автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Расчет железобетонных консольных плит балочных автодорожных мостов методом предельного равновесия

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

Р Г О ОД

.....1 1 СВИРИДОВИЧ Сергей Николаевич

УДК 624.21.012.45 УДК 624.073.124.04

РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСОЛЬНЫХ ПЛИТ БАЛОЧНЫХ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ МЕТОДОМ ПРЕДЕЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ

05.23.15 — Мосты и транспортные тоннели 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1995

Работа выполнена на кафедре "Мосты и тоннели" и е Научно-исследовательской лаборатории "Мосты" Белорусской государственной политехнической академии.

Научные руководители: доктор технических каук, профессор

Лукаа Л.К;

кандидат технических наук, доцент Золотое П.Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик МАИ Высшей школы Овчинников И.Г; кандидат технических наук Еорзенко М.М.

Оппонирующая организация - Научно-исследовательский и проектио-

технологическай институт "Дорстройтзхника" НПО "БелаЕТОДорпрогресС

Зашита диссертация состоится п ОХМЯОрЯ 1595 года в /У'О О часов на заседают совета по защите диссертаций К.056.02.01 Белорусской государственной политехнической академии по адресу 220027, г.Минск, проспект Ф.Скоршш,65, Белорусская государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГПА.

Автореферат разослан "Я9" ЦЮМЯ 1995 года.

Ученый секретарь совета

по 22'дите диссертаций Е.М.Сидорсеич

© СЕиридович С.Н., 1555

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теин. Мостовые ребристые пролетные строения, состояние из тавровых, келезобетонных балок с консольными плитами проезжей части, эксплуатируются в Республике Беларусь в среднем свыше 30-ти лет. Определение грузоподъемности этих конструкций, входящее в комплекс работ по периодическому обследованию мостов, производится в соответствии с ннпе действующими норма™ ВСН 32-89. При этом плита проезжей части рассчитывается на воздействие современных нагрузок, параметры которых принимаются согласно СНиП 2.05.03-84. Расчет ведется на основе положений теории упругости, в результате чего не учитываются внутренние резервы грузоподъемности консольной плиты проезжей части, о наличии которых свидетельствует большой опыт эксплуатации мостовых конструкций.

В связи с этим возникает необходимость в разработке расчета, более реально отражающего действительную работу под нагрузкой консольных железобетонных плит. Его основу составляет рассмотрение конструкции в упруго-пластической стада работы с учетом трещиносбразсвания в пей. Данный подход реализовывался в прошлом на основе теории предельного равновесия. Одним из методов расчета железобетонных элементов у -- согласно этой теории является кинематический, представлявший конструкцию в виде изменяемой системы, разделенной на ряд звеньев силовыми трещинами. Деформации и перемещения данной ' системы считаются виртуальными и их количественного определения не ■ производится, поэтому расчет ведется, исходя ИЗ недеформированней схемы конструкции. В то же время это позволяет учесть внутренние изменения в ней, вызванные образованием трещин.■

Целью работы является разработка метода расчета грузоподъемности железобетонных консольных плит проезкей части, необходимого для оптимизации проектирования плитно-консолышх мостовых, железобетонных конструкций, для более достоверной оценки грузоподъемности консольных плит, а такие при реконструкции эксплуатируемых мостов.

Научную новизну работы составляют: 1. Развитие теории предельного равновесия в применении к расчету железобетонной консольной плиты на основе тгрограммной реализации математической модели, включающей функциональные нелинейные

зависимости, характеризующие данную конструкцию как кинематическую систему разделенных силовыми трещинами элементов.

2. Разработанная методика акслериментальных исследований и результаты натурных испытаний железобетонных консольных плит, проведенные на существующем автодорожном мосту.

3. Геометрические параметры и этапность формирования схема разлома консольной плита как основа для расчета ее несущей спосооности кинематическим способом по теории предельного равновесия. Данные оптимизации видоизменяемых нелинейных функционалов, описывающих возможные кинематические состояния системы, а также результаты экспериментальных исследования.

4. Разработанная инженерная "методика расчета несущей способности и определения грузоподъемности железобетонных консольных плит ребристых мостовых балок на основа метода предельного равновесия с использованием математического моделирования. Численно установленный характер влияния суммарной толщины покрытия мостового полотна на величину грузоподъемности консольных плит

Практическое значение и реализация работы заключается в определзнии реального значения грузоподъемности железобетонных консольных плит ребристых мостовых балок и в разработке методики их расчета по прочности; результаты исследований использованы в ряде технических отчетов по ' итогам обследований мостов, проведенных НИЛ "Мосты" БГГ1А, куда составной частью входит определение грузоподъемности железобетонных консольных плит мостовых бзлок, • подверженных воздействию современных нагрузок. Технические отчеты, содержащие разработанные рекомендации по безопасной эксплуатации обследованных сооружений, переданы в установленном порядке в эксплуатирующие дорожно-мостоЕые организации Республики Беларусь. Автор защищает: .

- вид и способ реализации математической модели, характеризующей состояние предельного равновесия железобетонной консольной плиты проезжей части;

- инженерную методику расчета железобетонных консольных плит кинематическим способом на основе теории предельного равновесия с использованием функционального анализа и методов оптимизации;

- результаты исследований с помощью разработанной методики влияния суммарной толщины слоев мостового полотна на величину

грузоподъемности . консольных плит проезжей части в балочных автодорожных мостах;

- результаты экспериментальных исследований в составе лабораторных и натурных испытаний консольных плит проезжей части при их загружении внешней нагрузкой, параметры которой соответствуют воздействию колеса нормативного автомобиля класса А-11 ;

предложения по использованию полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований в ходе эксплуатация существующих мостовых сооружений, в проектировании плитных элементов конструкций, при реконструкции мостов.

Апробация работы.

Работа докладавелась и обсуждалась на 42-й научной конференции МАЛИ (Москва, 1939г.); на заседании Научно-технического Совета Миндорстроя РБ (Минск. 1994г.); на научных конференциях Белорусской государственной политехнической академии (Минск, 1993 -1995г.г.).

Диссертационная работа выполнена в - научно-исследовательской лаборатории "Мосты" и на кафедре "Мосты и тоннели" Белорусской государственной политехнической академии под руководством д.т.н., профессора Лукши Л.К. и к.т.н., доцента Золотова Л.В. Автор благодарит лично к.т.н. Гусева Д.Е. и коллектив ШЛ "Мосты".

Публикации. Полное содержание диссертации опубликовано в 4 печатных работах.

Структура и объем работы, Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, трех глав, еыеодов и списка использованных источников. Полный'объем работа - 111 страниц, из них 32 страницы иллюстраций, 2 таблицы, 9 страниц списка использованных источников из 103 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана оценка современных методов определения грузоподъемности железобетонных плитных конструкций, обоснована необходимость проведения работы по теме диссертации, приведены исходные данные для исследований.

В первой главе содержится обзор основных научных .трудов по теме определения несущей способности железобетонных плитных элементов конструкций и анализ путей решения еадач, связанных с

данной проблемой.

Способы определения усилий и расчетов по предельным состояниям для пластинок, различным образом нагруженных и опертых, были разработаны Б.Г.Галеркшшм и С.П.Тимошенко на основе методов теории упругости. Этот подход реализован для консольной плиты проезжей части в ныне действующих технических нормах по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений автодорожных мостов, а также в работах Н.И.Поливанова.

Характерной особенностью консольной плиты проезжей части является ее расчет на воздействие одиночного колеса нормативной автомобильной нагрузки. Однако в ряде случаев существующий' метод определения ее несущей способности дает такое значение, которое не обеспечивает грузоподъемности, требуемой нормами. В то же время опыт эксплуатации и испытаний таких конструкций не приводит данных об их разрушении или существенных деформациях под нагрузками, в 2-3 раза превышающими предельную то существующему способу расчета. В этой связи нахозденне резерва несущей способности консольной плиты представляется возможным на основе метода предельного равновесия, основы которого для железобетонных конструкций были разработаны А.А.Гвоздевым. Б соответствии с этим методом^ образующиеся в конструкции трещины под нагрузкой являются факторами, в определенной степени влияющими на распределение внутренних усилий в ней. Таким образом, состояние конструкции реализуется как система жестких звеньев, разделенных пластическими шарнирами, имеющими свойства линий текучести при достижении арматурой, пересекаемой ими, соответствующих предельных на напряжений. В этот момент деформации элементов системы еще малы. Однако при самом незначительном увеличении нагрузки они начинают резко возрастать. Такое состояние конструкции может быть описано уравнениями. равновесия вместе с зависящими от свойств конструкции предельными условиями на основе сформировавшейся схемы разлома плиты. При этом величина деформаций элементов конструкции не влияет на величину продельной нагрузки. В определении наименьшего значения этой нагрузки, при котором конструкция теряет несущую способность и начинает разрушаться как соответствующий картине трещинообразования кинематический механизм, состоит решение задачи предельного равновесия.

К расчету различных видов плитных конструкций применение

данного метода реализовано в работах А.Р.й:аницына,

A.М.Дубинского, С.М.Крылова, а также у П.В.Золотова,

B.Г.Самариной, В.В.Борде. Результаты расчетов несущей способности железобетоннных плитных элементов у вышеуказанных авторов , а также приведенные юга опытные данные свидетельтвуют, что метод предельного равновесия более реально отражает состояние конструкций под воздействие!,1 внешней нагрузки. Это выражается в определении минимальных, ее значений, превышающих соответсвующиэ предельные на осноев теории упругости. При этом экспериментальные значения предельных нагрузок, незначительное превышение которых приводило к разрушению конструкций, близки к тем, что были определены по методу предельного равновесия, а параметры трещинообразования соответствуют расчетным зависимостям.

Анализ работы железобетона с трещинами и определение несущей способности плитных конструкций производится е работах Н.И.Карпенко, Вуда Р.,Пэйна В., Эдвардса Л. В 70-80-х гг. Н.И.Карпенко была разработана, теория деформирования железобетона с трещинами. Согласно ее положениям, исследование сложного напряженного состояния конструкций включает в себя расчет на трещиностойкость (образование трещин и их раскрытие), жесткость (определение величин деформаций с учетом трещин) и прочность (расчэт до разрушения). Каждое новое состояние, проявляющееся в образовании и развитии различных видов трещин под нагрузкой при соответствующих деформациях бетона .и арматуры. оценивается путем составления формализованных зависимостей. Они состоят из физических уравнений, связывающих величины деформаций элементов конструкций с усилиями; выражений для определения напряжений в арматуре и бетоне, ширины раскрытия трещин. Таким образом, производится многофакторннй учет деформативных свойсте железобетона. Е частности, это Еиражается в определении величин деформаций элементов конструкции под действием Енешней нагрузки. В этом проявляется различие методик определения несущей способности конструкций по методу предельного равновесия и по теории деформирования железобетона.

В исследованиях железобетонных плитных конструкций у вышеназванных авторов основную часть составляет статически неопределимые, использующиеся в промышленном и гражданского строительстве. Для мостовых конструкция и, в частности, для

консольной плиты проезжей части v ныне существующая методика определения несущей способности и грузоподъемности не уточнялась.

Как известно, теория деформирования железобетона дает.более полную картину состояния конструкции, т.к.. искомые величины предельных нагрузок обосновываются на достаточно большом спектре расчетных зависимостей. Однако, учитывая простоту статической схемы консольной плиты и наличие армирования в верхней части ее рабочего ' сечения, для решения данной задачи целесообразным представляется использовать метод предельного равновесия в его кинематической разновидности.

Применяемые ныне программные средства для расчета железобетонных конструкций' как деформируемых систем, имеют математическое обеспечение в виде соответствующих программных комплексов. Они включают в себя ракеты проблемно-ориентированных программ на основе многосеточных методов, таких как метод конечных элементов, метод конечных разностей и метод граничных элементов. К числу научных работ в этом направлении, относятся труды В.А.Смирнова, Шапошникова H.H., Федоренко Р.П., Брандта А., Хакбуха В.

При расчете несущей способности и для определения грузоподъемности консольной плиты актуальным представляется использование программных пакетов- и утилит., в возможности которых входит гибкое математическое моделирование в применении к решению задач, упругопластического расчета, поскольку определения величин деформаций элементов конструкции не производится. Этим условиям соответствуют разработки В.З.Аладьева и фирмы MathSoit Inc.

Во второй главе обосновывается применение кинематического способа расчета несущей способности консольной плиты, входящего составной частью в . метод предельного равновесия.

Для формализованного описания соответствующего состояния конструкцию! и для ее расчета по прочности применяется математическая модель, основанная на нелинейных функциональных зависимостях, преобразованных из уравнений равновесия системы нагрузка-конструкция. На этой основе произведена теоретическая разработка методики расчета.

' Таким образом, определение несущей способности и расчет грузоподъемности консольной плиты заключены в область

функционального анализа состояния предельного равновесия.

Конструкция плиты позволяет определить основные направления и способы развития схемы ее разлома в данном состоянии при нагружешт штампом в виде следа колеса нагрузки А—11 (рис.1). Первыми появляются по нижнему полю плиты линии текучести (0-1) и (1-2), начало которых на краю консоли, а окончания - в ее корне. Затем на верхнем поле плиты образуется линия текучести (0-3), в своем развитии идущая от корня консоли до ез края.

Процесс трещинообразования под нагрузкой характеризует состояние предельного равновесия консольной плиты в виде кинематической системы. Достижение арматурой предела текучести по линиям излома (О-З)создает предпосылки для изменения равновесного состояния системы и резкого нарастания деформаций ее элементов. Внешние размеры схемы разлома плиты характеризуют параметры l,c,d и соответствующие углы наклона трещин а и 0 (рис.1 ).

Уравнение равновесия, характеризующее данное состояние консольной плиты при сформировавшейся схеме ее разлома, заключает в себе выражения для работ внешних и внутренних сил, действующих на систему: Р Vst = га' ffli+m'- ф ' , где: р - интенсивность

о о 6Ш S Л)

равномерно распределенной шташовой нагрузки в виде следа колеса А—11 ; V - объем пространственной фигуры разлома под штампом нагрузки при виртуальных перемещениях элементов системы; в;, - предельные суммарные погонные моменты по арматуре

соответствующих направлений; ф^ , - проекции на нормаль к арматурным стержням соответствующего направления вектора скорости взаимного поворота тех разделяемых трещиной звеньев плиты, где заделана данная арматура.

Учитывая установленные ЕСК32-8Э, параметры нагружения плиты нагрузкой. А-11, ее класс можно определить из выражения равенства работ и представить в Еиде

2 ab

К Рь (ЩО 7/ F<ms" mk.' П- i.C.Û >'

где: - единичное давление колеса; к - класс автомобильной нагрузки; (1+ц) - динамический коэффициент согласно СНиП 2.ОБ.03-84; if - коэффициент надежности по нагрузке согласно СНиП 2.05.03-84.; a, b - размеры штампа нагрузки, т.е. следа колеса

A-11; l.c.û - геометрические параметры схемы излома в плане; F -функциональная зависимость, характеризующая состояние предельного равновесия плиты.

При проведении расчета принимается допущение, что слои мостового полотна и покрытия проезжей части на плите отсутствуют. Исходными данными являются геометрические размеры плиты, расчетные сопротивления бетона и арматуры, принятые в соответствии с типовым проектом 1156 института Союздорпроект в связи с тем, что среди существующих железобетонных, мостов эти конструкции имеют наибольшее распространение.

Формализация состояния предельного равновесия плиты состоит в выводе целевой функции F, для чего рассматривается виртуальное единичное смещение конца консоли плиты вниз под действием внешней нагрузки. Расчетно-аналитическим путем установлено, что величина совершаемой при этом работы внешних сил определяется величиной образовавшейся фигуры разлома и зависит от параметров 1 и с. С другой стороны, сопротивление этому процессу оказывают арматурные стержни и силы распора, действующие по линиям текучести (0-3) и совершающие работу внутренних сил системы.

Геометрические параметры схемы разлома приведены к относительному виду путем деления на постоянной величины параметр а, и, таким образом, становятся безразмерными величинами, записываемые следующим образом: К = 1/а; о = с/а.

Задача по определению грузоподъемности плиты в рамках обозначенного вышеприведенными формулами общего алгоритма расчета, решается путем оптимизации модернизированного функционала FchiX.,o). При этом минимально допустимый класс нагрузки соответствует такому неотрицательному значению целевой функции F, при котором достигается ее глобальный минимум и имеют место экстремумы :

a F О F _

SX 'до

Уггравлявдие переменные находятся в пределах изменения, соответствующих данному виду схемы разлома плиты X - [а;1]; а -[a;lj. Выражение для определения грузоподъемности плиты в виде класса автомобильной нагрузки примет вид

га , а b 1 К = 24 -в —Ö - ГсЬа,о),

где целевая функция в модернизированном виде запишется

(?.-ö)2 + Ал +19,44

Foy.a,0) = -5-

ch а2 т 6\ -3

при следующих пределах изменения управляющих параметров: А. - [1; 1]; ' о - [1; 1] .

Далее производится процесс минимизации функции Foll в среде математического пакета MathCAD, графически изображенный на рис.2.

Данные расчета и соответствующих ему графиков показывают, что глобальный минимум модернизированной целевой функции, определяющей собой характер разлома плиты имеет значение, равное Fch min = 4,041. Соответствующие значения управляющих параметров схемы разлома составляют \ = 8,0 ; а = 3,2. Следовательно, расстояния между окончаниями верхних и нижних силовых трещин соответственно на свободном крае и в корне консоли составляют: 1 = 1,60м; с = 0,64м.

Согласно ¿ышеприведенныи зависимостям, величина минимально допустимой разрушающей нагрузки на плиту составляет Р= 12,87т, а класс соответствующей автомобильной нагрузки к= 25,6.

В третьей главе приводятся методики и результаты экспериментальных исследований консольной плиты на масштабах гипсо-медных и железобетонных моделях, а также в натурных условиях, что является главной частью испытательных работ.

Для их реализации предлагалось разделение испытательных работ на 2 этапа. На первом из них предусматривалось проведение статических испытаний масштабных моделой консольной плиты в лабораторных условиях, на втором - в натурных условиях. В первом случае объектами испытаний были гипсо-медные и жвлезобэтоннные образцы, во втором - железобетонные консольные плиты существующего моста.

Целью лабораторных испыташ1й является установление качественного характера схемы разлома в составе ее видое в плане по нижнему и верхнему полям консольной плиты и фиксация при этом

величина внешней негрузки на этапах трешинообразования. Параметры нагруаения соответственно для кавдого вида ооразцов пропорциональны воздействию на плиту колеса нагрузки А-11.

При изготовлении гипсо-медных образцов были использованы материалы, при которых соблюдается подобие физико-механических характеристик модели и реальной конструкцию!. Изготовление производилось в гладкой жестяной опалубке в масштабе 1:10. Конструкция одного образца представляет собой одну балочную панель, ограниченную по длине пролета двумя диафрагмами. Таким образом, конструктивно испытательная модель состоит из ребра, 2-х консольных плит и 2-х диафрагм.

' Испытательное приспособление представляет собой миниатюрный бинтовой пресс с динамометром в виде силоизмерительного кольца с индикатором часового типа ценой деления 0,01мм.

При помощи вышеописанного приспособления было испытано 2 гипсо-медных образца.

Из железобетона было изготовлено 3 образца, имитирующих панель сборных диафрагменных пролетных строений в масштабе 1:4. В их конструкцию входят балочное ребро, одна консольная плита и две диафрагмы. Армирование плиты принято в соответствии с конструкцией реальной плита проезжей части, ' выполненной соЬласно типового проекта 56 СДП.

Образцы испытывались на гидравлическом прессе П-125 с максимальным усилием 125КН и устанавливались на специальной металлической траверсе.

В результате проведенных на гипсо-медных и железобетонных моделях испытаний консольных плит установлены:

1) полная картхша разлома плиты при потере несущей способности под воздействием на нее внешней нагрузки в еидз штампа;

2) этапы образования пластических шарниров и по их направлениям линий излома; положительных - в Еиде трещин по нижней грани плиты, отрицательных - в Еиде огибающей трещины по верхней грани плиты;

3) процесс трещинообразования соответствует схеме разлома, установленной расчетным путем во второй главе для модернизированной целевой функции FCh- -

Для натурных испытаний был Еыбран' ЕЫЕеденшй из эксплуатации мост через реку Болочанка на 73км автомобильной дорогу Минск-Гомель. Пролетные строения выбранного для испытаний объекта

и

выполнены из сборных диафрагменных балок, соответствующих типовому проекту выпуска 10-11 института "Союздорпроект". В поперечном сечении установлены 6 балок с шагом 1,4 м в осях (в среднем).

Испытателыюе устройство в сборе (рис.4) состоит из стальной оснастки, включающей две траверсы, тяга, опорное устройство, металлический штамп; силового оборудования в составе гидравлического домкрата, резинового маслопровода и насосной станции с ручным приводом. Нижняя траверса предназначена для ажеровки тяией. Она упирается своими краями в ребра смекных балок. Вверху тяжи опираются ' на верхнюю траверсу через шарнирно-неподвижную опорную часть и закрепляются.при помощи гаек. Усилие на цилиндрической опоре создается при помощи гидравлического домкрата, устанавливаемого опорной поверхностью ориентированно над ребром смежной балки. Цилиндрическая опора в нижней части ' имеет - горизонтальную площадку с размерами, эквивалентными штампу от колеса тележки нормативной нагрузки А-11 по СПиП 2.05.03-84, т.«?. 20x60см. Штамп опирается на плиту через дубовую и резиновую прокладки. Центр цилиндрической опори устанавливается посередине вылета консоли плиты.

Давление в гидродомкрате создавалось при помощи ручной насосной станции и контролировалось при помощи манометра. При данной рычажной системе создания нагрузки на консольную плиту для каждой установки испытательного оборудования определение величины нагрузки производится с помощью формулы перехода от показаний манометра к величине давления на штамп.: Б = Б а/Ъ, где 3 - усилие на штамп; И - давление домкрата: а,Ь - плечи рычага (верхней траверсы). При этом Б = га А г /тр а/Ь; где ш - показания манометра в виде делений круговой шкалы; А - рабочая площадь внешней поверхности поршня домкрата; 1; - тарировочный коэффициент для перехода от показаний манометра (кг/см*) к величине усилия на домкрате (кгс). /Тр - коэффициент треция, в паспорте к домкрату его значение указано равным 0,9.

Кроме этого, величина силы давлешш на штамп контролировалась при помощи индикаторов часового типа, установленных на верхней и нижней траверсах- С помощью прогибомеров системы Максимова замерялся прогиб конца консоли плиты в середине штампа- на различных этапах на'гружения (рис.5).

Всего' на объекте было проведено 3 испытания консольных плит.

Рис.1.Схема разлома консольной плиты к план скоростей вращения ее звеньее

Нососнод станция

2, . 23 ЬГ

[СИ]

л„„„ Гайка ""^¡ЗР^' Опорная -^огдя—-

. нессч'ра. Ги.дровотрат

{.гчыт/

Рис.3.Зависимость класса автомобильной нагрузки от толщины мостового полотна.

\BeptHW траверса

С2Ч &№0

I ПерсстаЬнсе__

--*'-- жесткости Про; лодка дерев. Промадка резин.

Цилиндрическая опора, „ (штамп)

Ко/'СО. г; ния 'п.'иГО

/ТРс^'^оНеры__^

/у^." проберса

Меию*

77 —■—

1 [ Подиисти

Рис.4.Установка силового оборудования при натурных испытаниях

/М

1.00

1.60 1.40 >■•20 1.СЮ

а.во п.еа о. до 0.20 о.си

■Лад ОПЫТ 3 2.00,---1.

.5. Графики зависимости прогиба конца консоли плиты

от величгош внешней нагрузки при натурных испытаниях

опыт 2

ОБЩИЕ ЕЫВОДЫ

1 .В результате проведенных исследований ■ разработана инженерная методика расчета консольных железобетонных плит автодорожных мостов. Ее научная новизна' заключается в развитии теории предельного равновесия железобетонных конструкций путем использования функционального анализа кинематических систем нагрузка-конструкция.

2. Теоретическое значение разработанной методики заключается в использовании математической формализации и методов оптимизации нелинейных функционалов, характеризующих состояние предельного равновесия железобетонных плитно-ребристых.элементов.

3. Изложенные в главе 2 механизм образования и развития линий текучести и признаки состояния предельного равновесия консольной плиты соответствуют определенному виду формализованной математической модели. Решение задачи определения несущей способности плиты находится- в процессе оптимизации нелинейной целевой функции, параметры которой характеризуют вид схемы излома плиты. В результате определяется численное значение минимально допустимой внешней нагрузки, незначительное превышение которой соответствует началу разрушения конструкции. Ее знача к: е превышает вычисленное для той же плиты на осноеэ способа, изложенного в нормах ВСН 32-89, в 2 -2,5 раза.

4. Новизна экспериментальных исследований, проведенных по двухступенчатой схеме, заключается в разработке оригинальной методики натурных испытаний железобетоннных консольных плит балочных пролетных строений существующего моста. Предварительные испытания масштабных гипсо-медных и железобетонных моделей в лабораторных условиях подтвердили установленные теоретическим путем механизм и эта\ность образования силовых трещин в консольной плите в зависимости от величины вкеыней нагрузки. Натурные эксперименты, проведенные на существующих конструкциях, показали

'соответствие полученной в их результате схемы разлома консольной плиты схеме, установленной расчетным путем 'по разработанной методике Величины нагрузок, зафиксированных в состоянии предельного равновесия, близки к полученным теоретически и расхождение между ними составляет 13-17%.

5. Практическое значение теоретических исследований вместе с результатами лабораторных и натурных экспериментов состоит в следующем:

- реализация расчета несущей способности и грузоподъемности плиты, проводимая по методу предельного равновесия ка основе разработанной в диссертации методике , дает результат, хорошо согласующийся с данными из опыта эксплуатации таких конструкций;

- на основе разработанной методики расчетз дана количественная' оценка возрастания значения класса автомобильной нагрузки при увеличении суммарной толщины слоев мостового полотна, что подтверждается опытом эксплуатации автодорожных мостов;

- консольные плиты пролетных строений, выполненных по типовым проектам NN 56, 10-1I, 17-18, 19-20 института Союздорпроект, запроектированные на нагрузки Н18 и НК60 по нормам 1948 года, имеют определенный запас грузоподъемности, между тем как Современные нормы ВСН 32-89, в которых используется методика расчета этих плит на основе теории упругости, дают заниженное по сравнению с требуемым на сегодняшний день значение этого параметра в 1,5-2 раза.

6. Практические выводы согласно результатам расчетов консольных плит мостовых балок, проводимых НИЛ "Мосты" с 1992 года по разработанной в диссертации методике, соотносятся о результатами обследований мостов. При этом установлено, ч1'0 при наличии проломов в консольных плитах существующих железобетонных мостов причинами этих дефектов могут служить :

- неверная установка арматуры в плите (в нижней зоне) или под наклоном по отношению к проектному положению плоскости сетки;

- несоответствующее проекту армирование, в том числе и в результате коррозионного износа арматуры;

- значительно заниженный (на 20-40%) класс бетона по сравнению с проектным, в том числе в результате воздействия факторов, влияющих на его разрушение.

7. Дальнейшее практическое использование разработанной методики расчета позволит вести более рациональное проектирование консольных плит как в балочных, . так и в коробчатых пролетных строениях железобетонных мостов. Экономя арматуры в зтсм случае может достигать 1СЭ-20Ж.' Это существенно важно также и при проведении реконструкций мостов, в том числе с

использованием накладных железобетонных плит.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Изыскание, оптимальное проектирование и обследование (с испытанием) мостов по заказу Минского облдорстроя: Отчет о НИР (заклян.)/ М.-во народного образования БССР. Белорусский политехнический институт (БШ); Руководитель Л.К.Лукша; Ы ГР 0181Л003935; Инв. N 028.90024335. - Минск, 1989. 33с.: ил.-Исполн.: Н.Н.Кущ, С.Н.Свиридович.• - Библиогр.: с.33(3назв.).

2. Д.Е.Гусев, П.В.Золотов, Л.К.Лукша, С.Н.Свиридович. Определение грузоподъемности плит проезжей части балочных диафрагменных пролетных строений железобетонных мостов по методу предельного равновесия // Тезисы докладов БО-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов Белорусской государственной политехнической академып в 2-х ч. 4.2. "Энергетика", "Энергетическое строительство", "Строительство","Дорожное строительство". - Минск, 1934.- С.142.

3. Д.Е.Гусев, П.В.Золотов, Л.К.Лукша, С.Н.Свиридович. Проведение натурных испытаний плит проезжей части балочных диафрагменных пролетных строений железобетонного моста // Тезисы докладов 50-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов Белорусской государственной политехнической академии: В 2-х ч. -4.2. "Энергетика", "Энергетическое строительство", "Строительство","Дорожное строительство". - Минск, 1994.- С.141.

4. Эксперимбнтально-теоретичесгае исследования грузоподъемности шштно-ребристых элементов железобетонных мостов с анализом их работы в натурных условиях.: Отчет о НИР (заключ.)/ М.-во образования РБ. Белорусская государственная политехническая академия (БГПА); Руководитель Д.Е.Гусев; N Г? 1994905. - Минск, 1994. - 65с.: ил.- Исполн.: Свиридович С.Н., Череоко А.Е. -Библиогр. с.63 (15 назв.;.

РЭЭШЭ

Св1рыдов1ч Сяргей М1калаев1ч РАЗЯ1К КАНСОЛЬНЫХ ПЛ1Т ПРАЕЗДИАЙ ЧАСТК1 ЕЭЛЬКАШХ АУТШРОШСС МАСТОУ МЕТАДАМ ГРАН1ЧНАЙ РЛУНАВАИ Ключавыя слови: жалезабетснныя масти, пл1та праездаай частк1, метад гран1чнай раунаваг1, мзтэмэтнчная мадзль, носная здольнасць, вагапад'емнасць, разл1к, статычныя выпрабаванн1.

Распрацавана 1яжынерная методика разл1ку жэлезабетонных кансольшх пл1т праезджай частк! бэлькзвых аутароюшх мастоу. Тэарэтычнаю яе аснову складае метад прэдзельнай раунаваг1 у яго к1нематычнай разнав1днзсц1. Разл1к Еядзецца у працессе праграмнвй рзал!зацы1 матэматычнай мадзл1, уяуляючай сабою фармал1заванае ап1санне стану гран!чнай раунава!?1 канструкцы!. Разл1ковня формулы атрымзкы у працэсе с1стэмнага анал1зу кел1кейных функцыянальных залежнасцей, выгляд як1х Еызкачаецца геаметрычным1 параметрам! в1ртуальнай схем разбурэння кансольнай пл1ты, яэ моцнаснкм! характзрыстыяам1 1 разл1коЕым1 параметрам 1 знетей нагрузк!. У вын1ку аптым1зацы1 атрымашх мэтзеых функций л1\6оез вызначаны параметры схемы разбурэння плЗты, этапы с1лавога трэщынаутварэння, фармал1заваны в1д залеянасц! для еызнэчэння вагалзд'емнасц1 кансольнай пл1ты. Дадзена колькасная адзнака пазЛтыунага уплыву на статычкую работу кзнструкцы1 слаеу пакрыцця мастаьога палатна у залежнасц1 ад 1х сумавай таушчш1.

Прыведзены методык1 1 вын!к1 комш1екс!шх экспериментальных даследванняу, уключаючых статычныя выпрабаванн1 у лабараторных умовах на маштабных мадэлях (2 гИгса-мвдных 1 2 жалезабетснных узора) 1 у натурных умовах (3 пл1ты) на 1снуючым аутадароюшм маету, зклаушх галоуную 1 найбольш кашто^гаую у практичным плане частку экспериментальных работ. Еызначаныя пры гзтым колькасц! наймзкших разбуральных нагрузак на кзнсольнаю пл1ту бл1зк1я да тых, як1я вызначаны рззл!ковым шляхам, а вопытныя параметры схем разбурэння поунаеццю адпавядаюць тэарэтычным.

Зроблены вын1к1 аб рзальнай вагапад'емнзсц1 пл1т праездкзй частк1 эксплуатуешх мастоу, зазначаны нак!рунк1 аптым1зацы1 праектазання и рэканструкцы1 жалезабетошшх пл1тных элемента?, што прывсдз1ць дз зканомИ матзрыяльна-тэхн1чных сродкау пда будаванн! 1 эксплуатацы! жалезабетонных аутадарожкых мастоу.

РЕЗЮМЕ

Свиридович Сергей Николаевич РАСЧЕТ КОНСОЛЬНЫХ ПЛИТ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ БАЛОЧНЫХ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ МЕТОДОМ ПРЕДЕЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ.

Ключевые слова: автодорожные мосты, плита проезжей части, метод предельного равновесия, математическая модель, несущая способность, грузоподъемность, расчет, статические испытания.

Разработана инженерная методика расчета железобетонных консольных плит проезжей части- балочных автодорожных мостов. Теоретическую ее основу составляет метод предельного равновесия в его кинематической разновидности. Расчет ведется путем программной реализации математической модели, представляющей собой формализованное описание состояния предельного равновесия конструкции. Расчетные формулы получены в процессе системного анализа нелинейных функциональных зависимостей, вид которых определяется геометрическими параметрами виртуальной схемы разрушения консольной плиты , ее прочностными характеристиками и расчетными параметрами внешней нагрузки. В результате оптимизации полученных целевых функций численно определены параметры схемы разрушения плиты, этапы силового трещинообразования, Формализованный вид зависимости для определения грузоподъемности консольной плиты. Дана количественная оценка позитивного влияния на статическую работу конструкции слоев покрытия мостового полотна в зависимости от суммарной их толщины.

Приведены методики и результаты комплексных экспериментальных исследований, включающих ствтические испытания в лабораторных условиях на масштабных моделях (2 гшсо-меднцх и 2 железобетонных образца) и в натурных условиях на'существующем мосту (3 плиты), составивших главную и наиболее ценную в практическом плане часть экспериментальных работ. Определенные при этом величины наименьших разрушающих нагрузок на консольную плиту близки к таковым, установленным расчетным путем, а опытные параметры схем разрушения полностью соответствуют теоретическим.

Сделаны выводы о реальной грузоподъемности плит проезжей части эксплуатируемых мостов , указаны направления оптимизации проектирования и реконструкции железобетонных плитных элементов, что приводит к экономии материально-технических средств при строительстве и эксплуатации железобетонных автодорожных мостов.

SUMMARY Sviridovich Sergey Nikolaovioh CALCULATION OP PAVrMENT CANTIIBVEH SLABS 0? HIGHWAY BEAM BWDGE3 BY LIUITE EQUILIBRIUM METHOD Key words: highway bridges, cantilever' sO.ab, Unite equilibrium method, mathematical model, carrying capasity, carrying power, calculation, static'testa.

The engender prooedura of calculation of pavement cantilever 3labB belonging to highway beam. bridges has been worked out. A kinematic variety of l'imite equilibrium method composes its theoretical base. Tho calculation is executed by a way of programme realization of mathematical model representing formula describtion of limits equilibrium state. Calculating formulae have bean reoeived in a process of system analysis of unlinesr functional dependences whioh are defined by geometrical parameter? of virtual break aoheme of cantilever slab, by its strength charaoterietio3 and external load parameters. In tha result of received objective functions optimization, parameters of slf.D's break scheme stages of load-crack forming, the formula variety of dependence for definition o.f cantilever slab carrying capasity have been numfcerly determined. Quantity evaluation of positive influence of bridge road layers on a static work of structure has been, given in depending from their sua depth.

liie procedure and. results of complex experimental investigations including static tests in laboratory oonditions on scaling models (2 gyp3um-oopper and 2 reinforced-oonorete samples) and in natural oonditions on existing highway bridge O slabs) which composed the main and the most valuable part of experimental works, have been implemented. Determined values of minimum destructional, loads at the cantilever slab are near to such established by the calculating way, and experience parameters of break schemes are corresponded to theoretical.

Evacuations have been marked about real carrying power of bridge road slabs belonging highway bridges, being exploited directions to optimize design and reconstruction for reinforsed slab elements whioh lead to eoonomy of material-technical meanses during the time of building and exploitation of x'einforoed-ooncrete highway bridges.