Моделирование автодорожного железобетонного плитного пролетного строения

Моделируемое пролетное строение представляет собой десять пустотных плит полной длиной 15,0 м, запроектированных по типовому проекту Серии 3.503.1-108, инв. №42010-М. Компоновка поперечного сечения пролетного строения представлена на рисунке 1. Поперечное сечение главных балок показано на рисунке 2.

Одним из самых распространённых методов моделирования 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, а в рассматриваемом пролетном строении – пустотелых плит, моделируют работу пролетного строения по его длине. Поперечные балки в данном случае являются условными. Они моделируют работу пролетного строения в поперечном направлении, обеспечивая совместную работу всех плит. Размеры таких элементов принимаются по высоте равными толщине плит, а по ширине – расстоянию между узлами разбивки главных балок на конечные элементы. Косвенное армирование балок при назначении жесткости элементов допускается не учитывать. А преднапряженную арматуру задают с помощью специального модуля.

Перейдем на вкладку «Свойства» - «Новый материал». Выберем тип «Бетон», типовой материал – В35 для плит (рисунок 3). Для шпонок объединения необходимо также принять бетон класса В35, удельный вес (γ) которого равен 0. Это необходимо для того, чтобы при автоматическом расчете собственного веса, вес пролетного строения не был учтен дважды. Для продольной преднапряженной арматуры зададим типовой материал арматурной стали «К7».

ПАРИС поддерживает параметрический ввод типовых балок пролетных строений, выполненных из обычного или преднапряженного железобетона. Перейдем на вкладку «Свойства» - «Простое сечение». Выберем категорию сечения «Бетон», тип сечения «Плитная пустотелая балка». Выберем удобные для ввода единицы измерения. Форма ввода исходных параметров сечений балки представлена на рисунке 4. Численные значения параметров приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Параметры главной балки

Перейдем на вкладку ленты «Модель» - «Балочное ПС». Выберем тип ПС – «ПС на прямой», угол ориентации φ = 0 градусов (продольная ось моделируемого пролетного строения совпадает с глобальной осью Х) и укажем необходимость отображения дополнительных вкладок мастера: «Поперечное объединение» и «Нагрузки».

Далее зададим параметры первой балки (рисунок 5):

1. Материал – «В35» с реальным объемным весом.

2. Количество секций балки – 3. Каждая секция имеет собственное сечение, длину, величину разбивки и граничные условия по концам. В данном примере 3 секции необходимы, чтобы обозначить оси опирания балки. Сечения всех секций одинаковые. Длина первой и последней секции – 300 мм, средней – 14400 мм. (расчетный пролет балки - 14,4 м, полная длина балки – 15,0 м). Необходимость в дополнительной разбивке крайних секций отсутствует, а среднюю разобьем на 10 частей и установим опорные закрепления в начале и конце.

Далее копированием строки с первой балкой соответствующей командой (знак «+» над таблицей балок) установим оставшиеся девять балок, задавая необходимый отступ ΔY от предыдущей балки (ΔY = 1285 мм для второй и девятой балок, ΔY   = 1000 мм для остальных). Полученная схема показана на рисунке 6.

Для визуального контроля корректности расстановки опорных закреплений и числа делений каждой секции балки необходимо переключить «Базовый вид» на вид «Сверху» (рисунок 7).

Далее перейдем на вкладку «Поперечное объединение», выберем Тип объединения – «По шпонкам», и зададим параметры объединения. Материал «В35 без веса» созданный ранее. Высота шпонок принимается равной высоте сечения плитной балки 630 мм. Согласно рисунку 1 свесы консолей составляют 485 мм. Итоговая ширина пролетного строения (B) с учетом шага балок составила 10540 мм, что соответствует исходным данным. Схема разбивки плиты на элементы и заданные параметры показаны на рисунке 8.

Мастер конструкций «Балочное ПС» также позволяет задать постоянные нагрузки, действующие на пролетное строение. Для этого, не закрывая окно Мастера, перейдем на вкладку ленты «Нагрузки» и, нажав на кнопку «Вариант загружения» в группе Статические нагрузки, создадим следующие варианты: Ограждения безопасности, Перила, Выравнивающий слой, Гидроизоляция, Цементобетонное покрытие.

Вернемся в Мастер конструкций. В дополнительном окне «Нагрузки» в левой таблице зададим линейные нагрузки, привязка которых осуществляется к осям конкретных балок. Для Ограждений безопасности и Перил укажем параметры: вариант загружения, интенсивность и смещение от оси балки. В правой таблице задаются распределенные по площади нагрузки от Выравнивающего слоя, Гидроизоляции и Цементобетонного покрытия, характеризующиеся параметрами: вариант загружения, удельный вес и толщина. После заполнения таблицы площадных нагрузок активируем их кнопкой «Добавить» для автоматизированного распределения нагрузок на все балки пролетного строения. Полученные нагрузки отобразятся в общей таблице слева. Значения постоянных нагрузок представлены в Таблице 2. Окно задания постоянных нагрузок в окне Мастера конструкций на рисунке 9.

Таблица 2 — Постоянные нагрузки 

Модель будет создана при активации команды «Применить». При необходимости сохранить или открыть исходный файл конструкции следует активировать соответствующие команды внизу активного окна Мастера конструкций. Это позволяет хранить типовые или часто используемые схемы пролетных строений. При этом сохраняются не только общие параметры, но и используемые сечения, материалы и нагрузки.

Оценить правильность создания модели можно, включив отображение сечений «в теле» (рисунок 10). Так как объединение плитных балок шпоночное, программой добавлены шарниры для более корректного учета пространственной работы конструкции.

Автоматически созданные граничные условия представляют собой тип «опора» в узлах, которые смещены через двухузловую жесткую связь против направления глобальной оси Z на расстояние между низом сечения балки и заданной точкой смещения сечения (в данном примере при задании сечения балки выбрано смещение «Верх-центр»). Созданное закрепление условное, его необходимо корректировать в соответствии с фактической работой опорных частей.

После создания модели снова перейдем на вкладку Нагрузки, выделим все пролетное строение и зададим нагрузку Собственный вес. Так как поперечные элементы шпонок имеют материал без удельного веса, вес этих элементов учитываться не будет.

Далее зададим армирование плит: арматура преднапряжённая, представлена прямолинейными канатами К7 диаметром 15 мм. Расположение пучков изображено на рисунке 2. В соответствии с ним для каждой балки требуется задать три группы продольной арматуры.

Для задания арматуры перейдем во вкладку ленты «Свойства» и в блоке «Армирование» выберем «Продольное армирование». Параметры задания трех групп арматуры для одной балки представлены в таблице 3. Окно задания одной группы арматуры представлено на рисунке 11. Армирование всех остальных плит производим аналогично.

Таблица 3 — Параметры задания продольной арматуры в балке

Перейдем к заданию подвижных нагрузок. Во вкладке ленты «Нагрузки» в блоке «Подвижные нагрузки» создадим транспортные средства: воспользуемся возможностью использования стандартных транспортных средств А14, Н14 и Пешеходы. В окне задания транспортного средства определим Название, Тип средств и Класс нагрузки. Окна создания транспортных средств представлены на рисунке 12.

Далее зададим поверхность движения для созданных транспортных средств, выбрав соответствующую кнопку в блоке «Подвижные нагрузки». Определим следующие параметры: Название – «Проезжая часть»; Ширина – 8 м; Смещение от оси балки – 0,5 м; Ширина полос безопасности – 1 м; Группа -   выбираем Поперечные балки пролетного строения; далее выбираем крайние узлы балки №6. Проверяем положение проезжей части и нажимаем кнопку «Применить». Аналогично создаем левый и правый тротуары. Окно задания поверхности движения «Проезжая часть» представлено на рисунке 13.

Продолжая работу в блоке «Подвижные нагрузки», создадим варианты загружения подвижными нагрузками выбрав кнопку «Варианты загружения». Создадим три варианта загружения на прочность нагрузками АК, НК и Пешеходной нагрузкой. Для этого следует задать следующие параметры: Название – А14 вертикальная; транспортное средство – А14; Группу предельных состояний – Прочность; Направление нагрузки – вертикально. А также определить поверхность движения, которая будет загружаться и количество полос на ней. Окна задания вариантов подвижных нагрузок представлены на рисунке 14.

Таким образом, пролетное строение из пустотелых плит с продольным армированием создано и загружено статическими и временными нагрузками.

Скачать материалы статьи