Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of the type of numerical model a prestressed concrete bridge on the determination of its internal forces and displacements

Oleszek Radosław, Radomski Wojciech, Nowak Krzysztof

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 1

155--167

EN

Static analyses of bridge structures are currently performed using the finite element method (FEM). Depending on the geometry of the structure and the technically required accuracy of calculations, different levels of discretization of these structures are used in their design. In the design process, beam grillage models (denoted e1, p2), shell models (denoted e2, p2) or shell-beam models (denoted e1+ e2, p3) are often used. Solid models (denoted e3+ p3) are mostly used in advanced analyses, having frequently a scientific character. It is shown that there is an impact of the applied types of the numerical model (i.e., degree of complexity, degree of discretization, accuracy of the model) of the road bridge on the calculated values of bending moments and displacements, which indirectly affects the global safety coefficient of the designed bridge structure. The main purpose of the calculations is to examine the discrepancies of analyzed internal forces and displacements depending of the type of numerical model used. The calculated values are referred to the results taken from the field tests of the existing bridge denoted MS 03, which is a continuous beam structure with the three spans 37:50 + 46:75 + 37:50 m made of prestressed concrete and with variable beam depth. On the basis of numerical simulations, the paper provides author’s recommendations for computer modeling of similar bridges.

PL

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.

2

Live load transverse distribution in a road slab-girder bridge made of FRP composite girders

Rajchel M., Siwowski T.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2017

|

Vol. 16, no. 2

131--145

EN

The paper presents an analysis of the parameters of live load transverse distribution in the span of a road bridge that is made of four box FRP composite girders and a composite deck slab made of lightweight concrete. The parameters were determined experimentally and computationally using the orthotropic plate model included in the Cusens-Pam solution and also the numerical FEM model. The measured values of load transverse distribution factors and influence lines were determined during bridge load testing. A comparison of the measured and calculated load transverse distribution factors is shown on the basis of the analysis of the girders' deflection in their cross-section in the middle of the bridge span. As a result of this comparison, it was proved that the analytical model of the orthotropic plate and also the numerical shell-solid FEM model have a high compliance of load transverse distribution with the distribution obtained from the measurements. In addition, computational analysis and tests showed a sufficient flexural rigidity and high torsional rigidity of the bridge span (the bridge construction belongs to a group of structures with a low overall rigidity of k = 300 kN/mm), confirming that the FRP composite girders that were used for its construction can be an alternative to the concrete and steel girders that are commonly used in the construction of bridges.

PL

W artykule przedstawiono analizę parametrów rozdziału poprzecznego obciążenia ruchomego dla przęsła mostu drogowego, zbudowanego z czterech dźwigarów kompozytowych FRP o przekroju skrzynkowym i zespolonej płyty pomostu z betonu lekkiego. Parametry wyznaczono doświadczalnie oraz obliczeniowo, stosując model płyty ortotropowej ujęty w rozwiązaniu Cusensa-Pamy i model numeryczny MES. Zmierzone wartości współczynników rozdziału poprzecznego obciążenia oraz linie wpływowe zostały wyznaczone podczas badania mostu pod obciążeniem. Porównanie zmierzonych oraz wyznaczonych obliczeniowo współczynników rozdziału poprzecznego obciążenia przedstawiono na podstawie analizy ugięć dźwigarów w przekroju miarodajnym w środku rozpiętości przęsła mostu. W wyniku porównania wykazano, że zarówno analityczny model przęsła w postaci płyty ortotropowej, jak również numeryczny powłokowo-bryłowy model MES dają dużą zgodność rozdziału poprzecznego obciążenia z rozdziałem uzyskanym z pomiarów. Ponadto analizy obliczeniowe i badania wykazały wystarczającą sztywność giętną i dużą skrętną (konstrukcja mostu zalicza się do grupy o małej sztywności ogólnej k = 300 kN/mm) przęsła mostu potwierdzając, że dźwigary kompozytowe FRP wykorzystane do jego budowy mogą być pełnowartościową alternatywą dla stosowanych powszechnie w budownictwie mostowym dźwigarów z betonu i stali.

3

Wpływ rozwiązań konstrukcyjnych na sztywność przęseł prefabrykowanych

Oleszek R., Radomski W.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2017

|

Nr 24

257--272

PL

Początki krajowej prefabrykacji w mostownictwie sięgają lat 50-tych XX wieku. Okres intensywnej budowy przęseł prefabrykowanych przypada na lata 70-te i 80-te XX w. Część z nich nie przetrwała próby czasu. Niektóre rozwiązania udoskonalono i są stosowane do dziś, a w ostatnich 15-tu latach opracowano nowe systemy prefabrykacji. W niektórych współczesnych rozwiązaniach wyeliminowano najsłabsze ogniwa przęseł prefabrykowanych wznoszonych w II połowie XX w. W ustrojach z belek prefabrykowanych istotny jest sposób wykonstruowania przęsła zapewniający jego sztywność poprzeczną. Dąży się do uzyskania jak najbardziej równomiernego rozdziału obciążenia na belki główne. Sztywność poprzeczna zależy nie tylko od geometrii przęsła i przyjętych cech wytrzymałościowych materiałów i czasami wynika z konkretnych rozwiązań szczegółów konstrukcyjnych. W pracy przeanalizowano wpływ wybranych rozwiązań konstrukcyjnych i geometrycznych wiaduktów drogowych z belek prefabrykowanych pod kątem rozdziału obciążenia na dźwigary główne. Omówiono konsekwencje ich zastosowania w aspekcie projektowania i trwałości ustrojów.

EN

Structural solutions of precast concrete bridge superstructures are of prime meaning for their high transversal stiffness required for such type of structures. The proper structural solutions should allow as possible for uniform distribution of the loads on the main girders. The paper includes analysis of the influence of some chosen structural and geometrical solutions of the concrete bridge superstructure with precast girders on transversal load distribution. The above solutions are discussed taking into account design and durability aspects.

4

Korelacja obliczeń komputerowych i badań odbiorczych wiaduktu z belek Płońsk

Oleszek R., Niemierko A., Radomski W.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2016

|

Nr 21

213--230

PL

W modelowaniu konstrukcji mostowych za pomocą MES kluczowym zagadnieniem jest wierne odwzorowanie relacji sztywności podłużnej i poprzecznej ustroju. Sztywność poprzeczna przęseł zależy nie tylko od ich geometrii i przyjętych cech wytrzymałościowych materiałów, ale jak wynika z badań odbiorczych wiaduktu i przeprowadzonych w artykule analiz, również od konkretnych rozwiązań konstrukcyjnych. Próbne obciążenia mostów nie umożliwiają określenia bezpośredniej rezerwy nośności badanej konstrukcji, ale ułatwiają ocenę jej pracy statycznej i zgodności przyjętych założeń z zachowaniem rzeczywistego ustroju. Testowanie odwzorowań obliczeniowych z wynikami badań umożliwia dobór bardziej adekwatnych modeli numerycznych. Ciekawym przykładem korelacji obliczeń komputerowych z wynikami próbnych obciążeń jest przypadek wiaduktu z belek „Płońsk” nad torami PKP w ciągu ul. Żołnierskiej w Warszawie. Próbne obciążenia, przy niektórych ustawieniach pojazdów ciężarowych, nie potwierdziły założeń przyjętych do obliczeń komputerowych w 1981 roku odnośnie do poprzecznego rozdziału obciążenia. W 2016 roku przeprowadzono alternatywne obliczenia statyczne wiaduktu. Tok obliczeń oraz spostrzeżenia i wnioski wynikające z analiz przedstawiono w referacie. Współczesne systemy MES do komputerowej analizy konstrukcji, umożliwiają budowę wyrafinowanych odwzorowań numerycznych. Obliczenia jednak powinny być skonfrontowane z zachowaniem rzeczywistej konstrukcji podczas badań odbiorczych.

EN

In bridge structures modeling using MES the crucial task is as much as possible real spans longitudinal and transversal rigidity representation. Transversal spans rigidity is dependent not only on their geometry and resistance characteristics of materials but as was proofed after undertaken analysis also on particular structural designs. One interesting example is a case of flyover over railway track in Warsaw build using T-beam “Płońsk” pretensioned girders. Proof tests do not confirm assumptions undertaken in relation to transversal load distribution on which the calculations in 1981 were done. Alternative static calculations in 2016 were performed. Calculation model applied and conclusions from undertaken analysis are presented. Modern MES programs for structure computational analysis enable their sophisticated numerical representation. Nevertheless they always should be verified with real structure behavior.

5

Badania pod próbnym obciążeniem statycznym wielodźwigarowego mostu drogowego wykonanego z dźwigarów kablobetonowych

Madaj A., Mossor K., Sturzbecher K.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2016

|

Nr 21

185--198

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań pod próbnym obciążeniem statycznym przęseł mostu wykonanych z prefabrykowanych belek sprężonych, zespolonych z płytą betonową, w których stwierdzono uszkodzenia (rysy pionowe) oraz duże ugięcia trwałe. Badania wykazały dużą sztywność poprzeczną przęseł. Ustalone na podstawie badań linie wpływu rozdziału poprzecznego są prostoliniowe i zbliżone do uzyskanych przy wykorzystaniu metody sztywnej poprzecznicy. Badania wskazują, że do analizy numeryczne przy wykorzystaniu modelu przęsła jako rusztu prętowego o sztywnych węzłach należy stosować sztywność na skręcanie prętów modelu większą od obliczonej (w omawianym przęsłach 7x). Badania potwierdziły zmniejszenie sztywności dźwigarów sprężonych spowodowane zarysowaniem oraz wyraźny wpływ zmian sztywności wywołanych zarysowaniem na rozdział poprzeczny obciążenia.

EN

The article presents results of research under static test loading of a bridge made of precast prestressed concrete beams, composite with a concrete slab, in which damages have been stated (vertical cracks) and large permanent deflections. The research showed a large cross stiffness. The load cross distribution influence lines stated on the basis of research are rectilinear and approximate to those received from the stiff cross girder method. The results indicate that to a numerical analysis when using a bar grid span model with stiff nodes a higher torsional stiffness should be applied (in described examples 7x). The research confirmed the decrease of stiffness of prestressed girders caused by cracking and a distinct influence of changes in stiffness on the load cross distribution.

6

Parameters of load transverse distribution across bridges

Machelski C.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2014

|

Vol. 13, no. 2

131--143

PL

W pracy analizuje się dwa, klasyczne modele przęseł mostowych w postaci rusztu płaskiego i płyty ortotropowej, w zakresie przydatności parametrów charakterystycznych tych modeli do tworzenia rozdziału poprzecznego obciążenia. W wyniku analizy wykazano, że model płyty ortotropowej, uzyskany w rozwiązaniach Guyon-Massonnet oraz Cusens-Puma jest ogólniejszy niż model rusztu płaskiego w ujęciu Leonhardta. Z porównania parametrów charakterystycznych obydwu modeli, czyli płyty ortotropowej i rusztu wyprowadzono ogólną funkcję parametru charakterystycznegorusztu stosowanego w metodzie Leonhardta. W jej postaci uwzględniono dodatkowo liczbę dźwigarów głównych i poprzecznic przęsłowych. Funkcję tą wykorzystano do weryfikacji założeń najprostszego modelu rusztu nazywanego „metodą sztywnej poprzecznicy" i wykazano znaczne odchylenia od dotychczasowych wyników. Przykłady analiz porównawczych, podane w pracy ilustrują zakresy zastosowań parametrów charakterystycznych modeli mostów. W podsumowaniu rozpatrzono możliość wykorzystania współcześnie tworzonych powierzchni wpływu momentów zginających do rozdziału poprzecznego obciążenia.

EN

The paper concerns analysis of two classic bridge span models i.e. flat grillage and orthotropic plate in order to determine usefulness of characteristic parameters of this models for creation of load transverse distribution. The results of analysis shows that the orthotropic plate model obtained in Guyon-Massonnet and Cusens-Puma solutions is more general than the flat grillage model developed by Leonhardt. Through the comparison of characteristic parameters of both models, i.e. the orthotropic plate and the grillage, a general function of grillage characteristic parameter used in the Leonhardt method is derived. Additionally, the number ofmain girders and cross-beams is included in the formula. The function is used for verifying the assumptions of the simplest grillage model (Courbon's Theory). Significant deviations from existing results are shown. The examples of comparative analyses given in the paper show the range of applications of the characteristic parameters of bridge models. In the conclusions the possibilityofusing bending moments influence surfaces to the transverse load distribution is presented.