CC BY
59
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №5/2016 ISSN 2410-700X_
УДК 69.033
Ким Алексей Юрьевич
д.т.н., профессор кафедры «Теории сооружений и строительных конструкций», СГТУ имени
Гагарина Ю.А. E-mail: [email protected] Харитонов Семен Павлович аспирант кафедры «Теории сооружений и строительных конструкций»,
СГТУ имени Гагарина Ю.А. E-mail: [email protected] г. Саратов, РФ
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА НА СТАТИЧЕСКИЕ
НАГРУЗКИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Аннотация
В статье описывается проведение экспериментального исследования на модели пневматического сооружения, предназначенного для снижения стоимости натурного сооружения в условиях экономического кризиса. Многие проблемы раскроя и экономии материала мягких оболочек пневматических сооружений, можно заранее смоделировать на модели натурного сооружения, используя теорию подобия Кирпичёва.
Ключевые слова
Экспериментальная модель пневматического сооружения, численное исследование
натурного сооружения на ЭВМ.
В натурных сооружениях различного назначения воздухоопорные мембранно-пневматические покрытия выполняются обычно с мембраной из стеклоткани с тефлоновым покрытием. Поэтому в соответствии с критериями подобия, исследуемая модель покрытия выполнена с мембраной из плёнки ПВХ.
При размерах покрытия реального сооружения в плане 210x70 м (стрела подъёма мембраны f=8 м) модель покрытия имеет размеры в плане 2,10x0,70 м. (стрела подъёма мембраны f=0,08 м). Масштаб изменения геометрических размеров реального сооружения составляет для модели 1:100.
Собственный вес и внешние нагрузки на мембрану модели находятся в тех же пропорциях, что и в реальном сооружении. Соотношение жёсткостей мембраны сооружения и модели равно соотношению величин соответствующих пролётов. Интенсивность внешней вертикальной нагрузки и интенсивность избыточного давления воздуха во внутреннем помещении здания равны соответствующим интенсивностям нагрузки и давления воздуха в реальном сооружении и модели.
Рисунок 1 - Воздухоопорное покрытие стадиона в г. Мичигане (США).
Эти соотношения авторы получили, выполняя критерии подобия исследуемой модели и реального сооружения. Однако авторы не ставят перед собой целью исследовать работу реального сооружения на
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №5/2016 ISSN 2410-700X_
основе поведения модели. В настоящее время, при наличии достаточно точных и универсальных методик расчёта пневматических систем, необходимости в этом нет. По сути дела, реальным сооружением в данном случае является сама модель покрытия сооружения (рис. 2) [1, с. 87].
Мембрана выполнена из плёнки ПВХ в виде прямоугольной в плане и плоской на стадии монтажа мембраны, имеющей размеры 2,10x0,70 м и закреплённой в опорном контуре. Модуль упругости плёнки Е=6000 Н/м, прочность на растяжение R=1 кН/м, масса плёнки g=g2=1 Н/м2, толщина плёнки d=0,15 мм. Опорный контур представляет собой рамную конструкцию. Она состоит из нижней и верхней горизонтальных рам, выполненных из деревянных стержней сечением 50x20 мм. Нижняя рама оперта на вертикальные стены толщиной 50 мм, с которыми она жёстко скреплена. Между верхней и нижней рамами располагаются края мембраны, зажатые посредством 86 металлических болтов d=4 мм.
Рисунок 2 - Модель воздухоопорного мембранно-пневматического сооружения.
В замкнутое помещение под мембрану закачан воздух с избыточным давлением р=130 Па. Воздух в помещение подаётся через ниппель при помощи насоса. Обеспечение заданного уровня давления воздуха в замкнутой полости достигается при помощи манометра, располагаемого снаружи пневмосооружения (рис. 2) и представляющего собой и образную стеклянную трубку. Модель покрытия устанавливается на жёсткое основание.
Для удобства проведения замеров модель покрытия снабжена измерительной деревянной рамой, выполненной из реек сечением 50х20 мм.
Цель эксперимента - исследование статической работы воздухоопорного мембранно-пневматического покрытия сооружения с герметичной замкнутой полостью.
Вертикальная нагрузка, равная интенсивности снеговой нагрузки, составляет q=235 Н/м2. Так как площадь покрытия модели равна 1,47м2, то полная нагрузка на всем покрытии составляет Q =345 Н.
Равномерно распределённая нагрузка создаётся речным песком. Если полное загружение покрытия модели производится равномерным слоем песка общим весом 33,85 кг, то для равномерного загружения покрытия в средней трети пролёта требуется 11,28 кг речного песка.
Анализ результатов исследований показывает, что различия между экспериментальными и теоретическими значениями прогибов воздухоопорной мембраны покрытия составляют 5...10 % для локальных нагрузок и 3.5 % для распределённых по всему пролёту расчётных нагрузок.
Давление воздуха во внутреннем помещении сооружения определяется с погрешностью, равной 1.2
% .
Расхождения в экспериментальных и теоретических прогибах мембраны покрытия модели обусловлены, в основном, неточностями замера прогибов.
Эксперимент подтверждает достоверность тех результатов, которые получены авторами на основе численного исследования на ЭВМ нелинейных воздухоопорных мембранно-пневматических покрытий сооружений в соответствии с разработанной ими методикой их расчёта [2, с. 67].
Список использованной литературы: 1. Пневматические строительные конструкции / В.В. Ермолов, У.У. Бэрд и другие. - М.: Стройиздат, 1983 г.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №5/2016 ISSN 2410-700X
304 с.
2. Итерационный метод приращений параметров в теории расчета мембранно-пневматических систем с учетом нелинейных факторов / А.Ю. Ким. Монография. Саратовский государственный технический университет. Саратов: Издательство СГТУ, 2005 г. - 188 с.
© Ким А.Ю., Харитонов С.П., 2016
УДК 69.033
Ким Алексей Юрьевич
д.т.н., профессор кафедры «Теории сооружений и строительных конструкций», СГТУ имени
Гагарина Ю.А.
E-mail: [email protected] Харитонов Семен Павлович аспирант кафедры «Теории сооружений и строительных конструкций»,
СГТУ имени Гагарина Ю.А.
E-mail: [email protected] г. Саратов, РФ
РАСЧЁТ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ НАГРУЗОК С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Аннотация
В статье описывается пневматическое сооружение больших пролётов, в котором эллипсоидное покрытие, образованное мембранно-пневматическими арками, может трансформироваться в процессе эксплуатации в зависимости от погодных условий. Это сооружение относится к системам воздухонесомого типа и требует наличия компрессора, обычно совмещенного с теплогенератором, для периодической подкачки воздуха в герметически замкнутые полости мембранно-пневматических арок покрытия.
Ключевые слова
Большепролётное пневматическое сооружение, расчёт на статические и динамические нагрузки на ЭВМ пневматических сооружений.
Область применения сооружения:
- может использоваться как спортивное сооружение для различных видов спорта, так внутренне пространство позволяет проводить тренировки;
- складские сооружения для сельского хозяйства, быстровозводимые и приспособленные для быстрой смены месторасположения [1, с. 48].
Авторы данного сооружения произвели его расчёт на статические и динамические нагрузки с помощью программного комплекса «Пневматика», который предназначен для расчёта подобных сооружений. Расчёт производится с учётом всех нелинейных факторов, присущих данным системам, а именно с учётом физической и геометрической нелинейности.
Монтаж воздухонесомого сооружения может осуществить одна бригада строителей за 3.. .4 дня.
Разработанное сооружение функционирует следующим образом. Избыточное давление воздуха в пневматических арках предварительно напрягает покрытие и придает ему несущую способность, достаточную для воспринятая разнообразных нагрузок [2, с. 29].
Пневматическое сооружение включает возведённую на горизонтальной поверхности земли насыпь 1, продольная ось которой очерчена в плане по эллипсу, два коробчатых тоннеля 2, расположенных в насыпи 1 на главной оси эллипса, и мембранно-пневматические арки 3, накаченные воздухом и образованные из
