Моделирование автодорожного железобетонного пролетного строения
Моделирование разрезного железобетонного пролетного строения рассмотрим на примере пролетного строения, выполненного из 11 железобетонных балок по типовому проекту серии 3.503.1-73 полной длиной 18,0 м. Компоновка поперечного сечения пролетного строения представлена на рисунке 1. Поперечные сечения главных балок показано на рисунке 2
Одним из самых распространённых методов моделирования ребристых пролетных строений автодорожных железобетонных мостов является метод балочного ростверка, в котором пролетное строение рассматривается как система перекрещивающихся продольных и поперечных балок. Конечные элементы главных (продольных) балок моделируют работу пролетного строения по его длине. Поперечные балки в данном случае являются условными. Они моделируют распределяющее действие плиты проезжей части. Размеры таких элементов принимаются по высоте равными толщине плиты, а по ширине – расстоянию между узлами разбивки главных балок на конечные элементы. Армирование балок при назначении жесткости элементов допускается не учитывать.
ПК ПАРИС поддерживает параметрический ввод типовых балок пролетных строений автодорожных пролетных строений, выполненных из обычного или преднапряженного железобетона. Перейдем на вкладку «Свойства» - «Простое сечение». Выберем категорию сечения «Бетон», тип сечения «Ж/б тавровая балка». Выберите удобные для ввода единицы измерения. Форма ввода исходных параметров сечений главных балок представлены на рисунках 3 и 4. Численные значения параметров приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры главных балок
| Параметр | Средняя главная балка | Крайняя главная балка левая (правая) |
|---|---|---|
| название | Главная балка 1 | Главная балка 2 (Главная балка 3) |
| ширина верхней полки B1, мм | 1660 | 1660 |
| высота H, мм | 1050 | 1050 |
| толщина стенки TW, мм | 160 | 160 |
| толщина полки TF1, мм | 150 | 150 |
| уширение стенки TW', мм | 240 | 240 |
| уширение полки TF1', мм | 150 | 150 |
| левая консоль K1, мм | 0 | 470 (0) |
| правая консоль K2, мм | 0 | 0 (470) |
| радиус R1, мм | 200 | 200 |
| смещение | "Верх-центр" | "Верх-центр" |
При невозможности описать балку стандартными средствами, доступна загрузка произвольного сечения, сохраненного в формате *.dxf и изображенного с помощью полилинии. Для этого перейдем на вкладку «Свойства» - «Произвольное сечение». Выберите единицы измерения аналогичные тем, что были использованы при отрисовки сечения в программе Autocad (NanoCad). Активируйте команду «Импорт» нажатием соответствующей клавиши и укажите путь загрузки файла. После загрузки сечения ПК ПАРИС автоматически рассчитает все необходимые геометрические характеристики (рисунок 5).
Перейдем на вкладку «Свойства» - «Новый материал». Выберем тип «Бетон», типовой материал – В25 для главных балок (рисунок 6). Для поперечных балок необходимо также принять бетон класса В25, удельный вес (γ) которого равен 0. Это необходимо для того, чтобы при автоматическом расчете собственного веса балок, вес плиты не был учтен дважды. В случае, если собственный вес задается пользователем в качестве равномерно распределенной нагрузки на балочный или плитный элементы, нет необходимости в введении дополнительного материала.
Достаточную точность расчетов можно обеспечить, разбивая изгибаемые балки не менее чем на 10 конечных элементов вдоль пролета. Расчетный пролет 17,4 м разобьем по схеме 10х1,74 м. Тогда сечение поперечных балок будет прямоугольное сечением 1,74 х 0,15 м. В поперечном направлении достаточно располагать узлы конечно-элементной сетки на главных балках и в середине пролета поперечной балки. На концах свесов крайних балок также необходимо создать узлы для возможности далле задавать статические и подвижные нагрузки на данном участке.
Узлы модели следует располагать: в точках, где должны быть получены результаты расчета; в местах приложения нагрузок, в местах изменения жесткости или свойств материала, а также на границах конструкции.
При расчете на поперечную силу возможны два варианта назначения створа:
• положение створа в зоне установки опоры (Y = 0). При этом величина поперечной силы будет равна опорной реакции в данном узле по направлению оси Z;
• положение створа на некотором удалении от опорного узла (Y > 0). Согласно требованиям нормативных документов (СП 35.13330.2011 п. 7.79) невыгоднейшее наклонное сечение может начинаться на участке длиной 2h0, где h0 – рабочая высота сечения главной балки, и проходить под углом 30⁰-60⁰. Для получения корректных результатов усилий в таких створах рекомендуется располагать дополнительные узлы в главных балках на расстоянии 1/100 расстояния между смежными узлами в направлении ближайшего опорного узла. Создавать поперечные балки в этих узлах не требуется.
При расчете на поперечную силу конструкций с косиной α ≥ 10° рекомендуется принимать значение створа Y = 0.
Правильность создания модели проверяем, включив отображение сечений «в теле» (рисунок 7). Как показано на рисунке поперечные балки на концах пролетного строения выходят за его пределы. Для подобных конструкций это допустимо, т.к. возникающая погрешность невелика, а построения и анализ результатов расчета упрощаются. При необходимости поперечные балки на концевых участках можно задать размер сечения поперечных балок 1,74/2 х 0,15.
Граничные условия принимают типа «опоры». Закрепление модели необходимо выполнять согласно фактической работе опорных частей. При установке РОЧ от перемещений вдоль оси пролетного строения (оси Y) достаточно закрепить один узел, а от перемещений поперек (оси X) – по одному узлу на концах средней (или ближайшей к оси пролетного строения) главной балки. Перемещения по вертикали закрепляются во всех узлах на опорах, все углы поворота могут быть свободны.
