблице 1 представлены теоретические и полученные по результатам испытаний значения динамических прогибов и динамического коэффициента.
Таблица 1. Результаты расчета
Результаты расчетов в ПК SOFiSTiK | Измеренные в ходе испытаний | |||
---|---|---|---|---|
Стержневая | Пластинчато-стержневая | Пластинчатая | d | |
a | b | c | ||
Динамический прогиб, [мм] | 2,64 | 2,56 | 2,55 | 2,4 |
Динамический коэффициент | 1,217 | 1,369 | 1,342 | 1,15 |
Конструктивный коэффициент по динам. прогибу | d/a 0,91 |
d/b 0,94 |
d/c 0,94 |
- |
Время расчета, с | 140 | 345 | 1254 |
По результатам расчета модуля DYNA при помощи модуля DYNR в автоматическом режиме была построена теоретическая виброграмма для точки, в которой проводились замеры во время испытания (рис. 4б).
Рис. 4. а) Виброграмма в точке измерения во время проезда автомобиля
на скорости 20 км/ч с прыжком через порожек
б) Виброграмма в точке измерения полученная по расчету при
скорости тележки 20 км/ч с прыжком через порожек.
- Сопоставление результатов расчётов с результатами испытаний показало хорошую сходимость для всех 3-х расчетных моделей.
- Анализ полученных результатов показал, что для экономии времени для подобных конструкций пролетных строений целесообразнее использовать стержневую расчетную модель.