Общая устойчивость сферической оболочки покрытия объекта "Зимний сад" технопарка РГСУ
Расчет сферической оболочки покрытия на общую устойчивость под действием нагрузок. Анализ рекомендаций на проведение необходимых инженерно-технических мероприятий для обеспечения устойчивости сооружения. Определение значений деформаций в плоскости.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.07.2017 |
| Размер файла | 739,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Ростовский государственный строительный университет
Общая устойчивость сферической оболочки покрытия объекта «Зимний сад» технопарка РГСУ
Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Кубашов Т.Р.
Аннотация
Статья рассматривает расчет сферической оболочки покрытия на общую устойчивость под действием нагрузок. Определены значения деформаций в вертикальной и горизонтальной плоскости. По итогам расчета сделаны выводы и даны рекомендации на проведение необходимых инженерно-технических мероприятий для обеспечения устойчивости сооружения.
Ключевые слова: сферическая оболочка; общая устойчивость; арочная ферма; расчет каркаса здания; метод конечных элементов.
Объект «Зимний сад» представляет собой ботанический сад-оранжерею для отдыха в зимний период года, который входит в состав Технопарка РГСУ. Это здание, состоит из трех куполов разных размеров. Конструктивная схема купола принята в виде арочных ферм, выполненных из металлических труб. В данной работе рассмотрен расчет главного купола, диаметром 30 м и высотой 15 м. Внутри купола на высоте 6,6 м расположено перекрытие 2 этажа, представляющее собой кольцо, внутренний и внешний диаметр которого составляет 24 м и 16,8 м соответственно. Кольцо перекрытия по периметру опирается на фермы, а в центре на колонны здания.
Расчет оболочек на устойчивость является одной из важных задач проектирования оболочек. Известно, что оболочки обладают большой прочностью и поэтому их недостаточная устойчивость может оказаться критерием, определяющим несущую способность[1,2]. Для расчета оболочки на общую устойчивость в программном комплексе ЛИРА была разработана конечно-элементная модель (Рис.1). Для элементов каркаса принят конечный элемент КЭ 10, который имеет 6 степеней свободы в узлах [3]. Расчетная схема включает постоянные нагрузки (собственный вес и вес покрытия) и кратковременными (статической составляющей ветровой нагрузки и снеговой) (СП 20.13330.2011) [4]. Нагрузки от перекрытия 2 этажа передаются на фермы в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах сопряжения фермы и кольца перекрытия. Все нагрузки учтены в расчетных сочетаниях усилий согласно СП 20.13330.2011. Предусмотрено жесткое защемление опор каркаса. сферический инженерный технический
Каркас состоит из бесшовных металлических труб: фермы 1 уровня (до уровня кольца перекрытия) - верхний пояс 60х5 мм, нижний пояс 168х10 мм, раскосы 28х6 мм; фермы 2 уровня - верхний пояс 28х4 мм, нижний пояс фермы 45х5 мм, раскосы 28х6 мм. Принятые размеры сечений удовлетворяют требования прочности, причем процент использования несущей способности конструкции близок к 100%.
Рис. 1 Расчетная схема
На основании имеющихся характеристик жесткости элементов конструкции произведен расчёт здания по второму предельному состоянию, в частности деформации по оси Z. Максимальные значения перемещений составили 44 мм, тогда как предельно допустимые прогибы, в соответствии с СП 20.13330.2011, составляют 110 мм. (Рис. 2)
Рис. 2 Перемещения по оси Z.
Выполнен расчет на общую устойчивость. Полученные данные показали, что здание потеряло устойчивость и приобрело новую равновесную форму. Ребра жесткости получили серьезные деформации, перемещение их узлов по горизонтали составили 1000 мм, что намного превышает нормативные значения (Рис.3) (СП 20.13330.2011).
Рис. 3 Форма потери устойчивости и значения перемещений в горизонтальной плоскости.
В связи с приобретением зданием недопустимой формы равновесия, принято новое конструктивное решение в виде добавления связей между ребрами жесткости в диаметрально расположенных секторах и увеличения поперечных сечений элементов [5-7]. Результаты расчета по новой схеме соответствует устойчивой, равновесной форме с малыми деформациями (Рис.4).
Рис. 4 Окончательная устойчивая равновесная форма.
Окончательные размеры поперечных сечений и сравнение полученных размеров занесены в Таблице 1.
Табл. 1 Размеры поперечных сечений элементов каркаса.
|
Элемент Каркаса |
Расчет по прочности |
Расчет на устойчивость |
|
|
Верхний пояс |
60х5 мм, 28х4 мм |
95х10 мм, 60х5 мм |
|
|
Нижний пояс |
168х10 мм, 45х5 мм |
168х20 мм, 121х10 мм |
|
|
Раскос |
28х6 мм |
32х6 мм |
Выводы
1. Разработана конечная элементная модель сферической оболочки покрытия
2. Дана оценка конструктивного решения каркаса сферической оболочки покрытия
3. Выполнено сравнение сечений каркаса здания при расчете по несущей способности.
Результаты работы дают однозначный вывод - расчет сооружений на устойчивость является необходимым и обязательным пунктом в проектировании сооружения. Зачастую именно потеря устойчивости является фактором, который приводит к разрушениям[8-10].
Литература
1. Ярополов В.А., Ярополов Ю.В. Исследование влияния начальных отклонений формы сферической оболочки на устойчивость методом конечных элементов // Успехи современного естествознания. 2012. №6. С. 127-128.
2. Григолюк Э.И., Кабанов В.В. Устойчивость оболочек. М.: Наука, 1978. 360 с.
3. Программный комплекс лира-сапр® 2013 Учебное пособие / Городецкий Д.А., Барабаш М.С., Водопьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е., Под ред. академика РААСН Городецкого А.С. К. М.: Электронное издание, 2013. 376 с.
4. Расчет ветровой нагрузки по программе «Wind pressure». Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Костенко Д.С. Новый университет. Серия: Технические науки. 2015. № 1-2 (35-36). С. 123-129.
5. В.В. Литвинов, Б.М. Языев. Некоторые вопросы общей устойчивости оболочек вращения. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2014. 92 с
6. Ахмедов А.Д. Достаточные условия устойчивости равновесия мгновенно-жестких шарнирно-стержневых систем // Инженерный вестник Дона, 2014, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2601.
7. Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Цуриков С.Г., Лукьянов В.И. Расчет железобетонного каркаса здания с учетом аварийного воздействия во временной области // Инженерный вестник Дона, 2015, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2886
8. Gupta P.K., Gupta N.K. A study of axial compression of metallic hemispherical domes//Journal of materials processing technology. 2009 V.209. pp. 2175-2179.
9. Glough R.W. A finite element approximation for the analysis of thin shells / R.W. Glough and CP. Janson // Int. Journal. Solids Struct. 1968, №4. - Pp. 1261-1172.
10. Шошин Д.В. Конечно-элементное моделирование процессов деформирования, потери устойчивости и закритического поведения упругопластических сферических оболочек: дис. канд. техн. наук: 01.12.06. Н. Новгород, 2012. 156 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет цилиндрической оболочки, подкрепленной шпангоутами. Исследование напряжённо-деформированного состояния полусферической и сферической оболочек, заполненных жидкостью. Расчёт сферического топливного бака с опорой по экватору. Расчет прочности бака.
курсовая работа [11,4 M], добавлен 29.11.2009Определение напряженно-деформированного состояния цилиндрической двустенной оболочки камеры сгорания под действием внутреннего давления и нагрева. Расчет и определение несущей способности камеры сгорания ЖРД под действием нагрузок рабочего режима.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.10.2011Обеспечение прочности и устойчивости корпусных конструкций глубоководного аппарата под действием внешних гидростатических нагрузок на заданной глубине погружения. Проект корпуса подводной лодки, определение нагрузок и основных конструктивных элементов.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 06.01.2012Назначение габаритных размеров цилиндрического резервуара низкого давления. Конструирование днища и определение толщины листов стенки. Расчет анкерных креплений и конструирование элементов сферического покрытия. Проверка стенки резервуара на устойчивость.
курсовая работа [513,0 K], добавлен 16.07.2014Тонкостенные оболочки как элементы конструкций. Фактор снижения материалоемкости конструкции. Оболочки как эффективное решение проблемы минимизации массы в строительных сооружениях. Основные геометрические параметры оболочки, относительная толщина.
реферат [92,4 K], добавлен 27.02.2010Описание основных характеристик объекта контроля. Обзор методов измерения толщины гальванического покрытия. Разработка структурной схемы установки, расчёт погрешности и определение требований к ее компонентам. Выбор СИ и вспомогательного оборудования.
курсовая работа [65,4 K], добавлен 16.11.2009Характеристика устойчивости системы стабилизации угла тангажа самолета, ее роль. Определение критического значения передаточного числа автопилота по углу тангажа, используя различные критериями устойчивости: Рауса-Гурвица, Михайлова и Найквиста.
курсовая работа [643,3 K], добавлен 10.11.2010Оценка точности в установившемся режиме. Проверка устойчивости исходной системы. Расчет корректирующего устройства. Построение области устойчивости скорректированной системы в плоскости параметров, графика переходного процесса и оценка качества системы.
курсовая работа [400,4 K], добавлен 21.10.2013Определение краевых нагрузок и составление расчётной схемы сопряжения двух оболочек колонного аппарата. Составление уравнений совместимости радиальных и угловых деформаций. Определение длины зоны, типа напряжений края и прогибов цилиндрической оболочки.
контрольная работа [231,5 K], добавлен 29.12.2012Разработка метода нанесения покрытия на стеклянную, керамическую и металлическую подложку. Ознакомление с процессом выбора составов для адгезионного покрытия без токсического действия. Определение и анализ электропроводящих свойств у данных покрытий.
курсовая работа [458,0 K], добавлен 02.06.2017Характеристика технологических процессов гальванического производства. Определение состава основных ванн. Нанесение покрытия, расчет концентраций смесей в усреднителе. Диаграмма состава усреднителя после операции нанесения покрытия, расчет сооружений.
курсовая работа [856,8 K], добавлен 03.01.2017Конструирование клеефанерных панелей покрытия, определение и оценка целесообразности их практического применения на современном этапе. Материал конструкций панели: древесина, фанера, клей. Расчет 3-хслойной клеефанерной панели, двойного дощатого настила.
курсовая работа [89,9 K], добавлен 12.03.2012Определение геометрических характеристик, проверка прочности и жесткости плиты покрытия и ее элементов. Конструкция балки, проверка принятого сечения и расчет опорного узла. Определение технико-экономических показателей и долговечности конструкций.
курсовая работа [527,4 K], добавлен 16.05.2012Определение размеров деталей или внешних нагрузок, при которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций. Напряжения в точках поперечного сечения при изгибе с кручением. Расчет на прочность.
курсовая работа [1017,9 K], добавлен 29.11.2013Определение геометрических характеристик поперечного сечения панели. Расчёт на прочность растянутой нижней обшивки и на устойчивость при изгибе сжатой верхней обшивки. Проверка клеевых соединений и рёбер фанеры на скалывание. Конструкция стыков изделия.
курсовая работа [216,8 K], добавлен 17.12.2014Компоновка конструктивной схемы сборного покрытия. Расчет пустотной панели с напрягаемой арматурой по предельным состояниям первой группы. Определение усилий от расчетных и нормативных нагрузок и прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.
курсовая работа [39,4 K], добавлен 22.11.2010Классификация нефтепроводов, принципы перекачки, виды труб. Технологический расчет магистрального нефтепровода. Определение толщины стенки, расчет на прочность, устойчивость. Перевальная точка, длина нефтепровода. Определение числа перекачивающих станций.
курсовая работа [618,9 K], добавлен 12.03.2015Обоснование вида покрытия и его толщины. Выбор электролита, механизм процесса покрытия. Основные неполадки при работе, причины и их устранение. Расчет поверхности загрузки и тока для электрохимических процессов. Планировка гальванического участка.
курсовая работа [123,5 K], добавлен 24.02.2011Понятие оболочки и ее параметров, распространение оболочек в технике. Сущность гипотезы Кирхгофа–Лява и уравнения Лапласа. Условия существования безмоментного напряжённого состояния оболочки. Закономерности, характерные для толстостенных цилиндров.
контрольная работа [703,9 K], добавлен 11.10.2013Анализ системы автоматического регулирования. Устойчивость как показатель ее работоспособности. Алгебраические критерии исследования систем, процессы в которых описываются уравнениями невысокого порядка. Исследование следящего гидравлического привода.
контрольная работа [191,2 K], добавлен 12.01.2016
