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
Опубликовано : 10.02.15 | Категория: Современные стальные конструкции
Варианты конструктивного решения и элементы покрытия

В начале 1999 г. в ГУП МНИИП «Моспроект-4» была разработана архитектурная концепция и на стадии «Проект» выполнен вариант покрытия в виде выпуклой оболочки с радиально расположенными стальными арочными фермами с затяжками, перекрывающими целиком пролет арены (рис. 4.5), В дальнейшем были разработаны три новых варианта несущих конструкций покрытия; система металлодеревянных ферм, подвешенных к вантам; деревоклееные арки; стальная мембрана.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Остановимся подробнее на последнем варианте, наиболее рациональном по нашему мнению. Форма поверхности покрытия представляет собой часть шатровой оболочки на почти полукруглом плане радиусом около 120 м. Конструкция включает пролетную часть, внутренний и наружный полукольцевой контур, центральную опору и оттяжки от нее (рис. 4.6), Пролетная конструкция в виде стальной мембраны толщиной 5 мм подкреплена радиально-кольцевой системой элементов «постели». В шатровых оболочках с поверхностью отрицательной гауссовой кривизны не требуется специальных мероприятий по стабилизации покрытия против потери общей устойчивости, так как независимо от вида и распределения нагрузки они всегда имеют направления, по которым мембрана работает на растяжение, Опорный контур — из монолитного железобетона в металлической опалубке, которая включается в работу контура. Оттяжки от центральной опоры (высотой существенно меньшей, чем для вантового покрытия) могут быть выполнены из металла или предварительно напряженного железобетона. Монтаж покрытия предусмотрен на проектной отметке навесным способом, после возведения опорных конструкций. Кровля традиционная, непосредственно по мембране, защищенной лакокрасочными покрытиями от коррозии, укладывается утеплитель и гидроизоляционный ковер. Стальные мембраны допускаются к эксплуатации без специальных мероприятий по огнезащите с пределом огнестойкости 0,8 часа.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Руководством Комплекса перспективного развития Москвы был выбран первый вариант в виде системы металлодеревянных ферм, подвешенных к вантам (рис. 4.7). Несущие металлоконструкции разработаны ГУП МНИИП «Моспроект-4», пояса ферм и прогоны из клееной древесины — лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко, скользящие опоры — ОАО «Гипротрансмост».
Форма покрытия. Покрытие в плане представляет собой сектор с центральным углом α ≈ 162,7°. Форма покрытия определена с учетом минимального 6 % уклона кровли для обеспечения стока дождевых и талых вод. Максимальные отметки на оси симметрии покрытия изменяются от 17,05 до 28,19 м, минимальные от 14,86 до 15,70 м. Построение поверхности покрытия выполнено с учетом строительного подъема ферм в местах крепления вант (на 250 мм для крайних ферм и 500 мм для остальных).
Общая конструктивная схема покрытия (рис. 4.8, а, б, в). Основными несущими элементами являются радиальные металлодеревянные фермы пролетом 50,6 м двух типов. Фермы Ф1 (19 шт.) опираются по оси И-1 на центральную монолитную железобетонную опору одним концом (рис. 4.9, а) и подвешены другим концом к вантовой системе через полукольцевую балку, поддерживающую фермы Ф2 (рис. 4.9, б). Фермы Ф2 (38 шт.) опираются на железобетонные периметральные колонны по оси Г-1 (рис. 4.9, в) и попарно на полукольцевую балку на расстоянии 1 м в стороны от ферм Ф1.
Опирание ферм Ф1 и Ф2 на полукольцевую балку — шарнирнонеподвижное (рис. 4.9, б). Конструкция опирания ферм Ф2 на железобетонные колонны по оси Г-1 (рис. 4.9, в) обеспечивает радиальное и тангенциальное перемещение и поворот вокруг вертикальной оси (использованы скользящие опоры с коэффициентом трения не более 5 % при температуре выше минус 10 °С и с учетом внецентренного приложения вертикальной нагрузки).
Радиальные фермы объединены в пространственную систему кольцевыми прогонами, вертикальными и горизонтальными связями. Кольцевые прогоны расположены на верхнем поясе радиальных ферм, по ним уложен профилированный настил H-114, работающий по неразрезной схеме. Так как вместимость катка более 4000 зрителей, для данного объекта в ЦНИИСК им. Кучеренко были разработаны специальные технические условия по противопожарной безопасности, которые были согласованы с МЧС и утверждены Росстроем России. В связи с тем, что в несущих конструкциях применена древесина, Госпожнадзор потребовал использовать в кровле материалы с уровнем горючести не выше Г-1. Поверх профнастила уложена пароизоляция (изоспан), затем 19 см утеплителя (руф баттс) и по нему 2 слоя алькорплана (армированная пленка ПВХ толщиной 1,2 мм).
Общую устойчивость обеспечивают три связевых блока в плоскости покрытия, вертикальные связи по осям И-1, Г-1, а также вертикальные связевые фермы и распорки, установленные в пределах высоты верхних поясов ферм.
Покрытие в середине пролета подвешено к системе из 19 вант пролетом от 75,7 м до 78,5 м. Ванты расположены под углом от 32 до 37° к горизонту. Ванты сходятся в оголовке А-образной опоры (пилона) высотой около 50 м. Усилия от вант уравновешиваются двумя стальными многозвенными оттяжками, прикрепленными к оголовку пилона со стороны, противоположной вантам (рис. 4.8, б). Оттяжки расходятся от пилона под углом 39,1° в плане и имеют угол наклона к горизонту 63°. На уровне верха центральной железобетонной опоры наклонный отрезок оттяжек длиной 57,2 сопрягается с вертикальным участком длиной 20,6 м. Там же установлены V-образные распорки к центральной опоре.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Вертикальные части оттяжек, отстоящие от центра пилона на 25,94 м, заканчиваются анкерами, забетонированными на глубину 6,2 м в монолитные фундаменты объемом 4374 м3 и массой 10 935 т. Крепление оттяжек к оголовку А-образной опоры, V-образных распорок к оттяжкам и центральной опоре, а также сопряжение А-образной опоры с железобетонным основанием выполнено шарнирным с применением специально изготовленных болтов-шарниров (осей) и цилиндрических шарнирных опорных частей. Для крепления отдельных вант к конструкции использован сварной составной переходной элемент (серьга) из листовой стали с упором под анкер. Серьги на концах вант крепятся к ребрам оголовка А-образной опоры и к стальным оконечникам ферм Ф1 болтами-шарнирами.
В ходе предварительной проработки этого варианта были рассмотрены различные конструктивные схемы, в том числе с разбивкой пролета вдоль радиуса покрытия на три полукольцевых участка с тремя типами деревометаллических ферм. При этом пролетная конструкция подвешивалась с использованием двух рядов вант, одних замкнутых на центральную опору с оттяжками, а других на систему стоек, более низких, чем пилон, с оттяжками, расположенными по наружному полукольцу (рис. 4.10).
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Радиальные фермы. В покрытии применены два типа ферм Ф1 и Ф2. Верхние пояса ферм выполнены из клееной древесины прямоугольного сечения размерами 1500*480 мм и 1000x330 мм соответственно. Нижние растянутые пояса ферм изготовлены из горячедеформированных труб ∅203*20 мм, решетка ферм — из горячедеформированных труб ∅168*8 мм (сталь С20). Закладные и фасонные детали в верхних поясах ферм для крепления прогонов, связей и раскосов выполнены из стали С345-3. Нижние пояса ферм крепятся к фасонкам фрикционным соединением на высокопрочных болтах М24. Крепление решетки ферм, прогонов и связей выполнено на сварке.
Для опирания ферм Ф2 на полукольцевую балку и железобетонные колонны по оси Г-1 (см. рис. 4.9, б, в) разработаны стальные «башмаки» из стали С390 и С345-3 с тангенциальной опорной частью. Концы деревоклееных верхних поясов ферм Ф1 заключены в обоймы из вертикальных листов толщиной 50 мм (С390), подкрепленных ребрами жесткости. В обоймах предусмотрены отверстия для шарнирного крепления ферм к опорам по оси И-1 и к серьгам вант. Применены болты-шарниры ∅160 мм, изготовленные из стальных поковок Гр.IV-КП 685 (38XH3MA) по ГОСТ 8479-70.
Прогоны пролетом 3,5+9,8 м в основном выполнены из клееной древесины прямоугольного сечения шириной 140 мм и переменной высотой в пролете от 500 до 900 мм (за счет криволинейного очертания нижней грани), при постоянной высоте на опоре — 500 мм. Шаг установки прогонов — 6 м. По осям И-1, Г-1 и над полукольцевой балкой прогоны выполнены стальными (С345-3), из прокатных двутавров. Большая часть прогонов прикреплена к верхним поясам ферм шарнирно-неподвижно. Часть кольцевых прогонов, за счет шарнирно-подвижных узлов крепления, разомкнута.
Крестовые связи в плоскости покрытия изготовлены гибкими из двух прутков 024 мм (сталь 09Г2С-12). Для их предварительного натяжения на монтаже предусмотрены талрепы. Вертикальные связевые фермы и распорки выполнены из горячедеформированных труб ∅102-140 мм (С20).
Полукольцевая балка в виде депланированной ломаной кривой, повторяющей форму покрытия, составлена из прямолинейных отрезков между точками креплений ферм Ф1. В плане балка имеет форму дуги окружности радиусом 67,35 м. Балка с габаритными размерами 1000*1120 мм составлена из двух сварных двутавров (С345-3), объединенных между собой вертикальными и горизонтальными диафрагмами (см. рис. 4.9, б). Крепление каждого двутавра составной балки к ребрам концевых обойм фермы Ф1 — фрикционное на высокопрочных болтах М24. Радиальные горизонтальные усилия с полукольцевой балки передаются на фермы Ф1 через упоры.
Л-образная опора (пилон) состоит из двух наклонных стоек, объединенных вверху оголовком. Высота опоры 51 м, отметка верха оголовка 64,80 м. Стойки в виде сварной трубы наружным диаметром 2500 мм выполнены из вальцованного листа (С390) толщиной 50 мм, усиленного через 4 м кольцевыми ребрами жесткости. Стойки опираются на плиту центральной железобетонной опоры (отметка 14,8 м) через цилиндрические шарниры (диаметр 450 мм, длина 3200 мм), поставленные, в свою очередь, на скользящие опоры (рис. 4.11). Между опорными узлами стоек установлена затяжка длиной 25 м из двух вертикально расположенных стальных (С390) листов 1100*30 мм. Затяжка крепится к стальным фасонкам на опорах трубчатых стоек (ребра толщиной 80 мм из стали С345-3) фрикционным соединением на высокопрочных болтах М27. В железобетонной плите установлены упоры для восприятия горизонтальных усилий со стоек пилонов в направлении, перпендикулярном затяжкам.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Оголовок A-образной опоры (рис. 4.12) представляет собой сварную стальную конструкцию из двух труб ∅2500*50 мм (С390) с расстоянием между осями 2900 мм, объединенных между собой горизонтальными (сверху и снизу) листами толщиной 50 мм и 19 вертикальными ребрами толщиной 40 мм с отверстиями для крепления переходных элементов вант болтами-шарнирами ∅160 мм. Внутри труб оголовка поставлены парные вертикальные стальные ребра, заканчивающиеся проушинами для крепления многозвенных оттяжек болтами-шарнирами ∅480 мм.
Конструкция овального оголовка и его размеры (высота 3675 мм, длина 7216 мм, ширина 2960 мм) определены исходя из технологии выполнения сварочных работ внутри оголовка, приварки вертикальных ребер и размещения узлов крепления оттяжек. Масса оголовка без вертикальных ребер 56 т, масса вертикальных ребер 35 т.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Оттяжки представляют собой многозвенный цепной элемент (см. рис. 4.8, б, в), состоящий из одинарных и парных звеньев. Длина основных звеньев в осях отверстий 8174 мм. Сечение одинарного звена 450*400 мм. Парное звено состоит из двух частей сечением 450*200 мм каждая, объединенных «сухарями» на сварке. Сечения звеньев оттяжек сплошные, собранные в пакет из стальных (С390) листов толщиной 40 мм и соединенных сваркой по контуру листа. Звенья оттяжек соединены между собой на монтаже болтами-шарнирами (осями) диаметром от 450 до 530 мм. Болты-шарниры изготовлены из стальных (38XH3MA) поковок Гр. IV-КП 685 по ГОСТ 8479-70.
Здесь следует обратить внимание на следующее. В рабочем проекте для болтов-шарниров, в соответствии с п. 4.4 и табл. 52 СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», были использованы поковки Гр.1У-КП 1200 из стали марки 40X13. При согласовании с генподрядчиком заказной спецификации металла при детальной проработке узлов была обнаружена ошибка в указанном разделе СНиП 2.05.03-84, касающаяся рекомендуемой марки стали и категории прочности. В связи с этим в новом варианте проекта KM применены поковки Гр.IV-KП 685 из стали марки 36Х2Н2МФА для болтов-шарниров при соответствующем увеличении их диаметра.
Вертикальная часть оттяжек заканчивается анкерным элементом, изготовленным также из пакета сваренных между собой стальных листов толщиной 40 мм и закрепленным к оттяжке болтом-шарниром. Этот элемент снабжен стальной анкерной плитой, площадь которой определялась расчетом бетона фундамента на местное сжатие и выкалывание.
Распорки. Каждая из ветвей V-образных распорок с габаритами сечения 1200*600 мм выполнена в виде двух стальных двутавров, сваренных из листов (С390) толщиной 40 мм. Ветви объединены раскосной решеткой. Распорка присоединена к оттяжке болтом-шарниром 0530 мм и опирается на центральную железобетонную опору через цилиндрические шарниры, аналогичные установленным под А-образную опору (рис. 4.13).
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Ванты. В конструкции висячего покрытия применены ванты фирмы «Фрейссине» (Франция), которая занималась их разработкой, поставкой и шефмонтажом. Система вант «Фрейссине», основанная на принципе полной независимости каждой пряди, обладает следующими преимуществами: индивидуальная установка, анкеровка и натяжение пряди; возможность демонтажа и замены пряди; высокая антикоррозионная защита, в том числе отдельно каждой пряди и соответственно долговечность системы. В конструкции применены ванты (тип 31Н15), состоящие из пучка, насчитывающего 31 параллельную прядь в оболочке со «слабым» сцеплением с индивидуальной защитой, так называемых монопрядей «Фрейссине». Пучок прядей заключен в общую оболочку диаметром 160 мм (рис. 4.14, а) из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП).
Прядь номинальным диаметром 15,7 мм, состоящая из 7 гальванизированных цинком проволок, заключена методом экструдирования в оболочку из ПЭВП. Пустоты между проволоками и пространство до полуприлегающей оболочки заполнены микрокристаллическим нефтяным парафином. Таким образом, сталь монопрядей «Фрейссине» защищена по всей длине от коррозии тремя барьерами.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Элемент анкера «Фрейссине» (рис. 4.14, б) имеет специальную долговечную антикоррозионную защиту. Свободные от оболочки пряди проходят в анкерную зону через муфту, выдерживающую давление более 1000 кПа и обеспечивающую герметичность внутренней полости анкерного устройства. Каждая прядь зажимается в анкерной плите специальной индивидуальной цангой.
Основные характеристики ванты: суммарная площадь поперечного сечения А = 31*1,5 = 46,5 см2; минимальное разрывное усилие Np = 31*265 = = 8215 кН; максимальное расчетное усилие Nmax = 3900 кН. Эффективный модуль упругости вант E на разных стадиях натяжения определялся по формуле
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

где: Eo = 195 000 Н/мм2; γ = 87 000 Н/м2; L — горизонтальная проекция ванты; σ — осевое напряжение ванты.
Фиксированные и регулируемые анкерные устройства, в которых крепятся параллельные пряди, установлены по концам ванты. Регулируемое анкерное устройство обеспечивает натяжку каждой отдельной пряди специальным домкратом с одновременным контролем в нем усилия. Для удобства монтажа регулируемое анкерное устройство установлено на нижнем конце ванты. В нижних частях вант установлены амортизаторы (гасители колебаний) для предупреждения резонансных явлений от действия пульсационной ветровой нагрузки. После натяжения ванты были герметизированы заливкой парафина в полости анкеров.
Ванты и анкеры «Фрейссине» успешно прошли сертификационные испытания, включающие циклическое осевое растяжение от 0,2 до 0,5 максимального разрывного усилия ванты, поперечный изгиб ±30 мрад при колебании температур от 20 до 70 °С.
Металлодеревянные фермы покрытия. Покрытие с применением клееной древесины по пролету и принятым конструктивным решениям является уникальным, не имеющим аналогов в отечественной и зарубежной практике строительства. Фермы с прямолинейным верхним и провисающим нижним поясами имеют ряд достоинств: равномерное распределение усилий по их длине, минимальное количество стыков в верхнем поясе, упрощение узлов крепления слабо напряженной (в основном сжатой) решетки. Радиальное расположение ферм в плане создавало проблему разнотипности прогонов по длине. Расположение ферм Ф2 попарно параллельно друг другу с шагом 9 м (см. рис. 4.8, а) позволило унифицировать значительную часть прогонов.
Верхний пояс фермы выполнен из прямолинейных клееных элементов длиной около 18 м со стыками вразбежку и строительным подъемом в середине пролета. При определении мест стыков и длин элементов верхнего пояса принимались во внимание особенности технологии производства завода-изготовителя ДСК-160 (г. Королев), а также условия транспортировки, порядок сборки и монтажа. Конструктивная схема ферм показана на рис. 4.16, а, б. Ввиду значительных внутренних усилий в верхнем поясе фермы Ф1 его сечение выполнено по ширине из трех клееных деревянных элементов, каждый сечением 140*1500 мм. Верхний пояс фермы Ф2 по ширине составлен из двух элементов сечением 140*1000 мм каждый. Между собой элементы соединены на вклеенных нагелях. В заводских условиях в них устанавливали закладные детали для крепления прогонов и решетки, а также в зоне стыков.
Соединение деревянных элементов по длине выполнено жестким, способным воспринимать продольные усилия, разнозначные изгибающие моменты и поперечные силы в двух плоскостях. Это обеспечило работу элемента как цельного не только на эксплуатационные, но и на монтажные усилия. Закладные детали в деревянных элементах на монтаже сваривали между собой стальными накладками, Анкеровка закладных деталей осуществлялась с помощью наклонно вклеенных арматурных стержней, что позволило получить соединение, равнопрочное с материалом основного сечения. Пересекая многие слои клееного пакета, прочность такого соединения становится практически независимой от возможных трещин и расслоений, которые могут возникать в процессе эксплуатации. Схема стыка сжатого пояса фермы Ф1 показана на рис. 4.17. Стальные накладки в стыках использовались и для крепления прогонов, которые также имеют стальные закладные детали на вклеенных стержнях.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Закладные детали с фасонками по нижней грани верхнего пояса применены для крепления на сварке стальных подкосов. Фасонки, приваренные при сборке пояса, дополнительно выполняли функции соединительных накладок. Закладные детали крепились с использованием V-образных вклеенных анкеров (двухсторонние связи) для восприятия значительных по величине и меняющих направление усилий, действующих в трех плоскостях. Сварные соединения использованы только в узлах сопряжения решетки с деревянным поясом. Это сняло и проблему разницы допусков на точность изготовления и монтажа для стальных (1-2 мм) и деревянных (10-20 мм) конструкций.
Плотность контакта в стыках крупногабаритных деревянных элементов обеспечена заполнением зазоров полимербетоном на базе эпоксидной композиции «Этал-370», который обладает высокой прочностью при сжатии (более 70 МПа), упругостью, хорошей адгезией к древесине, удобоукладываемостью, безусадочностью, достаточной долговечностью, повышенной теплостойкостью. Такое решение обеспечило практически абсолютную плотность контакта даже при низком качестве торцовки стыкуемых элементов. Одновременно решался вопрос предотвращения образования в стыках конденсата. Эти работы выполнила лаборатория полимербетонов НИИЖБ.
Статическая схема работы конструкций

Постоянные и временные нагрузки передаются на прогоны покрытия, работающие на изгиб и нормальную силу, которая возникает за счет пространственной (оболочечной) работы стержневой системы. Расчетная нормальная сила в деревянных прогонах составила ±(80-190) кН, в стальных прогонах — до 400 кН сжатия в связевом блоке и до 300 кН растяжения у оси И-1. Прогоны опираются на деревоклееные верхние пояса радиальных ферм, которые работают на изгиб в двух направлениях, кручение (от нормальных усилий внецентренно закрепленных прогонов) и на осевое сжатие. При этом, вследствие работы ферм Ф1 в качестве распорки вантовой системы, в их верхних поясах возникает дополнительное нормальное усилие. Расчетное усилие сжатия в верхних поясах ферм Ф1 составило ~4650 кН, а в ферме Ф2 ~1520 кН.
Полукольцевая стальная балка также испытывает изгиб в двух плоскостях, кручение и осевые усилия растяжения/сжатия. В виду сложной работы составной сварной балки ее сечение запроектировано с повышенным запасом прочности: максимальное расчетное напряжение в балке не превышает 170 МПа, при расчетном сопротивлении стали 305 МПа.
Устойчивость прогонов обеспечивает профилированный настил, а устойчивость верхних поясов ферм (в том числе изгибно-крутильную) — прогоны, связи в плоскости покрытия и вертикальные связевые фермы, расположенные в пределах высоты верхних поясов ферм.
Максимальное расчетное усилие растяжения в ванте — 4000 кН, соответствующая стрела провиса до 64 мм. Проверка прочности стального каната выполнялась по СНиП 2.05.03-84:
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

где: Ndh — минимальное разрывное усилие; m1 = 0,8 — коэффициент условия работы; γm = 1,6 — коэффициент надежности.
Усилия от 19 вант, поддерживающих покрытие стадиона, через оголовок передаются на две многозвенные оттяжки. Максимальное расчетное растяжение в оттяжке составило 46 000 кН, соответствующая стрела провиса 90 мм. Ввиду разницы длин звеньев (находящихся в поле допусков на геометрические размеры при изготовлении), определенной натурными замерами, при симметричной нагрузке на покрытии отличие усилий в оттяжках не превышало 5 %. При несимметричной нагрузке эта разница составила 12 % при коэффициенте запаса многозвенной оттяжки и их анкеровки, равным 1,6.
Оси вант центрированы в одной точке оголовника пилона. Центры осей оттяжек расположены на горизонтальной линии, проходящей через точку центрирования вант и лежащей в плоскости А-образной опоры. Вследствие неравномерной работы оттяжек опора испытывает изгиб в двух плоскостях, кручение и сжатие. Максимальные/минимальные расчетные напряжения в элементах А-образной опоры составили (+107,1)/(-212,6) МПа. Максимальные сжимающие усилия в оголовке — 118 600 кН, в «ногах» пилона — 67 450 кН, растяжение в затяжке 17 000 кН. Для креплений элементов опоры и оттяжек к основанию применены болты-шарниры, что обеспечило простоту и надежность узла соединения (в том числе при больших растягивающих усилиях), снижение влияния осадок опор на работу конструкции за счет повышения статической определимости системы.
Перемещения элементов покрытия: максимальные прогибы от нормативных нагрузок после снятия с временных опор с учетом снеговой нагрузки — 708 мм, максимальные прогибы от нормативных сезонных климатических нагрузок — 271 мм.
Численное моделирование работы системы на эксплуатационные нагрузки

Расчеты выполнены с использованием программного комплекса «ANSYS» (США), сертифицированного Госатомнадзором. Для поверочных расчетов использовали вычислительные комплексы SCAD Office (Украина) и Stark ES (Россия). Расчет проводился в упругой стадии в геометрически нелинейной постановке с учетом работы ряда стержневых элементов только на растяжение или сжатие (ванты, оттяжки, связи); контактных элементов, позволяющих учитывать трение. Общее число элементов — 24 100, узлов — 18 800, неизвестных — 96 600.
Для создания окончательной модели было просчитано и проанализировано более 50 вариантов схем, в которых оптимизировались жесткостные, прочностные и геометрические параметры. В расчетах были использованы подпрограммы на встроенном языке APDL с заданием исходных данных в параметрическом виде.
Трехмерная модель (рис. 4.18) включала конструкции собственно покрытия, A-образного пилона с оттяжками и центральную железобетонную опору. Расчетная схема сооружения была максимально приближена к работе реальной конструкции. Учитывались эксцентриситеты в узлах сопряжения элементов, шарниры и условные шарниры (уменьшение жесткости в узле), упругая податливость свайного основания под центральной железобетонной опорой.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

В расчетах проанализированы варианты схем без учета и с учетом работы профилированного настила как диска покрытия. Профлист заменялся условными крестовыми связями, сечение которых определяли расчетом на сдвиг каждой ячейки, включающей профлист, прогоны и участки верхних поясов ферм.
Ванты моделировались стержнем, работающим только на растяжение. Нелинейная зависимость жесткости вант от усилий растяжения учитывалась приведенным модулем упругости, который определялся расчетами вант как гибких нитей. Эти величины проверялись по методике фирмы «Фрейссине». Расчеты выполнялись с учетом предварительного натяжения вант на усилия, соответствующие 70 % собственного веса покрытия. Величины предварительного натяжения вант были подобраны из условия их равномерного включения в работу для уменьшения вертикальных перемещений системы и исключения отрыва покрытия от временных опор.
При моделировании оттяжек было рассмотрено два варианта. В первом оттяжки заменялись стержнем, работающим только на растяжение, а во втором оттяжки заменялись цепью, у которой каждое звено представляло собой изгибаемый элемент, соединенный с другим звеном элементом с очень малой жесткостью. В узлах опирания ферм Ф2 на колонны по оси Г-1, а также Л-образной опоры на центральную железобетонную опору был применен контактный элемент с заданным коэффициентом трения.
В основном расчете рассмотрены следующие схемы нагружения: постоянная нагрузка (собственный вес несущих и ограждающих конструкций), технологическая нагрузка, снег (3 варианта), температурные воздействия. Для корректного сбора нагрузок применен специальный элемент (SURF 154). Выполнены расчеты с учетом влияния разности длин оттяжек, которая определялась как сумма неравномерных осадок опор, неравномерной выборки зазоров в звеньях оттяжек, допусков на изготовление.
Для определения собственных частот конструкции проведены модальные расчеты с учетом напряженного состояния системы при разных вариантах ее загружения. Б результате получены формы колебаний и частоты, которые учитывались для расчета на пульсационную составляющую ветровой нагрузки.
Конструктивное решение. Численные исследования работы покрытия в крытом конькобежном центре в Крылатском

Наряду с общими расчетами были выполнены расчеты МКЭ наиболее сложных узлов: опирание ферм Ф2, оголовок А-образной опоры (рис. 4.19); перестыковка звеньев оттяжек, узел анкеровки звеньев оттяжек в железобетонном фундаменте и т, д. В эти) расчетах учитывали: начальные несовершенства геометрии, контактную задачу; физическую и геометрическую нелинейность.
Численное моделирование монтажа конструкций покрытия

Большое значение для обеспечения несущей способности сооружения и проектной геометрии покрытия представляли решения, принятые в ППР. В составе рабочего проекта отдельным разделом были выпущены основные требования к организации работ по монтаж) несущих металлоконструкций (оттяжек, распорок и вант), а также по раскружаливанию (снятию с временных опор) покрытия и организации геодезического контроля на время монтажа.
На этом этапе были решены следующие задачи: определение способа и последовательности раскружаливания оттяжек для равномерного включения их в работу после снятия с временных опор; учет возможной разницы длин оттяжек; расчет усилий натяжения вант, определение порядка и числа этапов натяжения; определение требуемой величины хода домкратов на временных опорах при раскружаливании покрытия с учетом возможных снеговых нагрузок. При этом учитывалось, что увеличение числа этапов усложняет монтаж, но повышает точность натяжения вант до заданной величины с учетом падения в них усилий при натяжении последующих вант.
Эти задачи решались с использованием пространственной компьютерной модели. При определении способа раскружаливания покрытия учитывались результаты исследования физической модели покрытия, проведенного в ОАО ЦНИИС. Наиболее сложными для расчета оказались следующие три стадии монтажа:
- включение в работу многозвенных цепных элементов оттяжек. Определение максимальной величины хода домкратов на каждом шаге опускания цепей и оптимизация очередности опускания домкратов;
- предварительное натяжение вант. Расчет пошагового натяжения каждой ванты с анализом изменения усилий в соседних вантах, по результатам которого разрабатывалась программа натяжения. В процессе натяжения вант проводились уточняющие расчеты;
- раскружаливание покрытия. Моделирование пошагового опускания полукольцевой балки на домкратах, что позволило отслеживать и анализировать весь процесс.
Похожие новости