CC BY
32
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
УДК 624.074.2 DOI: 10.22227/1997-0935.2017.11.1248-1260
анализ отклонений и монтажного напряженно-деформированного состояния в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
А.Б. Бондарев, А.М. Югов*, И.М. Гаранжа**, Л.С. Щукина*
«Рудник имени Матросова», 685000, г. Магадан, ул. Пролетарская, д. 12; *'Донбасская национальная академия строительства и архитектуры (ДонНАСА), 86123, Украина, Донецкая обл., г. Макеевка, ул. Державина, д. 2; **Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Предмет исследования: выполнен обзор и анализ конструктивных форм и методов учета отклонений в металлических покрытиях. В статье также выполнен обзор и анализ ранее проведенных работ и методов учета отклонений при проектировании металлоконструкций.
Цели: получение и анализ величин отклонений и монтажного напряженно-деформированного состояния (МНДС) перечной диафрагмы однопоясной шарнирно-стержневой металлической оболочки. Произведен сравнительный расчет точности и анализ его результатов на примере поперечной диафрагмы однопоясной шарнирно-стержневой металлической оболочки покрытия при разных технологических схемах сборки-монтажа: от опор к ключу арки и, наоборот, от ключа арки к ее опорам.
Методы исследования: геометрический метод при определении отклонений, реализованный в авторской программе ВК РАСК; метод конечных элементов при определении МНДС, реализованный в ВК SCAD 11.5. Результаты исследования: выполнен расчет и анализ МНДС диафрагмы. Рекомендована вторая технологическая схема сборки-монтажа из двух рассмотренных в статье схем сборки, а также возможные пути компенсации сборочных отклонений в торцевой диафрагме цилиндрического покрытия ангара. Предложены возможные варианты моделирования отклонения отдельных стержней стержневых систем на примере отдельных видов профилей и даны возможные поперечные сечения диафрагм арочных покрытий.
Выводы: предлагаемые в данной статье методика определения монтажных отклонений и методика определения МНДС могут быть применены при определении отклонений в разнообразных большепролетных шарнирно-стержне-вых металлических конструкциях.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: большепролетные металлические покрытия, монтажные отклонения, монтажное напряженно-деформированное состояние, теория управления, компьютерное моделирование, расчет точности, математическое моделирование, конструктивно-технологическая компенсация, арочное покрытие, отклонения формы
^ ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Бондарев А.Б., Югов А.М., Гаранжа И.М., Щукина Л.С. Анализ отклонений и монтажного
напряженно-деформированного состояния в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. Вып. 11 (110). С. 1248-1260.
ANALYSIS OF DEVIATIONS AND MOUNTING STRESS-STRAIN STATE IN THE TRANSVERSE DIAPHRAGM OF CYLINDRICAL ROOF STRUCTURE
A.B. Bondarev, A.M. Yugov*, I.M. Garanzha**, L.S. Shchukina*
Joint Stock Company "Matrosov Mine " (JSC "RiM"), 12 Proletarskaya str., Magadan, 685000, Russian Federation; *Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture (DonNACEA),
2 Derzhavina str., Makiivka, Donetsk obl., 86123, Ukraine; **Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation
Subject: In this article we review and analyze structural forms and methods for accounting for deviations in metal roof structures. The article also reviews and analyzes previously performed works and methods for accounting for deviations in the design of metal structures.
О >
Л DO
сч
2 о I-
О
X
s
I h
О Ф
1248 © А.Б. Бондарев, А.М. Югов, И.М. Гаранжа, Л.С. Щукина
Анализ отклонений и монтажного напряженно-деформированного состояния в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
Research objectives: analysis of deviation values and mounting stress-strain state (MSSS) of the transverse diaphragm of a single-chord hinge-rod metal shell. A comparative calculation of deviations and calculation results analysis was made on the example of a transverse diaphragm of a single-chord hinge-rod metal shell of the roof structure for different technological assembly-mounting schemes: from the supports to the arch center, and vice versa, from the arch center to its supports. Materials and methods: geometrical method for determining deviations is implemented in the the author's computer program — computing complex of dimensional analysis (CP CCDA); method of finite elements (FEM) is used for determining mounting stress-strain state and is implemented in SCAD 11.5.
Results: The calculation and analysis of the mounting stress-strain state (MSSS) of the diaphragm was performed. Out of two assembly schemes considered in the paper we recommend the second technological scheme of assembly-mounting and also possible ways of compensation for the assembly deviations in the end diaphragm of the cylindrical roof structure of the hangar. We suggest possible options for modeling deviations of individual members of rod systems for several types of profiles and we propose possible cross sections of diaphragms of arched roof structures.
Conclusions: the methodology for determining the installation deviations and the method for determining the MSSS, proposed in this article, can be used to determine deviations in a variety of large-span hinge-rod metal structures.
KEY WORDS: large-span metal roof structures, mounting deviations, mounting stress-strain state, control theory, computer simulation, accuracy calculation, mathematical modeling, structural and technological compensation, arched roof structure, shape deviations
FOR CITATION: Bondarev A.B., Yugov A.M., Garanzha I.M., Shchukina L.S. Analiz otkloneniy i montazhnogo napry-azhenno-deformirovannogo sostoyaniya v poperechnoy diafragme tsilindricheskogo pokrytiya [Analysis of deviations and mounting stress-strain state in the transverse diaphragm of cylindrical roof structure]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2017, vol. 12, issue 11 (110), pp. 1248-1260.
ВВЕДЕНИЕ
Объекты строительства, выполненные из металлоконструкций, приобретают отклонения с момента изготовления и до реконструкции. Получается, что задачи, связанные с учетом отклонений в металлоконструкциях, и определение напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций с отклонениями при их проектировании является актуальной задачей в строительстве. Как правило, положение узлов шарнирно-стержневой оболочки, а значит, и реальное НДС с отклонениями, в том числе и при монтаже — монтажное напряженно-деформированное состояние (МНДС), — будут отличаться от проектного. Известно, что повышенные требования к точности изготовления и возведения таких конструкций приводят к дополнительным затратам при их проектировании, изготовлении. Поиск современных и неординарных архитектурных форм, образованных на основе многоразового повторения элементов, привел к образованию таких стержневых систем, как сетчатые шарнирно-стержневые системы [1].
В статье выполнен расчет точности и анализ его результатов на примере поперечной диафрагмы однопоясной шарнирно-стержневой металлической оболочки покрытия при разных технологических схемах сборки-монтажа: от опор к ключу арки и, наоборот, от ключа арки к ее опорам. Дополнительно выполнен расчет и анализ МНДС диафрагмы, обосновывающий проведение мероприятий по компенсации отклонений в диафрагме.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Первые шарнирно-стержневые пространственные металлоконструкции с шарнирными узлами появились во второй половине XIX в. Первый такой
купол разработки Шведлера диаметром 60 м был возведен в 1874 г. в Вене. В этом куполе стержни размещены по меридианам и концентрическим кольцам, а между ними установлены раскосы. Вследствие сложностей при изготовлении и монтаже купол не получил широкого распространения [2]. Однако аварии и обрушения, произошедшие за последние годы [3, 4], свидетельствуют о том, что неточности изготовления и монтажа являлись как сопутствующими, так и побуждаемыми причинами аварий. Изучая известные аварии большепролетных покрытий с серьезными последствиями, можно отметить, что их причины ничем не отличаются от причин аварий обычных зданий. Краткий перечень аварий, которые произошли за последние три десятилетия со средней периодичностью раз в два-три года, приведен в работе [5]:
• обрушение купола ВНИЦ ВЭИ им. В.И. Лени- е на (г. Истра, СССР), 1985 г.; т
• потеря устойчивости одной из колонн и обру- н шение железобетонной оболочки аквапарка (г. Москва, РФ), 2004 г.; м
• обрушение покрытия Бауманского рынка ^ (г. Москва, РФ), 2006 г.; У
• при запроектной величине ветровой нагрузки ^ обрушение каркасно-тентового покрытия стадиона о «Probing Cowboys» (г. Даллас, США), 2009 г.;
• обрушение половины покрытия еще не сданно- ^ го в эксплуатацию стадиона в г. Гонг Бадак, Малай- ^ зия, 2009 г. ы
Авторы настоящей статьи проводили иссле- у дования отклонений в большепролетных шарнир-но-стержневых покрытиях, в результате которых 1 были предложены способы устранения отклонений i в шарнирно-стержневых металлических покрыти- 1 ях. Также в результате проведенных исследований ^ разработана компьютерная программа для расчета 5
точности «Вычислительный комплекс размерного анализа стержневых конструкций (ВК РАСК)», учитывающий связность стержневых систем и эллиптичность формы отверстий, методика определения МНДС и система конструктивно-технологической компенсации отклонений для большепролетных шарнирно-стержневых металлических покрытий, которые были апробированы на реальных объектах строительства [6-9].
для расчета точности большепролетных шар-нирно-стержневых металлических конструкций, а по сути в целях разработки методов прогнозирования возможных отклонений большепролетных купольных покрытий впервые в ЦНИИПСК им. М.П. Мельникова на основе геометрических процедур, которые аналогичны тем, что используются в геодезии, разработали методику определения геометрических отклонений пространственных металлических конструкций в вероятностной постановке как численной имитации на компьютере процесса его сборки и монтажа с использованием метода Монте-Карло. Разработанная методика реализована в программах GENES, SBORKA и MONTAG [10-12].
Программу MONTAG использовали при корректировке проекта главного корпуса ВНИЦ ВЭИ им. В.И. Ленина в Московской области, г. Истре, по варианту «Цилиндр» [13-15]. Геометрические процедуры, которые используются в программах GENES, SBORKA, MONTAG, как отмечалось, аналогичны тем, что применяются в геодезии при геодезических построениях, например при разбивке земельных участков, и реализованы, например, в настоящее время в таких известных программных комплексах как Micro Survey, Autodesk Civil 3D, GEOZEM, Objectland и др. В настоящее время Е.В. Лебедь совместно со своими учениками занимается исследованием отклонений в металлических купольных покрытиях, вызванных неточностями изготовления и монтажа, О а также анализом НДС металлоконструкций купольных покрытий с учетом отклонений [16-19].
В работах [20, 21] проанализирована работа структурных конструкций с узловыми эксцентри-¡¿ ситетами и податливыми узлами. Разработана ме-£ тодика расчета структур с такими отклонениями.
С Использование целенаправленного введения подат-j
^ ливости позволило регулировать усилие в стержнях структурной конструкции и снизить металлоем-т кость на 28 %.
Проведен анализ несовершенств, влияющих £ на работу облегченных арочных конструкций по ^ результатам натурных обследований эксплуатируе-О мых зданий [22, 23]. Дана оценка действительного состояния арочных зданий по результатам натурных £ обследований, разработана методика определения допусков на изготовление и монтаж облегченных I- арочных зданий, даны рекомендации по повыше-Ф нию качества проектирования, изготовления и мон-GQ тажа арочных зданий.
Значительное количество аварий зданий и сооружений из металлоконструкций, в том числе и строительных кранов, произошедших в нашей стране, описаны в работе [24].
Следует отметить, что диссертационные исследования, посвященные погрешностям монтажа конструкций большепролетных шарнирно-стержневых покрытий, выполнялись без экспериментальной проверки полученных результатов. Работы [23, 26-29] посвящены исследованию влияния отклонений на отражательную способность радиотелескопов, поэтому их результаты не могут быть применены для строительных конструкций. Из зарубежной литературы следует отметить работы [30-35], в которых отражены вопросы вибродиагностики дефектов конструкций антенн, радиотелескопов. Многие из них предлагают установку регуляторов формы для радиотелескопов при их эксплуатации. В зарубежной литературе такие конструкции называются адаптивными, т.е. приспосабливающимися под условия эксплуатации. На основании проведенного выше обзора исследований можно утверждать, что необходимо провести исследования монтажных отклонений и МНДС поперечной диафрагмы цилиндрического покрытия, которая является основной несущей конструкцией покрытия.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В статье рассмотрена поэлементная сборка поперечной диафрагмы от опор в направлении ключа и, наоборот, от ключа к опорам. Расчет точности и оценка отклонений при сборке поперечной диафрагмы однопоясной шарнирно-стержневой оболочки (рис. 1, 2) выполнены по пространственному отклонению для узлов и линейному для составных и замыкающих звеньев (стержней) размерной цепи с последующим их сравнением с номинальными значениями. Сборка № 1 — в направлении от опор диафрагмы к ключу, сборка № 2 — в направлении от ключа к опорам (рис. 3).
Расчет точности в ВК РАСК выполняется в такой последовательности:
1) создание номинальной геометрической формы стержневой системы с использованием Autodesk AutoCAD;
2) определение массивов координат узлов номинальной формы стержневой системы с использованием либо Autodesk Civil-3D, либо Micro Survey, либо иного программного комплекса;
3) задание массивов координат, полученных из Autodesk Civil-3D, Micro Survey или из иного программного комплекса в ВК РАСК путем ввода вручную или импорта файла с координатами в формате *.txt;
4) задание массивов стержней в зависимости от технологической последовательности сборки (возведения) конструкций или сооружения в целом
Анализ отклонений и монтажного напряженно-деформированного состояния в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
С.1248-1260
Фасад ангара 1-6
ххххх
рщщу VчрV'V уу N
Рис. 1. фасад и план ангара
15
15 Р = 15
Рис. 2. Поперечная диафрагма однопоясной цилиндрической оболочки: а — схема маркировки элементов; б — расчетная схема; в — усилия от расчетной нагрузки, кН
Рис. 3. Схема расположения звеньев при сборке торцевой диафрагмы: а — сборка № 1; б — сборка № 2
путем ввода вручную или импорта файла с координатами в формате *.txt;
5) назначение параметров расчета для отдельных стержней или для конструкции целиком;
6) назначение составных и замыкающих стержней в системе, что зависит от технологической последовательности возведения здания, или выполнение данной функции с помощью средств ВК РАСК автоматически «Найти порядок построения конструкции».
Для обоснования необходимости устранения отклонений в диафрагме покрытия в статье выполнен расчет МНДС диафрагмы методом конечных элементов в ВК SCAD 11.5. Методика определения отклонений и МНДС, примененная при исследовании диафрагмы, рассмотрена на примере шарнир-но-стержневой оболочки покрытия [8]. В результате расчета точности в ВК РАСК по двум схемам сборки получены величины отклонений в узлах диафрагмы оболочки относительно оси ОХ и OY по верхнему и нижнему поясу (рис. 4 и 5 — для сборки № 1, рис. 6 и 7 — для сборки № 2).
Исследуемая поперечная диафрагма однопо-ясной шарнирно-стержневой оболочки цилиндри-
ческой формы радиусом 10 м образована из соединенных решеткой поясов в поперечном направлении N = 20 монтажных элементов, угол раскрытия образующей ф = 110°. Длина отдельного элемента нижнего пояса диафрагмы составляет 1385 мм, верхнего пояса — 1540 мм, раскосов — 1120 мм. Материал металлоконструкций диафрагмы — сталь С 255.
Определение и анализ отклонений выполнены при помощи ВК РАСК, в котором реализована методика расчета точности [6]. Определение отклонений производилось на основе многократных построений. Количество построений п = 1000. В качестве величин допусков принят линейный допуск по ГОСТ 21779-821 как для класса 2 точности ±1,6 мм. Положение узлов диафрагмы оценивалось по их отклонениям от номинального положения в нормальном 5N и тангенциальном 5Т направлениях.
На эпюрах отклонений показаны предельные значения отклонений, полученные на основе многократных построений диафрагмы п. В качестве за-
1 ГОСТ 21779-82 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Технологические допуски.
О >
С
DQ
N
2 о
I*
О
X S I h
О Ф
to
69,5
72,0
59,48
62,78
61,7
53,7
29,3
J 21,7 |19,1 Ь Шг2
% 13,65g =¡10,6 ^ t 6,77,e f25 <24
f 3,8 Ь P 1,51 л 23
, 0 0,0, 5 >22
*21
28
29
30 31 32 33
27
26 Сборка 374
по верхнему поясу — dX, мм
1 — узлы; 1 — отклонения
Рис. 4. Эпюры отклонений dX при сборке № 1 по верхнему и нижнему поясу диафрагмы
. , С. 1248-1260
в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
68,2
55,4
60,78
60,12
У 50,03
' 40,58
Рис. 5. Эпюры отклонений dY при сборке № 1 по верхнему и нижнему поясу диафрагмы
1 41
1,25
1 ^
5,29
„ „„ 129 1,031 75 2 72 М9 1 / / 3 05 5,02 ^^—3,°5
и^рО 31 32 33 12,48
12,13 1^28 3^. 8,47
17 15^/ 27 36 ЧЯ 17 22
18,9 Ш/26 Сборка №2 17,22
22,83^§У25 по верхнему поясу — <ЙТ, мм 3Щ 22,8
1 — отклонения
4Щ 25,44
29,13 3Еа 32,57 \ 2Щ1 35,7 0,0
0'
& 22 1 — узлы; ^21 1 — отклонения
39Щ9,03
4<%5,59 41€
Рис. 6. Эпюры отклонений dX при сборке № 2 по верхнему и нижнему поясу диафрагмы
5 55 2,16 2,17 5,6 9,28
6 41 3,41 0,0 0,0 3,36 6 5
9,6^' и^Г^^^ , 9,69 12,61 31 32 З^^^у 12,8
Рис. 7. Эпюры отклонений dY при сборке № 2 по верхнему и нижнему поясу диафрагмы
кона распределения отклонений принят нормальный гауссовский закон распределения случайных величин, которыми по своей природе являются отклонения.
Ввиду того, что на эпюрах показаны предельные отклонения, то они как для нижнего, так и верхнего пояса диафрагмы показаны снаружи, т.е. по одну сторону относительно оси диафрагмы. В табл. 1 даны предельные (многократный расчет) и случайные (однократный расчет) отклонения в за-
мыкающих звеньях торцевой диафрагмы для сборки № 1 и сборки № 2. В результате расчета установлено, что при сборке № 1 отклонения как в узлах, так и замыкающих звеньях торцевой диафрагмы значительно выше, чем при сборке № 2 — в направлении от ключа диафрагмы к опорам. Разумеется, что при сборке от ключа диафрагмы к опоре отклонения в узлах 31-32 равны нулю.
На основании расчетов точности установлено, что для повышения технологичности сборки № 1
К)
В
Г
3
у
о *
табл. 1. Отклонения в замыкающих стержнях диафрагмы
Номер стержня Отклонение случайное, мм Отклонение предельное, мм Температурная нагрузка, °С
Сборка № 1
38 0,51 6,96 —
39 -3,17 7,08 —
77 41,97 295,26 1819,81
78 105,21 274,95 6321,65
79 54,12 260,52 2605,73
Сборка № 2
40 0,01 39,75 0,62
41 29,72 80,82 1320,18
78 -15,25 81,39 -677,41
79 -3,56 40,02 -221,37
принято решение в качестве замыкающих стержней использовать стержни 38 и 39. Наличие компенсаторов в стержнях 38 и 39 позволяет скомпенсировать отклонения выше поля допуска в ключе торцевой диафрагмы, и соответственно свести значения усилий к нулю.
Для определения МНДС в диафрагме величины отклонений (столбец 2 табл. 1) преобразовываются через коэффициент линейного расширения стали в температурное воздействие, которым смоделировано наличие сборочных усилий в случае отсутствия компенсаторов. Температурная на-
грузка дана в столбце 4 табл. 1. Однако, как будет показано в дальнейшем путем расчета диафрагмы на предмет определения ее МНДС, установка системы конструктивной компенсации отклонений необходима.
Основываясь на значениях отклонений, можно утверждать, что предпочтительна сборка № 2 ввиду того, что при этой схеме сборки отклонения значительно меньше в сравнении со сборкой № 1. Так при сборке № 1 большее из предельных отклонений зафиксировано в замыкающем стержне № 77 — 295 мм, а при сборке № 2 большее из предельных
Ф Рис. 8. Суммарные перемещения, мм, от отклонений при сборке № 1 и сборке № 2: а — в верхнем поясе при сбор-Ю ке № 1; б — в нижнем поясе при сборке № 1; в — в верхнем поясе при сборке № 2; г — в нижнем поясе при сборке № 2
. , С. 1248-1260
в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
отклонений зафиксировано в замыкающем стержне № 78 — 81,39 мм.
Для выбора лучшей из двух технологий сборки диафрагмы необходимо произвести расчет ее МНДС. Между тем на данном этапе можно для сборки диафрагмы рекомендовать технологическую схему сборки № 2, так как при данной схеме сборки отклонения меньше в сравнении со сборкой № 1. Кроме того, для компенсации отклонений и снижения сборочных усилий до нулевого уровня путем корректировки положения элементов в диафрагме возможно использовать разработанную систему конструктивно-технологической компенсации отклонений, защищенную патентами Украины на полезную модель, с которыми можно ознакомиться в работе [8].
После расчета точности диафрагмы был произведен ее статический расчет на восприятие проектных нагрузок (рис. 2). Затем произведен расчет МНДС диафрагмы с учетом отклонений в линейной постановке (рис. 8 и 9). Сечение элементов диафрагмы П1, П2, Р1 и Р2 выполнены из профильной трубы 100^4 мм. В качестве материала элементов диафрагмы принята сталь С 255 по ГОСТ 27772-20152.
2 ГОСТ 27772-2015 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия.
В результате определения МНДС установлено, что перемещения при технологической схеме сборки № 2 от ключа арки к опорам значительно меньше, чем при сборке № 1. Максимальное суммарное перемещение при сборке № 1 составляет 107 мм, а при сборке № 2 — 37 мм. Максимальное усилие от расчетной нагрузки в элементах: П1 = -180 кН, в П2 = -276 кН и т.д. Результаты определения МНДС диафрагмы даны в табл. 2.
Между тем при сборке № 1 и при сборке № 2 перегрузки принципиально идентичны, так как при каждой из двух схем сборки перегружен будет нижний пояс диафрагмы: при сборке № 1 — на 108 %, а при сборке № 2 — на 67 %. Учитывая, что при сборке № 2 усилия, отклонения геометрии из-за неточностей сборки и суммарные перемещения меньше чем при сборке № 1, то рекомендуется использовать сборку № 2 при возведении поперечных арочных покрытий. В данной работе диафрагма рассмотрена как плоская система и отдельно от сетчатой оболочки, так как отклонения в сетчатой оболочке рассмотрены в других работах [6, 8]. Для учета возможных отклонений диафрагмы из плоскости принято устанавливать компенсационные элементы в сетчатом покрытии.
Учет отклонений в поперечной диафрагме арочного покрытия с помощью ВК РАСК возможен,
табл. 2. Усилия в диафрагме от расчетной нагрузки при сборке № 1 и сборке №2
Марка элемента Усилия в элементах, кН Несущая способность, кН Перегрузка, %
проектное усилие усилие от сборки № 1 усилие от сборки № 2 усилие от сборки № 1 усилие от сборки № 2
П1 -180 -22 -208 -313 -65 +24
П2 -276 -375 -248 -313 +208 +167
Р1 -114 -129 -156 -313 -78 -86
Р2 104 -199 -115 -313 -30 -4
Примечание. Перегрузка со знаком «-» означает, что несущая способность обеспечена, а сечение элемента не перегружено при наличии отклонений; перегрузка со знаком «+» означает, что несущая способность не обеспечена, а сечение элемента перегружено при наличии отклонений.
Л
Ф
0 т
1
*
О У
Т
0
1
м
В
г
3
у
о *
Рис. 9. Суммарные усилия, кН, при сборке № 1 и сборке № 2: а — при сборке № 1; б — при сборке № 2
О
Рис. 10. Возможные поперечные сечения диафрагм арочных покрытий по 1-1 из рис. 12
Модельные грани стержня в ВК РАСК
Модель грани стержня по его длине в ВК РАСК
■ / ■
х:—1
Рис. 11. Возможный вариант моделирования отклонения формы отдельных стержней стержневых систем на примере отдельных видов профилей
О >
с
10
N ^
S о
H >
о
если поперечное сечение диафрагмы будет не плоским, а пространственным (рис. 10). Однако возможен также учет отклонений и плоского поперечного сечения диафрагмы, если, например, моделировать в ВК РАСК каждый стержень диафрагмы как пространственный элемент (рис. 11).
выводы
На основании результатов, полученных при численных исследованиях отклонений и МНДС диафрагмы цилиндрической оболочки покрытия при различных последовательностях сборки, можно сделать такие выводы:
1) рекомендована технологическая схема сборки № 2 для монтажа диафрагмы — в направлении от ключа диафрагмы к опорам — на основании результатов выполненных сравнительных расчетов точности. Установлено, что последовательность мон-
тажа элементов оказывает существенное влияние на схему расположения и отклонения в расстояниях между узлами;
2) полученные сборочные отклонения диафрагмы цилиндрического покрытия могут быть использованы при оценке МНДС диафрагмы, а также служить основой для разработки конструктивных и других мероприятий, повышающих несущую способность исследуемой диафрагмы;
3) использование системы конструктивно-технологической компенсации отклонений при сборке диафрагмы позволяет снизить сборочные отклонения и повлиять на МНДС конструкций диафрагмы путем корректировки положения элементов;
4) предложены возможные варианты моделирования отклонения отдельных стержней стержневых систем на примере отдельных видов профилей, а также даны возможные поперечные сечения диафрагм арочных покрытий.
литература
s
I h
о ф
1. Makowski Z.S. Development of jointing systems for modular prefabricated steel space structures // Proceedings of the international symposium on Lightweight
Structures in Civil Engineering. Warsaw : Poland, 2002. Pp. 17-41.
2. Chilton J. Space grid structures. Great Britain : Architectural Press. 2000. 180 p.
. , С. 1248-1260
в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
3. Арошенко М., Гордеев В., Лебедич И. Тайны стальных конструкций. Киев : Сталь, 2004. 304 с.
4. Добромыслов А.Н. Ошибки проектирования строительных конструкций. М. : Изд-во АСВ, 2007. 184 с.
5. Дробот Д.Ю. Живучесть большепролетных металлических покрытий : дис. ... канд. техн. наук. М., 2010. 212 с.
6. Бондарев А.Б., Югов А.М. Методика расчета точности большепролетных шарнирно-стержневых металлических покрытий // Инженерно-строительный журнал. 2016. Т. 61. № 1. С. 60-73.
7. Бондарев А.Б., Югов А.М. Оценка монтажных усилий в металлическом покрытии с учетом сборки // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 4 (56). С. 28-37.
8. Бондарев А.Б. Сборочные отклонения в шар-нирно-стержневом металлическом покрытии // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. Т. 30. № 3. С. 98-110.
9. Bondarev А.В., Yugov А.М. The method of generating large-span rod systems with the manufacturer defect and assembly sequence // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. Pp. 953-963.
10. Лебедь Е.В. Компьютерное моделирование точности возведения двухпоясных металлических куполов // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 12. С. 89-92.
11. Лебедь Е.В., Етеревский В.А. Начальные усилия в стержнях односетчатого купола из-за несовершенства его формы при полносборной установке // Вестник МГСУ. 2011. Т. 2. № 2. С. 137-144.
12. Лебедь Е.В. Особенности численного моделирования монтажа каркаса односетчатого купола // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. 2003. Вып. 3 (9). С. 81-86.
13. Лебедь Е.В. Прогнозирование погрешностей возведения большепролетных металлических куполов на основе геометрического моделирования их монтажа : автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1988. 15 с.
14. Савельев В.А., Лебедь Е.В., Шебалина О.В. Математическое моделирование монтажа пространственных конструкций // Промышленное строительство. 1991. № 1. С. 18-20.
15. Савельев В.А. Теоретические основы проектирования металлических куполов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М., 1995. 40 с.
16. Лебедь Е.В., Шебалина О.В. Анализ искажений геометрической формы при сборке составных металлических конструкций // Промышленное строительство. 1992. № 5. С. 23-24.
17. Лебедь Е.В., Етеревский В.А. Анализ начальных усилий секторально-сетчатого купола при полносборной установке в сравнении со звездчатым куполом // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2012. № 4. С. 91-98.
18. Лебедь Е.В., Григорян А.А. Исследование начальных усилий в двухпоясном металлическом куполе при устранении кольцевых погрешностей монтажа // Вестник МГСУ. 2016. № 4. С. 36-51.
19. Лебедь Е.В., Шебалина О.В. К расчету точности сборки составной конструкции // Промышленное и гражданское строительство. 1993. № 9. С. 27-28.
20. Ефимов О.И. Влияние податливых соединений и узловых эксцентриситетов на работу структурных конструкций : дис. ... канд. техн. наук. Казань, 1982. 152 с.
21. Моисеев М.В. Начальные усилия и собираемость стальных структурных конструкций при случайных отклонениях длин стержней : дис. ... канд. техн. наук. Казань, 2004. 164 с.
22. Кузнецов И.Л. Облегченные конструкции арочных зданий (исследование, разработка, внедрение) : дис. ... докт. техн. наук. Казань, 1995. 426 с.
23. Хусаинов Д.М. Повышение качества проектирования изготовления и монтажа каркасных облегченных арочных зданий : дис. ... канд. техн. наук. Казань, 1996. 252 с.
24. Сахновский М.М., Титов А.М. Уроки аварий стальных конструкций. Киев : Будiвельник, 1969. 200 с.
25. Bujakas V.I., Gvamichava A.S., Rybakova A.G. Petal-Type Deployable Space Antennas for Radio Astronomy // Proceedings of Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS). Hong Kong. 1997. Vol. 2. Р. 380.
26. Gaul L., Albrecht H., Wirnitzer J. Semi-active friction damping of large space truss structures // Shock and Vibration. 2004. Vol. 11. Pp. 173-186.
27. Hasan R., Xu L., Grierson D.E. Push-over analysis for performance-based seismic design // Computers and Structures. 2002. No. 80. Pp. 2483-2493.
28. Kartal M.E., Basaga H.B., Bayraktar A., Muvafik M. Effects of semi-rigid connection on structural responses // Electronic Journal of Structural Engineering. 2010. Vol. 10. Pp. 22-35.
29. Kim H.M., Doiron H.H. On-orbit modal identification of large space structures // Sound and Vibration. 1992. Vol. 26. No. 6. Pp. 24-30.
30. KaoukM., ZimmermanD.C. Structural damage assessment using a generalized minimum rank perturbation theory // Proceedings of the 34th AIAA Structural Dynamics and Materials Conference. La Jolla. California. 1993. Pp. 1529-1538.
31. Kaveh A., Nouri M. Weighted graph products for configuration processing of planar and space structures // International Journal of Space Structures. 2009. Vol. 24. No. 1. Pp. 13-26.
32. Kele§oglu O., Ulker M. Fuzzy optimization of geometrical nonlinear space truss design // Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences. 2005. Vol. 80. No. 5. Pp. 321-329.
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
0 s
1
К)
В
г
3
у
о *
33. Ogunfunmi T. Adaptive Nonlinear System Identification: The Volterra and Wiener Model Approaches. USA: Springer Science+Business Media, LLC, 2007. 229 p.
34. Tsou P., Shen M.-H. Structural damage detection and identification using neural network // Proceed-
ings of the 34th. SDM Conference. La Jolla, California. April. 1993. Pp. 3551-3560.
35. Yin Yue, HuangXin, Han Qinghua, Bail Linjia. Study on the accuracy of response spectrum method for long-span reticulated shells // International Journal of Space Structures. 2009. Vol. 24. No. 1. Pp. 27-35.
Поступила в редакцию 16 ноября 2016 г.
Принята в доработанном виде 14 сентября 2017 г.
Одобрена для публикации 27 октября 2017 г.
Об авторах: Бондарев Алексей Борисович — инженер по металлическим конструкциям, АО «Рудник имени Матросова», 685000, г. Магадан, ул. Пролетарская, д. 12; [email protected], BondarevAV@ polyus.com;
Югов Анатолий Михайлович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и организации строительства, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры (ДонНАСА), 86123, Украина, Донецкая обл., г. Макеевка, ул. Державина, д. 2; [email protected];
Гаранжа Игорь Михайлович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИу МГСу), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Щукина лилия Сергеевна — магистрант кафедры технологии и организации строительства, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры (ДонНАСА), 86123, Украина, Донецкая обл., г. Макеевка, ул. Державина, д. 2; [email protected].
references
1. Makowski Z.S. Development of jointing systems for modular prefabricated steel space structures. Proceedings of the International Symposium on Lightweight Structures in Civil Engineering. Warsaw, Poland. 2002. Pp. 17-41.
2. Chilton J. Space grid structures. Great Britain, Architectural Press. 2000. 180 p.
3. Aroshenko M., Gordeev V., Lebedich I. Tayny stal'nykh konstruktsiy [Mysteries of steel structures].
O Kiev, Stal' Publ., 2004. 304 p. (In Russian)
4. Dobromyslov A.N. Oshibki proektirovaniya w stroitel'nykh konstruktsiy [Errors in the structural de-£ sign]. Moscow, ASV Publ., 2007. 184 p. (In Russian)
5. Drobot D.Yu. Zhivuchest' bol'sheproletnykh £ metallicheskikh pokrytiy : dissertatsiya ... kandidata £ tekhnicheskikh nauk [Survavility of large-span metal
coatings : thesis of candidate of technical sciences]. ^ Moscow, 2010. 212 p. (In Russian)
6. Bondarev A.B., Yugov A.M. Metodika rascheta £ tochnosti bol'sheproletnykh sharnirno-sterzhnevykh |2 metallicheskikh pokrytiy [The method of calculation ¡^ accuracy large-span metal rod systems]. Inzhenerno-O stroitel'nyy zhurnal [Magazine of Civil Engineering].
2016. vol. 61, no. 1, pp. 60-73. (In Russian) £ 7. Bondarev A.B., Yugov A.M. Otsenka mon-tazhnykh usiliy v metallicheskom pokrytii s uchetom jE sborki [Evaluation of onstallation efforts in metal q coatings, allowing for assembly process]. Inzhenerno-10
stroitel'nyy zhurnal [Magazine of Civil Engineering]. 2015, no. 4 (56), pp. 28-37. (In Russian)
8. Bondarev A.B. Sborochnye otkloneniya v sharnirno-sterzhnevom metallicheskom pokrytii [Deviations in assembly hinged-rod metal coating]. Stroitel'stvo unikal'nykh zdaniy i sooruzheniy [Construction of Unique Buildings and Structures]. 2015, vol. 30, no. 3, pp. 98-110. (In Russian)
9. Bondarev A.V., Yugov A.M. The method of generating large-span rod systems with the manufacturer defect and assembly sequence. Procedia Engineering. 2015, vol. 117, pp. 953-963.
10. Lebed' E.V. Komp'yuternoe modelirovanie tochnosti vozvedeniya dvukhpoyasnykh metallicheskikh kupolov [Computer modeling of accuracy of erection of two-layer metal domes]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2013, no. 12, pp. 89-92. (In Russian)
11. Lebed' E.V., Eterevskiy V.A. Nachal'nye usiliya v sterzhnyakh odnosetchatogo kupola iz-za ne-sovershenstva ego formy pri polnosbornoy ustanovke [Initial stresses in the bars of a one-layer lattice dome due to the imperfections of its form during installation as an assembled structure]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, vol. 2, no. 2, pp. 137-144. (In Russian)
12. Lebed' E.V. Osobennosti chislennogo mod-elirovaniya montazha karkasa odnosetchatogo kupola
. , С. 1248-1260
в поперечной диафрагме цилиндрического покрытия
[Features of numerical modeling of the montage of the skeleton of a single-sided dome]. Vestnik VolgGASU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture]. 2003, issue 3(9), pp. 81-86. (In Russian)
13. Lebed' E.V. Prognozirovanie pogreshnostey vozvedeniya bol'sheproletnykh metallicheskikh kupo-lov na osnove geometricheskogo modelirovaniya ikh montazha : avtoreferat dissertatsii ... kandidata tekh-nicheskikh nauk [Forecasting errors in the construction of large-span metal domes on the basis of geometric modeling of their installation : the author's abstract of the thesis of candidate of tecnical sciences]. Moscow, 1988. 15 p. (In Russian)
14. Savel'ev V.A., Lebed' E.V., Shebalina O.V. Matematicheskoe modelirovanie montazha prostrans-tvennykh konstruktsiy [Mathematical modeling of the installation of spatial structures]. Promyshlennoe stroitel'stvo [Industrial Construction]. 1991, no. 1, pp. 18-20. (In Russian)
15. Savel'ev V.A. Teoreticheskie osnovyproek-tirovaniya metallicheskikh kupolov : avtoreferat dissertatsii ... doktora tekhnicheskikh nauk [Theoretical bases of designing of metal domes : the author's abstract of the thesis doctor of technical sciences]. Moscow, 1995. 40 p. (In Russian)
16. Lebed' E.V., Shebalina O.V. Analiz iskazheniy geometricheskoy formy pri sborke sostavnykh metallicheskikh konstruktsiy [Analysis of geometric distortions in the assembly of composite metal structures]. Promyshlennoe stroitel'stvo [Industrial Construction]. 1992, no. 5, pp. 23-24. (In Russian)
17. Lebed' E.V., Eterevskiy V.A. Analiz nachal'nykh usiliy sektoral'no-setchatogo kupola pri polnosbornoy ustanovke v sravnenii so zvezdchatym kupolom [Analysis of initial stresses in a sectorial-lattice dome during installation as an assembled structure in comparison with a star-lattice dome]. Vestnik RUDN. Seriya: Inzhenernye issledovaniya [Bulletin of Russian Peoples' Friendship University. Series Engineering Researches]. 2012, no. 4, pp. 91-98. (In Russian)
18. Lebed' E.V., Grigoryan A.A. Issledovanie nachal'nykh usiliy v dvukhpoyasnom metallicheskom kupole pri ustranenii kol'tsevykh pogreshnostey montazha [Study of initial forces in a double-layer metal dome due to elimination of annular imperfections of installation]. VestnikMGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 4, pp. 36-51. (In Russian)
19. Lebed' E.V., Shebalina O.V. K raschetu toch-nosti sborki sostavnoy konstruktsii [Revising the calculation of the accuracy of assembly of a composite structure]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 1993, no. 9, pp. 2728. (In Russian)
20. Efimov O.I. Vliyanie podatlivykh soedineniy i uzlovykh ekstsentrisitetov na rabotu strukturnykh kon-
struktsiy : dissertatsiya. kandidata tekhnicheskikh nauk [Influence of compliant joints and nodal eccentricities on the operation of structural structures : thesis of candidate of technical sciences]. Kazan', 1982. 152 p. (In Russian)
21. Moiseev M.V. Nachal'nye usiliya i sobi-raemost' stal'nykh strukturnykh konstruktsiy pri sluchaynykh otkloneniyakh dlin sterzhney : dissertatsiya... kandidata tekhnicheskikh nauk [Initial efforts and collection of steel structural structures for random deviations of rod lengths : thesis of candidate of technical sciences]. Kazan', 2004. 164 p. (In Russian)
22. Kuznetsov I.L. Oblegchennye konstruktsii arochnykh zdaniy (issledovanie, razrabotka, vnedre-nie) : dissertatsiya ... doktora tekhnicheskikh nauk [Lightweight structures of arched buildings (research, development, implementation) : thesis of doctor of technical sciences]. Kazan', 1995. 426 p. (In Russian)
23. Khusainov D.M. Povyshenie kachestva pro-ektirovaniya izgotovleniya i montazha karkasnykh oblegchennykh arochnykh zdaniy : dissertatsiya... kandidata tekhnicheskikh nauk [Improving the quality of design and fabrication of framed lightweight arch buildings : thesis of candidate of technical sciences]. Kazan', 1996. 252 p. (In Russian)
24. Sakhnovskiy M.M., Titov A.M. Uroki ava-riy stal'nykh konstruktsiy [Lessons of steel structures accidents]. Kiev, Budivel'nik Publ., 1969. 200 p. (In Russian)
25. Bujakas V.I., Gvamichava A.S., Rybako-va A.G. Petal-type deployable space antennas for radio astronomy. Proceedings of Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS). Hong Kong. 1997, vol. 2, p. 380.
26. Gaul L., Albrecht H., Wirnitzer J. Semi-active friction damping of large space truss structures. Shock and Vibration. 2004, vol. 11, pp. 173-186.
27. Hasan R., Xu L., Grierson D.E. Push-over analysis for performance-based seismic design. Computers and Structures. 2002, no. 80, pp. 2483-2493.
28. Kartal M.E., Basaga H.B., Bayraktar A., Muvafik M. Effects of semi-rigid connection on structural responses. Electronic Journal of Structural Engineering. 2010, vol. 10, pp. 22-35.
29. Kim H.M., Doiron H.H. On-orbit modal identification of large space structures. Sound and Vibration. 1992, vol. 26, no. 6, pp. 24-30.
30. Kaouk M., Zimmerman D.C. Structural damage assessment using a generalized minimum rank perturbation theory. Proceedings of the 34th AIAA Structural Dynamics and Materials Conference. La Jolla. California. 1993. Pp. 1529-1538.
31. Kaveh A., Nouri M. Weighted graph products for configuration processing of planar and space structures. International Journal of Space Structures. 2009, vol. 24, no. 1, pp. 13-26.
32. Keleçoglu O., Ülker M. Fuzzy optimization of geometrical nonlinear space truss design. Turkish Jour-
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
0 s
1
К)
В
г
3
у
о *
nal of Engineering and Environmental Sciences. 2005, vol. 80, no. 5, pp. 321-329.
33. Ogunfunmi T. Adaptive nonlinear system identification: the volterra and wiener model approaches. USA, Springer Science+Business Media, LLC, 2007. 229 p.
34. Tsou P., Shen M.-H. Structural damage detection and identification using neural network. Proceed-
Received November 16, 2016.
Adopted in revised form September 14, 2017.
Approved for publication on October 27, 2017.
ings of the 34th AIAA Structural Dynamics and Materials Conference. La Jolla. California. 1993. Pp. 35513560.
35. Yin Yue, Huang Xin, Han Qinghua, Bai1 Lin-jia. Study on the accuracy of response spectrum method for long-span reticulated shells. International Journal of Space Structures. 2009, vol. 24, no. 1, pp. 27-35.
About the authors: Bondarev Aleksey Borisovich — engineer on metal constructions, Joint Stock company "Matrosov Mine" (JSc «RiM»), 12 Proletarskaya str., Magadan, 685000, Russian Federation; bondarev_a_b_rus@ mail.ru, [email protected];
Yugov Anatoliy Mikhaylovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Construction Engineering and Management Department, Donbas National Academy of civil Engineering and Architecture (DonNAcEA), 2 Derzhavina str., Makiivka, Donetsk oblast, 86123, Ukraine; [email protected];
Garanzha Igor' Mikhaylovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Metal Structures, Moscow State University of civil engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected];
Shchukina Liliya Sergeevna — graduate student, Construction Engineering and Management Department. Donbas National Academy of civil engineering and Architecture (DonNAceA), 2 Derzhavina str., Makiivka, Donetsk oblast, 86123, Ukraine; [email protected].
O >
E
tû
(N
s o
H >
o
X
s
I h
O
o to
