Приложение Г. Пример определения изгибающих моментов в сечениях неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения с учетом регулирования усилий

Приложение Г

Пример определения изгибающих моментов в сечениях неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения с учетом регулирования усилий

Общие данные

Пролетное строение выполнено по индивидуальному проекту применительно к типовому проекту серии 3.503-50, инв. N 1180/3, северное исполнение, с увеличением длины центрального пролета до 64 м. Продольная схема пролетного строения, в расчетных длинах пролетов составляет 42 + 64 + 42 м. Проектные нагрузки - Н-30 и НК-80 (по СН 200-62).

Для определения грузоподъемности по прочности сечений находят изгибающие моменты М в балках пролетного строения для крайних пролетов на расстоянии 1/3l от крайних опор, для промежуточного пролета - в 1/2l , где l - соответствующий расчетный пролет. Для определения грузоподъемности по устойчивости сжатого нижнего пояса опорных сечений находят изгибающие моменты в сечениях над промежуточными опорами.

Геометрические параметры поперечного сечения и материалы пролётного строения

Геометрические параметры рассчитываемого поперечного сечения, материалы пролётного строения, приняты по данным натурных измерений:

- материал главных балок - низколегированная сталь марок 15ХСНД;

- материал плиты проезжей части - конструкционный тяжёлый бетон класса прочности на сжатие В30;

- материал продольного армирования плиты проезжей части - арматурная сталь класса A-I.

В поперечном сечении пролётного строения установлено две главных балки (рисунок Г.1.1), параметры которых в расчетных сечениях приведены в таблице Г.1.1.

Таблица Г.1.1 Параметры главных балок пролетного строения в расчетных сечениях

Расчётное сечение	Верхний горизонтальный лист, мм	Нижний горизонтальный лист, мм	Стенка балки, мм
1/3 расчетной длины крайних пролетов	420х20	560x25	2480x12
1/2 расчетной длины среднего пролёта	420x20	850x32	2480x12
Опорное сечение на промежуточной и концевой опорах	пакет листов 1050x32 и 950x32	пакет листов 1050x32 и 950x32	2480x14

Расстояние по осям главных балок - 7,6 м.

Плита проезжей части железобетонная, толщиной 160 мм. Размер свеса консоли плиты (во внешнюю сторону) составляет 4,05 м. Армирование плиты выполнено в 2 горизонтальных ряда, арматурой диаметром 10 мм, расположенной в сечении с шагом 200 мм.

Параметры плиты, включаемой в расчёт, определены в соответствии с требованиями п. 9.15 [3] и составляют (расчетное сечение балки показано на рисунке Г.1.2):

- свес в сторону соседнего стального элемента - 3,8 м;

- свес в сторону консоли - 4,05 м.

При расчете к характеристикам материалов, введены следующие коэффициенты условий работы:

- к стальной части конструкции m = 1,0;

- к железобетонной конструкции плиты проезжей части m = 1,0.

Расчетные воздействия от постоянных нагрузок

Расчетные воздействия от постоянных нагрузок определены из условия равномерного распределения постоянных нагрузок между балками.

Нормативные и расчетные интенсивности от нагрузок первой и второй стадии для балки пролетного строения приведены в таблице Г.1.2.

Учет последовательности возведения

Статический расчет конструкции на действие постоянных нагрузок первой и второй стадии выполнен методом конечных элементов с использованием сертифицированного программного комплекса, реализующего расчет с учетом последовательности монтажа.

Таблица Г.1.2 Нормативные и расчетные интенсивности постоянных нагрузок

Наименование нагрузки	Толщина, м	Удельный вес,	Норм. интенсивность, тс/м	Коэфф. надежности,	Расчетная интенсивность, тс/м
Нагрузки первой стадии
Собственный вес металлической балки			1,23	1,1	1,35
Собственный вес железобетонной плиты			3,59	1,1	3,95
Итого нагрузки первой стадии			4,82		5,30
Нагрузки второй стадии
Перила			0,14	1,1	0,15
Ограждение безопасности			0,055	1,1	0,06
Подготовительный слой	0,03	2,2	0,52	1,15	0,60
Гидроизоляция	0,006	1,0	0,05	1,15	0,05
Защитный слой	0,04	2,4	0,75	1,15	0,87
Асфальтобетон	0,07	2,3	1,26	1,15	1,45
Итого нагрузки второй стадии			2,78		3,18

Итоговая пространственная модель пролетного строения представлена стержневыми конечными элементами общего вида, жестко объединенными между собой. Граничные условия заданы в узлах расчетной схемы в соответствии с местом их фактической установки. Геометрические характеристики сечений главных балок приняты соответствующими типовому проекту серии 3.503-50, инв. N 1180/3, приведенным к металлу. Продольные стержневые конечными элементы главных балок жестко объединены между собой поперечными стержневыми конечными элементами, жесткостные характеристики которых определены сечением железобетонной плиты между главными балками, а также стержневыми элементами, по своему размещению и жесткостным характеристикам соответствующим нижним продольным связям. Объединение узлов элементов, имитирующих нижние продольные связи, с узлами стержней главных балок выполнено через двухузловые упругие связи с характеристиками жестких вставок, длина которых соответствует реальному расстоянию от центра тяжести главных балок до уровня размещения продольных связей.

Шаг разбивки в продольном направлении принят переменным, исходя из необходимости размещения в расчетной модели узлов нижних продольных связей и разбиения плиты проезжей части, но не более 1/10 пролета.

В расчете учтена стадийность монтажа, а также изменение геометрических характеристик сечений балки (на первых стадиях монтажа металлическое сечение, после монтажа железобетонной плиты - включение ее в работу сталежелезобетонного сечения). Последовательность возведения конструкции принята по типовому проекту серии 3.503-50, выпуск 3.

Деформированный вид конструкции в процессе расчета показан на рисунках Г.1.3-Г.1.7. Эпюры изгибающих моментов на различных этапах расчета приведены на рисунках Г.1.8-Г.1.12.

Усилия в элементах главных балок

Полученные значения накопленных усилий приведены в таблице Г.1.3.

Таблица Г.1.3 Накопленные изгибающие моменты в расчетных сечениях от постоянных нагрузок первой и второй стадии .

N п/п	l/2 (средний пролет)	опорное сечение	l/3 (крайний пролет)
1	184,7	-485,1	104,5
2	-247,7	-909,8	16,5
3	300,4	-2329,1	298,8
4	1024	-1605,4	503,6
5	1539,9	-2667,3	772,7
I стадия	300,4	-2329,1	298,8
II стадия (5-3)	1239,5	-338,2	473,9

Прочие параметры

Нагрузка от пешеходов учтена согласно п. 5.2 [2].

При ширине тротуара 1,5 м нормативная интенсивность пешеходной нагрузки на один тротуар составляет

тс/м.

Коэффициент надежности по нагрузке (п. 5.2.1 [2]) .

Итоговая расчетная интенсивность - 0,36 тс/м.

Расчетные изгибающие моменты в рассматриваемых сечениях от действия пешеходной нагрузки приведены в таблице Г.1.4.

Таблица Г.1.4 Изгибающие моменты от пешеходной нагрузки

Нагрузка	l/2 (средний пролет)	опорное сечение	l/3 (крайний пролет)
Пешеходная	125,3	191,2	81,9

Ширина полос безопасности принята равной 2,0 м.

При построении поверхностей влияния учтены также зоны раскрытия трещин в плите путем назначения жесткости железобетонной плиты, входящей в сечение главных балок в указанных зонах, согласно п. 9.12 [3].