Главная|Контакты
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ
Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Учебные заведения, находящиеся в признанных культурным наследием зданиях, возможно смогут...

06.09.16  В Королеве в октябре будет открыта пешеходная зона в технологическом стиле

31.08.16  Корпорация Технониколь открыла новый завод по производству минваты в Хабаровске

31.08.16  Отреставрированный корпус РЭУ им. Плеханова открыт

29.08.16  На строительство нового терминала аэропорта на Камчатке претендуют 4 инвестора

29.08.16  ЦАГИ включен в список объектов культурного наследия

28.08.16  На Северном Кавказе к 2017 году будет введен в экусплуатацию индустриальный комплекс

26.08.16  Жилой комплекс со спортивной инфраструктурой будет построен в Казани

26.08.16  В усадьбе "Константиново" откроется детский хоспис

25.08.16  Перинатальный центр на северо-западе Москвы в скоро времени будет построен

24.08.16  В ходе реставрации метро "Сокол" будут восстановлены исторические элементы

ТОП СТАТЕЙ
СЛУЧАЙНАЯ
Опубликовано : 10.02.15 | Категория: Современные стальные конструкции
Конструктивное решение покрытия обосновано в том числе комплексными исследованиями климатических нагрузок. Здание Старого Гостиного Двора (совместно с примыкающими к нему строениями) имеет достаточно сложную геометрическую форму, для которой в действующих нормативных документах отсутствуют данные о снеговых и ветровых нагрузках.
На величину и распределение этих нагрузок оказывают влияние два основных фактора. Во-первых, при обтекании зданий, примыкающих к Старому Гостиному Двору, происходит отрыв потока с их внешних кромок и формируется система вихрей. В результате этого на одних участках покрытия повышается отрицательное давление (отсос), а на других — могут появиться зоны с заметным положительным давлением, которые отсутствуют на подобных покрытиях отдельно стоящих зданий. При срыве вихрей изменяются закономерности отложения снега на покрытии. Примыкающие здания, возвышающиеся над его внешним контуром, препятствуют сносу снега с покрытия, способствуют увеличению местных снеговых нагрузок. Во-вторых, Старый Гостиный Двор расположен в месте достаточно плотной городской застройки, что также приводит к изменению структуры ветрового потока и, как следствие, к изменению ветровых и снеговых нагрузок. Оба фактора определили необходимость модельных исследований, проведенных в аэродинамической трубе фирмы УНИКОН (г. Новосибирск). На основании результатов продувок разработаны рекомендации по назначению расчетных снеговых и ветровых нагрузок, действующих на покрытие Старого Гостиного Двора.
Снеговые нагрузки задавались лабораторией надежности ЦНИИСК им. Кучеренко. На стадии эскизного проектирования для покрытия в виде однослойной стеклянной оболочки с обдувом внутренней поверхности горячим воздухом рекомендовалось снеговую нагрузку принимать равной 0,2+0,3 кН/м2. На стадии «Проект» для конструкции с применением двухслойных стеклопакетов были предусмотрены устройства, обеспечивающие принудительное таяние снега на поверхности покрытия. При этом снеговая нагрузка зависела от мощности и надежности работы этих устройств, учитывалась возможность временного отказа системы принудительного таяния снега. Была проработана система снеготаяния с расчетами потребной мощности нагревательных систем и общего расхода энергии. Для этого случая предварительно рекомендовались следующие величины снеговых нагрузок: при отказе систем таяния в течение суток — 0,38 кН/м2, 3 суток — 0,45 кН/м2, 7 суток — 0,6 кН/м2, 10 суток — 0,64 кН/м2, 14 суток — 0,7 кН/м2. Задавались требования по учету «снеговых мешков». На стадии рабочего проектирования было принято решение не учитывать искусственное снеготаяние на покрытии, а расчетную величину равномерно распределенной снеговой нагрузки рекомендовано принять равной 1,6 кН/м2 (в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 изд. 1996 г.). С учетом коэффициента надежности по ответственности снеговая нагрузка составила qs = 1,92ц кН/м2 (γf = 1,6, γn = 1,2). Расчетные схемы распределения снеговой нагрузки (рис. 2.12) учитывали возможный перенос снега, профиль покрытия, периметральную застройку, возвышающуюся над покрытием, фактическую розу ветров и т. п.
Проектируемое покрытие опущено внутрь двора и только его конек выступает на 1/1,5 метра над уровнем мансардных строений. Снег с верхней части такого покрытия, открытой прямому воздействию ветра, сносится ветром, перемещаясь в сторону пазух, где скапливается. Учитывая, что в Москве наблюдается значительный перенос снега на покрытиях зданий, при определении снеговых нагрузок было сочтено целесообразным принять объем снегопереноса по СНиП 2.01.07-85, а именно около 80 % от общего количества выпадающих осадков. Расчетная интенсивность снегоотложений на ряде участков превышала 5 кН/м2.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Ветровая нагрузка принималась равной qw = 0,4сp кН/м2 (γf = 1,4» γn = 1,2). Суммарные аэродинамические коэффициенты давления сp на покрытие определялись как разность коэффициентов внешнего сe и внутреннего с, давлений. Принято сi = ±0,2, так как суммарная площадь одновременно открывающихся проемов не превышает 5 % от общей площади покрытия и стен. Знак «+» или «-» выбирался из условия наиболее неблагоприятного варианта нагружения. Распределение аэродинамических коэффициентов внешнего давления ср по результатам модельных испытаний для трех направлений ветра показано на рис. 2.13.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Аэродинамические исследования выявили, что на большую часть покрытия действует отрицательное давление («отсос»). Максимальный аэродинамический коэффициент не превышал ср = -0,6, а соответствующее значение ветровой нагрузки wp = -0,24 кН/м2, что существенно меньше собственного веса стеклопакетов. Максимально возможное положительное давление ветра на покрытие — 0,10 кН/м2. С учетом вышеизложенного нормальная составляющая ветровых нагрузок при расчетах несущих конструкций покрытия не учитывалась, а горизонтальная составляющая учитывалась при проверке связей.
Температурные климатические воздействия. Неблагоприятная температура конструкций определялась в соответствии с требованиями СНиП. Возможная экстремальная температура конструкций для случая неотапливаемого здания (этап монтажа) для условий г. Москвы составила: в зимнее время -34 °С; в летнее время +64 °C. Диапазон изменений температуры (при неизвестной температуре замыкания): понижение температуры от +64 °C до -4 °C (Δ = -68 °C); а повышение — от -34 °C до + 14 °C (Δ = +48 °С). Кроме того, были даны рекомендации по температурным климатическим воздействиям при смонтированных ограждающих конструкциях (стеклопакеты) с учетом возможного отключения отопления в зимний период. Расчетный диапазон падения температуры составил Δ = -26 °С, а возрастания (при двухслойных стеклопакетах) Δ = +69 °C.
Расчетная технологическая нагрузка (электроосвещение, отопление и вентиляция, противопожарные системы), распределенная равномерно по всей поверхности покрытия, принята равной 0,3 кН/м2. Учитывались сосредоточенные силы 5 кН (от прожекторов, систем трансформации и т. п.).
Кроме того, постоянная расчетная нагрузка включала собственный вес остекления с переплетами — 0,65 кН/м и собственный вес несущих металлоконструкций — 0,85 кН/м2.
При определении всех расчетных нагрузок учитывался коэффициент надежности по ответственности γn = 1,2 (для уникальных зданий и сооружений).
Численные исследования работы арочно-вантовой системы

Учет геометрической нелинейности. Принятый вариант технических решений обладает рядом особенностей, которые учитывались для максимального приближения расчетной схемы к действительной работе конструкций. Одной из таких особенностей является геометрическая нелинейность системы. Необходимость расчета конструкции в линейной и нелинейной постановках обоснована численными исследованиями трех арочно-вантовых ферм (Ф2, Ф8, Ф13) пролетами 60, 70 и 80 м соответственно, с примерно одинаковым отношением полной высоты конструкции к ее пролету (f/l = 1/14+1/13), на нагрузку q = 51,7 кН/пм.
Выявлено (табл. 2.11), что этот фактор оказывает минимальное влияние на расчетные сжимающие усилия в верхнем поясе системы (около 1 %) при увеличении в нем изгибающих моментов на 16 %. Усилия растяжения в нижнем поясе возрастают также незначительно (на 1 %), но при этом кардинально изменяются (уменьшаются более чем в 20 раз) расчетные изгибающие моменты (рис. 2.14). Расчет только по деформированной схеме позволяет учесть влияние растягивающих усилий в гибком нижнем поясе на уменьшение в нем изгибающих моментов. При расчете в геометрически нелинейной постановке уточняются расчетные величины усилий сжатия в V-образных стойках (возрастают до 12 %).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Перемещения конструкции при расчете с учетом геометрической нелинейности по сравнению с линейным расчетом изменились следующим образом: прогибы середины верхнего пояса возросли до 5 %, прогибы нижнего пояса между шарнирами уменьшились более чем в 4 раза, до 9 % уменьшились горизонтальные перемещения подвижного опорного узла.
Таким образом, исследования показали, что расчеты несущих конструкций атриума необходимо выполнять в геометрически нелинейной постановке.
Моделирование последовательности этапов монтажа. Выполнены численные исследования трех ферм (Ф2, Ф8 и Ф13) в нелинейной постановке без и с учетом последовательности монтажа. В первом варианте геометрия ферм принималась окончательной по чертежам КМ, а расчетная нагрузка от веса конструкций и равномерно распределенного снега (q = 51,7 кН/пм) суммарной. Во втором варианте геометрия принималась по чертежам КМД (монтажной), а нагрузки прикладывались поэтапно:
этап 1 — укрупнительная сборка фермы на земле в кондукторе. Расчетная нагрузка от веса конструкции — qс.в. = 7,9 кН/пм (нижний пояс подвешен к жесткому верхнему поясу; V-образные стойки разомкнуты);
этап 2 — раздвижка поясов домкратами до достижения проектной геометрии;
этап 3 — объединение V-образных стоек вставками, снятие домкратов;
этап 4 — подъем фермы на проектную отметку, монтаж прогонов и элементов светопрозрачного покрытия. Расчетная нагрузка от прогонов, стеклопакетов с обрешеткой и технологического оборудования — qп= 20,4 кН/пм (учитывалось снятие подвесок, крепящих нижний пояс к верхнему);
этап 5 — равномерно распределенная снеговая нагрузка — qs = 23,4 кН/пм.
Для численного моделирования использовался вычислительный комплекс, позволяющий выполнять расчеты в геометрически нелинейной постановке с поэтапным видоизменением расчетной схемы (геометрия, количество элементов, нагрузки, граничные условия).
Установлено (табл. 2.12), что минимальное влияние (1 %) рассматриваемый фактор оказывает на усилия сжатия в верхнем поясе системы, а изгибающие моменты в нем уменьшаются до 30 %. Эта разница возрастает с увеличением пролета конструкции и уменьшением отношения среднего (li) и крайнего (l2) участков (рис. 2.15, 2.16, 2.17). Расстояние между V-образными стойками (l1) у всех ферм было одинаковым, пролет увеличивался за счет изменения длины крайних участков (l2). С уменьшением отношения 11/l2 положение максимального изгибающего момента в верхнем поясе (табл. 2.13) смещается от узла его сопряжения с V-образной стойкой к середине крайних участков. При учете последовательности монтажа расчетные усилия растяжения и изгибающие моменты в нижнем поясе возрастают незначительно (до 3 %), расчетные величины усилий сжатия в V-образных стойках уменьшаются до 23 %.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Величины перемещений по двум вариантам расчета оказались несопоставимыми, так как в первом случае не учитываются перемещения от раздвижки поясов. Горизонтальные перемещения подвижного опорного узла отличаются не только количественно, но и качественно — имеют обратный знак (табл. 2.13).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Расчет с учетом последовательности монтажа позволяет уточнить расчетные усилия в элементах в сторону их уменьшения, определить расположение сечений с максимальными напряжениями, выявить действительную геометрию конструкции после монтажа.
Работа несущих конструкций на стадии предварительного напряжения. Для включения в работу гибкого нижнего пояса (выборка начальных несовершенств, люфтов) выполнялось предварительное напряжение системы. С использованием в расчетной схеме стержня с изменяемой длиной, моделирующего домкрат, проведены численные исследования трех ферм при различных величинах раздвижки поясов (от 30 до 90 см). Результаты приведены в табл. 2.14, где: wвп и wнп — вертикальные перемещения поясов в точках расположения домкратов; Δh — увеличение там же высоты конструкции; u — горизонтальное перемещение подвижной опоры; Nд, Nвп Nнп — усилия в домкрате, верхнем и нижнем поясах.
Анализ результатов исследований показал, что для раздвижки поясов на значительные расстояния (до 100 см) требуются относительно небольшие усилия (до 100 кН). Увеличение высоты ферм при предварительном напряжении происходит в основном из-за кинематических перемещений системы, обусловленных шарнирно-подвижным опорным узлом. Это же определяет практически нулевые изменения продольных усилий в поясах. Изгибающие моменты по длине верхнего пояса от предварительного напряжения и внешних нагрузок имеют разный или одинаковый знак. В сечениях с максимальными напряжениями эти моменты складываются, при этом вклад предварительного напряжения достигает 16 %.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Работа системы на температурные воздействия. Выполнены исследования работы ферм при максимально возможных температурных перепадах и одновременном приложении постоянной нагрузки. Максимальные горизонтальные перемещения опорных узлов для ферм Ф2, Ф8, Ф13 соответственно составили:
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Максимальные вертикальные перемещения середины верхнего пояса:
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

То же для нижнего пояса:
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Анализ показал, что в элементах арочно-вантовой фермы с шарнирным сопряжением поясов с распорками и шарнирно-подвижным опорным узлом не возникает существенных усилий от температурных воздействий. Влияние рассматриваемого фактора отражается только на перемещениях системы, в основном горизонтальных.
Анализ вариантов узловых сопряжений. В ряде случаев по архитектурным и эксплуатационным требованиям (при отсутствии динамических воздействий на систему) растянутый нижний пояс комбинированной арочной фермы проектируется неразвязанным из плоскости конструкции. Для увеличения его изгибно-крутильной жесткости усиливаются узлы соединения стоек с поясами, что приводит к заглушению в этих местах шарниров. Растянутый нижний пояс имеет два перелома в местах сопряжения с V-образными стойками и два узла сопряжения с верхним поясом на опорах. В расчетах рассматривались варианты выполнения этих узлов жесткими и шарнирными.
Результаты численных исследований этих конструктивных решений приведены в табл. 2.15. Расчеты выполнялись с учетом последовательности монтажа конструкции, что позволило смоделировать исключение шарниров после завершения монтажа, когда на покрытие воздействуют только климатические нагрузки. Исследования показали, что исключение шарниров в этом случае незначительно влияет на работу верхнего пояса (максимальные напряжения возрастают до 4 %). В нижнем поясе максимальные напряжения увеличиваются на 20 % в случае исключения шарниров сопряжения нижнего пояса и V-образных стоек и на 30 % — при исключении всех шарниров. В V-образных стойках дополнительные изгибающие моменты увеличивают максимальные напряжения на 20 %.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Численное моделирование напряженно-деформированного состояния арочно-вантовой системы. С учетом результатов исследований проведены поверочные расчеты несущих конструкций покрытия Старого Гостиного Двора. Каждая из ферм рассчитывалась на наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий на стадиях монтажа (четыре этапа) и эксплуатации (различные варианты распределения снеговой нагрузки). Некоторые результаты расчетов с максимальными величинами напряжений (по прочности) и перемещений приведены в табл. 2.16, где: σвп, σнп, σст — напряжения в верхнем и нижнем поясах и V-образных стойках; wвп, wнп — вертикальные перемещения верхнего и нижнего поясов; u — горизонтальные перемещения подвижного опорного узла.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Максимальные напряжения при проверке устойчивости приведены в табл. 2.17-2.19. Суммарные эпюры изгибающих моментов, продольных усилий, напряжений и вертикальных перемещений при различных вариантах распределения снеговой нагрузки приведены на рис. 2.18-2.20.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Выявлено, что односторонняя снеговая нагрузка является определяющей при проверке прочности и устойчивости всех элементов системы. Доля напряжений от снеговой нагрузки составила 50-60% от их суммарных величин. В верхнем поясе преобладают напряжения от изгибающего момента (70 %), а в нижнем — от растягивающего усилия (95 %). Установлено, что все несущие элементы конструкции покрытия при воздействии на них расчетных нагрузок с учетом коэффициента надежности по назначению γn = 1,2 находятся в упругой стадии работы. При этом коэффициенты запаса по прочности и устойчивости составляют: для сжато-изогнутого верхнего пояса 1,2; для растянутого нижнего пояса 1,17; для V-образных стоек 1,38.
По результатам численных исследований выполнен анализ деформативности конструкции (табл. 2.20-2.22). При определении максимальных горизонтальных перемещений опорного узла (см. табл. 2.20) учитывались различные сочетания нагрузок и воздействий:
сочетание 1 (4 + 5 + 6) — u2 = -31,6 мм; u8 = -24,2 мм; u13 = -15,4 мм;
сочетание 2 (4 + 7) — u2 = 57,8 мм; u8 = 73,5 мм; u13 = 87,6 мм.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Максимальные горизонтальные перемещения опорного узла вдоль фермы составили от 32 мм (внутрь) до 88 мм (наружу). Максимальные относительные прогибы от снеговой нагрузки не превышали 1/440 пролета; относительный перекос поверхности покрытия в вертикальной плоскости — 0,45 мм на один погонный метр вдоль длины покрытия и 6,0 мм в поперечном направлении.
Динамические характеристики системы. Для оценки динамической реакции арочно-вантовых ферм покрытия были определены собственные частоты фермы Ф13 (с максимальным пролетом) при двух уровнях нагружения покрытия: только постоянной и суммарной постоянной и снеговой нагрузками. Граничные условия системы принимались в соответствии с проектным решением: узлы верхнего пояса имели две степени свободы (по вертикали и вдоль фермы), а узлы нижнего пояса имели три степени свободы (по вертикали, вдоль фермы и из плоскости фермы). Результаты динамических расчетов (табл. 2.23 и 2.24) показали, что ферма оказалась достаточно гибкой, как в вертикальной (2-я форма), так и в горизонтальной (3-я форма) плоскостях. Соответствующие собственные частоты лежат в интервале 1-1,2 Гц. Следовательно, по этим направлениям в элементах фермы при гипотетических интенсивных динамических воздействиях могут возникнуть дополнительные усилия и перемещения.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Исследования устойчивости арочно-вантовой системы

Приведенный ранее анализ результатов численных исследований работы различных вариантов комбинированных арочных систем с отношением полной высоты конструкции к пролету — f/L = 1/10 показал, что схема с V-образными стойками имеет наилучшие показатели по прочности, устойчивости и деформативности. Для выявления особенностей работы и определения рациональных параметров этой схемы были выполнены дополнительные исследования:
- устойчивости арочной системы из ее плоскости с нижним поясом, не имеющим в этом направлении связей;
- устойчивости V-образных стоек с упругоподатливыми связями из плоскости арочной системы;
- нахождение оптимального положения V-образных стоек по критерию равноустойчивости участков верхнего пояса арки;
- выявление оптимального отношения полной высоты конструкции к ее пролету (f/L) по критерию устойчивости V-образных стоек. Принципиальная схема работы элементов рассматриваемой системы характеризуется следующим. Сжато-изогнутый верхний пояс в вертикальной плоскости представляет собой многопролетный неразрезной криволинейный стержень с линейными и угловыми упругоподатливыми связями в местах сопряжения с V-образными стойками, а в горизонтальной плоскости — многопролетную неразрезную балку. Крутильная жесткость верхнего пояса увеличена за счет его связи с прогонами дополнительными подкосами (рис. 2.5, д). Провисающий нижний пояс — ломаная растянутая затяжка, а сжатые V-образные стойки — двухшарнирные стержни, у которых узел сопряжения с верхним поясом неподвижный, а другой имеет упругоподатливую связь из плоскости конструкции в месте сопряжения с нижним поясом.
Устойчивость арочно-вантовой системы из ее плоскости. Устойчивость сжато-изогнутого верхнего пояса в горизонтальной плоскости обеспечивается прогонами и связевым блоком в средней части покрытия при расчетной длине, равной шагу прогонов (5 м). Нижний пояс в пролете не имеет связей в этом направлении. Такое решение принято по архитектурным и эксплуатационным требованиям с учетом того, что динамические воздействия на несущие конструкции отсутствуют. При этом ввиду возможных несовершенств изготовления и монтажа, эксцентриситетов в узлах сопряжения элементов и т. п. в системе могут возникнуть усилия, выводящие нижний пояс из плоскости.
Для выявления характера работы арочно-вантовой фермы с не развязанным из плоскости нижним поясом были выполнены численные исследования при варьировании следующих параметров: отношение стрелы подъема верхнего пояса к нижнему — f1/f2= 1-4 (при пролете L = 70 м и f/L = 1-10); погонная равномерно распределенная нагрузка — q = 24-83 кН/пм (соответствующее усилие растяжения в нижнем поясе — Nнп = 2000-7000 кН); условная поперечная (возмущающая) сила — Qоткл от 20,4 до 30,6 кН.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Под воздействием поперечных сил ломаный нижний пояс отклоняется от вертикальной плоскости, поворачиваясь на угол a, a стойка отклоняется
— на угол β. Величины углов поворота неравны (α ≥ β), так как центры вращения элементов не совпадают. У стойки это точка сопряжения с верхним поясом (O2), а ось вращения нижнего пояса проходит через опорные узлы (O1 — O1) (рис. 2.21). В результате в нижнем поясе, в местах сопряжения со стойками, возникают дополнительные усилия, препятствующие свободным перемещениям элементов из плоскости системы. Рассматриваемая арочно-вантовая система с неразвязанным нижним поясом геометрически неизменяема. Величина отпорности упругоподатливых связей из плоскости системы в этих точках зависит в основном от двух параметров: отношения стрелы подъема верхнего пояса к нижнему — f1/f2 и усилия растяжения нижнего пояса. С уменьшением стрелы провиса (f2) угол поворота нижнего пояса (α) увеличивается, а усилия растяжения в нижнем поясе и реакция отпора возрастают. При этом перемещения элементов из плоскости конструкции уменьшаются (рис. 2.22).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Вертикальная нагрузка (q) влияет на величину горизонтального перемещения нижнего пояса следующим образом. При отклонении нижнего пояса из плоскости продольное усилие в нем (Nн.п) раскладывается на две составляющие — силу, действующую вдоль пояса, и поперечную силу, уравновешивающую отклоняющее воздействие. С ростом вертикальной нагрузки увеличиваются усилие растяжения в нижнем поясе и соответственно величина поперечной составляющей, в результате чего рост горизонтальных перемещений затухает (рис. 2.23).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Горизонтальные воздействия на арочно-вантовую систему могут возникать в процессе монтажа или при эксплуатации. Для оценки влияния последовательности приложения нагрузок на величину перемещений нижнего пояса из плоскости конструкции были выполнены два варианта расчетов. В первом случае на этапе 1 прикладывалась вертикальная расчетная нагрузка (q), а на этапе 2 (продолжение счета) — отклоняющие поперечные силы (Qoткл). Во втором — нагрузка и отклоняющие силы прикладывались одновременно, равными порциями. Выявлено, что результаты отличаются интенсивностью роста перемещений, совпадая количественно на последнем шаге нагружения (рис. 2.24).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Исследования выполнялись в реальном диапазоне изменения величин вертикальной нагрузки и соответствующих продольных усилий в нижнем поясе (Nн.п = 2000-7000 кН). Условные отклоняющие поперечные силы (Qоткл) принимались по формуле (23) СНиП П-23-81 равными 20,4 и 30,6 кН, соответственно для сталей С245 и С375, из которых может выполняться конструкция.
Устойчивость V-образных стоек. В арочно-вантовой системе верхний пояс и V-образные стойки могут терять устойчивость при разных уровнях нагрузки. Выполнены численные исследования работы системы с двумя вариантами густоты разбиения V-образных стоек на конечные элементы (mvст). Исследования показали (рис. 2.25, а, б), что при принятых геометрических и жесткостных параметрах V-образные стойки теряют устойчивость раньше верхнего пояса. Величина критической нагрузки V-стоек оказалась на 20 % ниже, чем у верхнего пояса.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Дальнейшие исследования устойчивости стоек выполнялись для двух вариантов нагружения системы: с учетом этапов монтажа и без них, при различных величинах отклоняющих поперечных сил (Qоткл) в зависимости от случайных эксцентриситетов. Анализ результатов исследований показал (рис. 2.26), что влияние раздельного учета этапов монтажа на величину критической нагрузки V-стоек незначительно (до 3 %), учет несовершенств (эксцентриситеты, погиби в интервале e/h = 1/680÷1/140) в элементах V-стоек понижает уровень критической нагрузки до 5 %, характер работы стоек в плоскости и из плоскости исследуемой арочно-вантовой системы одинаков — разница критических нагрузок qкр х и qкр у, оказалась менее 1 %.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Для выявления расчетных длин V-образных стоек выполнены численные исследования при различных отношениях полной высоты арочновантовой системы к ее пролету — f/L = 1/15-1/6. Величина пролета (L) была принята постоянной. По критическим сжимающим усилиям (Nкр) определены коэффициенты расчетной длины (μ) элементов V-образных стоек. Показано, что при различных отношениях f/L, величинах случайных эксцентриситетов (е), отклоняющих горизонтальных сил (Qоткл), геометрических и жесткостных параметрах элементов системы коэффициенты расчетной длины V-образных стоек в плоскости (μх) и из плоскости (μу) равны: μх = μy = 1,0. При принятом сечении стоек и минимальном отношении высоты конструкции к ее пролету (f/L = 1/15) стойки имеют минимальную гибкость (λ = 65), но в них возникают максимальные усилия сжатия. С увеличением высоты конструкции усилия сжатия в стойках уменьшаются, при этом значительно увеличивается их гибкость (при f/L = 1/6, λ = 160). При отношении полной высоты конструкции к ее пролету (f/L), равной 1/10, работа V-образных стоек по критерию устойчивости оказалась оптимальной (рис. 2.27).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Оптимизация геометрических параметров конструктивной схемы с учетом устойчивости системы. Выполнены численные исследования арочно-вантовой системы с различными отношениями пролетов среднего (l1) и крайнего (l2) участков верхнего пояса в интервале l1/l2 = 0,8÷1,6. Цель исследований — отыскание оптимального положения V-образных стоек по критерию равенства напряжений по длине верхнего пояса арки и минимальной деформативности системы. Расчеты выполнялись в геометрически нелинейной постановке.
Получены коэффициенты устойчивости (К) для системы в целом и величины расчетной длины (μ) участков верхнего сжато-изогнутого пояса в плоскости системы (табл. 2.25, рис. 2.28, а). Построены графики зависимости гибкости участков верхнего пояса от соотношения их пролетов (рис. 2.28, б). Выполнена проверка прочности и устойчивости верхнего пояса по нормативной методике для определения оптимального расположения V-образных стоек (рис. 2.28, в).
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

На рис. 2.29 показаны сечения с максимальными величинами напряжений в верхнем поясе (по устойчивости) и соответствующие продольные усилия и изгибающие моменты, усилия растяжения в нижнем поясе и сжатия в стойках, горизонтальные и вертикальные перемещения.
Научно-техническое сопровождение проектирования Старого Гостиного Двора

Анализ численных исследований работы комбинированной арочновантовой системы с различными отношениями пролетов среднего (l1) и крайнего (l2) участков верхнего пояса (l1/l2 = 0,8-1,6) показал:
- изменение привязки стоек оказывает незначительное влияние на продольные усилия в поясах (до 6 %) и V-образных стойках (до 12 %);
- увеличение пролета среднего участка (уменьшение крайнего) существенно влияет на изгибающие моменты в верхнем поясе. В среднем участке (узел примыкания стойки к верхнему поясу) максимальные моменты увеличиваются на 45 %, в крайнем участке (в сечении, расположенном на расстоянии ≈0,4312 от шарнирно-подвижного опорного узла) — уменьшаются на 30 %. При этом динамика роста изгибающего момента в средней части оказалась в 2,5 раза выше уменьшения момента в крайнем пролете;
- при отношении l1/l2 = 1,0 максимальные напряжения в сечениях среднего и крайних участков верхнего пояса имеют равные значения (гибкость среднего участка λ = 45, крайних — λ = 70);
- коэффициенты расчетной длины верхнего пояса изменяются не более чем на 10 % и их осредненные величины составили для среднего участка — μ1 = 0,522, крайних участков — μ2 = 0,837;
- коэффициент устойчивости системы (К) при отношении l1/l2 = 1,4 имеет максимальное значение — K = 110 при примерно равных гибкостях среднего и крайнего участков верхнего пояса арки λ = 60, но при значительной (до 35 %) разнице расчетных напряжений по устойчивости;
- увеличение отношения l1/l2 отражается на деформативности системы следующим образом: горизонтальные перемещения шарнирно-подвижного опорного узла уменьшаются на 19 %, максимальные вертикальные перемещения верхнего пояса увеличиваются на 34 %.
Численные исследования при изменении геометрических и жесткостных параметров элементов системы в интервале реальных величин показали качественно аналогичные результаты.
Похожие новости