Влияние предварительно напряженного состояния пролетного строения на колебания железобетонного железнодорожного моста во время землетрясения

В данной работе рассматриваются особенности расчета сейсмостойкости железобетонных железнодорожных мостов по реальным записям землетрясений. Методами конечных элементов и конечных разностей производится дискретизация задачи при учете взаимодействия фундаментов опор моста с грунтом по модели Винклера и предварительного напряжения пролетного строения, которое обеспечивается напряженными элементами рабочей арматуры. Коэффициенты матрицы жесткостей взаимодействия рассчитываются по площадям контактных поверхностей висячих свай с грунтом.

На примере расчета трехпролетного железобетонного железнодорожного моста на реальные сейсмические воздействия землетрясений показано влияние предварительно напряженного состояния пролетного строения. Железнодорожный мост длиной 53,2 м расположен в 7-балльном по сейсмической интенсивности районе между станциями Шават – Гурлен на участке железной дороги Шават – Гурлен – Джумуртау – Кипчак – Койбакли. Численное решение задачи сейсмостойкости моста показало изменение его напряженно-деформированного состояния во времени. Результаты расчета железнодорожного железобетонного моста получены на основании реальной записи землетрясения Boshroyeh (Иран) интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64. По результатам расчетов сделан вывод, что нормальные напряжения в пролетных строениях без учета предварительно напряженной арматуры с одной стороны становятся растягивающими. Поскольку бетон на растяжение работает плохо, это вызывает постепенное растрескивание пролетного строения, в результате чего сокращается его срок службы. В соответствии с полученными результатами без предварительного напряжения арматуры железнодорожного моста вычисленные значения напряжений на растяжение оказались выше допустимых по нормативным документам на 0,45 МПа. С учетом предварительного напряжения арматуры были получены значения напряжений, соответствующие принятым в нормативном документе.

1. Мирзаев И., Шермухамедов У. З., Аскарова Д. С. Влияние податливости основания на сейсмостойкость железнодорожных мостов // Путевой навигатор. 2023. № 52 (82). С. 60–67.

2. Safety assessment of existing prestressed reinforced concrete bridge decks through different approaches / M. Ferrara, D. Gino, E. Miceli [et al.] // Structural Concrete. 2024. P. 117859. https://doi.org/10.1002/suco.202301049.

3. Corrosion effects on the flexural performance of prestressed reinforced concrete beams / S. Imperatore, A. Benenato, S. Spagnuolo [et al.] // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 441. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134581.

4. Experimental study on the fundamental frequency of prestressed concrete bridge beams with parabolic unbonded tendons / M. Bonopera, K. C. Chang, C. C. Chen [et al.] // Journal of Sound and Vibration. 2019. Vol. 455. P. 150–160. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.04.038.

5. Tullini N., Rebecchi G., Laudiero F. Bending tests to estimate the axial force in tie-rods // Mechanics Research Communications. 2012. Vol. 44. P. 57–64. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2012.06.005.

6. Experimental Study on Vibration Characteristics of Prestressed Concrete Beam / Y. Toyota, T. Hirose, Syuichi Ono, K. Shidara // Procedia Engineering. 2017. Vol. 171. P. 1165–1172. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.01.483.

7. Damage detection in a post tensioned concrete beam – Experimental investigation / M. P. Limongelli, D. Siegert, E. Merliot [et al.] // Engineering Structures. 2016. Vol. 128. P. 15–25. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.09.017.

8. Определение выгиба большепролетных железобетонных балок от преднапряжения арматуры методом конечных элементов / П. П. Гайджуров, Э. Р. Исхакова, Сами Фахль Аль-Джабоби, Махмуд Абдо Хаса Аль-Хадж // Строительство и архитектура. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2017. № 4. С. 86–91. https://doi.org/10.17213/0321-2653-2017-4-86-91.

9. Портаев Д. В. Расчет и конструирование монолитных преднапряженных конструкций гражданских зданий. Москва : АСВ, 2011. 248 с.

10. Evaluating the early-age behaviour of full-scale prestressed concrete beams using distributed and discrete fibre optic sensors / L. J. Butler, N. Gibbons, P. He [et al.] // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 126. P. 894–912. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.086.

11. Calculation of the stress-strain state of monolithic bridges on the action of real seismic impacts / U. Shermukhamedov, I. Mirzaev, A. Karimova, D. Askarova // V International Scientific Conference “Construction Mechanics, Hydraulics and Water Resources Engineering”. CONMECHYDRO – 2023. E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 401. P. 05080. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340105080.

12. Mirzaev I., Askarova D. Spatial oscillations of a railway bridge under the impact of a real earthquake // V Central Asian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022. P. 91–95.

13. Прикладные задачи сейсмодинамики сооружений. Книга 2 / Т. Р. Рашидов, С. В. Кузнецов, Б. М. Мардонов, И. Мирзаев. Ташкент : Навруз, 2021. 172 с.

14. Использование упругого полупространства для моделирования оснований при оценке сейсмостойкости больших мостов / И. О. Кузнецова, A. M. Уздин, У. З. Шермухамедов, В. Хайбинь // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 3 (24). С. 91–95.

15. ШНК 2.05.03–12. Мосты и трубы. Ташкент, 2012.