CC BY
48
ВЕСТНИК 1/2Q16
УДК 624.074.2
A.A. григорян, Е.в. лебедь
НИУМГСУ
величины начальных усилий в двухполсном металлическом куполе при устранении нормальных и меридиональных погрешностей монтажа
Выполнен компьютерный анализ величин начальных усилий при силовом устранении погрешностей монтажа двухпоясного ребристо-кольцевого металлического купола. Рассмотрены погрешности положения узлов парных меридиональных ребер в нормальном и меридиональном направлениях при монтаже купольного каркаса с временной центральной опорой. К выбранным узлам прикладывались сосредоточенные силы для ликвидации относительных отклонений смежных ребер и фиксировались возникающие в стержнях начальные усилия. Величины полученных усилий сравнивались с усилиями, возникающими в стержнях от постоянной и расчетной нагрузок проектирования. Результаты исследования представлены в виде рисунков, схем, таблиц и графиков. На основе анализа полученных данных сделаны выводы о влиянии начальных усилий на напряженное состояние купольного каркаса.
Ключевые слова: металлический купол, монтажная схема, относительные отклонения узлов, силовые подгоночные операции, начальные усилия
Каркасы большепролетных металлических куполов включают в себя множество конструкций, которые перед монтажом собираются из отдельных отправочных марок в виде секций или элементов. При этом незначительные отличия отдельных монтажных конструкций друг от друга в пределах допусков отражаются погрешностями пространственного положения их узлов, т.е. геометрическая форма сооружения искажается. В результате этого действительное положение узлов пространственного сооружения получают определенные отклонениями по сравнению с проектом [1, 2].
величины возможных отклонений узлов в каркасах большепролетных металлических стержневых систем можно определить несколькими способами:
применить геометрический расчет точности сборки каркасов из плоских конструкций как составных монтажных элементов на основе теории размерных цепей [3];
использовать результаты оценки отклонений плоских составных конструкций на основе численного моделирования их сборки методом Монте-Карло [4—6];
выполнить статический расчет решетчатых плоских конструктивных элементов каркасов или пространственных стержневых систем в целом методом Мора, который позволяет определить перемещения узлов системы по заданным деформациям стержней [7].
выполнить численное компьютерное моделирование действительной геометрической формы пространственной стержневой системы методом Монте-Карло или численной имитации на компьютере в процессе сборки и монтажа каркаса с учетом случайной изменчивости длин стержней [8, 9].
все эти способы позволяют получить сведения о возможных несовершенствах действительной геометрической формы стержневых каркасов пространственных сооружений, но степень достоверности этих сведений будет разной.
первый и второй способы дают сведения только для таких пространственных стержневых систем, которые могут быть разбиты на отдельные плоские составные конструкции. третий способ применим только для геометрически неизменяемых плоских и пространственных систем, собираемых из отдельных стержней, и характеризуется взаимной зависимостью их действительных размеров друг от друга. наиболее близкими к реальным каркасам большепролетных пространственных стержневых систем следует считать сведения, полученные четвертым способом — на основе компьютерного моделирования действительной формы стержневых систем с учетом случайной изменчивости размеров конструкций. тем более, что только этим способом можно учесть конструктивно-технологические особенности металлических каркасов стержневых пространственных систем и особенности их монтажа.
несовершенства действительной геометрической формы в большепролетных металлических стержневых системах и погрешности в их узловых сопряжениях приводят к появлению начальных усилий в конструкциях, что снижает их несущую способность.
в настоящее время существуют разные подходы в определении начальных усилий в стержнях каркасов металлических пространственных сооружений, связанных с погрешностями их сборки или монтажа. одни предлагают учитывать несовершенства конструктивной формы путем введения в расчет коэффициента, учитывающего уменьшение несущей способности отдельных стержней [10]. например, для систем, стержни которых испытывают осевое сжатие, влияние начальных несовершенств предлагается учитывать коэффициентом условия работы 0,9. Другие основаны на том, что к сооружению прикладываются силовые или деформационные воздействия, характер которых напрямую связан с искажениями действительной геометрии стержневой системы по отношению к проектной [11].
однако такие подходы не учитывают разные и меняющейся схемы взаимодействия между отдельными конструктивными элементами металлических пространственных стержневых систем в процессе монтажа, которые оказывают влияние и на сами погрешности. Это происходит из-за применения разных подгоночных операций при соединении конструкций в процессе сборки или монтажа каркасов сооружений. подгоночные операции при монтаже обеспечивают возможность полноценной проектной сборки в единый каркас всех конструктивных элементов металлических большепролетных стержневых систем [12, 13]. в процессе такой подгонки производят взаимное смещение конструкций с целью обеспечения возможности соединения их друг с другом в узлах [14]. причем это сопровождается взаимным силовым воздействием на конструкции, что приводит к появлению начальных усилий в конструктивных элементах пространственных каркасов.
Даже при монтаже каркаса ребристо-кольцевого купола с временной центральной опорой под верхним кольцом центры узлов меридиональных ребер соседних секторов не будут совмещаться друг с другом в одной точке. по-
ВЕСТНИК 1/2016
грешности монтажа приводят к отклонению положения узлов конструкций в нормальном п, кольцевом к и меридиональном т направлениях.
Ранее авторами была разработана и предложена к использованию методика [15], моделирующая процесс силового устранения погрешностей. Согласно ее концепции для совмещения узлов смежных конструкций, которые из-за погрешностей отклоняются от проектного положения и от друг друга, по направлениям п, к, т к ним прикладываются парные силы Е Е Ет.
В данном исследовании выполнен компьютерный анализ величин начальных усилий при силовом устранении погрешностей по направлениям п, т. Исследования проводились в соответствии с общими принципами аналогичных исследований напряженно-деформированных состояний стержневых пространственных систем на компьютерных расчетных моделях [16—22], а также с учетом особенностей программы ЛИРА [23]. Рассматривался монтаж двухпоясного ребристо-кольцевого металлического купола объемными секторами с предварительной установкой меридиональных ребер на временную центральную опору [24—26]. Объектом исследования служил металлический купол диаметром 96 м, сферический каркас которого радиусом кривизны 48 м включает в себя 16 ребер и 9 колец, расстояние между кольцами 8 м, а между поясами — 3 м (рис. 1). Стержни каркаса назначались из прокатных уголков согласно выполненному ранее проектированию купола [27].
Рис. 1. Исследуемый каркас ребристо-кольцевого металлического купола
Авторами установлено также [28], что наиболее благоприятной расчетной схемой меридионального ребра для монтажа купола с временной центральной опорой является такая его установка, которая соответствует шарнирным опорам в узлах нижнего пояса решетчатого меридионального ребра (рис. 2). В этом случае при силовой подгонке понадобится прикладывать меньшие величины пар сил Е. и, следовательно, будут получены меньшие величины начальных усилий в стержнях N .
^ г нач
Для совмещения узлов меридиональных ребер соседних секторов, которое имитировало их выравнивание с целью установки соединительных элементов, к смежным конструкциям прикладывались парные силы Е Ет по нормальному п и меридиональному т направлениям соответственно.
Силы ¥п по направлению нормальных отклонений прикладывались в середине ребер купола как в зоне их наибольших величин (рис. 3). Силы ¥т по направлению меридиональных отклонений так же прикладывались в зоне их наибольших величин — у верхнего кольца (рис. 4).
величины внешних парных сил ¥, ¥ назначались такими,
п т
чтобы вызываемые ими деформации меридиональных ребер от каждой отдельной силы в сумме составляли устраняемые погрешности или отклонения 5..
Рис. 2. Схема решетчатого меридионального ребра
Рис. 3. Схема устранения нормальных погрешностей
Рис. 4. Схема устранения меридиональных погрешностей
Таким образом, деформация каждой из соединяемых конструкций меридионального ребра соответствовала половине отклонения их относительно друг друга fj = 8j 12 . Размер относительных отклонений узлов смежных ребер (в разные стороны) ограничивался суммарной величиной 5 j = 2с j, что эквивалентно примерно 95 % надежности полученных результатов.
Статистические данные о предельных отклонениях j J = 3с . узлов меридиональных ребер из-за погрешностей монтажа этого купольного каркаса были получены ранее на основе компьютерного статистического моделирования монтажа методом Монте-Карло по программе Е.В. Лебедя MONTAG [8]. Здесь они представлены в виде отклонений 5j = 2сj (рис. 5).
Рис. 5. Графики статистических отклонений 5. = 2с. из-за погрешностей размеров конструкций в пределах допуска: а — нормальные; б — меридиональные
ВЕСТНИК
1/2016
В процессе исследований фиксировались величины пар сил Е и величины возникающих во всех стержнях решетчатых меридиональных ребер начальных усилий N . Величины начальных усилий N в стержнях, обозначен-
J нач J нач А 7
ных на схеме меридионального ребра (см. рис. 2), сравнивались с усилиями, возникающими в этих же стержнях от постоянной нагрузки N и расчетной N нагрузок, которые были определены при проектировании. Данные по результатам такого анализа были сведены в таблицы и диаграммы.
В табл. 1 приведены результаты устранения нормальных относительных отклонений узлов меридиональных ребер купольного каркаса приложением пары сил Е Здесь для каждого стержня решетчатого меридионального ребра приведены возможные начальные усилия N усилия от постоянной нагрузки на куполе N , усилия от расчетной нагрузки N , относительные величины
J пост7 ^ А А расч^
начальных усилий в сравнении с максимальными усилиями от постоянной и расчетной нагрузок.
Табл. 1. Усилия в стержнях при силовом устранении нормальных отклонений парой сил Е = 8,224 кН
Продольные силы в стержнях, кН Относительные, %
Стержни От постоянной От расчетной От устранения ^ нач ^ нач
нагрузки N А ^ пост нагрузки N А ^ расч погрешностей N А нач ^пост,тах ^расч,тах
Н-2 -373,0 -1720,0 ±10,1 2,61 0,59
Н-5 -387,5 -1425,0 ±26,8 6,90 1,56
с я о Н-8 -319,5 -920,0 ±42,3 10,90 2,46
п й и Н-11 -229,0 -530,0 ±55,8 14,39 3,24
Н-14 -151,5 -486,0 ±55,5 14,32 3,23
ин Н-17 -104,0 -525,0 ±41,5 10,71 2,41
Н-20 -80,5 -500,0 ±26,3 6,77 1,53
Н-23 -69,0 -391,0 ±9,6 2,48 0,56
В-1 -239,5 -950,0 ±16,2 6,76 1,64
В-6 -108,5 -565,0 ±31,3 13,07 3,18
яс о п й В-9 -115,5 -437,0 ±45,0 18,79 4,57
В-12 -134,5 -775,0 ±56,8 23,72 5,77
и н х В-15 -143,5 -985,0 ±57,3 23,92 5,82
р е т В-18 -139,0 -825,0 ±45,0 18,79 4,57
В-21 -124,0 -755,0 ±31,3 13,07 3,18
В-24 -111,5 -545,0 ±16,2 6,76 1,64
2-3 -50,5 -218,0 ±10,1 19,06 2,48
4-5 -23,6 -273,5 ±9,6 18,11 2,35
7-8 -53,0 -408,0 ±8,6 16,23 2,11
Раскос! 10-11 -52,5 -349,5 ±7,3 13,77 1,79
13-14 -38,6 -249,0 ±7,7 14,53 1,89
16-17 -22,1 -60,0 ±8,6 16,23 2,11
20-21 -9,0 -113,5 ±9,6 18,11 2,35
23-24 -5,9 -129,0 ±10,1 19,06 2,48
Окончание табл. 1
Продольные силы в стержнях, кН Относительные, %
Стержни От постоянной От расчетной От устранения NHa4 NHa4
нагрузки N i J пост нагрузки N i J расч погрешностей N i нач ^пост,тах Npac4,max
1 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00
3-4 -9,9 -131,5 ±2,7 8,77 2,05
6-7 -27,6 -84,0 ±5,3 17,21 4,03
§ 9-10 -30,8 -98,5 ±7,5 24,35 5,70
« о т 12-13 -27,5 -62,5 ±1,1 3,57 0,84
С 15-16 -20,9 -69,5 ±7,5 24,35 5,70
18-19 -14,5 -60,0 ±5,3 17,21 4,03
21-22 -6,8 -44,8 ±2,7 8,77 2,05
24 0,0 -82,0 0,0 0,00 0,00
В табл. 2 приведены результаты устранения меридиональных относительных отклонений узлов меридиональных ребер купольного каркаса приложением пары сил ¥т. Здесь для каждого стержня решетчатого меридионального ребра приведены возможные начальные усилия N усилия от постоянной нагрузки на куполе N , усилия от расчетной нагрузки N , относительные
г пост' ^ г г расч'
величины начальных усилий в сравнении с максимальными усилиями от постоянной и расчетной нагрузок.
Табл. 2. Усилия в стержнях при силовом устранении меридиональных отклонений парой сил ¥ = 8,208 кН
Продольные силы в стержнях, кН Относительные, %
Стержни От постоянной От расчетной От устранения NHa4 NM4
нагрузки N пост нагрузки N расч погрешностей N нач NnocT,max Npac4,max
Н-2 -373,0 -1720,0 ±19,2 4,95 1,12
Н-5 -387,5 -1425,0 ±34,8 8,97 2,02
с я о Н-8 -319,5 -920,0 ±45,0 11,61 2,62
п й Н-11 -229,0 -530,0 ±49,5 12,77 2,88
и Н-14 -151,5 -486,0 ±48,3 12,45 2,81
иН Н-17 -104,0 -525,0 ±41,5 10,71 2,41
Н-20 -80,5 -500,0 ±29,0 7,48 1,69
Н-23 -69,0 -391,0 ±11,4 2,93 0,66
B-1 -239,5 -950,0 ±17,0 7,09 1,72
B-6 -108,5 -565,0 ±29,2 12,18 2,96
с я о B-9 -115,5 -437,0 ±36,1 15,08 3,67
п й и В-12 -134,5 -775,0 ±37,8 15,78 3,84
н х В-15 -143,5 -985,0 ±33,8 14,12 3,43
р е m В-18 -139,0 -825,0 ±24,8 10,33 2,51
В-21 -124,0 -755,0 ±10,6 4,41 1,07
В-24 -111,5 -545,0 ±8,4 3,49 0,85
ВЕСТНИК
1/2016
Окончание табл. 2
Продольные силы в стержнях, кН Относительные, %
Стержни От постоянной От расчетной От устранения ^ач ^ач
нагрузки N пост нагрузки N расч погрешностей N нач ^пост,тах ^расч,тах
2-3 -50,5 -218,0 ±10,7 20,24 2,63
4-5 -23,6 -273,5 ±7,7 14,58 1,89
ы 7-8 -53,0 -408,0 ±4,4 8,35 1,08
с кос с а 10-11 -52,5 -349,5 ±1,0 1,89 0,25
13-14 -38,6 -249,0 ±2,5 4,72 0,61
Р 16-17 -22,1 -60,0 ±5,7 10,66 1,38
20-21 -9,0 -113,5 ±9,0 16,93 2,20
23-24 -5,9 -129,0 ±12,0 22,55 2,93
1 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00
3-4 -9,9 -131,5 ±2,8 9,17 2,15
6-7 -27,6 -84,0 ±4,9 15,83 3,71
ки 9-10 -30,8 -98,5 ±6,0 19,48 4,56
йк о т 12-13 -27,5 -62,5 ±6,3 20,45 4,79
С 15-16 -20,9 -69,5 ±5,7 18,43 4,32
18-19 -14,5 -60,0 ±4,2 13,56 3,17
21-22 -6,8 -44,8 ±1,8 5,68 1,33
24 0,0 -82,0 0,0 0,00 0,00
для максимальных по абсолютной величине усилий в стержнях от постоянной нагрузки N при устранении нормальных и меридиональных по-
г,/ пост,тах г г г г
грешностей построены диаграммы (рис. 6), показывающие изменения относительных величин начальных усилий в стержнях нижнего и верхнего поясов и решетки N /N
нач по
пост,тах
-3 4-5 7-8 ]0-П 1,1-14 16-П 20-21 23-24 Обозначение стержней
Нормальные ■ Меридиональные
I р I I
1 3-4 6-7 5-10 12-13 15-16 18-1921-22 24
Обозначение стержней Нормальные ■ Меридиональные
Рис. 6. Диаграммы отношения N /N в стержнях меридиональных
' ' г нач I пост,тах ^ ^ ^^
ребер: а — верхнего пояса; б — нижнего пояса; в — раскосов; г — стоек решетки
б
а
в
г
Для максимальных по абсолютной величине усилий в стержнях от расчетной нагрузки N тах при устранении нормальных и меридиональных погрешностей также построены диаграммы (рис. 7), показывающие изменение относительных величин начальных усилий в стержнях нижнего и верхнего поясов и решетки N N .
А нач / расч,тах
%
I I
%
4-5 7-8 10-П 13-14 16-17 20-21 27-24 Обозначение стержней Нормальные ■ Меридиональные
1 ш \
р ii
I М 6-7 9-10 12-13 15-1618-1921-22 24
Обозначение стержней Нормальные В Меридиональные
Рис. 7. Диаграммы отношения N N в стержнях меридиональных ребер:
^ А нач I расч,тах А 1 * *
а — верхнего пояса; б — нижнего пояса; в — раскосов; г — стоек решетки
Представленные в табл. 1 и 2 данные свидетельствуют о существенной величине возможных начальных усилий в стержнях металлического каркаса ребристо-кольцевого купола, возникающих в результате силового устранения погрешностей его монтажа. При этом наибольшие величины начальных усилий при устранении нормальных погрешностей в поясах решетчатых ребер достигают 24 % по отношению к усилиям от постоянной нагрузки и 6 % по отношению к усилиям от расчетной нагрузки. В то же время наибольшие величины начальных усилий при устранении меридиональных погрешностей в поясах решетчатых ребер приближаются к 16 % по отношению к усилиям от постоянной нагрузки и к 4 % по отношению к усилиям от расчетной нагрузки.
Выводы. Силовое устранение погрешностей возведения каркаса двухпо-ясного металлического ребристо-кольцевого купола вызывает появление существенных величин начальных усилий в стержнях.
Предлагаемая методика позволяет определить величины возможных начальных усилий в стержнях, возникающих из-за силового устранения погрешностей возведения каркасов двухпоясных металлических куполов.
Начальные усилия при силовом устранении погрешностей достигают существенных величин, которые могут изменить распределение усилий в стержнях и повлиять на несущую способность каркасов куполов.
начальные усилия при силовом устранении нормальных погрешностей превышают начальные усилия при силовом устранении меридиональных погрешностей.
б
а
в
г
ВЕСТНИК 1/2Q16
Библиографический список
1. Мосягин Д.Л., Голованов В.А., Ильин Е.Г. Фактические несовершенства формы поверхности купольных покрытий резервуаров объемом 50 000 м3 // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 6. С. 30—32.
2. Лебедь Е.В. Точность возведения стержневых пространственных металлических покрытий и ее прогнозирование // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2013. № 4. С. 5—12.
3. Котлов А.Ф. Допуски и технические измерения при монтаже металлических и железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1988. 304 с.
4. Лебедь Е.В., Шебалина О.В. Оценка возможных отклонений от идеальной геометрической формы при сборке составных конструкций // монтажные и специальные строительные работы. Изготовление металлических и монтаж строительных конструкций : информационный сб. ЦБНТИ. М., 1992. Вып. 1. С. 1—6.
5. Лебедь Е.В., Шебалина О.В. Анализ искажений геометрической формы при сборке составных металлических конструкций // Промышленное строительство. 1992. № 5. С. 23—24.
6. Лебедь Е.В., Шебалина О.В. К расчету точности сборки составной конструкции // Промышленное и гражданское строительство. 1993. № 9. С. 27—28.
7. Гвамичава А.С. Определение вероятных значений начальных усилий и искажений формы стержневых конструкций // Строительная механика и расчет сооружений. 1989. № 1. С. 65—68.
8. Лебедь Е.В. Компьютерное моделирование точности возведения двухпоясных металлических куполов // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 12. С. 89—92.
9. Савельев В.А., Лебедь Е.В., Шебалина О.В. Математическое моделирование монтажа пространственных конструкций // Промышленное строительство. 1991. № 1. С. 18—20.
10. Кудишин Ю.И. К вопросу учета начальных несовершенств при расчете стальных стержневых систем по деформированной схеме // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 3. С. 6—9.
11. Бондарев А.Б., Югов А.М. Оценка монтажных усилий в металлическом покрытии с учетом сборки // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 4 (56). С. 28—37.
12. Ищенко И.И. Монтаж стальных и железобетонных конструкций. М. : Высш. шк., 1991. 287 с.
13. Гофштейн Г.Е., Ким В.Г., Нищев В.Н., Соколова А.Д. Монтаж металлических и железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 2004. 528 с.
14. Лебедь Е.В. Особенности выполнения болтовых соединений конструкций двухпоясных металлических куполов из-за погрешностей их изготовления и монтажа // Вестник российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2014. № 4. С. 90—97.
15. Лебедь Е.В., Григорян А.А. начальные усилия в двухпоясных металлических куполах из-за погрешностей изготовления и монтажа их конструкций // Вестник МГСУ 2015. № 4. С. 69—79.
16. Chandiwala Anuj. Analysis and design of steel dome using software // International Journal of Research in Engineering and Technology (IJRET). Bangalore, India : eSAT Publishing House, 2014. Vol. 3. No. 3. Pp. 35—39. Режим доступа: http://esatjournals.net/ ijret/2014v03/i03/IJRET20140303006.pdf.
17. Демидов Н.Н. Конструктивно нелинейные стальные конструкции // Промышленное и гражданское строительство. 2000. № 11. С. 37—38.
18. Chen W., Fu G., He Y. Geometrically nonlinear stability performances for partial double layer reticulated steel structures // Proceedings of the Fifth International Conference on Space Structures on 19—21 august 2002. UK, Guildford. London : University of Surrey, 2002. vol. 2. Pp. 957—966.
19. Василькин А.А., Щербина С.В. Построение системы автоматизированного проектирования при оптимизации стальных стропильных ферм // Вестник МГСУ 2015. № 2. С. 21—37.
20. Туснин А.Р., Прокич М. Прочность двутавровых профилей при стесненном кручении с учетом развития пластических деформаций // Вестник МГСУ 2014. № 1. С. 75—82.
21. Jadhav H.S., PatilAjit S. Parametric study of double layer steel dome with reference to span to height ratio // International Journal of Science and Research (IJSR). India Online, 2012. Vol. 2. Issue 8. Pp. 110—118.
22. Handruleva A., Matuski V., Kazakov K. Combined Mechanisms of Collapse of Discrete Single-Layer Spherical Domes // Study of Civil Engineering and Architecture (SCEA). December 2012. Vol. 1. Issue 1. Pp. 19—27.
23. Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. Киев : Факт, 2005. 344 с.
24. Mukaiyama Youichi, Fujino Terumasa, Kuroiwa Yoshihiko, Ueki Takashi. Erection Methods for Space Structures // Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia : Evolution and Trends in Design, Analysis and Construction of Shell and Spatial Structures. Spain, Universidad Politecnica de Valencia, 28 September — 2 October 2009. Pp. 1951—1962.
25. ЛипницкийМ.Е. Купола. (Расчет и проектирование). Л. : Стройиздат, 1973. 129 с.
26. Торкатюк В.И. Монтаж конструкций большепролетных зданий. М. : Стройиздат, 1985. 170 с.
27. LebedE., Grigoryan A. Determination of initial forces in two-layer large span metal domes due to assembling errors // Proceedings of the METNET Seminar 2014 in Moscow. Pp. 173—178.
28. Лебедь Е.В., Григорян А.А. Влияние монтажных расчетных схем ребер двухпо-ясного металлического купола на начальные усилия при устранении погрешностей // Вестник МГСУ 2015. № 8. С. 66—79.
Поступила в редакцию в ноябре 2015 г.
Об авторах: Григорян Артем Акопович — аспирант кафедры металлических конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Лебедь Евгений Васильевич — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (495) 287-49-14 вн. 30-53, [email protected].
Для цитирования: Григорян А.А., Лебедь Е.В. Величины начальных усилий в двухпоясном металлическом куполе при устранении нормальных и меридиональных погрешностей монтажа // Вестник МГСУ 2016. № 1. С. 44—56.
A.A. Grigoryan, E.V. Lebed'
INITIAL FORCES VALUES IN THE DOUBLE-LAYER METAL DOME IN CASE OF ELIMINATION OF NORMAL AND MERIDIONAL IMPERFECTIONS OF INSTALLATION
Computer analysis of the values of the initial forces due to force elimination of assembly errors of double-layer framed metal dome has been performed. The position
ВЕСТНИК 1/2016
errors of nodes of pair meridional ribs were considered in the normal and meridional directions at installation of the dome frame with temporary central support. For selected nodes concentrated forces were applied to eliminate the relative deviations of adjacent ribs and the resulting internal forces in the bars were registered. The values of these internal forces were compared to the forces in bars resulting from the dead load and design load. The results of the investigation are presented in the form of figures, diagrams, tables and graphs. Based on the analysis of the data obtained, conclusions are made about the influence of initial forces on the stress state of the frame of the dome.
Key words: metal dome, assembly model, relative deviations of joints, force fitting operations, initial forces
References
1. Mosyagin D.L., Golovanov V.A., Il'in E.G. Fakticheskie nesovershenstva formy pover-khnosti kupol'nykh pokrytiy rezervuarov ob"emom 50 000 m3 [Actual Irregularities of Surface Shape of Domed Roofs for Tanks with a Capacity of 50 000 m3]. Promyshlennoe i grazhdans-koe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2011, no. 6, pp. 30—32. (In Russian)
2. Lebed' E.V. Tochnost' vozvedeniya sterzhnevykh prostranstvennykh metallicheskikh pokrytiy i ee prognozirovanie [Accuracy in the Construction of Metal Space Framed Roofs and Its Prediction]. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Inzhenernye issledovaniya [Bulletin of Peoples' Friendship University of Russia. Series: Engineering Researches]. 2013, no. 4, pp. 5—12. (In Russian)
3. Kotlov A.F. Dopuski i tekhnicheskie izmereniya pri montazhe metallicheskikh i zhe-lezobetonnykh konstruktsiy [Tolerances and Technical Measurements in the Installation of Metal and Concrete Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1988, 304 p. (In Russian)
4. Lebed' E.V., Shebalina O.V. Otsenka vozmozhnykh otkloneniy ot ideal'noy geometri-cheskoy formy pri sborke sostavnykh konstruktsiy [Evaluation of Possible Deviations from the Ideal Geometric Shape When Assembling Composite Structures]. Montazhnye i spetsial'nye stroitel'nye raboty. Izgotovlenie metallicheskikh i montazh stroitel'nykh konstruktsiy: informat-sionnyy sbornik TsBNTI [Mounting and Special Construction Works. Manufacture of Metal Structures and Installation of Building Structures : Informational Collection of TsBNTI]. Moscow, 1992, no. 1, pp. 1—6. (In Russian)
5. Lebed' E.V., Shebalina O.V. Analiz iskazheniy geometricheskoy formy pri sborke sostavnykh metallicheskikh konstruktsiy [Analysis of Distortions of the Geometric Shape in the Assembly of Composite Metal Structures]. Promyshlennoe stroitel'stvo [Industrial Construction]. 1992, no. 5, pp. 23—24. (In Russian)
6. Lebed' E.V., Shebalina O.V. K raschetu tochnosti sborki sostavnoy konstruktsii [Calculation of the Accuracy of Composite Structures Assembling]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 1993, no. 9, pp. 27—28. (In Russian)
7. Gvamichava A.S. Opredelenie veroyatnykh znacheniy nachal'nykh usiliy i iskazheniy formy sterzhnevykh konstruktsiy [Estimating Probable Values of the Initial Efforts and Distortions of the Shape of Beam Structures]. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy [Structural Mechanics and Calculation of Structures]. 1989, no. 1, pp. 65—68. (In Russian)
8. Lebed' E.V. Komp'yuternoe modelirovanie tochnosti vozvedeniya dvukhpoyasnykh metallicheskikh kupolov [Computer Modeling of the Accuracy of Erecting Two-Layer Metal Domes]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2013, no. 12, pp. 89—92. (In Russian)
9. Savel'ev V.A., Lebed' E.V., Shebalina O.V. Matematicheskoe modelirovanie montazha prostranstvennykh konstruktsiy [Mathematical Modeling of Spatial Structures Installation]. Promyshlennoe stroitel'stvo [Industrial Construction]. 1991, no. 1, pp. 18—20. (In Russian)
10. Kudishin Yu.I. K voprosu ucheta nachal'nykh nesovershenstv pri raschete stal'nykh sterzhnevykh sistem po deformirovannoy skheme [On the Issue of Accounting for Initial Imperfections When Calculating Steel Bar Systems Using the Distorted Scheme]. Promyshlen-noe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2011, no. 3, pp. 6—9. (In Russian)
11. Bondarev A.B., Yugov A.M. Otsenka montazhnykh usiliy v metallicheskom pokrytii s uchetom sborki [Evaluation of Installation Efforts in Metal Coatings, Allowing for Assembly Process]. Inzhenerno-stroitel'nyy zhurnal [Magazine of Civil Engineering]. 2015, no. 4 (56), pp. 28—37. (In Russian)
12. Ishchenko I.I. Montazh stal'nykh i zhelezobetonnykh konstruktsiy [Installation of Steel and Reinforced Concrete Structures]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1991, 287 p. (In Russian)
13. Gofshteyn G.E., Kim V.G., Nishchev V.N., Sokolova A.D. Montazh metallicheskikh i zhelezobetonnykh konstruktsiy [Installation of Metal and Reinforced Concrete Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2004, 528 p. (In Russian)
14. Lebed' E.V. Osobennosti vypolneniya boltovykh soedineniy konstruktsiy dvukh-poyasnykh metallicheskikh kupolov iz-za pogreshnostey ikh izgotovleniya i montazha [Design Features of Bolted Connections of Structural Elements of Two-Layer Metal Domes Resulting from the Errors of Their Fabrication and Installation]. Vestnik Rossiyskogo universiteta dru-zhby narodov. Seriya: Inzhenernye issledovaniya [Bulletin of Peoples' Friendship University of Russia. Series: Engineering Researches]. 2014, no. 4, pp. 90—97. (In Russian)
15. Lebed' E.V., Grigoryan A.A. Nachal'nye usiliya v dvukhpoyasnykh metallicheskikh kupolakh iz-za pogreshnostey izgotovleniya i montazha ikh konstruktsiy [Initial Stresses in Two-Layer Metal Domes Due to Imperfections of Their Production and Assemblage]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 4, pp. 69—79. (In Russian)
16. Chandiwala Anuj. Analysis and Design of Steel Dome Using Software. International Journal of Research in Engineering and Technology (IJRET). eSAT Publishing House, Bangalore, India. 2014, vol. 3, no. 3, pp. 35—39. Available at: http://esatjournals.net/ijret/2014v03/ i03/IJRET20140303006.pdf.
17. Demidov N.N. Konstruktivno nelineynye stal'nye konstruktsii [Structurally Nonlinear Steel Structures]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2000, no. 11, pp. 37—38. (In Russian)
18. Chen W., Fu G., He Y. Geometrically Nonlinear Stability Performances for Partial Double Layer Reticulated Steel Structures. Proceedings of the Fifth International Conference on Space Structures on 19—21 august 2002. UK, Guildford, University of Surrey. London, 2002, vol. 2, pp. 957—966.
19. Vasil'kin A.A., Shcherbina S.V. Postroenie sistemy avtomatizirovannogo proek-tirovaniya pri optimizatsii stal'nykh stropil'nykh ferm [Development of a Computer-Aided Design System for Optimization of Steel Trusses]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 2, pp. 21—37. (In Russian)
20. Tusnin A.R., Prokic M. Prochnost' dvutavrovykh profiley pri stesnennom kruchenii s uchetom razvitiya plasticheskikh deformatsiy [Resistance of I-beams in Warping Torsion with Account for the Development of Plastic Deformations] Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 1, pp. 75—82. (In Russian)
21. Jadhav H.S., Patil Ajit S. Parametric Study of Double Layer Steel Dome with Reference to Span to Height Ratio. International Journal of Science and Research (IJSR). India Online, 2012, vol. 2, issue 8, pp. 110—118. DOI: http://dx.doi.org/ 10.9780/22307850.
22. Handruleva A., Matuski V., Kazakov K. Combined Mechanisms of Collapse of Discrete Single-Layer Spherical Domes. Study of Civil Engineering and Architecture (SCEA). December 2012, vol. 1, issue 1, pp. 19—27.
23. Gorodetskiy A.S., Evzerov I.D. Komp'yuternye modeli konstruktsiy [Computer Models of Structures]. Kiev, Fakt Publ., 2005, 344 p. (In Russian)
24. Mukaiyama Youichi, Fujino Terumasa, Kuroiwa Yoshihiko, UEKI Takashi. Erection Methods for Space Structures. Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia. Evolution and Trends in Design, Analysis and Construction of Shell and Spatial Structures. Spain, Universidad Politecnica de Valencia, 28 September — 2 October 2009, pp. 1951—1962.
25. Lipnitskiy M.E. Kupola. (Raschet iproektirovanie) [Domes. (Calculation and Design)]. Leningrad, Stroyizdat Publ., 1973, 129 p. (In Russian)
ВЕСТНИК 1/2016
26. Torkatyuk V.I. Montazh konstruktsiy bol'sheproletnykh zdaniy [Installation of Structures of Large-Span Buildings]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1985, 170 p. (In Russian)
27. Lebed' E., Grigoryan A. Determination of Initial Forces in Two-Layer Large Span Metal Domes Due to Assembling Errors. Proceedings of the METNET Seminar 2014 in Moscow. Pp. 173—178.
28. Lebed' E.V., Grigoryan A.A. Vliyanie montazhnykh raschetnykh skhem reber dvukh-poyasnogo metallicheskogo kupola na nachal'nye usiliya pri ustranenii pogreshnostey [Influence of Assembly Analytical Models of the Ribs of a Double-Layer Metal Dome on the Initial Forces in Case of Elimination of Imperfections]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 8, pp. 66—79. (In Russian)
About the authors: Grigoryan Artem Akopovich — postgraduate student, Department of Metal Structures, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Lebed' Evgeniy Vasil'evich — 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; +7 (495) 287-49-14 (ext. 30-53); [email protected].
For citation: Grigoryan A.A., Lebed' E.V. Velichiny nachal'nykh usiliy v dvukhpoyasnom metallicheskom kupole pri ustranenii normal'nykh i meridional'nykh pogreshnostey montazha [Initial Forces Values in the Double-Layer Metal Dome in Case of Elimination of Normal and Meridional Imperfections of Installation]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 1, pp. 44—56. (In Russian)
