Диссертация (1151675), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Результаты расчётов в виде графиков напряжения (Gvэ) в бетонных элементах дна и откосов канала и их перемещения, характеризующих техническоесостояние элемента, представлены на рисунке 4.15.GVЭ, Н/м2 107БГВАа − м перпендикулярно оси каналаРисунок 4.15 – График напряжения облицовки магистральныхи межхозяйственных каналов при моделировании неисправностей сооружений:А – элементы без дефектов; Б – наличие разуплотнения грунтового основанияпод облицовкой дна; В – перемещение облицовки по откосу канала,Г – с перемещением облицовки по дну канала на расстоянииот 3 до 4,5 м от откоса186Очевидно, что наиболее подвержены избыточному напряжению зоны Г – сперемещением облицовки по дну канала и В – с перемещением облицовки по откосу канала; вследствие чего нижние ряды облицовки испытывают предельно допустимые и критические напряжения, вызывающие их перемещение.Получены эмпирические зависимости для расчёта напряжений элементов попериметру облицовки поперечного разреза канала (GVЭ): для элементов без неисправностей (4.8); с разуплотнением грунтового основания (4.9); для элементовпри наличии перемещений облицовки по откосу (4.10) и дну канала (4.11).GVЭ=-0,0151а2+0,517а+0,0183; R2=0,99;(4.8)GVЭ=-0,00758а2+0,343а-0,179; R2=0,89;(4.9)GVЭ=-0,0137а2+0,431а-0,408; R2=0,85;(4.10)GVЭ=-0,00183а2+0,231а-0,135; R2=0,84;(4.11)2где GVЭ – значения напряжения, Н/м ;а – кратчайшее расстояние от оси канала до элемента, м;R 2 – коэффициент корреляции.4.3.2 Результаты численных расчётов лотковых каналов оросительных системМоделирование технического состояния лотковых каналов выполнялось спомощью численных расчётов (рисунок 4.16) напряжённо-деформированного состояния лотка.
Модель включала в себя элементы и узлы, в количестве соответственно 3313 и 6861. Кодирование исходной информации осуществлялось в терминах метода приращений с учётом представления лотка в виде объектов простойгеометрической формы, полукругового очертания. Спроектированный лоток выполнен из железобетона массой 3565,87 кг и объёмом 1,474 м3, что соответствуетмарке лоткового канала ЛР - 80 [27].В постановке численного расчёта лоткового канала без неисправностейпреследовалась цель установления адекватности твердотельной модели (рисунок4.16) напряжённо-деформированного состояния лотка, выполненного из железобетона с существующими натурными испытаниями железобетонных лотков [297].187Рисунок 4.16 – Конечно-элементная модель лоткового каналаЗначения нормальных напряжений при полном загружении лотка составили 15,7·105 Н/м2 [55] (рисунок 4.17), в численном расчёте моделирования лотка –14,2·105 Н/м2 , что составляет разницу менее 10 % и подчёркивает адекватностьмодели напряжённо-деформированного состояния лотка, аналогично полученызначения абсолютных перемещений, приведённые на рисунке 4.18.Рисунок 4.17 – Эпюра интенсивности напряжений лоткового канала188Рисунок 4.18 – Эпюра абсолютных перемещений лоткового каналаРассчитывались максимально допустимые геометрические размеры неисправностей.
На первом этапе исследований выполнено численное моделированиесостояния железобетонного лотка, с продольной трещиной, пересекающей арматуру.Сравнения эпюр эквивалентных напряжений, лотка с продольной трещиной и лотка без неисправностей (4.391е+003 к 4.023е+003Н/м2), выявили отсутствие критических напряжений, что констатирует прочность заложенную при проектировании (рисунок 4.19). Результирующие перемещения также не привели кзначительным изменениям, все данные находятся в допустимых границах (рисунок 4.20) [139].Проведённое моделирование убедило в наличии существенного запасапрочности лотка с боковой трещиной, поэтому проблему продольной трещины, нанаш взгляд, следует изучать, согласно утверждённым нормативным документам[239, 256, 292], устанавливающим необходимые критерии строительства.189Рисунок 4.19 – Эпюра интенсивности напряжений лотка с продольной трещинойвдоль борта каналаРисунок 4.20 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с продольной трещинойвдоль борта канала190На втором этапе было проведено моделирование разрушения зоны опирания (рисунок 4.21) с тремя размерами диаметра: 100 мм, 200 мм и 300 мм.В результате получены эпюры абсолютных перемещений лотка с разрушением зоны опирания (рисунки 4.21 – 4.23).
По результатам моделирования выявлены наиболее опасные неисправности, а именно разрушение зоны опираниядиаметром более 300 мм, которое ведёт к выходу из строя лотка. При диаметременьших размеров на эпюрах перемещений характерно отражаются допустимыезначения. Указанный факт подтверждён нормативными документами [101, 104,106]. Происходит “сползание” лотка с раструба, ведущее к нарушению функционирования оросительного канала. Возникает интенсивная утечка воды, что способствует ускоренному разрушению данного участка.Также моделировалась ситуация сочетания различных неисправностейлоткового канала: продольной трещины и разрушения зоны опирания.
Выполненомоделирование боковой трещины и разрушение зоны опирания с различнымидиаметрами − 100 мм, 200 мм и 300 мм.Рисунок 4. 21 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 100 мм191\Рисунок 4.22 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 200 ммРисунок 4.23 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 300 мм192Полученные эпюры интенсивности напряжений лотка (рисунки 4.24 −4.29) позволяют установить, что с появлением продольной трещины состояниелотка становится опасным для эксплуатации.
Интенсивный порог опасности разрушения зоны опирания определён, начиная с диаметра 250 мм.Рисунок 4.24 – Эпюра интенсивности напряжений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 100 мм и с продольной трещиной вдоль борта каналаРисунок 4.25 – Эпюра интенсивности напряжений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 200 мм и с продольной трещиной вдоль борта канала193Рисунок 4.26 – Эпюра интенсивности напряжений лотка с разрушением зоныопирания диаметром 300 мм и с продольной трещиной вдоль борта каналаРисунок 4.
27 – Эпюра перемещений лотка с продольной трещиной вдоль бортаканала и с разрушением зоны опирания диаметром 100 мм194Рисунок 4.28 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с продольной трещинойвдоль борта канала и с разрушением зоны опирания диаметром 200 ммРисунок 4.29 – Эпюра абсолютных перемещений лотка с продольной трещинойвдоль борта канала и с разрушением зоны опирания диаметром 300 мм195На рисунке 4.30 приведены результаты моделирования различных ситуацииработоспособности лотковых каналов оросительных систем, определяющих предельно допустимые размеры неисправностей (зона опирания, продольная трещина, просадка грунтового основания и т.д.), их сочетаний, показавшие, что потеряустойчивости зоны опирания при критических напряжениях приводит к смещению одного элемента относительно другого.GVЭ, Н/м2 105ГВБАα0 − вдоль дуги лоткаРисунок 4.30 – График напряжения элементов, при моделированиинеисправностей лотковых каналов: А − элементы лотка без дефектов;Б – с продольной трещиной; В – с разрушением зоны опирания опоры;Г – элемент с разрушением зоны опирания опоры и продольной трещинойЭмпирические зависимости для расчёта напряжений, возникающих вдольдуги по периметру лотка в поперечном разрезе: без неисправностей, с продольнойтрещиной, с разрушением зоны опирания опоры лотка и с сочетанием разрушениязоны опирания опоры лотка и продольной трещины, имеют вид, соответствующийзависимостям (4.12), (4.13), (4.14) и (4.15):196GVЭ=0,353-0,011а+0,001а2; R2=0,96;(4.12)GVЭ=0,431-0,011а+0,002а2; R2=0,92;(4.13)GVЭ=0,202+0,041а+0,002а2; R2=0,95;(4.14)GVЭ=0,298-0,079а+0,002а2; R2=0,94;(4.15)2где GVЭ – значения напряжения вдоль дуги лотка в поперечном разрезе, Н/м ;α0 – градусы вдоль дуги лотка;R 2 – коэффициент корреляции.В составе исследований моделировалась так же надёжность внутрихозяйственной водопроводящей сети, представленной облицованными каналами и лотками.
Изучались условия ненарушенных сооружений и сооружений с наличием неисправностей в облицовке дна и откосов канала и поражений бетона дна и боковой поверхности лотка: трещинами, сколами, истиранием, фильтрацией, потерейустойчивости отдельных элементов. Обобщение и анализ результатов моделирования [32] различных ситуаций нарушения работоспособности лотковых каналов,определяющих предельно допустимые размеры неисправностей (параметры зоныопирания, продольные трещины, просадка грунтового основания и т.д.) и их сочетаний, показали, что потеря устойчивости зоны опирания при критических напряжениях приводит к смещению одного элемента относительно другого.4.3.3 Результаты численных расчётов мостовых переездов черезводопроводящие каналыВ процессе численных экспериментов моделировалось функционированиемостовых переездов и акведуков при различных сочетаниях нагрузок.
Примермодели мостового переезда приведён на рисунке 4.31.Модель, разработана для учёта элементов и узлов, количество которых, соответственно, составило 479021 и 32901. Мостовой переезд был представлен, какобъект простой геометрической формы, выполненный из железобетона маркиВ 45. Кодирование исходной информации осуществлялось в терминах методаприращений.19716116016215915715615815515315215415114915014814761 6264 6360 5957 5812512612812712412312112249 5211311645 4648 4744 4341 4210911011211110810710510633 3697 10029 3032 3128 2725 2693 9496 9592 9189 9017 2081 8413 1416 1512 119 1077 7880 7976 7573 741 465 6824 2321 228 75 614514414614314114014213913613713413313113013212988 8785 8672 7169 70Рисунок 4.31 – Конечно-элементная модель мостового переезда черезводопроводящие каналыПри проектировании твердотельной модели мостового переезда устанавливалась её идентичность конструкциям, реализованным в практике строительства оросительных систем юга РФ.В натурном эксперименте максимальные значения напряжений несущихэлементов при полном загружении составили 102,4·105 Н/м2 [292, 297], в моделировании – 98,7·105 Н/м2 , что составляет разницу менее 7 % и подтверждает идентичность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
