Analýza cementobetonových vozovek pomocí MKP

Abstract

Tato bakalářská práce je zaměřena na problematiku analýzy cementobetonových vozovek v ČR. Cílem této práce je pomocí numerického modelování přispět k optimalizaci návrhu a tím k prodloužení životnosti CB vozovek. V první části práce je popsán vývoj analýzy vozovek z hlediska mechaniky zemin a posléze i vozovek. Následně, je zde řešena volba správného programu využívajícího metodu konečných prvků k řešení různých problémů v tématice analýzy tuhých CB vozovek a faktory, které chování CB vozovek ovlivňují. Hlavní částí práce je vytvoření numerického modelu, který řeší chování CB vozovky zatížené statickým kolovým zatížením ve čtyřech kritických polohách. Dále je v této práci ukázáno zatížení desky pomocí dvou teplotních gradientů a následná kombinace teplotních účinků s kolovým zatížením. Poslední část práce je věnována rozvoji numerického modelování, především možné optimalizace modelů a jevům, které ovlivňují beton v raných fázích tvrdnutí krátce po betonáži. Je vytvořen základní model, který řeší materiálové vlastnosti čerstvého betonu. Pro tento model je využito experimentální měření teplot a deformací na dálnici D1 v úseku mezi Lipníkem nad Bečvou a Přerovem. S pomocí těchto dat je vytvořen model pro vedení tepla, který je následně sdružen s mechanickým výpočtem, na základě výsledků zde jsou uvedeny některé možné příčiny nedostatečné životnosti současných CB vozovek. Je nezbytné tyto numerické modely dále rozvíjet a postihnout co největší množství jevů, které by mohly ovlivňovat chování CB vozovky.

This bachelor thesis is focused on the analysis of concrete pavements in the Czech Republic. The aim of this work is to contribute to the optimization of the design and thus to the durability improvement of the concrete pavements by means of numerical modelling. The first part of the thesis describes the development of road analysis in terms of soil mechanics and later on roads mechanics. Subsequently, the choice of the right FEM program to solve various problems in the analysis of rigid concrete pavements is shown and the factors that influence the behaviour of concrete pavements are solved. The main part of the work is creation of numerical model that solves the behaviour of concrete pavement loaded with static wheel load in four critical positions. Furthermore, there is shown load by two temperature gradients and combination of temperature effects with wheel load. The last part of the work is devoted to the development of numerical modelling, especially the possible optimization of models and phenomena that affect concrete in the early stages of hardening, shortly after concreting. A basic model is created which solves the material properties of fresh concrete. For this model, it is used experimental measurement of temperatures and deformations on the D1 highway between Lipník nad Bečvou and Přerov. Using these data, a model for heat conduction is created, which is then associated with mechanical calculation, based on the results there are some possible causes of insufficient durability of current concrete pavements. It is necessary to further develop these numerical models and to capture as many phenomena as possible that could affect behaviour of concrete pavements.