1. Визуальная и инструментальная оценка состояния конструкций зданий и
сооружений. 2. Расчеты строительных конструкций. 3. Заключение о техническом состоянии. 4. Рекомендации по дальнейшей эксплуатации. 5. Разработка вариантов усиления с предоставлением необходимых расчетов и
рабочих чертежей.
Целью обследования является определение технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений, а также представление инженерных решений и рекомендаций по их безопасной дальнейшей эксплуатации. Объектом комплексного обследования являются строительные конструкции зданий и сооружений. Оценка технического состояния конструкций зданий и сооружений производится в целях установления:
- опасности обрушения конструкций, т. е. степени их критического состояния;
- возможности безаварийной эксплуатации конструкций;
- необходимости и целесообразности усиления конструкций.
В состав комплекса работ по обследованию строительных конструкций зданий и сооружений входят визуальное и инструментальное обследование, разработка технической документации.
1.1 Техническое обследование зданий.
Техническое обследование зданий, которое называют также инженерное обследование зданий, строительное обследование объектов, техническая экспертиза зданий, техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений или просто обследование, имеет целью определение текущего технического состояния конструкций здания или сооружения в процессе обследования с выявлением дефектов и выяснением эксплуатационных качеств конструкций и прогнозирование поведения конструкций в будущем.
Обследование зданий требуется в следующих случаях:
требуется проект реконструкции, а перед любой реконструкцией необходимо
проведение технического обследования реконструируемого здания для
обеспечения проектировщиков реконструкции полной информацией (по
результатам обследования можно будет сделать выводы о целесообразности
реконструкции здания); требуется перепланировка помещений (квартир, офисов, цехов), перед
проектированием которой также обязательны работы по техническому
обследованию помещения или здания (при перепланировке может измениться
нагрузка, расположение перегородок), проект серьезной перепланировки наряду с
техническим заключением по результатам обследования рассматривается на
Межведомственной комиссии; планируется капитальный ремонт объекта, при этом возникает необходимость
Обследование конструкций, зданий и сооружений
... Детальное обследование зданий - это комплекс мероприятий по определению технического состояния строительных конструкций и инженерных сетей здания или сооружения, с целью выработки на основе этой оценки решений. Техническое обследование зданий (обследование конструкций зданий, обследование строительных конструкций, обследование технического состояния зданий) проводится, ...
выяснить текущие эксплуатационные качества конструкций и причины возникших
дефектов, для того чтобы в процессе капитального ремонта устранить причины
дефектов, а затем и сами дефекты; необходимо техническое обследование зданий и сооружений, поврежденных
авариями, катастрофами, пожарами, землетрясениями, селями (цель такого
обследования — установить возможность дальнейшей эксплуатации здания и
выработать мероприятия по усилению конструкций); вы заметили нарастание деформаций здания (как правило, это раскрытие трещин в
стенах) и хотите провести техническое обследование здания и узнать опасно ли это
и возможна ли дальнейшая эксплуатация здания; планируется возобновление незавершенного строительства, для чего нужно
уточнить текущее техническое состояние «недостроя» (иногда продолжать
незавершенное строительство экономически нецелесообразно); техническое обследование зданий с целью контроля их состояния в процессе
плановых и внеочередных осмотров; вами планируется покупка здания или помещения в здании, и вы хотите выяснить
его реальное состояние (настоятельно рекомендуем провести техническое
обследование, при сегодняшних ценах на недвижимость ошибка может дорого
стоить); при создании исполнительной документации на «самострой» (к
исполнительной документации, то есть к проекту, требуется еще и описание
текущего технического состояния объекта), при необходимости проведения
обмерных работ для составления обмерочных чертежей.
1.2 Результаты технического обследования зданий.
В результате проведенного инженерно-технического обследования вы получаете наш отчет, в котором присутствует строго согласно техническому заданию:
экспертное заключение с кратким выводом по результатам проведенного
обследования, в выводе обычно оценивается возможность эксплуатации здания в
текущем состоянии, возможность увеличения нагрузки или изменения расчетной
схемы после реконструкции или перепланировки; краткое описание существующего здания, его объемно-планировочного и
конструктивного решений; фотофиксация дефектов, обнаруженных в ходе технического обследования
(обычно тех, которые могут повлиять на дальнейшую эксплуатацию здания, то есть
существенных); результаты технического обследования отдельных конструкций (стен,
фундаментов, кровли) с подробным описанием конструкций, дефектов,
рекомендациями по дальнейшей эксплуатации или усилению конструкции (все
согласно действующим нормам); развернутый вывод с рекомендациями по усилению отдельных конструкций и
дальнейшей эксплуатации всего здания (помещения), а также прогнозными
характеристиками конструкций здания и дальнейшего использования их после
реконструкции, перепланировки или усиления; результаты лабораторных исследований (при необходимости); графическая часть с чертежами, в том числе обмерочные чертежи (при
необходимости); расчетная часть с поверочными расчетами отдельных конструкций (при
необходимости); приложения с нашими лицензиями и образовательными документами; приложения, предоставленные заказчиком (планы БТИ, материалы проекта и т.п.).
Обследование технического состояния существующих строительных ...
... обследованию строительных конструкций зданий и сооружений, действующих на момент обследования. 1. Подготовительный этап обследования 1 Предоставленная документация Участок исследований расположен в г. Астрахани. Полевые инженерно-геологические работы ... обмеров. Выполнить фотофиксацию отдельных дефектов строительных конструкций. Выполнить поверочные расчеты существующих конструкций на фактические ...
1.3 Обследование отдельных конструкций.
Обследование отдельных конструкций — плит перекрытий, фундаментов, колонн, ригелей обычно производится для выяснения их несущей способности путем идентификации и поверочных расчетов конструкций и бывает вызвано следующими причинами:
планируется увеличение нагрузки на перекрытие при изменении функционального
назначения помещения, изменении характеристик оборудования, модернизации
производства; планируется перенос перегородок (перепланировка помещения); замечен беспричинный рост деформаций (увеличение прогиба плит перекрытий,
трещин в стеновых панелях и т.п.) и выяснилось, что несущая способность
конструкций неизвестна (неизвестно и под какую нагрузку проектировалась
конструкция); подошло время для замены конструкций (сгнивших деревянных конструкций
перекрытий в зданиях исторической застройки); вы заметили нарастание деформаций здания (как правило, это раскрытие трещин в
стенах), свидетельствующее о проблемах с фундаментами; вы заметили исчерпание фундаментами здания срока службы (или стронули
бутовые фундаменты в ходе работ в подполье или подвале) и хотите провести
усиление фундаментов; в здании наблюдаются систематические протечки кровли или разгерметизация
стен, промокание стен, промораживание стен; требуется обследование инженерных сетей здания в связи с их
неудовлетворительным функционированием.
Как правило, обследование отдельных конструкций лишь первый этап, далее приходится обследовать остальные конструкции здания. Например, требуется обследование плит перекрытий при увеличении нагрузки на перекрытие в результате модернизации производства, установки оборудования, перепланировки, если увеличивается нагрузка на перекрытие, то нагрузка увеличится и на стены (каркас) и на фундаменты здания и на грунты основания, значит обследовать придется и их. Чтобы сделать выводы и прогноз работы фундаментов следует собрать нагрузку от вышележащих конструкций, для чего нужно выяснить состав кровли (вскрытие), состав пола (вскрытие), конструкцию стен (вскрытие).
Обследование отдельных конструкций позволяет разбить работы по обследованию на этапы. Допустим, мы выясним, что увеличение нагрузки на перекрытие невозможно а замена или усиление его слишком дороги (мы можем предложить вам и возможные варианты усиления, и даже составить сметную документацию на работы по усилению конструкций), тогда вы можете принять решение, и не обследуя фундаменты (а это наиболее дорогая часть обследования).
Обследование отдельной конструкции бывает уместно, когда нагрузка не увеличивается а деформации носят местный характер (увеличился прогиб одной из плит перекрытия, возникли трещины в одно из стеновых панелей), либо если несущая способность остальных конструкций здания заведомо выше предполагаемой нагрузки. Также можно обойтись несколькими видами работ при выяснении причин протечек кровли, стен, нарушении функционирования вентиляции, отопления, электросетей, водопровода или канализации.
1.4 Работы по обследованию отдельных конструкций.
обследование плит перекрытий, вскрытие, идентификация, определение несущей
способности с учетом текущего технического состояния; обследование ригелей, балок, экспертиза несущей способности; обследование колонн, стыков колонн, закладных деталей, определение
Техническое обследование оснований и фундаментов зданий
... заключения о проведении технического обследования конструкций оснований и фундаментов зданий и сооружений. В данном отчете обязательно указывается текущее состояние грунтов и геологической обстановки в непосредственной ... между выемкой и фундаментом. Для обеспечения устойчивости фундамента производится расчет защемления стены в грунте с учетом нагрузок от фундамента и грунта, находящегося ...
армирования, идентификация по результатам вскрытия, расчет несущей
способности; исследование материалов кирпичных мелкоблочных стен, отбор образцов,
испытания, определение прочностных характеристик; исследование крупноблочных и панельных стен, отбор кернов, испытания,
определение прочностных и теплотехнических характеристик; обследование металлических конструкций, поверочные расчеты ферм, балок,
колонн, настилов; обследование деревянных конструкций крыш, перекрытий; обследование инженерных коммуникаций, тепловых сетей, электросетей,
водопровода и канализации; обследование фундаментов, уточнение конструктивной схемы, испытание
материалов, расчет; исследование грунтов основания, лабораторные и камеральные работы, бурение
скважин, определение гидрогеологической обстановки; теплотехнические расчеты конструкций (обычно стен), в том числе расчеты
температурных полей; сложные расчеты конструкций по двум группам предельных состояний с
применением программного обеспечения.
2. Поверочные расчеты элементов конструкций при
техническом обследовании
Поверочный расчет — расчет существующей конструкции по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате обследования или по проектной и исполнительной документации геометрических параметров конструкции, фактической прочности строительных материалов, действующих нагрузок, уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений. Поверочный расчет зданий и сооружений, или отдельных строительных конструкций производится на основе методов строительной механики с использованием специализированных компьютерных программ. Поверочные расчеты, как правило, являются одним из завершающих этапов обследования зданий и сооружений. Необходимость выполнения поверочных расчетов возникает после выявленных изменений, при обследовании: геометрических размеров зданий и сооружений, расчетных сопротивлений материалов, дефектов и повреждений, физических нагрузок и условий эксплуатации, и т.д. На основании информации, полученной при техническом обследовании, подготавливаются исходные данные для поверочного расчета конструкций. Для поверочного расчета необходимо установить расчетные схемы здания и сооружения в целом и отдельных конструктивных элементов, определить расчетные нагрузки, расчетные сопротивления материалов, уяснить влияние на эксплуатационные свойства конструкций выявленных дефектов, произвести расчет прочности, а в некоторых случаях — и расчет по деформациям и трещиностойкости.
Результаты поверочного расчета зданий и сооружений, или отдельных конструктивных элементов позволяют определить категорию их технического состояния, необходимость и конструктивные решения по усилению, и прогнозы остаточного ресурса эксплуатации.
3. Поверочные расчеты конструкций и их элементов
Расчет зданий и сооружений и определение усилий в конструктивных элементах от эксплуатационных нагрузок производятся на основе строительной механики и сопротивления материалов. Расчеты могут осуществляться инженерными методами на ПЭВМ с использованием сертифицированных программ.
«Расчёт грузоподъемного крана с помощью
... по рельсам моста крана. 1.1 Описание конструкции мостового крана Главные узлы и механизмы мостового ... -разгрузочных и складских работ. Передвигаясь по путям, размещённых ... конструкций. Решающим алгоритмом заложенных в этих системах является метод конечных элементов (МКЭ). МКЭ фигурирует собой осуществление принципа минимума полной потенциальной энергии для расчета напряженно-деформированного состояния ...
Расчеты выполняют на основании и с учетом уточненных обследованием:
геометрических параметров здания и его конструктивных элементов — пролетов,
высот, размеров расчетных сечений несущих конструкций;
фактических опираний и сопряжений несущих конструкций, их реальной
расчетной схемы;
- расчетных сопротивлений материалов, из которых выполнены конструкции;
- дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность конструкций;
фактических нагрузок, воздействий и условий эксплуатации здания или
сооружения. Реальная расчетная схема определяется по результатам обследования. Она должна отражать:
условия опирания или соединения с другими смежными строительными
конструкциями, деформативность опорных креплений;
- геометрические размеры сечений, величины пролетов, эксцентриситетов;
вид и характер фактических (или требуемых) нагрузок, точки их приложения
или распределение по конструктивным элементам;
- повреждения и дефекты конструкций.
При определении реальной расчетной схемы работы железобетонных конструкций необходимо, наряду с их геометрическими параметрами, учитывать систему фактического армирования и способы их сопряжения между собой.
Расчет несущей способности бетонных и железобетонных конструкций производят в соответствии со СНиП 2.03.01. Расчет несущей способности стальных конструкций производят в соответствии со СНиП II-23. Расчет несущей способности каменных и армокаменных конструкций производят в соответствии со СНиП II-22. Расчет несущей способности деревянных конструкций производят в соответствии со СНиП II-25. Расчет конструкций зданий и сооружений, эксплуатирующихся в сейсмических районах, производят в соответствии со СНиП II-7.
На основании проведенного расчета производят:
определение усилий в конструкциях от эксплуатационных нагрузок и
воздействий, в том числе и сейсмических;
- определение несущей способности этих конструкций.
Сопоставление этих величин показывает степень реальной загруженности
конструкций по сравнению с ее несущей способностью.
На основании проведенного обследования несущих строительных конструкций, выполнения проверочных расчетов и анализа их результатов делается вывод о категории технического состояния этих конструкций и может быть принято решение об их дальнейшей эксплуатации. В случае если усилия в конструкции превышают ее несущую способность, то состояние такой конструкции должно быть признано недопустимым или аварийным.
4.Объемы работ при поверочных расчетах
При выполнении поверочных расчетов в составе обследования зданий и сооружений, объем поверочных расчетов составляет 10-20% от объема работ по обследованию. Если поверочные расчеты выполняются отдельной работой, то эти расчеты представляются заказчику в виде отчета, или заключения с ответами на все вопросы, поставленные в техническом задании. 5.Поверочный расчёт при обследовании железобетонных конструкций
При выполнении поверочных расчетов обследуемых конструкций при обосновании могут учитываться разгружающее влияние примыкающих конструкций, распора, совместная работа перекрытия с конструкцией пола и т.д.
Сборка объективов насыпной конструкции Расчет автоколлимационных точек
... осью системы. В зависимости от точности центрирования линз различают следующие основные типы объективов. 1. Объективы «насыпной» конструкции, в которых линзы в оправах при сборке ... при расчете объектива, учитывают при разработке конструкции и назначении допусков на изготовление деталей и сборку объектива. Сборка объективов насыпной конструкции Метод сборки объективов насыпной конструкции называют ...
Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях от действующих нагрузок определяются в предположении их линейной упругости с учетом допускаемого перераспределения усилий или по методикам, учитывающим неупругие деформации бетона и арматуры. В случае превышения допускаемой величины перераспределения усилий необходимо выполнять проверку трещиностойкости сечений.
В результате поверочных расчетов железобетонных конструкций в соответствии с алгоритмом, категория технического состояния конструкции уточняется. Исходя из категории состояния выбираются методы восстановления и усиления.
Так, I-я категория состояния свидетельствует об отсутствии необходимости в ремонтновосстановительных работах; II-я — о необходимости восстановления защитных свойств бетона по отношению к арматуре (штукатурка сколов, инъецирование трещин, окраска и т.д.; III-я — о необходимости усиления при отсутствии угрозы безопасности работающих, IV-ая — о необходимости выполнения страховочных противоаварийных мероприятий (разгрузка, временные крепления и т.д.) до проведения работ по усилению.
Для железобетонных конструкций с разработанными расчетно-теоретическими основами или испытанных до разрушения критерием аварийности является коэффициент , равный отношению несущей способности с учетом фактического состояния конструкции, определенной расчетом по нормативным значениям прочностных характеристик бетона и арматуры, или испытанием, к усилиям от действующих нагрузок.
Значение коэффициента K, меньшее, чем C = 1,3 — при схеме разрушения конструкции по сжатой зоне в нормальном сечении, в зоне среза при действии поперечной силы или по анкеровке арматуры, по пространственному сечению от действия крутящего момента и поперечной силы, при продавливании; C = 1,15 — при разрушения от текучести арматуры в нормальном сечении, по пространственному сечению от действия крутящего и изгибающего моментов свидетельствует об аварийности конструкций (IV категория состояния).
Если в результате поверочных расчетов не выполняется хотя бы одно из требований СНиП по первой или второй группам предельных состояний и при этом разница между полученным из расчета и допустимым по нормам значениями не превышает 25%, может быть произведена оценка надежности конструкции на момент обследования по этому требованию. Если разница между расчетным и допустимым значениями составляет более 25%, оценка надежности может не выполняться, а конструкция считается не пригодной к дальнейшей эксплуатации и требует усиления. При выполнении поверочных расчетов обследуемых конструкций при обосновании могут учитываться разгружающее влияние примыкающих конструкций, распора, совместная работа перекрытия с конструкцией пола и т.д.
Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях от действующих нагрузок определяются в предположении их линейной упругости с учетом допускаемого перераспределения усилий или по методикам, учитывающим неупругие деформации бетона и арматуры. В случае превышения допускаемой величины перераспределения усилий необходимо выполнять проверку трещиностойкости сечений.
Конструкция и методика расчёта индукционных вакуумных печей
... 1.2 Особенности тепловой работы В вакуумных индукционных печах основные принципы теплогенерации, рассмотренные для индукционных тигельных печей, сохраняются. Однако конструктивные особенности электромагнитной ... высокочастотных плавильных печей. Конструкция и схема питания индукционной печи существенно зависят от наличия или отсутствия железного сердечника. Поэтому индукционные печи рассматриваются ...
Метод расчета железобетонных элементов на основе деформационной модели с использованием диаграмм «напряжение-деформация» для бетона и арматуры позволяет производить поверочные расчеты конструкций произвольной формы поперечного сечения из тяжелых и легких бетонов с различными физико-механическими характеристиками бетона по сечению элемента и произвольным расположением арматуры любых классов.
Согласно принятой деформационной модели сечение железобетонного элемента рассматривается как совокупность элементарных площадок, в пределах которых деформации считаются равномерно распределенными, а по высоте сечения элемента связанные гипотезой плоских сечений.
В качестве нормативной диаграммы бетона, устанавливающей зависимость между напряжениями и деформациями, принимается нелинейная диаграмма состояния бетона с ниспадающей ветвью, рекомендованная Европейским комитетом по бетону (ЕКБ-ФИП).
6. Проблема поверочного расчета металлических конструкций
Главная недоработка предлагаемых сегодня методик поверочного расчета на прочность заключается в том, что они предлагают низкий уровень допустимых напряжений [σ]. Как правило, где
σ0.2 – условный предел текучести металла; для ответственных конструкций [σ0.2]<0,3σ0.2.
Данные величины обусловлены работой металла оборудования в условиях скольжения и сдвиговой деформации, определяющих надежность конструкции. Однако расчетными методами заранее прогнозировать зону возникновения площадок скольжения металла невозможно. Кроме того, имеющиеся методики расчета на прочность, как правило, предполагают независимое протекание процессов коррозии, усталости и ползучести, хотя на практике они протекают одновременно в различном сочетании.Необходимость усиления стальных конструкций промышленных зданий определяется по результатам проверочных расчетов, выполняемых с учетом фактического состояния конструкций и новых требований, предъявляемых реконструкцией. Расчеты выполняются в соответствии с имеющимися нормативными документами, а также специальными рекомендациями по реконструкции. Учет дефектов в поверочном расчете
Расчетная схема каркаса должна приниматься с учетом особенностей действительной работы. В необходимых случаях для уточнения расчетной схемы целесообразно использовать результаты испытаний. Проверочные расчеты элементов конструкций и их соединений выполняются с учетом обнаруженных дефектов и повреждений и коррозионного износа. Непосредственный учет в расчетах дефектов и повреждений позволяет в некоторых случаях повысить коэффициент условий работы. Например, при проверочном расчете сжатых стержней ферм с гибкостью X > 60 с учетом их Фактического состояния коэффициент условий работы у может быть принят равным единице. Учет фактического состояния конструкции и условий эксплуатации позволяет также допустить большие прогибы и гибкость элементов конструкций, чем это предусмотрено в нормах для вновь проектируемых конструкций, при условии обеспечения несущей способности конструкций и нормальных условий эксплуатации, если в дальнейшем нагрузка на эти элементы не возрастает.
Повышение теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций ...
... повышение качества ограждающих конструкций без существенного увеличения их стоимости. В 2012 году был утвержден СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23 ... Исследование состояния теплофизических свойств ограждающих конструкций зданий Исследования в области расчета, приведенного сопротивления теплопередаче и учета влияния теплотехнических неоднородностей в разные ...
7. Опыт использования программного комплекса ABAQUS для расчета
строительных сооружений
Огромную роль в обеспечении безопасности и экономически обоснованного автоматизированного проектирования играют программные комплексы, значительно повышающие качество проектов и сокращающие время проектирования. Программный комплекс ABAQUS является мощным инструментом для решения проблем строительной механики. С его помощью можно провести детальный анализ строительных конструкций с учетом их реального нелинейного поведения при воздействии различных типов нагружения (статика, динамика, сейсмика, прогрессирующее разрушение и т.п.) с одновременным рассмотрением свойств геотехнической среды. Решения, получаемые с использованием ABAQUS, отличаются достоверностью, точностью и возможностью рассматривать любые сложные объекты на всех стадиях проектирования, возведения и эксплуатации. Краткая характеристика программного комплекса ABAQUS Программный конечно-элементный комплекс ABAQUS — это универсальная программа общего назначения для проведения многоцелевого инженерного прочностного анализа. ABAQUS позволяет рассчитывать сложное нелинейное напряженно-деформированное состояние строительных сооружений и оценивать их прочность и устойчивость с учетом многофакторного нагружения, в том числе сейсмического, теплового и взрывного. Сооружения могут моделироваться с учетом влияния предварительно нагруженной арматуры с одновременным расчетом оснований и сочетаний нагрузок, с контактными взаимодействиями и моделированием разрушений. К преимуществам данного программного комплекса относится также наличие большого количества нелинейных моделей материалов, в частности материалов металлической арматуры, бетонов, грунтов, пористых материалов и т.п., что позволяет эффективно и с большой точностью решать задачи, содержащие данные типы материалов, с учетом их реологических свойств. Среди решаемых с помощью ABAQUS задач следует отметить:
расчет усталостной прочности и долговечности конструкций под воздействием
произвольного по времени нагружения с учетом пластичного состояния; оптимизацию конструкций к изменению параметров — можно, например,
оптимизировать геометрию конструкции по напряжениям, возникающим в
конструкции при заданных нагрузках; расчет конструкций на статические, динамические, сейсмические и ветровые
нагрузки, а также на сочетание комбинаций нагрузок (многофакторность
нагружения); расчет трещинообразования и концентраторов напряжений; задачи по прогрессирующему разрушению.
Опыт использования ABAQUS для расчета уникальных строительных сооружений
Проектирование уникальных сооружений в строительстве всегда сопряжено с большим количеством технических задач, близких по своей природе к задачам, решаемым в смежных отраслях промышленности, это задачи прочности, надежности, аэродинамики и устойчивости. Одной из ключевых проблем при проведении поверочных расчетов в любой отрасли промышленности является выбор адекватной расчетной модели. Результаты этих расчетов не должны сильно зависеть от дальнейшего уточнения исходной модели. Данные расчеты должны обеспечивать гарантируемую инженерную точность. На примере трех уникальных сооружений рассмотрим, как при помощи электронного прототипа и поверочных расчетов были выявлены некоторые ошибки и недоработки в проектировании этих конструкций. А также рассмотрим пример, в котором применение виртуального прототипа конструкции позволило выполнить динамический анализ Ледового дворца спорта в г.Ангарске на сейсмические воздействия в 8 баллов по шкале Рихтера.
Висячие покрытия. Металл
... оболочке. Особое положение в висячих покрытиях занимают легкие вантовые, предварительно напряженные конструкции, вес которых обычно значительно ... способность конструкций используется полностью. Основным несущим элементом для висячих покрытий могут служить металлические канаты, тросы или, ... действия неравномерных нагрузок ( 213, б—е). Для уменьшения кинематических перемещений в висячих системах ...
Нелинейный расчет оценки несущей способности кровли Ледового дворца в г.Коломне Московской области Было проведено исследование и выполнен поверочный расчет конструкции покрытия конькобежного стадиона в г.Коломне на заданные нагрузки и воздействия. Исходной составляющей нагрузки являлось нагружение сооружения собственным весом. При этом учитывался вес несущих элементов конструкции, дополнительный вес технологического оборудования, а также полностью был учтен и промоделирован последний этап монтажа тросов на поверхности мембранной оболочки. Целью расчета являлся анализ напряженно-деформированного состояния конструкции при воздействии на нее нормативных вариантов снеговой нагрузки, а также проведение численного эксперимента (с использованием электронного прототипа конструкции) по натяжению тросов на поверхности мембранного покрытия на запроектированные нагрузки. Ввиду сложности решаемой задачи, характеризуемой большой геометрической и физической нелинейностью, потерей местной устойчивости, а также контактными взаимодействиями несущих элементов, для проведения нелинейных расчетов использовался программный комплекс ABAQUS.
Описание конструкции Конструкция покрытия представляет собой висячую мембранную оболочку с отрицательной гауссовой кривизной, связанную по периметру с замкнутым железобетонным опорным контуром. Опорный контур овальной формы опирается вдоль продольных сторон на две арки, жестко связанные с опорным контуром. Каждая арка двумя шарнирными узлами связана с основанием сооружения. Кроме арок, опорный контур поддерживается 24 стальными колоннами, установленными по периметру с заданным шагом. Мембранная оболочка выполнена из стального листа толщиной 4 мм. По периметру толщина мембраны увеличивается двумя ступенями: сначала до 6 мм, а по границе соединения с опорным контуром — до 10 мм. Технологически мембрана монтируется на продольной постели, представляющей собой установленные с заданным шагом продольные стальные полосы толщиной 6 м. Продольная постель работает совместно с мембраной. Сверху на мембрану в продольном направлении укладываются тросы, ограничивающие продольную деформацию мембраны. Концы тросов крепятся в специальных узлах на балке опорного контура, после чего производится натяжение тросов с заданными проектировщиком усилиями.
На основании изучения рабочей документации и чертежей конструкции сооружения была принята схема решения задачи, заключающаяся в создании полной конечно-элементной модели конструкции покрытия для расчетов на нагружение собственным весом и заданными вариантами распределения снеговой нагрузки.
Полная конечно-элементная модель конструкции покрытия и распределение толщин в элементах мембраны показаны на рис. 1. В модели число узлов составило 280 508, число элементов — 240 734.
Рис. 1. Общий вид модели конструкции покрытия и распределение толщин в элементах
мембран С использованием описанной выше конечно-элементной модели было проведено девять расчетов: пять — с учетом различных вариантов снеговых нагрузок и четыре — по монтажу и натяжению канатов. Наиболее интересной частью работы являются расчеты, связанные с этапами монтажа канатов:
1) нагружение конструкции без тросов собственным весом; 2) укладка на мембрану тросов, то есть нагружение конструкции весом тросов; 3) натяжение тросов заданным усилием в 125 т; 4) нагружение крыши снеговой нагрузкой (равномерный снег).
Анализ результатов расчета
На основании расчетов был выполнен анализ значений внутренних силовых факторов в опорном контуре (рис. 2).
В таблице приведены максимальные величины действующих в балке опорного контура силовых факторов согласно расчетным этапам.
Рис. 2. Силовые факторы, действующие на элемент балки опорного контура
Максимальные величины действующих в балке опорного контура силовых факторов согласно расчетным
этапам При проведении расчетов были определены перечисленные далее важные факты. Во-первых, из таблицы видно, что при натяжении канатов на заданные проектировщиком усилия в 125 т на один канат происходит увеличение всех, кроме момента кручения Мх , силовых факторов, действующих в опорном контуре. Особенно неприятным было то, что изгибающий момент Му увеличил свое значение в 4,2 раза по сравнению с начальным состоянием и стал равным 1286,9 т.м. при допустимом значении в 600 т.м. Такая величина изгибающего момента могла привести к повреждению опорного контура, а затем и к обрушению конструкции. Во-вторых, при проведении расчетов было определено, что равномерная эпюра натяжения тросов не является оптимальной. Правильным было бы проводить натяжение тросов неравномерной эпюрой усилий в тросах. Крайние тросы должны были натягиваться с большим усилием, чем тросы, расположенные в центре. При неравномерном способе натяжения изгибающий момент Мy увеличился бы не в 4,2, а всего в 1,6 раза. К сожалению, проектировщики не прислушались к рекомендациям по использованию неравномерной эпюры. В-третьих, негативным моментом при натяжении тросов на заданные усилия явилось то, что на краях продольной оси в поперечном направлении образовались волны с большими значениями напряжений в зонах перегибов. Остановка этапа натяжения была связана с обнаружением момента зарождения поперечных волн, которые были получены расчетным путем. Статический расчет купола покрытия волейбольного центра в г.Одинцове (с учетом геометрической и физической нелинейности) на различные сочетания расчетных нагрузок Данный объект (рис. 3) вызвал интерес из-за необычного подхода к проектированию довольно сложных узлов конструкции. Некоторые образцы этих узлов представлены на рис. 4.
Рис. 3. Конструкция купола покрытия волейбольного центра Рис. 4. Примеры узлов конструкции купола
был проведен нелинейный расчет с учетом геометрической и физической нелинейности полной конструкции покрытия на запроектированные нагрузки. Для исследуемого объекта также был построен электронный прототип несущей конструкции крыши. Конечно-элементная модель сформирована с использованием двумерных изгибных элементов. При этом весьма подробно прорабатывалась пространственная геометрия профилей и конструктивные особенности узлов соединения. Результаты расчетов показали, что в узлах данной конструкции возникает достаточное количество пластических зон, которые большей своей частью приходятся на области сварных швов и болтовых соединений. Расчеты, проведенные ранее при проектировании данной конструкции, содержали анализ стержневой шарнирно закрепленной модели, без подробного анализа прочности узловых соединений. Определение предельной несущей способности колонн в зависимости от соотношения вертикальной силы и вынужденного смещения верхних опор Имеется ряд колонн, являющихся несущим опорным контуром большепролетного покрытия. Колонны расположены с шагом в 5° (около 6 м) по окружности радиусом 69,9 м. Высота колонн — 7,7 м. Сечение колонны — круглая труба 426×9. В верхней и нижней точках колонны находятся шарниры. Между колоннами через три панели предусмотрены вертикальные крестовые связи, а в каждой панели — распорки, образующие пояс на высоте 4,4 м. В верхней точке каждой колонны приложена вертикальная сила от веса покрытия, кроме того, верхняя точка каждой колонны подвержена вынужденному радиальному перемещению от деформации конструкции покрытия. Порядок приложения нагрузки следующий: 1) постоянная вертикальная сила в верхней точке; 2) вынужденное горизонтальное смещение верха колонны до потери ею несущей способности. В верхних и нижних опорах реализован контакт, позволяющий учесть конструктивный эксцентриситет при повороте колонны вокруг горизонтальной оси. Учет в расчетной модели податливости оболочки (рис. 5) позволил определить реальные усилия в боковых связях (рис. 6 и 7).
Рис. 5. Деформация сечений колонн (масштабный фактор 1)
Рис. 6. Расположение сечений Рис. 7. Усилия в сечениях пояса Поверочный расчет по статическому анализу Ледового дворца спорта «Ермак» в г.Ангарске на заданные нагрузки и воздействие был проведен нелинейный расчет с учетом геометрической и физической нелинейности полной конструкции Ледового дворца спорта «Ермак» в г.Ангарске на заданные нагрузки и воздействия. Полная модель представлена на рис. 8.
Рис. 8. Расчетная конструкция Ледового дворца спорта
Железобетонные колонны и ригели каркаса обстройки, а также ростверки диафрагм и диафрагмы обстройки заданы трехмерными элементами, учитывающими наличие в них арматуры (рис. 9).
Рис. 9. Модель железобетонных конструкций
Интересным в этой работе является расчет на сейсмическую нагрузку в 8 баллов по шкале Рихтера. Был выполнен динамический расчет при воздействии на конструкцию сейсмической нагрузки. Перед началом действия сейсмической нагрузки в течение 0,5 с выполнялось нагружение конструкции весовой и временной полезной нагрузками, после чего в течение 8,83 с воспроизводилось действие переменных ускорений на основание сооружения (акселерограммы — рис. 10).
Рис. 10. Акселерограммы сейсмической нагрузки
Рис. 11. Деформированное состояние конструкции, соответствующее моменту 3,5 с от начала сейсмического воздействия
Задавалось горизонтальное возбуждение (вдоль оси X) и одновременно вертикальное возбуждение. Предполагалось, что основание ведет себя как жесткое целое. Напряженнодеформированное состояние конструкции определялось с учетом физической (нелинейное поведение бетона и металла) и геометрической нелинейностей. Деформированное состояние конструкции, соответствующее моменту 3,5 с от начала действия сейсмической нагрузки, показано на рис. 11. Для всех результатов расчета указывается время от начала действия сейсмической нагрузки. Значения напряжений в элементах расчетной модели изменяются по времени в связи со сложным динамическим воздействием, поэтому для каждого элемента выбиралось максимальное (минимальное) по времени значение соответствующего напряжения.
Используемая литература 1. СП 13-102-2003 правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений Москва – 2003. 2. Гроздов В.Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений СПб-2000. 3. Землянский А.А. Обследование и испытание зданий и сооружений Москва 2004 4. Комаровский А.А. Диагностика напряженно‐деформированного состояния // Контроль. Диагностика, 2000 5. http:/wikipedia.org 6. http://www.compress.ru
ВОПРОС ПО РЕФЕРАТУ Что необходимо установить для поверочного расчета?
