Напружено-деформований стан сталезалізобетонних прогонових будов з раціоналізацією їх геометричних параметрів

Abstract

UA: Дисертація присвячена дослідженню НДС сталезалізобетонних прогонових будов, що працюють на згин, при дії постійного і тимчасового навантаження. Виконаний аналіз літературних джерел дозволяє зробити висновок про актуальність питання раціоналізації сталезалізобетонних перерізів та їх використання при будівництві та реконструкції споруд. У роботі представлена розроблена методика раціонального проектування комбінованих перерізів, що застосовується для сталезалізобетонних прогонових будов. В основу методики покладено критерій рівноміцності віддалено крайніх від нейтральної осі елементів перерізу. Для чого було реалізовано алгоритм пошуку раціональних геометричних параметрів приведеного перерізу, обмежених деяким діапазоном значень. За допомогою програмного комплексу ЛІРА-САПР 2018 Pro (Ліцензія №1/6638) було виконано скінченно-елементне моделювання роботи сталезалізобетонної прогонової будови мосту з метою перевірки і уточнення результатів з урахуванням багатостадійної роботи, фізичної нелінійності, повзучості бетону і перерозподілу зусиль по контакту бетону і сталі. Ефективність сталезалізобетону з часом не знижується і буде залежати від раціонального складу бетону, при якому мінімізуються деформації повзучості і оптимальних співвідношень конструктивних параметрів. Скінченно-елементне моделювання дозволило виконати аналіз і оцінку НДС прогонових будов, а також призначити раціональну конструкцію трипрогонового сталезалізобетонного мосту. Результати дисертаційної роботи впроваджено в практику проектування і будівництва, а також у навчальному процесі. RU: Диссертация посвящена исследованию НДС сталежелезобетонных пролетных строений, работающих на изгиб, при действии постоянной и временной нагрузках. Во введении представлена общая характеристика работы, приведены актуальность, связь с научными темами, сформулированы цель и задачи исследований, описаны практическая значимость и научная новизна. В первом разделе выполнен обзор научной литературы о сталежелезобетонных конструкциях, применяемых при строительстве и реконструкции зданий и сооружений, рассматриваются существующие методики расчета изгибающих сталежелезобетонных элементов. Рассмотрены подходы к рационализации поперечных сечений сталежелезобетонных балок. Выполнен обзор существующих программных комплексов для моделирования работы сталежелезобетонных конструкций методом конечных элементов. Во втором разделе представлены теоретические исследования комбинированных поперечных сечений и конструктивных систем балочных сталежелезобетонных мостов. Рассмотрен алгоритм рационализации поперечных сечений путем варьирования их геометрических параметров, используя метод приведенного сечения. Проведено сопоставление предложенного комбинированного сечения с существующими аналогичными сечениями. Выполнен алгоритм оптимизации многопролетных статически определимых и статически неопределимых балочных систем. Результаты оптимальных конструктивных схем получены для: многопролетной балки с шарнирами на крайних пролетах; многопролетной балки с шарнирами в среднем пролете; балки с односторонними опорными связями; балки со смещенными опорами; балки с упруго-податливыми связями. В третьем разделе выполнено конечно-элементное моделирование роботы сталежелезобетонного пролетного строения моста, используя ПК ЛИРА-САПР 2018 Pro (Лицензия № 1/6638), с целью проверки и уточнения результатов, полученных путем предложенного алгоритма оптимизации, с учетом многостадийной работы конструкции, физической нелинейности, ползучести бетона и перераспределения усилий по контакту бетона и стали. Эффективность сталежелезобетона со временем не снижается и будет зависеть от рационального состава бетона, при котором минимизируются деформации ползучести; и оптимальных соотношений конструктивных параметров. Конечно-элементное моделирование позволило выполнить анализ и оценку НДС пролетных строений, а также назначить рациональную конструкцию трехпролетного сталежелезобетонного моста. В четвертом разделе выполнено внедрение результатов диссертационной работы, применяя предложенный алгоритм оптимального проектирования, а также усовершенствованный расчет конечно-элементной модели пролетного строения сталежелезобетонного моста, выполненного с помощью ПК ЛИРА-САПР 2018 Pro (Лицензия №1/6638). Предложенные решения были реализованы через проектные решения в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ по разработке проектно-сметной документации на капитальный ремонт мостов: через р. Вереп автомобильной дороги государственного значения Р-69 Киев – Чернигов в Черниговской области; на автомобильной дороге общего пользования О221801 Чаплинка– Новотроицкое – Рыково на участке км 0+000 – км 20+000 в Херсонской области. Предложенный алгоритм оптимального проектирования и поиска рационального комбинированного сечения был применен при проектировании и реконструкции объектов транспортных сооружений в филее «Проектно- исследовательский институт железнодорожного транспорта» АО «Укрзализныця». Результаты исследований нашли практическое применение в учебном процессе при подготовке магистров и докторов философии по образовательным программам «Железнодорожные сооружения и путевое хозяйство» и «Строительство и гражданская инженерия»/ EN: The dissertation is devoted to the research of the stress-strain behaviour of steel- concrete spans work on bending under dead and temporary load. The literature analysis allows to conclude that nowadays the rationalization of steel- concrete cross-sections and using them in building construction and reconstruction are important issue. The dissertation presents the developed method of rational design of composite cross-sections that using for steel-concrete spans. The method is based on the equal strength criteria of the extreme equal from the neutral axis of the cross-section elements. To achieve this propose the search algorithm of rational geometrical parameters of transformed cross-section limited by a range of values have been carrying out. Using the software package LIRA-CAD 2018 Pro (License №1/6638), the finite-element modelling of steel-concrete bridge span behaviour is carried out to verify and finalized the obtained results taking into account the multistage work of the span (structural non-linearity), physical non-linearity and concrete creep, redistribution of stresses due to the compliance of a flexible connection over the contact between concrete and steel. The efficiency of the composite reinforced concrete will not decrease with time and will depend on the rational compositions of the concrete to minimize creep deformations and the optimal ratios of the design parameters. Finite-element modelling allowed to carried out the analysis and estimation of stress-strain of bridge spans and allowed to appoint the rational design of three-span steel- concrete bridge. The results of the dissertation work are introduced into the practice of designing and building, as well as in the educational process.