Применение расчетного комплекса SOFiSTiK для оценки динамического воздействия от подвижной нагрузки на автодорожные мосты

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.

1. 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).
2. Пластинчато-стержневая модель. Отличие от стержневой модели в том, что железобетонная плита выполнена из пластинчатых элементов QUAD.
3. 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

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.

1. Сопоставление результатов расчётов с результатами испытаний показало хорошую сходимость для всех 3-х расчетных моделей.
2. Анализ полученных результатов показал, что для экономии времени для подобных конструкций пролетных строений целесообразнее использовать стержневую расчетную модель.