Инженерный вестник Дона



бет2/3
Дата17.05.2020
өлшемі484.62 Kb.
түріСтатья
1   2   3

Аннотация: Статья представляет собой обзор последних проектов из арочных конструкций, работ по их исследованию. Аварии арочных конструкций в большинстве своем происходят из-за потери устойчивости всей конструкцией. Опасность аварии от потери устойчивости особенно велика потому, что потеря устойчивости может наступить внезапно. В общем случае нагружения у арки могут быть участки, где нагрузка отсутствует. Поэтому арки при потере устойчивости в своей плоскости испытывают два изгиба: статический, вызванный бифуркацией упругой линии, и изгиб нагруженного участка после превышения нагрузкой критического значения. Важность накладывания статической нагрузки. Известно, что арка при воздействии на её дугу внезапно приложенной нагрузки может потерять устойчивость в плоскости, т. к. имеет нелинейную равновесную траекторию, неустойчивые ветви.

Ключевые слова: арки, устойчивость, нелинейный расчет, защемленная арка, прочность при продольном изгибе вне плоскости, усилие от критической нагрузки

Арочные конструкции получили большое распространение в строительстве с древности. Римляне стали первыми использовать арки значительных размеров, и некоторые из них сохранились до наших дней. Одним из примеров применения арочных сооружений в римской архитектуре является древнеримский акведук Пон-дю-Гар. Он был самым значительным арочным сооружением до средних веков, пока не был построен Мост Сен-Бенезе (Франция).

Заслуживают внимание арочные каменные мосты III в. Китая [1, c. 43-45]; проект арочного деревянного моста через р. Неву пролётом около 298 м. выдающегося русского изобретателя-самоучки И. П. Кулибина [1, c. 230]; арки из уложенных плашмя досок с пакетным профилем французского инженера Эми [1, с. 238]; проект повышения устойчивости арок моста И. П. Кулибина, который добавил в плоскость верхних поясов по одной арке [1, c. 231].

В современной архитектуре наблюдается значительное увеличение использований стальных арок. Они применяются в зданиях и большепролетных мостах, сочетая конструктивные и архитектурные достоинства. В 2014 году в Абу-Даби завершена сборка первой стальной арки конструкции крыши, пролётом 120 метров, весом 200 тонн. Самая большая, 180 метровая арка будет весить 300 тонн. Всего в терминале аэропорта будет 18 арок.

В 2010 году рядом с уникальной Плотиной Гувера введен в эксплуатацию Мемориальный мост Майка О’Каллагана — Пэта Тиллмана. Мост состоит из 14 колонн и 2 арок в центральной части. Каждая арка содержит по 53 последовательно отбетонированных фрагмента, большая часть из них по 7.3 метра длиной (всего было выполнено 106 циклов заливки и уплотнения бетона). Арки наращивались с обеих берегов реки одновременно в виде сближающихся полу-арок, в итоге слившихся в единую конструкцию. В процессе заливки, уплотнения и твердения бетона растущие полу-арки поддерживались наклонными тросами, протянутыми с временных башен-пилонов. В процессе наращивания полу-арок их вес менялся, постоянно устанавливались дополнительные поддерживающие тросы.

В 2013-2014 гг. на железнодорожном тоннеле Чёрли Великобритании каменные арки, предотвращающие стены тоннеля от обрушения, были заменены на стальные.

В 2014 году коллекцию уникальных инженерных сооружений города Новосибирска пополнил еще один объект – пятый мост через реку Обь. Главной конструктивной особенностью мостового перехода является его уникальная металлическая арка. Длина арочного пролетного строения составляет 380 метров. Арка - крупнейшая для стран СНГ и вторая аналогичной конструкции в мировом мостостроению. Затяжка арки состоит из двух стальных коробчатых и двух главных стальных балок двутаврового сечения. Стрела подъема комбинированной арки с затяжкой составила 74 м. [2].

Аварии арочных конструкций в большинстве своем происходят из-за потери устойчивости всей конструкцией. СП 16.13330.2011 Стальные конструкции обязывает при отношении Н / В ≥6 (где Н – полная высота, В – ширина) проверять общую устойчивость рамы в целом как составного стержня, защемленного в основании и свободного вверху [п. 10.3.5]. Опасность аварии от потери устойчивости особенно велика потому, что потеря устойчивости может наступить внезапно. Из всех инженерных конструкций металлические сооружения наиболее подвержены потере устойчивости, так как они выполняются из сравнительно тонких и длинных стержней [3, с. 19].

В общем случае нагружения у арки могут быть участки, где нагрузка отсутствует. Поэтому арки при потере устойчивости в своей плоскости испытывают два изгиба: статический, вызванный бифуркацией упругой линии, и изгиб нагруженного участка после превышения нагрузкой критического значения [4].

Потеря устойчивости возможна как из плоскости, так и в плоскости. Плоские конструкции — фермы, арки, рамы лучше сопротивляются изгибу в плоскости конструкций, чем из плоскости. Случаи аварий промышленных и гражданских конструкций, происшедшие от потери устойчивости плоской формы изгиба малоизвестны. Потере устойчивости плоской формы изгиба конструкций, работающих на поперечный изгиб, уделено мало внимания, так как считается, что если и имеет в отдельных случаях место, то не приводит к аварии в силу общей взаимосвязи балок с другими конструкциями.

В последние годы появились работы по разработке алгоритма расчёта арок произвольного очертания и переменной жесткости в упругой стадии. Разработаны новые конструктивные решения арок и каркасов, в которых обеспечивается повышение боковой устойчивости сжатых поясов арок [5].

Киселевым Д. Б. были проведены исследования устойчивости комбинированных арочных систем с V-образными стойками, проведена оптимизация геометрических параметров конструктивной схемы с учетом устойчивости системы [6].

Способности арочных конструкций используются в метростроении, дорожном строительстве. Поскольку такое сооружение, как водопропускная труба имеет значительную протяженность в теле насыпи автомобильной дороги, данную задачу можно рассматривать, как плоскую [7]. В качестве расчетной схемы можно принять двухшарнирную арку. Работа арочных конструкций под землёй имеет свои особенности. Основной вид нарушения прочности грунта – смещение одной его части по отношению к другой, вследствие незатухающего сдвига, переходящего в срез. Когда действие грунта заменяется нормальным давлением и предельными силами трения, действующими вдоль всей поверхности арки, наблюдается увеличение максимального момента на 20% [7]. Причина такого несоответствия в неточном описании сил взаимодействия грунта с аркой. Практически по всей оси арки происходит проскальзывание грунта – «обтекание» арки грунтом. Следовательно, моделирование взаимодействия арки с грунтом следует проводить по схеме предельного трения по всей арке [8].

Новый инкрементальный метод расчета на предельную нагрузку, с алгоритмом, который отслеживает сингулярные состояния матрицы жесткости, увеличивает надежность предсказания потери устойчивости конструкции и позволяет выявить ее причину [9].

Важность накладывания статической нагрузки. Известно, что арка при воздействии на её дугу внезапно приложенной нагрузки может потерять устойчивость в плоскости, т. к. имеет нелинейную равновесную траекторию, неустойчивые ветви. В арке возникают чрезмерные колебания от внезапно приложенной нагрузки. На практике на арку обычно накладывается определенная статическая нагрузка перед внезапной нагрузкой. Статическая нагрузка, может оказать сильное влияние на динамику дуги арки, частично, исключая нестабильность арки при внезапном приложении нагрузки. В общем случае нагружения у арки могут быть участки, где нагрузка отсутствует. Поэтому арки при потере устойчивости в своей плоскости испытывают два изгиба: статический, вызванный бифуркацией упругой линии, и изгиб нагруженного участка после превышения нагрузкой критического значения. Кроме того, связи на концах арки, ограничивающие её вращение, представляющие смежные элементы конструкции (или упругое основание) оказывают значительное воздействие на геометрическую нелинейность дуги арки, и поэтому связи влияют на устойчивость арки к динамическим нагрузкам при внезапно приложенной нагрузке.

Сотрудниками факультета гражданской и экологической инженерии Университета Нового Южного Уэльса Юн-Лин Пи и Марком Брэдфордом при изучении устойчивости арок в плоскости использован энергетический метод [10]. Они испытывали арки с маленьким пролётом, предварительно нагруженные статической нагрузкой, со связями в опорах, ограничивающие их вращение. Было обнаружено, что предварительно нагруженные статической нагрузкой арки могут быть восприимчивы к динамическим нагрузке, посредством деформации. Также установлено, что на деформации арок при динамическом загружении значительно влияет величина и различия гибкости опор, ограничивающих вращение арки. У арок, имеющих одинаковую ось вращения у опор динамические выпучивания могут быть как наверху, так и внизу, в то время как у арок, имеющих одну ось вращения появляется уникальное единственное динамическое выпучивание от нагрузки[11].



В [12] установлен сценарии поведения круговых арок при потере устойчивости в зависимости от величины раствора центрального угла (т.е. фактически от степени подъемистости арки). Также изучено влияние параметра «растяжимости» на границы сценариев плоской потери устойчивости арок в зависимости от величины раствора центрального угла (т.е. фактически от степени подъемистости арки). Отмечена роль «растяжимости» оси арки χ, равной отношению момента инерции поперечного сечения I, к его площади А и квадрату длины дуги арки (см. рис. 1, 2 ) ().

Каталог: uploads -> article -> doc
doc -> Формирование городских агломераций как инструмент динамичного социально-экономического развития территорий Ю. С. Селяева
doc -> Об особенности нелинейного акустического механизма в медицине Н. П. Заграй
doc -> Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
doc -> «Анализ структуры и состава системы управления технологическими параметрами в процессе рекуперации бензина» И. А. Семенова, Л. И. Медведева На промышленном предприятии ОАО «Волжский завод асбестовых технических изделий»
doc -> `Инженерный вестник Дона
doc -> Математическое моделирование кинематических линейчатых поверхностей на основе однополостного гиперболоида вращения в качестве неподвижного аксоидов
doc -> Инженерный вестник Дона, №2, ч. 2 (2015)
doc -> Инженерный вестник Дона, №1 (2015)
doc -> Физико-химические исследования иминов на основе антрацен-9-илметилантрацена


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет