Influence of the concrete strength and the type of supports on the stress-strain state of a hyperbolic paraboloid shell footbridge structure

Relevance. This work is the first in a series of publications on the selection of a suitable analytical surface for implementation as a self-supporting structure for a thin shell footbridge. The study on the influence of concrete strength, live load position and support types on the stress-strain state of a hyperbolic paraboloid (hypar) shell is presented. Objective - to define the initial design parameters such as the appropriate concrete strength and the support type that generates the best structural behaviour to perform the subsequent structural design of a thin shell footbridge. Methods. The static finite element analysis was performed for 4 compressive strengths of concrete (28, 40, 80, 120 MPa) which correspond normal, high and ultra-high resistance concrete, 5 different live load arrangements and 3 different support conditions. Results. The shell model with pinned (two-hinged) supports shows the same vertical displacements as the model with fixed supports (hingeless). For the studied shell thickness, in terms of stress behaviour, the model with pinned ends is more efficient. The combination of two-hinged supports with 80 MPa concrete strength shows a better structural performance.

Актуальность. Работа является первой в серии публикаций по выбору аналитической поверхности, подходящей в качестве самонесущей конструкции оболочки для пешеходного моста. Исследуется влияние прочности бетона, положения нагрузки от толпы людей и типа опор на напряженно-деформированное состояние гиперболической параболоидной оболочки (гипар). Цель - определить исходные конструктивные параметры, такие как рекомендуемая прочность бетона и тип опоры, обеспечивающие наилучшее структурное поведение, для последующего выполнения расчета конструкции оболочки для пешеходного моста. Методы. Статический конечно-элементный анализ был проведен для четырех пределов прочности на сжатие бетона (28, 40, 80, 120 МПа), которые соответствуют нормальному, высокому и сверхвысокому сопротивлению бетона, пяти различным схемам расположения нагрузки от толпы и трем различным условиям опирания. Результаты. Двухшарнирные и бесшарнирные модели показывают одинаковые вертикальные перемещения. Для исследуемой толщины оболочки с точки зрения внутренних усилий двухшарнирная модель является более эффективной. Комбинация шарнирных неподвижных опор с прочностью бетона 80 МПа показала лучшее структурное поведение.