Расчет системы "рама - сваи - грунт" при тепловых воздействиях

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Одесская государственная академия строительства и архитектуры, г. Одесса

Расчет системы "рама - сваи - грунт" при тепловых воздействиях

Яременко А.Ф., д.т.н. профессор, Чучмай А.М., аспирант

Аннотация

В статье изучается взаимодействие железобетонных конструкций с грунтовой средой, их напряженно-деформированное состояние на основе расчетных моделей учитывающих действительные физико-механические и реологические свойства железобетона и грунта.

Введение

В комплексе искусственных сооружений на автомобильных дорогах мосты принадлежат к наиболее сложным техническим системам. На сегодняшний день объективной реальностью является существование на сети дорог мостов несоответствующих потребностям современного транспорта. По опубликованным данным в Украине имеют неудовлетворительное состояние и нуждаются в ремонте или реконструкции от 40 до 65 % существующих железобетонных мостов. Одним из способов усиления является превращение пролетного строения с помощью омоноличивания стыков балок и стоек в неразрезное. Неразрезность уменьшает изгибающие моменты в пролетных сечениях, но вызывает необходимость в расчете на температурные воздействия и осадку опор. Усилия от изменения температуры значительны, что влечет за собой необходимость исследования факторов, которые приводят к уменьшению усилий в стержнях конструкции. Такое исследование выполнено на примере десятипролетного строения автодорожного моста с пролетами 16.8 м. и высотой стоек 5 м. Способ усиления мостового строения предложен Квашой В.Г. В неразрезную систему были преобразованы с помощью монолитного железобетона две крайние балки и две средние балки пролетного строения представляющего собой перекрестно-ребристое строение из сборных балок по ВТП-16.[1].

грунт железобетон мост конструкция

1. Постановка задачи

Одним из перспективних направлений поиска резервов экономии материалов и повышения надежности железобетонных конструкций, взаимодействующих с грунтовой средой является исследование их напряженно-деформированного состояния на основе расчетных моделей учитывающих действительные физико-механические и реологические свойства железобетона и грунта.

Рассматриваем мостовую конструкцию как единую систему «пролетное строение - опоры - фундаменты - грунт». Из этой системы вырезаем плоскую раму (рис.1.) (так как схема симметрична, на рисунке изображена правая часть), с ригелем прямоугольного сечения размерами 83х110см, стойками и сваями круглого сечения ш 80 см. Бетон класса В40 с модулем упругости Еb=34,5*103 МПа; грунтовое основание - лесс имеет модуль упругости Е0=20 МПа.

Рис.1 Расчетная схема рамы.

Расчет рам на упругом основании последовательными приближениями выполним методом перемещений. Основная система и канонические уравнения обычные:

[А]{Z}={f} (1)

Где {Z} - вектор искомых углов поворота узлов рамы Zi и линейного смещения ригеля Z5

{Z}т={Z1 Z2 Z3 Z4 Z5}

(2)

Здесь бi - поправочные коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения температурных деформаций(б1=0.4; б2=0.8; б3=1.2; б4=1.6).

Грузовой вектор

{f}= А{Pt}+{Pц} (3)

Полный вектор нагрузок получим суммированием вектора нагрузок от температурных воздействий { Pt} и вектора нагрузок, полученного из расчета работы свай в упругом основании { Pц}.

{Pц}=[B]{ц}={Pц} (4)

где, { Pt } - вектор нагрузок от температурных воздействий, { Pц} - вектор нагрузок, полученный из расчета работы свай в упругом основании; {ц} -вектор состоящий из углов поворота (цi) и линейных смещений (wi) на контакте i-той стойки и сваи от действия температуры, [А] и [B] - матрицы метода перемещений.

 (5)

(6) ; (7).

На первой итерации выполняется расчет рамы, на действие температуры, считая, что стойки жестко заделаны в грунт вектор{Pц}=0. Из этого расчета получаем усилия, которые возникают в оголовке сваи работающей в грунтовом массиве. Расчет сваи описан ниже.

Для определения углов поворота и линейных смещений в опорных сечениях стоек выполняем расчет свайного фундамента по методу Б.Н. Жемочкина [3], рассматривая сваю как балку на четверть плоскости. Разбиваем сваю на пять равных частей и в середине каждой части ставим фиктивные опорные стержни. Переходя к основной системе, разрежем эти связи и установим заделку (рис.2.). Составим систему уравнений, принимая за неизвестные усилия в стержнях, а также угол поворота и осадку условной заделки.

Рис.2 Расчетная схема сваи: а) расположение фиктивных стержней ; б) основная система

Вычислим коэффициенты уравнений (перемещения) воспользовавшись формулами предложенными Б.Н. Жемочкиным:

где Fki и wki - определяются по таблицам;

E0 - модуль упругости основания, c - расстояние между фиктивными опорными стержнями (c=4 м), EbI - жесткость сваи (балки).

Решив уравнения, найдем неизвестные и используем их (угол поворота и осадку) для написания вектора нагрузок метода перемещений {Pц}.

Затем выполняется новый расчет рамы по методу перемещений с учетом найденных углов поворота и линейных смещений первого приближения, по которому находятся внутренние усилия второго приближения.Итерационный процесс считаем сошедшимся при выполнении условия сходимости:

.

Ниже приведен график (рис.3.) изменения моментных усилий в правой крайней стойке при выполнении итерационного процесса (рассматривается опорное сечение)

Рис.3 График изменения моментных усилий при выполнении итераций.

Эпюры изгибающих моментов возникающих в элементах плоской рамы, выделенной из железобетонного пролетного строения автодорожного моста с учетом размещения конструкции на упругом основании от изменения температуры, приведены на рисунке (рис.4.).

В скобках даны значения изгибающих моментов которые возникают в раме при жесткой заделке стоек в основание.

Рис.4.Эпюра изгибающих моментов

Выводы

Как видно из рис.3. совместная работа системы «рама - сваи - грунт» приводит к уменьшению усилий в стержнях рамы: в стойках на 20%; в ригеле на 4%.

Литература

1.Яременко А.Ф., Чучмай А. М. Влияние продольно-поперечного изгиба и трещинообразования на усилия, возникающие в железобетонных неразрезных пролетных строениях автодорожных мостов. - Київ, НДІБК, вип.67, 2007 - 810 с.

2. Киселев В.А. Строительная механика. - М.: Стройиздат, 1967 - 549 с. 3. Жемочкин Б.Н., Синицын А.П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании. - М.: Госстройиздат, 1962 - 260 с. 4. СНиП 2.05.03 - 84. «Мосты и трубы».

Размещено на Allbest.ru