Тарасов Александр Александрович. Моделирование напряженного состояния оснований и подземных частей бесконусных армогрунтовых устоев автодорожных мостов

Краткое описание

Тарасов Александр Александрович. Моделирование напряженного состояния оснований и подземных частей бесконусных армогрунтовых устоев автодорожных мостов: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 05.23.11 / Тарасов Александр Александрович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»], 2020

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования
«Воронежский государственный технический университет»
На правах рукописи
Тарасов Александр Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ ЧАСТЕЙ БЕСКОНУСНЫХ АРМОГРУНТОВЫХ УСТОЕВ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Специальность
05.23.11 - проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов,
мостов и транспортных тоннелей
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук,
профессор Шапиро Д.М.
Воронеж 2020

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5
Глава 1. Современные конструкции, методы и технические средства расчетов устоев и сопряжений мостов с насыпями 12
1.1. Конструктивно-технологические решения устоев и переходных плит 12
1.2. Нормативно-теоретические положения, расчетные схемы армогрунтовых устоев 19
1.3. Исследования и практические методы деформационного расчёта внецентренно сжатых железобетонных элементов 25
1.4. Обзор современных программ, относящихся к теме исследования 27
1.5. Расчетные проверки бесконусных сопряжений мостов с насыпями 31
1.6. Выводы по первой главе 32
Глава 2. Расчет устойчивости оснований армогрунтовых устоев против глубокого сдвига 34
2.1. Общие положения расчетов 34
2.2. Общий вид решения плоской и пространственной задач 34
2.3. Уточнение формы поверхности скольжения для условий оснований армогрунтовых устоев 40
2.4. Программное обеспечение 45
2.5. Примеры расчета 47
2.5.1. Пример расчета устойчивости подпорной стенки из армированного грунта методом предельного равновесия и методом снижения прочностных характеристик грунта 47
2.5.2. Пример определения прочностных характеристик грунта основания подпорных стенок из армированного грунта, соответствующего требуемому коэффициенту запаса устойчивости 49

3
2.6. Выводы по второй главе 53
Глава 3. Моделирование напряженного состояния оснований армогрунтовых устоев и деформационный расчет внецентренно сжатых железобетонных элементов опор автодорожных мостов 54
3.1. Общие положения расчетов 54
3.2. Линейный расчёт оснований бесконусных сопряжений мостов с подходными насыпями 55
3.3. Деформационный расчет сечений внецентренно сжатых железобетонных элементов 60
3.3.1. Описание деформационной модели 60
3.4. Нелинейный деформационный расчет внецентренно сжатых железобетонных свай с учетом силового взаимодействия с грунтом основания 68
3.4.1. Описание решаемой задачи 68
3.4.2. Алгоритм и блок-схема программы нелинейного деформационного расчета внецентренно сжатых железобетонных свай с учетом силового взаимодействия с грунтом основания 75
3.5. Примеры деформационного расчета внецентренно сжатых железобетонных сечений 78
3.6. Выводы по третьей главе 99
Глава 4. Практическое внедрение результатов исследования 101
4.1. Общие положения 101
4.2. Пример №1. Путепровод через ЦКАД на съезде №5 с транспортной развязки. 102
4.3. Пример №2. Путепровод через ул. Героев Сибиряков в г. Воронеже 118
4.4. Выводы по четвертой главе 129
Заключение 131

4
Список литературы 134
Приложение А. Акты внедрения результатов научных исследований 151
Приложение Б. Акт внедрения результатов научных исследований в учебный
процесс 154

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В диссертации разработана методика расчетов, включающая моделирование напряженного состояния и комплекс проверок по предельным состояниям в соответствии с требованиями современных нормативных документов, обеспечивающая безопасность и надёжность проектных решений оснований и подземных частей армогрунтовых устоев с раздельными функциями.
Расчёты выполняются по расчётным схемам двух групп с использованием расчётных моделей теории жёсткопластической среды (предельного равновесия) и теории линейно деформируемой (или упругопластической) среды. Разработаны способы определения расчётных параметров, характеризующих проверяемые виды предельных состояний с присущими им формами разрушения и деформирования.
2. Разработан алгоритм и программа расчёта устойчивости оснований на теоретической основе метода горизонтальных сил Г. М. Шахунянца для условий плоской и пространственной задач. В расчёт вводятся два уточнения, отражающие геометрическую форму расчётной области и действующих нагрузок:
- сечения поверхностей скольжения в виде составных кривых, описываемых полиномами третьей степени, генерируются по переменным координатам трёх точек и углу наклона при пересечении с границей основания;
- вертикальное давление в основании от веса подходной насыпи впереди и за передней гранью подпорной стенки распределяется не ступенчато, а по билинейной эпюре в соответствии с рисунком 2.5.
Предложенные уточнения позволяют повысить надёжность получаемых по расчётам коэффициентов запаса устойчивости и приблизить форму поверхностей скольжения к выходным данным упругопластических расчётов (по программе PLAXIS) с понижением прочностных характеристик «tgq-с» грунтов основания.
3. В расчётах с использованием модели грунта как линейно деформируемой (упругопластической) среды решается пространственная задача с использованием современных верифицированных программ LIRA, Midas Civil, Midas GTS NX и др.

132
Расчётная область включает в себя основание с делением на инженерно¬геологические элементы, подходную насыпь проектной формы и размеров, крайнюю опору моста с нагрузками, передаваемыми пролетным строением. В расчетной области выделяется плоскость симметрии системы, на которой строятся эпюры и изополя, необходимые для выполнения расчётных проверок.
Разработанный способ расчёта обеспечивает теоретическую строгость и надёжность комплекса проверок по предельным состояниям, отражает условия воздействия нагрузки от веса насыпи на конструкции фундаментов глубокого заложения.
4. Разработан инженерный метод (алгоритм и программа) нелинейного деформационного расчёта внецентренно сжатых железобетонных элементов устоев мостов с обычным армированием (стоек, свай). Алгоритм расчёта не содержит упрощений, снижающих теоретическую строгость, кроме допущений, принятых в расчётной модели: гипотеза плоских сечений, трёхлинейные диаграммы состояния бетона и арматуры.
Вычислительная основа метода расчёта построена на решении задачи, в которой напряжения определяются по заданным деформациям краевых точек сечения. Особенностью разработанного метода является получение и последующее использование в расчёте переменных приведенных геометрических характеристик сечения (площади и момента инерции) в зависимости от внешних осевой силы и изгибающего момента.
Использование нелинейной деформационной модели ведёт к уточнению расчётных поперечных перемещений и усилий во внецентренно сжатых железобетонных элементах устоев мостов.
5. Разработанный метод расчёта и реализующее его программное обеспечение внедрены при проектировании и контрольных расчётах оснований сопряжений мостов с подходными насыпями автомобильных дорог на объектах текущего проектирования в проектных предприятиях ООО «Мостдорпроект» и ООО «Центр-Дорсервис».

133
Выполненные расчёты показали пригодность разработанных в диссертации алгоритмов и программного обеспечения для практического использования в условиях современных проектных организаций дорожной отрасли. Результаты выполненных расчётов находятся в требуемом соответствии с техническим состоянием запроектированных объектов.