Разработка моделей метода конечных элементов для расчета напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций мостовых сооружений

• Автор: Колтаков, Пётр Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ И РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1.1. Физические особенности железобетона .

1.2. Стержневые модели железобетона

1.3. Обз.е.мшае анизотропные модели железобетона. .

1.4. Численные исслетованпя .

1.5. Псрспекзннм усовершенствовании расчетных методов .

1.6. Цеш п зазачп исследования .

1.7. Обзор н выбор расчетных комплексов МЮ

1.8. Выводы

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДРОБНОГО НДС ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Выбор метода для решении задачи. Решение нелинейных задач в I
2.1.1. Общие положения.
2.1.2 Способ прпрашеиня наг рузки
2.1.3. Метод длины душ.
2.1.4. Коррекции решения при помощью уснлийнсвязок
2.1.5. Полный метод решения нелинейных уравнений НыотонаРафсона.
2.1.6. Решение нелинейных уравнений методом длины дуги.
2.2. Интерфейсные элементы.
2.3. Гнисрупруган модель материалов НУРОЕСАБТПС.
2.3.1 Общее представление о модели
2.3.2. Трехмерные элементытри составляющих деформации.
2.3.3. Двухмерные элементы две составляющих деформации плоское напряженное состояние.
2.3.4. Диухмсрпмс элементы две составляющих деформации плоское деформированное состояние
2.3.5. Одномерные элементы одна составляющая деформации
2.4. Решение задач физического контакта в
2.4.1 Представление о задачах физического контакта
2.4.2. Определение контактных тел.
2.4.3. Обнаружение контакта.
2.4.4. Моделирование трсиии
2.4.5. Моделирование склеивании
2.5. Встроенная в МБС.Магс модель бетона нмнммнм1мммнмннмиммнм
2.5.1. Параметры зрещинообразовапни при одноосном напряженном состоянии
2.5.2. Трсщинообразованпс в хрупких материалах.
2.5.3. Разупрочнение при растяжении
2.5.4. Закрытие трсшины.
2.5.5. Разрушение от сжатия.
2.6. Разработка методики для определения НДС железобетона с учетом трещин
2.6.1. Учет трещннообразоиашш.
2.6.2. Аитомитичсскос добавление интерфейсных элементов в сетку.
2.6.3. Учт нелинейности бетона.
2.6.4. Учт усадки
2.6.5. Учт армирования.
2.7. Вынолм
ГЛАВА 3. ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.
3.1. Тсстнропаннс модели на неармировшпюм бетонном СТ образце
3.1.1. Описание проводимого эксперимента
3.1.2. Результаты экспериментальных испытаний.
3.1.3. Численное моделирование МКЭ.
3.1.4. Результат ы численного моделировании
3.2. Тестирование разработанной методики на армированной железобетонной балке с рабочей продольной и поперечной армату рой .
3.2.1. Описание нроподпмого эксперимента.
3.2.2. Результаты экспериментальных испытаний
3 Численное моделирование МКЭ.
3.2.4. Результаты численного моделирования.
3.2.5. Сравнение результатов расчта с СП .
3.3. Выводы ННИИИНтННИИНИИМЖМИННЖИММИМИНИМММММММММТТЧТММм
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ДЛЯ РАСЧТА РЕАЛЬНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО РИГЕЛЯ
4.1 Общая часть .
4.2. Постановка задач н принятые исходные данные для расчетов.
4.2.1. Особенности конструкции.
4.2.2. Особенности действующих нагрузок
4.3. Описание моделей МКЭ.
4.3.1. Задачи КЭ моделей и их общее описание.
4.3.2. Объединение старою и нового бетона при устройстве железобетонной канители в модели 2.3
4.3.3. Площадь продольной арматуры.
4.3.4. Принимаемые допущении.
4.3.5. Стадийность.
4.4. Рсзультат
4.4.1. Причина образовании наклонных трещин в сжатой зоне ригеля.
4.4.2. НДС ригеля от проектной расчтной нагрузки и необходимость н реконструкции
4.4.3. НДС ригеля на этапе снятия части бетона в сжатой зоне от расчтной нагрузки.
4.4.4. Расчет ПДС ригели после усилении
4.4.5. Сводная таблица результатов.
4.5. Выводы
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Влияние растянутого бетона между трещинами на жесткость элемента непосредственно не учитывается, а оценивается интегрально, введением корректирующего коэффициента , вычисляемого по эмпирическим формулам и зависящего от уровня напряженною состояния данного сечения и модуля деформаций растянутой арматуры. Коэффициент цх также учитывает такие факторы, как перераспределение напряжений между бетоном и арматурой, неравномерность напряжений в бетоне и переменность высоты сжатой зоны. Можно отметить, что именно эта модель получила наиболее широкое распространение в практике проектирования железобетонных конструкций. Она с небольшими изменениями и дополнениями включена и в действующие в настоящее время нормы . Обобщение и развитие этой модели, в частности понятия о коэффициенте ул, в разнос время было предложено в работах В. Н. Байкова 3, 4, В. М. Бондаренко , А. А. Гвоздева, С. А. Дмитриева, Я. М. Немировского , А. Б. Голышева, В. Я. Ьачинского , , Л. Р. Маиляна , , А. В. Забегаева А. С. Залесова, В. В. Фигоровского , Н. М. Мулина, Ю. П. Гущи , Ю. ТТ. Гущи, Л. Л. Лемыша , А. С.Залесова, Е. А.Чистякова, И. Ю.Ларичевой , О. Ф.Ильина , Н. И. Карпенко , , В. М. Митасова , В. П. Чайки 4, 5 и многими другими 1, , , ,. Главным инструментом современных макроструктурных деформационных моделей сечений являются диаграммы состояния бетона и арматуры, определяющие работу материалов как в области упругого, так и нсупругого деформирования вплоть до их разрушения. Значительный интерес с точки зрения практического использования представляет модель квазиоднородного сплошного тела, предложенная А. Б. Голышевым и В. Я. Бачинским , , согласно которой бетон до и после образования трещин рассматривается с единых физических позиций как сплошное тело, что позволяет устранить разрывность функции жесткости при трещинообразовании. Модель реализуется введением некоторого усредненного расчетного сечения на участке блока между трещинами с линейным законом распределения деформаций по его высоте. При этом развитие трещин, нарушение совместности работы арматуры и бетона моделируется уменьшением напряжений в бетоне растянутой зоны с помощью коэффициента уц. Функциональная связь между ук и отношением усилия трещинообразовании к его текущему значению может быть получена в результаге анализа напряженнодеформированного состояния блока в целом. Анаюгичный подход используется также в работах 7, , , 9. Крамер Е. Тимошенко С. П. и использованной в работах Александрова , Троста X. Улицкого Б. Е. и других авторов. Его подход основан на использовании модифицированных дифференциальных уравнений изогнутой оси балки, которые учитывают изменение жесткости сечения за счт появления поперечных трещин, их роста и увеличения раскрытия под действием нагрузки. При этом, в его работе при апостериорной постановке задачи рассматривается пример изгибаемой железобетонной балки с равномерным и переменным характером расположения трещин, жесткость сечений в которых представлена в виде импульсных функций. Таким образом, им получено уравнение изгиба балки с переменным шагом поперечных трещин с учетом их раскрытия Де, шага с, высоты и податливости . Также при помощи этого подхода Крамер Е. Л. исследовал влияние податливость сечений с продольными трещинами вдоль контакта полок со стенкой двутавровой балки на е напряженное состояние. Помимо этого им были исследованы многие другие типы железобетонных конструкций и получены уравнения, учитывающие различные способы нагружения, в том числе и кручение. Такой подход предполагает написание сложных дифференциальных уравнений и последующим их интегрированием. Данный метод позволяет рассчитывать задачи в пространственной постановке, но требует использования в расчте полуэмпирических характеристик, таких как шаг трещин с и других параметров, которыми автор задается, принимая их на основе имеющихся опытных данных или из известных полуэмпирических зависимостей. Также, в данной постановке, нет возможности учитывать наклонные трещины, возникающие от действия поперечных сил и прослеживать их развитие.