Введение к работе
1.1. Актуальность работы. Многие элементы мостовых желе
зобетонных конструкций работают в условиях трехосного напря
женного состояния. К ним относятся приопорные участки короб
чатых элементов пролетных строений автомобильных и железнодо
рожных мостов; зоны анкеровки напрягаемой арматуры в балках
пролетных строений; диафрагмы пролетных строений; элементы
опор облегченного типа автодорожных мостов и мостов метропо
литена; сваи-оболочки, заполненные бетоном; элементы свайных
ростверков; элементы, имеющие несимметричную форму сечений
(пилоны вантовых мостов и т. д.).
Действующие нормы проектирования мостовых железобетонных конструкций позволяют с достаточной степенью надежности рассчитывать простые по форме сечений конструктивные элементы без учета режимов нагружения. Однако, даже в статически определимых конструкциях нелинейное деформирование бетона, образование и развитие в нем трещин приводит к перераспределению внутренних усилий и возникновению зон сложного нагружения. Дальнейшее совершенствование конструктивных элементов мостов становится мало эффективным без развития теории и методов расчета в сторону более полного учета реального нелинейного сопротивления материала. Решающую роль при этом приобретают методы механики деформируемого твердого тела, позволяющие выполнять расчеты элементов, ггаходящихся в условиях трехосного напряженного состояния, при непропорциональных и повторно-переменных нагружениях.
Таким образом, задача обоснования и построения эффективных моделей бетона и железобетона, учитывающих неупругие свойства материалов, трещинообразование и сложный характер нагружения, а также разработка на базе таких моделей рекомендаций и методик расчетов мостовых конструкций численными методами представляется актуальной.
1.2. Цель работы. Диссертационная работа направлена на
совершенствование методики расчета массивных элементов мосто
вых железобетонных конструкций с учетом сложного непропорци
онального нагружения на основе построения математической моде-
ли деформирования бетона без трещин и с трещинами при трехосном напряженном состоянии на базе теории пластического течения.
В соответствии с основной целью диссертации определены следующие задачи исследования:
— исследовать условия применения теории пластического
течения для бетона в условиях трехосного напряженного состояния;
на базе теории пластического течения разработать определяющие соотношения для бетона;
модифицировать определяющие соотношения железобетона без трещин и с трещинами для обеспечения их совместимости с предложенной моделью;
на базе исследованных моделей бетона и железобетона подготовить предложения для разработки методики оценки прочности и деформативности мостовых железобетонных конструкций с трещинами, ориентированной на численные методы расчета с использованием ЭВМ.
разработать. программное обеспечение, реализующее полученные соотношения.
-
Методика исследования. При выполнении работы использованы теоретические методы исследования, базирующиеся на положениях теории пластического течения, теории армированных материалов, теории деформирования железобетона с трещинами и методе конечных элементов. Достоверность полученных результатов подтверждена сопоставлением с экспериментальными данными отечественных и зарубежных исследователей.
-
Научная новизна. Выполненные исследования направлены на совершенствование теории деформирования железобетона применительно к расчету мостовых железобетонных конструкций и отличаются следующими новыми научными результатами:
разработана и исследована новая модель деформирования бетона и железобетона для трехосного напряженного состояния на базе теории пластического течения;
предложен эффективный способ учета процессов дилатации и необратимой сжимаемости материала;
установлены рамки и сформулированы условия применения ассоциированного и неассоциированного законов течения;
определены формы поверхностей пластического потенциала и поверхностей нагружения;
получены выражения для параметров упрочнения;
на базе разработанной модели получены компоненты упру-гопластической матрицы жесткости железобетона без трещин и с трещинами;
— сформулированы основные положения методики расчета
массивных элементов железобетонных мостов по первому и
второму предельным состояниям;
— разработано надежное программное обеспечение, реализую
щее полученные результаты на базе МКЭ.
-
Практическая ценность работы. Разработанные автором модели бетона и железобетона способствуют снижению материалоемкости и повышению надежности мостовых железобетонных конструкций за счет более полного использования прочностных и деформативных свойств материала, находящегося в условиях трехосного напряженного состояния под действием сложных (непропорциональных) нагружений.
-
Внедрение результатов работы. Разработанные модели, алгоритмы и программы расчета массивных элементов железобетонных мостовых конструкций использованы при оценке проектных решений цокольной части железобетонного пилона Байтового моста через р. Волга в г. Ульяновске (по заказу института Гипротрансмост, г. Москва), а также в расчетах других мостовых и строительных конструкций.
-
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на областной научно-технической конференции «Молодежь и научно-технический прогресс в строительстве» (г. Новосибирск, 1987), на третьей международной конференции по сталебетонным композитным конструкциям (г.Фукуока, Япония, 1991), на научно-технической конференции «Транссиб и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» (г. Новосибирск, 1991), на 4-й и 6-й Сибирских конференциях по железобетону (г. Новосибирск, 1994, 1996), на международной конференции по бетону и железобетоігу «Инженерные проблемы современного железобетона» (г.Плес, 1995). В полном объеме материал диссертационной работы докладывался на семинарах кафедры «Мосты»
СГАПС (г.Новосибирск, 1995) и кафедры «Мосты и тоннели» Белорусской государственной политехнической академии (г.Минск, Белорусь, 1996).
1.8. Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ. Отдельные материалы работы содержатся в двух научно-исследовательских отчетах.
