Innovation First
Инновационные технологии САПР, BIM
и управления предприятием
+7 (812) 622-10-14
+7 (495) 225-13-65
+7 (383) 221-58-80
+7 (861) 299-96-95

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

 

В соответствии с требованиями действующих нормативных документов динамическое воздействие временной нагрузки на сооружение на стадии проектирования учитывается введением динамического коэффициента. Динамический коэффициент представляет собой отношение максимального динамического перемещения (или напряжения) к статическому. В соответствии с СП 35.13330.2011 в зависимости от типа пролетного строения (железобетонное, сталежелезобетонное, металлическое) назначаются соответствующие значения динамического коэффициента.

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.

SOFiSTiK автодорожные мосты

Рис. 1. Общий вид левого путепровода от опоры 3

Динамические испытания выполнялись в пролете № 3. В качестве испытательной нагрузки использован груженный автосамосвал Volvo FMX 6х4 общей массой 33 т (рис. 3а). В процессе динамических испытаний регистрировались колебания третьего пролетного строения сооружения, которые возникали в результате проезда груженого автомобиля на скоростях в диапазоне от 10 до 30 км/ч. Первая серия заездов осуществлялась без препятствий, в ходе второй серии заездов в середине третьего пролета устанавливался искусственный порожек высотой 10 см.

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.
SOFiSTiK автодорожные мосты

Рис. 2. Фрагмент расчетной модели

Для каждой модели рассчитаны статические и динамические прогибы третьего пролета второй балки. В качестве динамической нагрузки выступает подрессоренная жесткая модель тележки (рис. 3б). Для экономии времени при проведении дальнейших исследований была создана параметрическая модель тележки при помощи внутреннего языка программирования SOFiSTiK  CADINP. Общая масса тележки 33 т.

SOFiSTiK автодорожные мосты

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

Динамические расчеты выполнены при помощи модуля DYNA. Модуль позволяет создать пробежку подрессоренной тележки с различной скоростью и с учетом неровностей дорожного полотна. В расчете принимается неровность высотой 10 см, расположенная в середине пролета (согласно испытаниям). В процессе создается текстовый отчет изменения исследуемого параметра во времени, который затем можно перевести в виброграмму. Для расчета принята жесткость рессор равная 450 кН/м, что соответствует жесткости рессоры Volvo FMX 6х4.

В таблице 1 представлены теоретические и полученные по результатам испытаний значения динамических прогибов и динамического коэффициента.

Таблица 1. Результаты расчета 

Результаты расчетов в ПК SOFiSTiK Измеренные в ходе испытаний
  Стержневая Пластинчато-стержневая Пластинчатая d
a b c
Динамический прогиб, [мм] 2,64 2,56 2,55 2,4
Динамический коэффициент 1,217 1,369 1,342 1,15
Конструктивный коэффициент по динам. прогибу d/a
0,91
d/b
0,94
d/c
0,94
-
Время расчета, с 140 345 1254  


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).

SOFiSTiK автодорожные мосты

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.

Выводы:

  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.

Полученные результаты предполагается использовать для дальнейших исследований влияния жесткости рессор подвижной нагрузки на усилия и деформации, возникающие в элементах конструкций путепровода.

Авторы статьи:
Булаев И.В Порошин И.Л
И.В. Булаев — ведущий специалист отдела оценки технического состояния мостов ООО «Автодор-Инжиниринг» И.Л. Порошин — инженер кафедры «Мостов, тоннелей и строительных конструкций» МАДГТУ(МАДИ)
Источник: isicad.ru
09.10.2018
Вы можете обратиться к нам прямо сейчас:
+7 (812) 622-10-14
Или приходите к нам в гости лично!
Наш офис в С-Петербурге:
Лиговский пp., 56-г на карте
Вы можете обратиться к нам прямо сейчас:
+7 (495) 225-13-65
Или приходите к нам в гости лично!
Наш офис в Москве:
Проезд Ольминского, д.3 А, строение 3, офис 621 на карте
Вы можете обратиться к нам прямо сейчас:
+7 (383) 221-58-80
Или приходите к нам в гости лично!
Наш офис в Новосибирске:
ул. Фрунзе д.5 на карте
Вы можете обратиться к нам прямо сейчас:
+7 (861) 299-96-95
Или приходите к нам в гости лично!
Наш офис в Краснодаре:
ул.Дзержинского, 3/2 на карте