Термонапружений стан асфальтобетонного шару на металевій основі
Заголовок (англійською):
Thermally stressed state of asphalt concrete layer on a metal base
Автор(и):
Гайдайчук В.В.
Шевчук Л.В.
Автор(и) (англ):
Gaidaichuk V.V.
Shevchuk L.V.
Ключові слова (укр):
мостова конструкція, асфальтобетонне покриття, термічні впливи, дотичне термонапруження, нормальне термонапруження
Ключові слова (англ):
bridge structure, asphalt concrete pavement, thermal effects, shear thermal stress, normal thermal stres
Анотація (укр):
Наведено результати скінчено-елементного дослідження термонапруженого і деформованого станів фрагмента двошарової мостової конструкції їздового полотна автодорожнього мосту, що складається з несучої металевої ортотропної плити з нанесеним на неї шаром асфальтобетону. Вважається, що матеріали шарів характеризуються різними термомеханічними параметрами, які зумовлюють неоднорідність полів напружень і деформацій. Аналогом цих явищ може служити ефект перетворення в електротеплових реле теплового впливу на біметалічну пластину з різними коефіцієнтами теплового лінійного розширення в її механічні переміщення, які використовуються для приведення в дію електровимикачів і вмикачів.
Методом комп’ютерного моделювання встановлено, що ці фактори призводять до концентрації напружень та деформацій і зміни напружено-деформованого стану мостової конструкції їздового полотна, яка не враховується в сучасній практиці проектування і експлуатації мостів, і є однією з причин передчасних руйнувань асфальтобетонного покриття автодорожнього мосту. Для виключення цих недоліків на базі алгоритмів скінченних елементів виконано теоретичний аналізтермонапруженого стану металевої ортотропної плити з асфальтобетонним покриттям при різних відношеннях їх товщин. Показано, що збільшення товщини верхнього шару може приводити до зростання ініційованих в ньому дотичних і нормальних розтягуючих напружень. Тому при проектуванні конструкцій мостів ці особливості повинні бути враховані додатково.
Анотація (англ):
The results of a finite element study of the thermally stressed and deformed states of a fragment of a two-layer bridge structure of a road bridge running deck, consisting of a load-bearing metal orthotropic slab with a layer of asphalt concrete applied to it, are presented. It is believed that the materials of the layers are characterized by different thermomechanical parameters, which determine the heterogeneity of the stress and strain fields. An analogue of these phenomena can be the effect of transforming into an electrothermal relay the thermal effect on a bimetallic plate with different coefficients of thermal linear expansion into its mechanical movements used to operate electrical switches and circuit breakers.
Using computer modeling, it has been established that these factors lead to the concentration of stresses and deformations and a change in the stress-strain state of the bridge structure of the running deck, which is not taken into account in modern practice in the design and operation of bridges, and is one of the reasons for premature destruction of the asphalt concrete pavement of a road bridge. To eliminate these shortcomings, based on finite element algorithms, a theoretical analysis of the thermally stressed state of a metal orthotropic slab with an asphalt concrete coating was carried out at different ratios of their thicknesses. It is shown that an increase in the thickness of the top layer can lead to an increase in the contacting and normal tensile stresses initiated in it. Therefore, when designing bridge structures, these features must be taken into account additionally.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2024, номер 112
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, number 112
Мова статті:
English
Формат документа:
application/pdf
Документ:
Дата публікації:
25 April 2024
Номер збірника:
Університет автора:
Kyiv National University of Construction and Architecture, 31, Povitryanykh Syl ave., Kyiv, Ukraine, 03680; National Transport University, М. Omelyanovicha-Pavlenka str., 1, Kyiv, 01010
References:
1. Gaidaichuk V.V., Mozgovoj V.V., Gustelev O.O, Shevchuk L.V. Analiz deformuvannia dorozhnoho pokryttia na metalevii plyti pivdennoho mosta (Analysis of pavement deformation on the metal slab of the south bridge). Industrial construction and engineering structures, 2019, №1, P.31 – 39.2. Gaidaichuk V.V., Mozgovoj V.V., Zaets Yu. A., Shevchuk L.V. Modeliuvannia napruzheno-deformovanoho stanu konstruktsii dorozhnoho odiahu pid diieiu transportnykh navantazhen (Modeling the stress-strain state of a pavement structure under the influence of transport loads). Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles, 2017, Issue 99, P. 45-57.3. Gaidaichuk V.V., Shevchuk L.V., Bilobrytska O.І., Baran S.A. Kontsentratsiia napruzhen v okoli vertykalnykh trishchyn dorozhnikh pokryttiv (Stress concentration in the vicinity of road сoating cracks). Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles, 2021, Issue 106, P. 41-53.4. Gulyayev V.I., Gaydaychuk V.V., Mozgoviy V.V., Zaets Yu. A., Shevchuk L.V., Shlyun N.V. Thermoelastic state of multilayer road surfaces (Termopruzhnyi stan bahatosharovykh dorozhnikh pokryttiv). K.: NTU, 2018, 272 pp5. Gulyayev V.I., Gaydaychuk V.V., Mozgoviy V.V., Gustelev O.O, Zaets Yu. A., Shevchuk L.V. Doslidzhennia termonapruzhenoho stanu konstruktsii dorozhnoho odiahu (Study of the thermally stressed state of road pavement structures). Industrial construction and engineering structures, 2017, №1, P.6 – 12.6. Gulyayev V.I., Shevchuk L.V., Kutsman O. M. Sezonnyi pererozpodil poliv napruzhen v konstruktsiiakh sharuvatykh pokryttiv dorih pid diieiu transportnykh navantazhen (Seasonal redistribution of stress fields in layered road structures under transport load action). Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu, 2018, V. 40, P. 98 – 105.7. Kovalev Ya.N. Avtomobilni dorohy (Car roads), Minsk: Art Design, 2006, 352 p.8. Kovalenko A.D. Thermoelasticity: Basic Theory and Applications, Wolters-Noordhoff, Groningen: The Netherlands, 1972.9. Mozgoviy V.V., Onyshchenko A.M., Riznichenko O.S. Metodyka proektuvannia asfaltobetonnykh shariv znosu dlia miskykh umov (Methodology for designing asphalt concrete wear layers for urban environments). Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu, 2010, P. 46 – 50.10. Mozgoviy V.V. Povyshenye hydroyzoliatsyonnoi sposobnosty asfaltobetonnoho pokrytyia (Increasing the waterproofing ability of asphalt concrete pavement). Problems of mechanics and construction of transport structures: Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference. Almaty, 2015, Р.54-60.11. Nowacki W. Thermoelasticity, 2 nd ed. Oxford: PWN – Polish Scientific Publishers, Warsaw and Pergamon Press, 1986.12. Perelmuter A. V., Slyvner V.І. Raschetnye medely sooruzhenyi i vozmozhnost yikh analyza (Calculation models of structures and the possibility of their analysis). M.: DMK Press, 2007, 600 p.13. Radovskiy B., Teltayev B. Viscoelastic Properties of Asphalts Basedon Penetration and Softening Point. Monograph. –Springer Nature, Switzerland, 2017, P.107.14. Sendetsky Dzh. Mekhanyka kompozytnykh materialov (Mechanics of composite materials). T.2.M.: Myr, 1978, 566 p.15. Takenaka K. Negative thermal expansion materials: technological key for control of thermal expansion. Science and Technology of Advanced Materials, 2012, V. 13, P.1-11.16. Chanh N., Khauies F. Nelineinye synhuliarnovozmushchennye kraevye zadachi (Nonlinear singularly perturbed boundary value problems). M.: Myr, 1988, 247 p.17. Bahia H.U., Zeng M., Nam K. Consideration of strain at failure and strength in prediction of pavement thermal cracking. J AAPT, 2000, 69, P. 497–535.18. Bouldin M.G., Dongré R., Rowe G.M., Sharrock M.J., Anderson D.A. Predicting thermal cracking of pavements from binder properties. AAPT, 2000, 69, P. 455–496.19. Chen EY, Pan GE, Norfolk TS, Wang O (2011) Surface loading of a multilayered viscoelastic pavement. Road Mat Pav Des 12: 849–874.20. Herve Di Benedetto, Louis Francken Mechanicatests for bituminous materials. Recent improvements and future prospects. – Proceedings of the fifthinternational rilem symposium MTBM LYON 97/France/14-16 MAI 1997, P. 353-355.21. Molenaar A.A., Li N. Prediction of compressive and tensile strength of asphalt concrete. Int J Pav Res Tech, 2014, 7, P. 324–331.22. Radovskiy B., Mozgovoy V. Ways to reduce low temperature cracking in Asphalt Pavements. In: 4th Euro bitumen Symposium, Madrid, 1989.23. Yoder E.J. Principles of pavement design. New York. John Wiley&sons, INC. London. Chapman&Hall, Ltd. 1991.