3670

Выпуск № 8, 2015

Таблица 2

Расчетные параметры дополнительного армирования

Рис.4. Схема армирования накладной железобетонной плиты

Выводы

1.Применение основанной на положениях теории надежности методики позволяет выполнять непосредственный учет разброса прочностных характеристик используемых при усилении материалов, что является особенно важным для условий строительных площадок, где трудно обеспечить технологию заводского изготовления несущих конструкций.

2.Вероятностные оценки несущей способности характерных сечений подвергающейся усилению конструкции являются более чувствительными к изменяющимся параметрам несущих элементов или изменению схемы армирования, поэтому могут быть рекомендованы для применения в инженерной практике.

201

Выпуск № 8, 2015

Библиографический список

1.ГОСТ Р 52748-2007. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения на автомобильных дорогах общего пользования. –М.: Стандартинформ, 2007. – 24с.

2.СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы/ Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1996.- 214с.

3.СНиП 2.05.03-84* (СП 35.13330.2011) Мосты и трубы (Актуализированная редакция) / Минрегионразвития РФ. – М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 339 с.

4.СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя

СССР, 1987. -36с.

5.СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. –М.: ФГУП ЦПП,2003

6.Ржаницын, А.Р. Теория расчёта строительных конструкций на надёжность/ А.Р. Ржаницын.- М.: Стройиздат,1973, С.282

7.Сафронов, В.С. Методические указания № 419 для выполнения расчетнографической работы по курсу «Теория надежности строительных конструкций». Оптимизация надежности железобетонного ригеля одноэтажного промышленного здания»/ Сафронов, В.С., Барченкова Н.А. - Воронеж, Изд-во ВГАСУ, 2007, -26с.

8.Сафронов В.С. Вероятностная оценка риска возникновения предельных состояний в сечениях изгибаемых железобетонных балок / В.С. Сафронов, Нгуен Динь Хоа // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. – Воронеж, 2010. – Вып. 1. – С.

157–166

9.Сафронов, В.С. Суперэлементный расчет в смешанной постановке железобетонных мостов, имеющих дефекты и повреждения/ В.С.Сафронов., А.А.Петранин, Е.Н.Петреня// Известия высших учебных заведений. Строительство. 1996, № 6, - С. 103-110.

10.Search Engineers International, A Bentley Solutions Center. Техническое справочное руководство для STAAD.Pro 2005, 2006. -680c.

11.Опабола Ейитайо Адемола. Вероятностная оценка прочности железобетонной плиты моста с учетом распределительной способности дорожного покрытия. // Научный вестник ВГАСУ, серия «Студент и наука» Вып. №6, 2013г.

202

Опабола Е.А., Сафронов В.С.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПУТЕПРОВОДА

Описываются методика и результаты натурных испытаний транспортного сооружения с неразрезным железобетонным пролетным строением на статические нагрузки после проведения капитального ремонта с увеличением проектных временных нагрузок. Выполняется обоснование принятых расчетных моделей для получения адекватных полученным при испытаниях параметров напряженно-деформированного состояния несущих конструкций.

Ключевые слова: автодорожный путепровод, натурные статические испытания, испытательные нагрузки, схемы загружения, расчетные модели сооружения, прогибы, деформации

Opabola E.A, Safronov V.S.

SELECTION AND VALIDATION OF SELECTED ANALYSIS MODEL IN THE EVALUATION OF RESULTS FROM A FULL SCALE STATIC TEST OF AN EXISTING REINFORCED CONCRETE BRIDGE

This work describes a methodology and results of a full-scale static test of a reinforced concrete bridge after strengthening and increase in design live load. Validation of selected design models used to obtain stress-strain state parameter of the structure was performed.

Keywords: Road overpass, full-scale static test, test loads, loading schematics, design models, deflections,

strain

Введение

Рассматриваемое транспортное сооружение представляет собой пространственную раму из монолитного железобетона. По длине сооружение разбито на температурные отсеки. Шаг крайних колонн по оси А составляет 13.6м, шаг внутренних колонн по оси Б

– 6.8м. Над сооружением располагается подъездная автодорога шириной 10.5м. При капитальном ремонте путепровода железобетонная плита усилена стальными поперечниками из прокатных двутавров 60Б1 и 60Б2 (СТО АСЧМ 20-93) из стали С245. Для включения рам усиления в совместную работу с железобетонной плитой проезжей части ригели поперечников напрягались с помощью домкратов, упирающихся в нижнюю поверхность железобетонной плиты проезжей части. Более подробное описание конструкции путепровода дано нами в статье [10].

_____________________________________________________________________________

© Опабола Е.А., Сафронов В.С.

203

Выпуск № 8, 2015

Методика проведения натурных статических испытаний

Целью проведения натурных испытаний являлось проверка соответствия действительных параметров напряженно-деформированного состояния величинам от действия испытательной нагрузки и оценка соответствия жесткостных и прочностных характеристик несущих конструкций проектным данным.

Статическое испытание проводилось в полном объеме в соответствии с нормами СНиП 3.06.07-86[3] с подробными измерениями параметров напряжённодеформированного состояния для выбранного по результатам визуального обследования несущих конструкций одного участка сооружения в трех характерных сечениях (рис. 1):

•вблизи металлической рамы усиления на оси 21, расположенной между несущими колоннами на осях А и Б;

•вблизи металлической рамы усиления на оси 22, расположенной между несущей колонной на оси Б и опирающейся на подстропильную металлическую балку у оси А;

•в середине пролета между металлическими рамами усиления на осях 21 и 22.

Вкачестве испытательной нагрузки использовались два загруженных песком автосамосвала SHAANXI F3000 общей массой каждого 30т и один загруженный песком автосамосвал КАМАЗ-55111 общей массой 27т . Полный вес статической испытательной нагрузки составил G=853.5 кН.

Коэффициенты загружения несущих конструкций рассматриваемого путепровода испытательной нагрузкой вычислялись:

как отношение общего веса испытательной нагрузки к полному весу временной проектной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке, равном единице;

по максимальным напряжениям в нижнем поясе металлических балок усиления;

по максимальным изгибающим моментам в железобетонной плите проезжей части. Коэффициент загружения по общему весу испытательной нагрузки для двух колонн

проектных временных нагрузок А11, расположенных на длине загружения λ=3х6.8=20.4м, с учетом рекомендуемого СНиП 2.05.03-84*[1] динамического коэффициента для сталежелезобетонных пролетных строений коэффициента 1+μ=1+15/(37.5+λ)=1.26 составил:

КA11=853.5/(1.6×0.98×11×20.4×1.26+4×9.81×11×1.26)= 853.5/987.2=0.86.

Коэффициент загружения по общему весу испытательной нагрузки для одиночного колесного автомобиля НК-80 с учетом рекомендуемого СНиП 2.05.03-84* динамического коэффициента 1+μ=1.1 составил:

КНК-80=853.5/(785х1.1)= 853.5/863.5=0.99.

Всоответствии с требованиями СНиП 3.06.07-86 [3] схемы установки испытательной нагрузки назначались такими, чтобы вызываемые усилия и напряжения в наиболее напряженных элементах несущих конструкций и прогибы в серединах пролетов железобетонной плиты перекрытия и ригелей металлических рам усиления составляли 70÷100% максимальных значений соответствующих величин от нормативной проектной нагрузки А11 с полным динамическим коэффициентом.

Всоответствии с требованиями СНиП 3.06.07-86 [3] схемы установки испытательной нагрузки назначались такими, чтобы вызываемые усилия и напряжения в наиболее напряженных элементах несущих конструкций и прогибы в серединах пролетов железобетонной плиты перекрытия и ригелей металлических рам усиления составляли 70÷100% максимальных значений соответствующих величин от нормативной проектной нагрузки А11 с полным динамическим коэффициентом.

При проведении статических испытаний использовались пять следующих схем установки испытательной нагрузки.

Схема 1: автомобили устанавливаются двумя колоннами в одном из пролетов над двумя металлическими рамами усиления со смещением испытательной нагрузки к левому ограждению проезда. При этом вызываются максимальные усилия в несущих элементах конструкции сооружения на левой стороне: колоннах по ряду Б и примыкающих участках

204

Выпуск № 8, 2015

плиты перекрытия. Для изучения восприятия испытательной нагрузки несущими конструкциями проезда сначала устанавливалась одна колонна вблизи ограждения (схема 1,а), а затем третий автомобиль располагался вплотную к установленной колонне (схема

1,б).

Схема 2: автомобили устанавливаются двумя колоннами в одном из пролетов над двумя металлическими рамами усиления со смещением испытательной нагрузки к правому парапетному ограждению проезда. При этом вызывались максимальные усилия в несущих элементах конструкции сооружения на правой стороне: колоннах по ряду А, примыкающих участках плиты перекрытия и железобетонном ригеле перекрытия, расположенном над колоннами по ряду А. Для изучения восприятия испытательной нагрузки несущими конструкциями проезда сначала устанавливалась одна колонны вблизи ограждения (схема 2,а), а затем третий автомобиль располагался вплотную к установленной колонне (схема 2,б).

Схема 3: автомобили устанавливаются одной колонной над железобетонной плитой перекрытия проезда между металлическими рамами усиления вблизи продольной оси проезда по автодороге. При этом вызывались максимальные усилия в несущих элементах конструкции сооружения в средней части проезда: железобетонной плите проезжей части и ригелях металлических рам усиления.

Схема 4: автомобили устанавливаются одной колонной в одном из пролетов над металлическими рамами усиления вблизи продольной оси проезда по автодороге. При этом вызывались максимальные усилия в несущих элементах конструкции сооружения в средней части проезда: плите перекрытия и ригелях металлических рам усиления.

Схема 5: автомобили устанавливаются одной колонной в пролетах проезда, примыкающих к деформационному шву вблизи продольной оси проезда по автодороге. При этом вызываются максимальные усилия в несущих элементах конструкции сооружения в средней части проезда: плите перекрытия и ригелях металлических рам усиления вблизи расположения деформационного шва.

При выполнении статических испытаний измерялись следующие параметры напряженно-деформируемого состояния несущих элементов сооружения:

▪прогибы ригелей металлических рам усиления в средних сечениях между точками их опирания на колонны и подстропильные балки;

▪прогибы подстропильных балок в средних сечениях между точками их опирания на металлические рамы усиления;

▪прогибы железобетонной плиты в средних сечениях между точками ее опирания на металлических рамы усиления;

▪деформации нижних поясов ригелей металлических рам усиления в средних сечениях между точками их опирания на колонны и подстропильные балки;

▪деформации нижних волокон железобетонной плиты в средних сечениях между точками ее опирания на металлических рамы усиления

Прогибы несущих элементов измерялись прогибомерами П1П12 системы Максимова с точностью до 0.1мм, а продольные деформации волокон конструкций – механическими деформометрами И1И12 на базе 30см с использованием стрелочных индикаторов с ценой деления 1мкм (Рис. 1).

205

Выпуск № 8, 2015

Рис.1. План несущей конструкции путепровода с расположением прогибомеров и деформометров

Для определения расчетных значений параметров напряженно-деформированного состояния несущих конструкций рассматриваемого транспортного сооружения от действия испытательной нагрузки использовался конечно-элементный программный комплекс STAAD.PRO.

Моделирование основных несущих элементов рассматриваемого транспортного сооружения выполнялось с использованием следующих типов конечных элементов (КЭ) из библиотеки программного комплекса:

-стержневые КЭ с 12-ю степенями свободы для описания колонн и металлических элементов усиления;

-плоские прямоугольные оболочечные КЭ с 24-ю степенями свободы (СС) для моделирования монолитной неразрезной железобетонной плиты пролетного строения.

Поскольку в узлах стержневого и плоского оболочечного КЭ одинаковый набор СС, то возможно их совместное использование в одной КЭ модели. Стержневые КЭ подвешивались к узлам плоских оболочечных КЭ при помощи предусмотренной в программе процедуры жестких вставок.

Для моделирования области сопряжения утолщенного участка плиты перекрытия с колоннами использовались абсолютно жесткие тела, моделирующие сопряжение узла ведущего КЭ с выбранным набором ведомых узлов.

Для целей подробного анализа данных статических испытаний и оценки фактического совместного сопротивления действующим нагрузкам железобетонной плиты проезжей части и металлических рам усиления, а также включения твердых слоев дорожной одежды в совместную работу с несущими конструкциями проезда, расчеты выполнялись по следующим четырем различным расчетным моделям транспортного сооружения:

Расчетная модель 1-1. Жесткость твердых слоев дорожной одежды не учитывается. Металлические продольные и поперечные ригели усиления связаны с железобетонной плитой в местах расположения опорных столиков только по вертикальным линейным степеням свободы. Таким образом, в этой расчетной модели сооружения реализовано неполное объединение и включение в совместное сопротивление действующим нагрузкам ригелей усиления с плитой перекрытия.

Расчетная модель 1-2. Отличается от расчетной модели 1-1 полным объединением

ивключением в совместное сопротивление действующим нагрузкам ригелей усиления с плитой перекрытия путем связывания по всем шести степеням свободы соответствующих узлов в местах расположения опорных столиков.

206

Выпуск № 8, 2015

Расчетная модель 2-1. Жесткость твердых слоев дорожной одежды учитывается с помощью добавления объемных элементов. В этой расчетной модели сооружения реализовано неполное объединение и включение в совместное сопротивление действующим нагрузкам ригелей усиления с плитой перекрытия.

Расчетная модель 2-2.. Отличается от расчетной модели 2-1 полным объединением и включением в совместное сопротивление действующим нагрузкам ригелей усиления с плитой перекрытия путем связывания по всем шести степеням свободы соответствующих узлов в местах расположения опорных столиков.

Рис. 3: График прогибов по схеме загружения 4 В рис 2-3 и табл.1-2 приведены измеренные и полученные расчетом по четырем

моделям рассматриваемого транспортного сооружения прогибы несущих конструкций путепровода в местах установки измерительных приборов для двух схем загружения пролетных строений путепровода. Сопоставление экспериментальных и расчетных

207

Выпуск № 8, 2015

параметров для приведенных в настоящей статье для двух схем загружений и данных других схем загружения путепровода испытательной нагрузкой показывает, что они измеренные параметры близки к расчетным, полученным по моделям сооружения 2-1 и 2- 2, в которых твердые слои дорожной одежды включены в совместную работу с несущими конструкциями проезда

Таблица 1 Сопоставление измеренных и вычисленных по четырем моделям расчетных прогибов и деформаций в местах установки измерительных приборов при статических испытаниях

путепровода для загружения по схеме 1

208

Выпуск № 8, 2015

Таблица 2 Сопоставление измеренных и вычисленных по четырем моделям расчетных прогибов и деформаций в местах установки измерительных приборов при статических испытаниях

путепровода для загружения по схеме 4

Выводы

Сравнение приведенных в рис 2-3 и табл.1-2 полученных расчетом прогибов и деформаций несущих конструкций тоннеля с соответствующими измеренными в ходе статического испытания экспериментальными значениями приводит к следующим выводам:

1.Экспериментальные прогибы близки к расчетным, полученным по моделям сооружения 2-1 и 2-2, в которых твердые слои дорожной одежды включены в совместную работу с несущими конструкциями проезда.

2.Экспериментальные деформации также близки к расчетным значениям, полученным по моделям сооружения 2-1 и 2-2. Кроме того, сопоставляя показания деформометра И-2, установленного на верхнем поясе поперечного ригеля по оси №21 с расчетными значениями видно, что измеренные деформации сжатия наиболее близки к расчетным, полученным по модели 2-1. Таким образом, из-за имеющихся зазоров между опорными столиками и плитой перекрытия фактически имеет место неполное объединение и включение в совместное сопротивление действующим нагрузкам ригелей усиления с плитой перекрытия.

209

Выпуск № 8, 2015

3.При выдерживании пролетного строения под нагрузкой остаточные деформации на нижних волокнах плиты перекрытия тоннеля в первом загружении достигали 8-9мкм и получились равными измеренным полным деформациям. В последующих загружениях остаточные деформации существенно уменьшились. Это подтверждает упругую работу материалов несущих конструкций тоннеля после устранения имевшихся до испытаний неплотностей сопряжения элементов.

Библиографический список

1.СНиП 2.05.03-84* (СП 35.13330.2011) Мосты и трубы (Актуализированная редакция) / Минрегионразвития РФ. – М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 339 с.

2.ОДМ 218.4.001-2008.Методические рекомендации по организации обследований и испытаний мостовых сооружений на автомобильных дорогах . М.2008.

3.СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследования и испытаний. - М.: Госстрой СССР, 1987. - 40с.

4.ВСН 4-81. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1981. – 32с.

5.Требования к техническому отчёту по обследованию и испытаниям мостового сооружения на автодороге. М.: Минтранспорта России, 1986.

6.Сафронов, В. С. Влияние деформационных характеристик песчаной засыпки на напряженно-деформированное состояние грунтозасыпных мостов / В. С. Сафронов, В. В. Зазвонов // Строительная механика и конструкции. – Воронеж, 2010, – Вып.№1 – С 16 – 20.

7.Сафронов, В.С. Натурные статические испытания грунтозасыпного автодорожного моста со сводчатым пролетным строением из монолитного железобетона / В.С. Сафронов, В.В. Зазвонов // Строительная механика и конструкции. – Воронеж, 2010, – Вып.№1 – С.29 – 38.

8.Сафронов, В.С. Влияние температурных воздействий на напряженно – деформированное состояние бесшарнирных сводчатых пролетных строений грунтозасыпных мостов / В. С. Сафронов, В. В. Зазвонов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительтво и архитектура. – Воронеж, 2011. – Вып. 1(21) – С.107 – 116.

9.Сафронов, В.С. Расчетно-экспериментальное исследование напряженнодеформированного состояния железобетонного свода грунтозасыпного автодорожного моста / В. С. Сафронов, В. В. Зазвонов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – Москва, 2011. – Вып. №2 – С.49 – 55

10.Опабола, Е.А. Вероятностная оценка грузоподъемности эксплуатируемого путепровода // Е.А. Опабола, В.С. Сафронов. Строительная механика и конструкции. Вып. №9, 2015г.

11.Опабола Ейитайо Адемола. Вероятностная оценка прочности железобетонной плиты моста с учетом распределительной способности дорожного покрытия. // Научный вестник ВГАСУ, серия «Студент и наука» Вып. №6, 2013г.

210