English
Język Polski
Wpływ klasy modelu numerycznego mostu z betonu sprężonego na wyznaczane wielkości statyczne
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2024.148905Abstrakt
Analizy statyczne konstrukcji mostowych są obecnie wykonywane metodą elementów skończonych (MES). W zależności od geometrii konstrukcji i wymaganej technicznie dokładności obliczeń, w projektowaniu i analizie statycznej obiektów mostowych stosuje się różne poziomy dyskretyzacji tych struktur. W projektowaniu często stosowane bywają modele rusztowe (klasy e1, p2), powłokowo-belkowe (klasy e1 + e2, p3) ewentualnie powłokowe (klasy e2, p2). Modele bryłowe stosuje się przeważnie w zaawansowanych analizach, także o charakterze naukowym. W pracy wykazano, że istnieje wpływ przyjętej klasy modelu numerycznego wiaduktu drogowego (stopień skomplikowania, dyskretyzacji, dokładność modelu) na otrzymywane wartości momentów zginających i przemieszczeń oraz ich różnice, co pośrednio wpływa na współczynnik globalnej rezerwy bezpieczeństwa projektowanej konstrukcji mostowej. Głównym celem obliczeń było zbadanie rozbieżności oszacowanych wielkości statycznych między modelami o różnej dokładności, a przeprowadzone symulacje komputerowe mają charakter eksperymentu numerycznego. Wykonane obliczenia nawiązywały do wyników uzyskanych podczas badan odbiorczych obiektu pod próbnym obciążeniem. Przedmiotem analiz porównawczych był most MS-03, który jest konstrukcją płytowo-belkową z betonu sprężonego o schemacie belki ciągłej trójprzęsłowej o rozpiętościach przęseł37,50 + 48,75 + 37,50 m i zmiennej wysokości belek. W pracy wykonano trzy modele obiektu w środowisku MES SOFiSTiK: rusztowy w dwóch wariantach (R-1 i R-2 klasy e1, p2) i mieszany powłokowo-belkowy (PB, klasy e1+e2, p2). Obliczenia porównawcze badanego obiektu przeprowadzono w celu określenia wpływu klasy modelu numerycznego (rusztowy, mieszany belkowo-powłokowy) na rozdział poprzeczny obciążenia użytego podczas badan odbiorczych (część obciążenia przypadająca na pojedynczy dźwigar) i wygenerowane wielkości statyczne (momenty zginające, przemieszczenia) oraz oszacowania wpływu sposobu modelowania odcinka utwierdzenia płyty pomostowej w środnikach dźwigarów, pełniącej rolę elementu stężającego belki nośne na rozdział poprzeczny obciążenia. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń porównawczych mostu, za pomocą trzech modeli numerycznych (rusztowych R-1 i R-2 oraz powłokowo-belkowego PB) należy stwierdzić, że wpływ klasy modelu MES (stopnia dyskretyzacji) jest średnio znaczący, tj. rozbieżności oszacowanych wielkości statycznych zawierają się w przedziale 15-25%. W przypadku momentów zginających My od obciążeń ruchomych przy jednostronnym przeciążeniu przęsła, z uwagi na rozdział poprzeczny obciążenia, rozbieżności wyników między odwzorowaniami osiągają maksymalnie 19,1%. Zastosowanie modeli o różnym stopniu dyskretyzacji powoduje, że różnice wyników od obciążeń ruchomych ustawionych niesymetrycznie w przekroju przęsła przekraczaj ą 15%, a więc wartość zwyczajowo uznawaną w obliczeniach inżynierskich za akceptowaną granicę błędu. W przypadku odwzorowań rusztowych R-1 i R-2 efekt uwzględnienia lub nieuwzględnienia szerokości środników belek trapezowych (tzw. odcinek utwierdzenia płyty pomostu) na efektywną rozpiętość płyty pomostu oraz rozdział poprzeczny obciążenia jednostronnego (niesymetrycznego) wiąże się z rozbieżnościami momentów zginających w zakresie 7,6-10,9%. Różnice wartości My od obciążeń ruchomych nie przekraczaj ą 15%, co oznacza, że wpływ sposobu modelowania szerokości środników (lub pominięcie odwzorowania ich szerokości) jest w omawianej konstrukcji mało znaczący. Wpływ tego aspektu modelowania przęseł o szerokich środnikach na ostateczne wyniki (np. obwiednie Myº będzie jeszcze mniejszy po uwzględnieniu pozostałych obciążeń obiektu. Na podstawie przeprowadzonych symulacji numerycznych w pracy podano rekomendacje autorskie dotyczące komputerowego modelowania podobnych obiektów.Bibliografia
[1] Ł. Chełstowski, R. Oleszek, and W. Radomski, “The modelling possibilities of two beams spans concrete bridges”, Inzynieria i Budownictwo, no. 7–8, pp. 422–428, 2013 (in Polish).
[2] J. Chróścielewski, M. Miskiewicz, and Ł. Pyrzowski, Introduction to FEM modelling in the SOFISTIK software. Gdansk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, 2016 (in Polish).
[3] J. Chróścielewski, T. Galewski, A. Kozakiewicz, M. Malinowski, and K. Żółtowski, “Consequences of the method of modelling a bridge on the example of a prestressed road viaduct”, presented at 21th International Conference on Structural Failures, Szczecin–Międzyzdroje, 2003 (in Polish).
[4] E.C. Hambly, Bridge deck behavior. London: Chapman and Hall, 1976.
[5] A. Jukic and K. Ekfeldt, Concrete Bridge Design with FEM. A comparative analysis between 3D shell and 2D frame models. Göteborg: Chalmers University of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering, 2012.
[6] J. Kmita, J. Bien, and Cz. Machelski, Computer-aided design of bridges. Warszawa: WKŁ, 1989 (in Polish).
[7] E.J. O’Brien and L. D. Keogh, Bridge deck analysis. London: E and FN Spon, 1999.
[8] G. A. Rombach, Finite element design of concrete structures. London: Thomas Telford Publishing, 2004.
[9] K. Bathe, Finite element procedures in engineering analysis. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, Inc., 1996.
[10] R.D. Cook, D.S. Malkus, M.E. Plesha, and R.J. Witt, Concepts and applications of finite element analysis. New York: John Wiley and Sons, 1989, 2002.
[11] J. Grycz, “Static analysis methods of beam-plate models”, Budownictwo betonowe, vol. XIV. Mosty cz. 2. Arkady, 1973 (in Polish).
[12] T.J.R. Hughes, The finite element method. Linear static and dynamic finite element analysis. Mineola, New York: Dover Publications, 2000.
[13] G. Rakowski and Z. Kacprzyk, The finite element method in structural mechanics. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005 (in Polish).
[14] J. Szmelter, M. Dacko, S. Dobrocinski, and M. Wieczorek, The finite element method in structural statics. Warszawa: Arkady, 1979 (in Polish).
[15] O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, and J.Z. Zhu, The finite element method: its basis and fundamentals. Amsterdam: Elsevier, Butterworth-Heinemann, 2005.
[16] P. Łazinski, “Modeling procedure of real structures in the form of a certain type of bridge structures”, PhD thesis, Silesian University of Technology, Gliwice, 2009 (in Polish).
[17] Cz. Machelski, “Parameters of load transverse distribution across bridges”, Roads and Bridges – Drog i i Mosty, vol. 13, no. 2, pp. 131–143, 2014, doi: 10.7409/rabdim.014.009.
[18] Cz. Machelski, “Transverse distribution of loading in bridges with two capital girders”, Inżynieria i Budownictwo, no. 9, pp. 490–493, 2003 (in Polish).
[19] Cz. Machelski, J. Onysyk, and J. Biliszczuk, “Analysis of working the double-girder superstructures made of prefabricated elements type U”, Inżynieria i Budownictwo, no. 6, 1997 (in Polish).
[20] Results of the field tests of the MS-03 bridge over the Tysmienica River at km 4+114.48 of the DK19 road. Bielsko-Biała: Design and Research Office “System”, 2011 (in Polish).
[21] PN-S-10030:1985 Bridge objects. Loads. PKN, 1985 (in Polish).
[22] S. Timoshenko and S. Woinowsky-Krieger, Plate and shell theory. Warszawa: Arkady, 1962 (in Polish).
[23] P. Hawryszków and B. Czaplewski, “Application of Matlab software in static calculations of bridge structures”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 1, pp. 299–317, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.140169.
[24] T.V.T. Thi and Q.V.T. Bich, “Nonlinear analysis for proposing limit state criteria of reinforced concrete road bridge superstructures”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 495–512, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.144185.
[25] P. Łaziski, M. Salamak, and T. Owerko, “Field tests of bridges in Poland based on selected examples”, presented at 7th Polish Conference “Konstrukcja i Wyposażenie Mostów”, Wisła, 2015 (in Polish).
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
