ВВЕДЕНИЕ
0.1. Объекты исследовании
В процессе рассмотрения вариантов прохождения трассы автомобильных дорог и проектирования мостовых переходов проектировщики сталкиваются с задачами выбора наиболее экономичного решения при пересечении поймы и русел рек. Сложившаяся практика проектирования и расчета искусственных сооружений основана на соблюдении требований строительных норм и правил СНиП, которые в настоящий момент не всегда учитывают новых возможностей по строительным материалам и новым технологиям, возможности проведения комплексных расчетов конструкций с учетом их взаимодействия и взаимного влияния друг на друга в строительных конструкциях, системах, поведения иод нагрузкой, более достоверного определения их НДС с помощью новых возможностей ЭВМ.
Внеклассные мостовые переходы сооружаются на реках, часто имеющих глубину воды до м и более, высокие скорости течения вызывающие большие общие и местные размывы. Несущие слои грунтов располагаются на глубине до м от дна реки, при этом высота опор от уровня воды достигает м и более.
Затраты на устройство массивных опор на глубоководных реках в сложных гидрогеологических условиях занимают до процентов от общих затрат труда и времени сооружения мостов, до процентов общей стоимости мостовых переходов.
Как правило, решение задач по проектированию опор, пролетных строений и других конструктивных элементов мостов основано на простейших схемах, эмпирических формулах с большими коэффициентами за
паса, которые требуют значительных финансовых, материальных и трудовых затрат при сооружении мостовых переходов.
Создание нового конструкторскотехнологического комплекса по сооружению легкой, гибкой опоры мостов с фундаментами глубокого заложения, с минимальными материальными, трудовыми и финансовыми затратами потребовало необходимости комплексного расчета опоры, в том числе с учетом несущей способности металлической оболочки буронабивных свай.
Многоводные реки Европейской части Российской Федерации, протекающие в южном направлении, имеют крутой правый берег, часто склонный к оползню. Решение задач по стабилизации оползневых участков берега в районе прохождения трасс решаются разгрузкой склона, а также их укреплением путем забуривания, армирования и бетонирования свай или другими методами.
Решения по укреплению берегов, склонных к оползню, принимаются на основании геологических данных, а также данных, полученных за наблюдением режимных скважин.
Методики расчетов на оползневых участках, как правило, сводятся к определению кривых линий скольжения и определению коэффициентов запаса устойчивости грунтовых масс.
При принятии решения по крутым, потенциально склонным к оползню грунтовым массивам, очень важно знать распределение напряжений в грунте при разгрузке и укреплении склонов
при каких условиях возникает предельное напряженное состояние, в результате которого происходит разрушение скелета грунта и переукладка частиц
прогноз поведения грунтовых массивов под влиянием внешних и внутренних воздействий, изменений условия равновесия в силу различных природных и техногенных причин.
С целью достоверной оценки несущей способности опоры, определения ее трехмерного напряженнодеформированного состояния с учетом дискретного расположения в бетоне арматуры, работы стальной трубы стоек опоры и взаимодействия с прилегающим к опоре грунтом, потребовалась разработка в трехмерной постановке метода и программного обеспечения, проведения анализа напряженнодеформированного и предельного состояний системы опорагрунт.
Особый класс задач, требующих разработки методик задачи по определению остаточной несущей способности пролетного строения железобетонного моста, состоящего из отдельных блоков, расчет и схема усиления пролетных строений таких мостов. Во второй половине XX века в СССР было построено более мостов с большими пролетами такого типа, при этом все они потребовали ремонта, а некоторые из них обрушились на стадии строительства или эксплуатации.
Основным недостатком составных пролетных строений мостов является расстройство поперечных стыков между блоками и проникновение влаги в стыки между блоками.
Неравномерность потери предварительного напряжения арматурными пучками в пролетных строениях, интенсивная коррозия арматуры при раскрытии стыков, требует особого подхода к вопросам определения остаточной несущей способности всех балок в каждом пролете. Недостоверные результаты могут привести к невозможности полного восстановления несущей способности пролетного строения за счет низких усилий в напрягаемой арматуре или разрушения бетона блоков в случае больших усилий. Сочетание эксперимента и разработанных методик расчета позволяет успешно справиться с этой задачей.
0.2. Обзор исследований по применению метода конечных элементов для решения трехмерных задач теории упругости и пластичности
Основные теоретические положения теории упругости и пластичности, описание применяемых методов решения, а также решение целого ряда частных задач приведены во многих трудах отечественных и зарубежных исследователей, в частности, в монографиях 6,,,5,6, 0,2,9, 5,0,5,7,3,8.
В связи с бурным развитием вычислительной техники в решении задач механики деформируемого твердого тела, особенно для расчета конструкций и сооружений сложной структуры и их элементов сложной геометрии, широкое развитие получили численные методы. Среди них особое место занимает метод конечных элементов МКЭ, благодаря своей универсальности в программной реализации и возможности создания полностью автоматизированного цикла расчета. Он основан на замене исследуемого объекта совокупностью конечного числа дискретных элементов, связанных между собою в узлах. Непосредственный переход к расчетной схеме из соображений механики дает возможность естественно сформулировать граничные условия, произвольно располагать узлы сетки, сгущая ее в местах ожидаемого большого градиента искомых величин, применять метод для исследования областей, состоящих из фрагментов различной физической природы и т.д. Важно отметить естественность механической природы МКЭ.
Ход развития метода отражен в работах зарубежных исследователей Дж. Аргириса, Э. Вилсона, М. Айронса, Р.У. Клафа, .. Зенкевича, Дж.Т. Одена и других. Значительный вклад в теорию метода конечных элементов содержится в отечественных работах В.А. Постнова, И .Я. Хархурима, .. Сахарова, I.. Розина, И.Ф. Образцова и других.
Литература
- Київ+380960830922