Особливості напружено-деформованого стану сталезалізобетонної прогонової будови з попереднім вигином сталевої балки
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Автори передбачають визначити особливості роботи сталезалізобетонної прогонової будови з ба-лками, армованими двотавром, з їх попереднім напруженням за допомогою вигину. Методика. Для вигото-влення сталезалізобетонної прогонової будови запропоновано армувати двотаврову балку з попереднім бу-дівельним підйомом, який потім вирівнюють за допомогою прикладених зовнішніх навантажень. Для прак-тичної зручності вертикальні зовнішні сили замінено на пару горизонтальних сил, що утримують металеву двотаврову балку в деформованому стані, у такому стані балку бетонують. Після набору міцності бетону зовнішні сили прибирають, і двотаврова металева балка створює попереднє напруження бетону. Результати. Для визначення напружень використано перевіркові розрахунки аналітичним методам та мето-дом моделювання за допомогою програми ANSYS. Побудовано епюри напружень за нижніми та верхніми фібрами металевої двотаврової балки та напруження в бетоні верхньої й нижньої зон балки. Аналіз показав, що попередній вигин металевої балки можна використовувати для створення попереднього напруження, що поліпшує працездатність сталезалізобетонних прогонових будов, збільшує їх жорсткість і дозволяє використовувати таку конструкцію для збільшення прогонів залізничних та автодорожніх мостів. Наукова новизна. У роботі проведено дослідження напружено-деформованого стану сталезалізобетонних балок залізничної прогонової будови з урахуванням попереднього напруження бетону. Запропоновано метод виготовлення сталезалізобетонних балок, що забезпечує попереднє напруження залізобетону за рахунок ви-гину сталевої двотаврової балки. Практична значимість. У результаті розрахунків виявлено, що конструк-ція, виготовлена вказаним методом, має більшу жорсткість порівняно із залізобетонними або металевими балками. Висота балки може бути меншою, ніж залізобетоні або металеві прогонові будови. Це важливо для залізничних мостів, особливо для швидкісного руху.
ENG: Purpose. The authors aim to determine the features of the operation of a steel-reinforced concrete span structure with beams reinforced with an I-beam, with their pre-stressing using the bending of a steel I-beam. Methodology. To manufacture a steel-reinforced concrete span structure, it was proposed to reinforce an I-beam with a camber, which is then leveled with the help of applied external loads. For practical convenience, the vertical external forces are replaced by horizontal forces that keep the metal I-beam in a deformed state and in this state it is concreted. After the concrete strength development, the external forces are removed and the metal I-beam creates the pre-stressing of the concrete. Findings. When determining stresses, checking calculations by analytical method and the method of modeling with the help of the ANSYS program were used. The stress diagrams along the lower and upper fibers of a metal I-beam and stresses in concrete in the upper and lower zones of the beam were con-structed. The analysis of the results showed that the pre-bending of a metal beam can be used to create a pre-stressing, which improves the performance of steel-reinforced concrete span structures, increases their rigidity and allows using of such a structure to increase the balks of railway and highway bridges. Originality. In the paper, a study of the stress-strain state of steel-reinforced concrete beams of the railway span structure was carried out, taking into account the pre-stressing of the concrete. A method of manufacturing a steel-reinforced concrete beams is proposed, which provides pre-stressing of the reinforced concrete due to the bending of a steel I-beam. Practical value. As a result of the calculations, it was found that the structure, when manufactured by the specified method, has greater rigidity compared to reinforced concrete or metal beams. The height of the beam can be lower compared to reinforced concrete or metal span structures. These circumstances are essential for railway bridges, especially for high-speed traffic ones.
ENG: Purpose. The authors aim to determine the features of the operation of a steel-reinforced concrete span structure with beams reinforced with an I-beam, with their pre-stressing using the bending of a steel I-beam. Methodology. To manufacture a steel-reinforced concrete span structure, it was proposed to reinforce an I-beam with a camber, which is then leveled with the help of applied external loads. For practical convenience, the vertical external forces are replaced by horizontal forces that keep the metal I-beam in a deformed state and in this state it is concreted. After the concrete strength development, the external forces are removed and the metal I-beam creates the pre-stressing of the concrete. Findings. When determining stresses, checking calculations by analytical method and the method of modeling with the help of the ANSYS program were used. The stress diagrams along the lower and upper fibers of a metal I-beam and stresses in concrete in the upper and lower zones of the beam were con-structed. The analysis of the results showed that the pre-bending of a metal beam can be used to create a pre-stressing, which improves the performance of steel-reinforced concrete span structures, increases their rigidity and allows using of such a structure to increase the balks of railway and highway bridges. Originality. In the paper, a study of the stress-strain state of steel-reinforced concrete beams of the railway span structure was carried out, taking into account the pre-stressing of the concrete. A method of manufacturing a steel-reinforced concrete beams is proposed, which provides pre-stressing of the reinforced concrete due to the bending of a steel I-beam. Practical value. As a result of the calculations, it was found that the structure, when manufactured by the specified method, has greater rigidity compared to reinforced concrete or metal beams. The height of the beam can be lower compared to reinforced concrete or metal span structures. These circumstances are essential for railway bridges, especially for high-speed traffic ones.
Description
М. Попович: ORCID 0000-0003-1790-3110; С. Ключник: ORCID 0000-0001-7771-8377;
Keywords
сталезалізобетонна прогонова будова, будівельний підйом, металева балка, епюра на-пружень, напружено-деформований стан, комбінована модель, steel-reinforced-concrete span structure, camber, metal beam, stress diagram, stressed-strain state, combined model, КТІ
Citation
Попович М. М., Ключник С. В. Особливості напружено-деформованого стану сталезалізобетонної прогонової будови з попереднім вигином сталевої балки. Наука та прогрес транспорту. 2022. № 1 (97). С. 71–87. DOI: 10.15802/stp2022/265333.