Диссертация (1151675), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Сравнения напряжений несущих элементов, вычисленных по сечениям вдоль и поперёк несущих элементов сооружения без неисправностей, выявили незначительные внутренние изменения.GVЭ, Н/м2 105БАа − см по высоте колонныРисунок 4.44 – График напряжений элементов при моделированиинеисправностей мостового переезда: А – зона без дефектов; Б – с потерейнесущей способности в результате разрушения колонны, мм206Отмечается влияние на напряжение положения горизонтальных элементов,а также смещения оголовков колонн вследствие приложенных нагрузок. Наибольшие напряжения, на четверть превышающие напряжения в других элементахмостового переезда, отмечены по вертикали несущих элементов мостового переезда на крайних колоннах и горизонтальных балках, опёртых на них, что свидетельствует о возникновении критических ситуаций в крайних колоннах.
В целом,проведённое моделирование свидетельствует о наличии существенного запасапрочности элементов мостовых переездов.Эмпирические зависимости для расчёта напряжения на мостовых переездах(4.16), (4.17) получены, соответственно, для элементов без неисправностей и дляэлементов с потерей несущей способности:GVЭ=0,000311а2+0,0422а-0,131; R2=0,97;(4.16)GVЭ=0,00148а2+0,0295а-0,0479; R2=0,98;(4.17)2где GVЭ – определения напряжения по высоте колонны, Н/м ;а – расстояние по высоте колонны, мм;R 2 – коэффициент корреляции.4.3.4 Результаты численных расчётов дюкеров водопроводящих сооруженийВ результате численного эксперимента на модели фрагмента дюкера с целью определения напряжённо-деформированного состояния сооружения были установлены предельно допустимые геометрические размеры повреждений и нарушений целостности сооружения, обеспечивающие его работоспособность (рисунок4.45),12-метровогофрагментаметаллическогодюкерадиаметром2,9 метра.Модель разрабатывалась в виде объектов простой геометрической формы−металлических пластин, толщиной 10 мм, с количеством элементов и узлов, соответственно, 73902 и 53027.
При разработке твердотельной модели металлическогодюкера местоположение и параметры характерных неисправностей сооружения207назначались с учётом данных существующих и специально выполненных авторомиспытаниями [29].4521242328293031832569331034112235122118 161715110412815257811051291535882106838615613311015713411188155132109871541311088564130107846340149148150806239125126124127613815101100 1021036037141976777879593613205352 5455763158135136112159160161Рисунок 4.45 – Конечно-элементная модель 12-метрового фрагментаметаллического дюкераВ проектном расчёте максимальные значения напряжений при полном загружении дюкера составили 2,74·107 Н/м2 [50], в численном моделировании –2,28·107 Н/м2, что составляет разницу менее 10 % и свидетельствует об адекватности модели изучаемым условиям.Численные расчёты показали незначительных перемещений стенок, как погоризонтальной оси (рисунок 4.46), так и по вертикальной оси (рисунок 4.47)вдоль дюкера, что подчёркивает наличие большого запаса надёжности сооружения.05040603070208010 100 230 110 220 120 210 130 140 19 0 150 018170 160 29300 2800 310 34-0,010,01 35-0,010,01 3600000,02 59-0,020,01 3700 3800 390 0 4000,02 58-0,020,03 600,03 610,02 620 0,01 630 0 0 640 77780 7600 790,02 82-0,040,03 83-0,030,03 84-0,0200,04 850,03 860 0,02 870 0 8800 106-0,040,02 107-0,03000,02 1080,03 1090,03 1100 0,02 11100,01 11200 1250 1240 1260 1270 132000,01 1330,01 1340 0,01 1350 0 13600 1530 15400 131-0,010 15200 130-0,020 1490 1480 1500 15100 129-0,02000 128-0,010 105-0,04-0,0100 104-0,030 81-0,0400 1010 1000 102-0,020 1030 80-0,030 57-0,02-0,02-0,020 56-0,020 3300 530 520 540 5500 320090 240 2000 15500 15600 15700 15800000 1591600161Рисунок 4.46 − Эпюра перемещений по горизонтали 12-метрового фрагментаметаллического дюкера2080504063007020 29300 28000 3108010 240 110 22-0,01 36-0,010 130 200 3500 120 210 3400 14-0,02 59-0,01-0,02 60-0,01 82-0,01-0,02 83-0,02-0,02 84-0,02 108-0,02 109-0,04-0,03 86-0,05-0,05 -0,03 63-0,05-0,04 64-0,04-0,01 107-0,02-0,03 87-0,06-0,04 88-0,050 15500 15600 1570 1580-0,01 135-0,03-0,02 136-0,03-0,04-0,060 1540-0,01 134-0,03-0,02 111-0,05-0,03 112-0,04-0,060 133-0,03-0,02 110-0,050 132-0,020 15300 131-0,010 15200 13000 1490 1480 1500 15100 12900 106-0,0100 12800 105-0,010 01251260 1240 12700 104-0,03-0,02 850,0110010100,01 1020,01 103-0,010 81-0,01-0,04-0,02 62-0,04-0,03 -0,02 39-0,03-0,02 40-0,0300,01 80-0,03-0,02 61-0,03-0,01 38-0,030 19 0 150 18170 160-0,01 58-0,01760 777800,020,02 79-0,010 57-0,01-0,02-0,01 37-0,0200 56-0,010 3300 100 230 32009052535400,010 0,01 550 1590 1600 16100Рисунок 4.47 − Эпюра перемещений по вертикали 12-метрового фрагментаметаллического дюкераНа рисунке 4.48 представлена эпюра суммарных перемещений стенок дюкера иллюстрирующая малые перемещения в местах образования прогиба дюкерапо длине, а также сдавливание боков во внутрь 12-метрового фрагмента.05040603070208010 100 230 110 220 120 210 130 140 19 0 150 018170 160 029300 280 310,01 350,010,02 360,010,020,030,02 370,02 380,02 390,030,02 400,030,030,02 580,030,03 590,030,030,030,040,04 600,04 610,03 620,03 630,050,04 640,050,050 77787600,020,02 790,03 830,040,04 840,030,050,04 850,04 860,04 870,060,04 880,050,060,01 1060,040,02 1070,030,030,040,050,03 1080,03 1090,03 1100,03 1110,050,03 1120,040,060,030,040,01 1320,02 1330,02 1340,02 1350,030,02 1360,030,040 15400 1310,020 15300 1300,020 15200 1290,020,020 1490 1480 15000 1510 1280,020 1050,040,02 820,040 1250 1240 12600 1270 1040,030 810,040,040,0110010110200,010,02 0,01 1030,01 800,030 570,030 340,010,020 560,020 330,01052535400,010,01 550,010 320090 240 2000 15500 15600 15700 15800000 1591600161Рисунок 4.48 − Эпюра суммарных перемещений 12-метрового фрагментаметаллического дюкераМалые напряжения проявляются ближе к опорам (рисунки 4.49 − 4.50), таккак, в основном, данный фрагмент работает как 12-метровая балка, жёстко закреплённая.
По горизонтальной оси наблюдаются возрастающие напряжения в мес-209тах опирания, а по вертикальной оси – главным образом с боков в основании опирания и в средней части конструкции.4563212456-46,2980-16,1910429,17128-31,2215293362,3657-34,1781-14,8810591,88129-46,57153-24,07-18,13-26,4861,9537-8,24-45,5-64,12-70,846171,8538406473,1615,5799,1161,68878816,13-14,18-32,2791,5311068,14-28,5573,0675,2828,4733,51572,51583,73135136156-11,47133134102,35111112155-21,9713276,2610982,898643,86353,38573,586255,1139142,02154-28,5113145,11108-29,9213029,8610758,298438,2710630,848336,5860-3,918231,0859131,763669,975841,135-24,92181716-3,78342,2615148149150151-48,03-47,67-59,63127-12,81419125126124-6,25-14,7666,39321320100101102103-37,41-21,04-51,78-55,1412217677787974,98-31,58-36,34-38,3811225253545515,0885,09-5,688102328293031-20,06-47,91-34,667159160161-15,16-51,5-32,71Рисунок 4.49 − Эпюра интенсивности напряжений по горизонтали 12-метровогофрагмента металлического дюкера54 63212489201415-0,04320,14560,1580-0,01330,18570,1981-0,1336-0,237-0,23-0,2239400,040,060,20,15636487880,11128-0,041520,171050,14129-0,03153-0,160,020,230,18-0,06110111112-0,10,040,160,19156-0,23133157-0,27134135136155-0,22132-0,16109154-0,11310,01108-0,041300,04107-0,07-0,07-0,061270,12106-0,3586-0,180,020,170,23104-0,2885-0,16620,14-0,2384-0,361-0,2138-0,216014814915015100,060,080831251241261030,1382-0,02591001011020,140,060,08790,15580,0335-0,020,030,08550,1534-0,24-0,09-0,01-0,027677780,010,020,07-0,2135352 5431-0,11221282930-0,021122181716-0,09-0,08-0,061023197-0,2-0,1-0,01-0,03158159160161Рисунок 4.50 – Эпюра интенсивности напряжений по вертикали 12-метровогофрагмента металлического дюкераПри снижении толщины металла пластин дюкера на 1/3 увеличиваются напряжения и перемещения на стенках дюкера.
Сопоставление данных эпюр напря-210жений для проектных условий (рисунок 4.50) с эпюрами для элементов, потерявших толщину на 1/3 из-за коррозии, указало на максимальные напряжения по периметру в поперечном сечении. Особенно сильно выделяется зона − от 2 до 3 м отначала элемента. Полученные результаты подтверждаются визуальными наблюдениями неисправностей различных длительно эксплуатируемых дюкеров (рисунок 2.11, глава 2). Численным экспериментом установлено, что опасным являетсяуменьшение толщины металла дюкера более чем на 1/3 от проектной, которое ведёт к выходу из строя данного элемента.
При этом возникают неисправности нарушающие работоспособность и вызывающие интенсивную утечку воды (рисунки2.40 - 2.42). При малых потерях толщины металла на эпюрах перемещений отражаются предельно-допустимые значения.При моделировании незначительных дефектов металла дюкера по размеру- от 5 мм до 15 мм в диаметре, вокруг них отмечаются несущественные избыточные напряжения, что не оказывающие существенного влияния на работоспособность (рисунки 4.51−4.52).456321249166,79137,0320141533-65,8338364,99394062-187,88-47,15-80,08-61,8480-42,84104-61,04128193,431525781-26,87105-63,17129169,415310,446364155,8149,7185-36,3786195,328788333,4485,9848,09-44,57-12,07110111112-187,18-11,44-32,48-51,79-67,45135136156238,49133134155353,22132-8,69109154174,85131-187,86108140,63130-43,13107214,4284-52,9410662,6983108,841,12-16,64-49,287,158273,1161101,03149148 150151168,63208,58206,84127-27,876012,13125124 12657,63-45,53-53,71-43,44591,61100101102103-185,26-45,49-46,65795658-27,7176777864,92-35,86-43,2755-50,5937212,17189,77179,37155,66-61,9836241,7133235234,76525354-58,44-37,23-49,2534172,441221181716192,51122198102328293031208,91208,87206,97367,2244,79188,91178,93153,85157158159160161Рисунок 4.51 − Эпюра эквивалентных напряжений 12-метрового фрагментаметаллического дюкера21145632124001031251241260-0,01012714814915001510800104012801529033-0,02570810,0210501290153-0,01-0,0200370,01380,01394064000-0,01878800011001111120-0,01-0,011560,0113315701341351361550,011320109-0,02860630850620,010,0100611540131010801300,011070840,011060830600,0282059-0,01360580350000,01-0,0134018 1617101100 1020-0,02-0,0156141576777879001320003212215352 54550,010,0200112228293031081023190070-0,02-0,01-0,02158159160161Рисунок 4.52 − Эпюра интенсивности напряжений в местах образованиянеисправностей 12-метрового фрагмента металлического дюкераВ результате численного эксперимента на модели фрагмента дюкера с целью определения напряжённо-деформированного состояния сооружения были установлены предельно допустимые геометрические размеры повреждений и нарушений целостности сооружения, не нарушающие его работоспособность.
Сравнение эпюр эквивалентных напряжений элементов дюкера с запроектированнойтолщиной металла и эпюр элементов с потерей толщины металла вследствие коррозионных процессов за период эксплуатации дюкера показало в последнем случае наличие значительных напряжений по периметру сооружения в поперечномразрезе.Эти результаты моделирования хорошо согласуются с визуальными наблюдениями повреждений длительно эксплуатируемых дюкеров, подтверждающими образование дефектов, ведущих к разрушению металлической трубы дюкера в указанной зоне. Установлено, что максимальную опасность представляетснижение фактической толщины металла дюкера более чем на треть проектной,приводящее к выходу из строя рассматриваемого фрагмента сооружения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
