Розробка методики розрахунку напружено-деформованого стану та визначення механічних параметрів залізобетонних конструкцій мостів

Abstract

Дисертаційна робота спрямована на розробку методики розрахунку напружено-деформованого стану та визначення механічних параметрів залізо-бетонних конструкцій мостів. На основі науково обґрунтованого підходу вдосконалено методи дослідження динамічних характеристик, визначення механічних параметрів та покращено елементи залізобетонних конструкцій мостів. Розвинуто аналітичні та числові методи розв’язку диференціальних рівнянь, що описують основні елементи мостових конструкцій: опору, балку, плиту, на основі яких отримано аналітичні співвідношення для обробки результатів натурних випробовувань та розв’язки диференціальних рівнянь деформації залізобетонної плити проїзної частини моста. Визначено за результатами статичних і динамічних випробувань механічні параметри залізобетонної плити проїзної частини моста: циліндричну жорсткість, модуль пружності, ефективну товщину і т. п. Отримано числові розв’язки диференціальних рівнянь деформації опори та балки в поліноміальному та тригонометричному базисах і запропоновано мірою точності числового розв’язку вважати нев’язку між розв’язками, що отримані в різних базисах.

Диссертационная работа направлена на разработку методики расчета напряженно-деформированного состояния и определение механических параметров железобетонных конструкций мостов. Усовершенствовано метод исследования динамических характеристик. В результате исследования коэффициента интенсивности напряжения установлено, что собственные частоты колебаний образца зависят от отношения его длины и высоты, относительной глубины трещины, коэффициента Пуассона. Полученные формулы можно использовать для К-тарирования балочных образцов с трещиной не перпендикулярной поверхности образца. Получено общую частотную функцию железобетонной плиты про-ездной части моста. Использовано частотную функцию в качестве связующего звена между результатами натурных испытаний и ее механическими парамет-рами. Предложено и запатентовано соединение арматуры втулкой обжатой профильным пуансоном. Такое соединение имеет большую надежность, стой-кость к циклическим нагрузкам. Усовершенствованное армирование элементов железобетонных мостовых конструкций использовано при армировании мостовых переходов и путепроводов. Усовершенствовано аналитические и числовые методы решений дифференциальных уравнений, которые описывают основные элементы мостовых конструкций: опору, балку, плиту. Теоретически исследовано численное решения уравнений деформации опоры и балки в полиномиальных и тригонометрических базисных функциях. Установлено, что невязка решений, полученных в разных базисах, зависит от способа закрепления краев и распределения нагрузки. Потеря устойчивости решений в разных базисах происходит при разных степенях разбития конструкции на конечные элементы. Для повышения надежности матема-тического моделирования элементов мостовых конструкций предложено дублирование численных решений в базисах построенных в разных классах функций. Точность полученных решений в разных базисах предложено оценивать их невязкой. Использовано аппарат обобщенных функций, элементов теории упругости и концепций механики хрупкого разрушения для развития методики нахождения напряженно-деформированного состоянию балки таврового профи-ля при наличии в ней дефекта типа трещины. Смоделировано напряженно-деформированное состояние моста в виде плиты в форме параллелограмма. Построено ряд моделей от меньшей степени разбития на конечные элементы до большей, от модели не учитывающей балки до модели учитывающей их. Установлена достаточно приемлемая сходимость результата к оптимальному значению при росте степени разбивки на конечные элементы и учете балок жесткости. Математическая модель ортотропной тонкой плиты, представленная соответствующим дифференциальным уравнением, является шире в познавательном плане, поскольку имеет как действительные, полезные из практической точки зрения, решения, так и комплексные, которые описывают ортотропную плиту с поперечным армированием, которое на практике не используется. Получено полезные для обработки результатов натурных испытаний аналитические соотношения и решения дифференциальных уравнений деформации железобетонной плиты проездной части моста. Определено по результатам статических и динамических испытаний механические параметры железобетонной плиты проездной части моста: цилиндрическую жесткость, модуль упругости, эффективную толщину и т. п.

The thesis aimed at developing methods of calculation of stress and strain analysis and determination of the mechanical parameters of concrete structures of bridges. Based on scientific approach, methods of investigation of dynamic characteristics of mechanical parameters have been improved as well as improved elements of the concrete structures of bridges. Analytical methods and numerical solution of differential equations describing the basic elements of bridge structures such as: resistance, beam, plate have been reviewed critically and constructively. Differential equations of slab bridge deformation that have been developed are useful for field tests results processing.