Динамика железобетонных цилиндрических оболочек средней длины: Экспериментальные исследования и расчет тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Аззам Аль Салех

• Аззам Аль Салех
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аззам Аль Салех

ВВЕДЕНИЕ

1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

1.1. Развитие строительства оболочек

1.2. Выбор типа пространственного покрытия, работающего в условиях динамических воздействий

1.3. Краткий обзор исследовательских работ

ВЫВОДЫ

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК НА СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

2.1. Конструкции и материалы

2.2. Методика испытаний

2.3. Приборы, их расстановка, обработка экспериментальных данных

2.4. Результаты испытаний

2.4.1. Работа конструкции малых размеров до появления трещин

2.4.2. Работа конструкции малых размеров после появления трещин

2.4.3. Работа конструкции малых размеров в стадии разрушения

2.4.4. О резонансных кривых колебаний оболочки малых размеров____61

2.4.5. Работа конструкции больших размеров

ВЫВОДЫ

3. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

3.1. Полубезмоментная теория проф. В.З. Власова. Упругая работа----77

3.2. Метод перемещений проф. И.Е. Милейковского. Упругая работа

3.3. Теория тонкостенных стержней проф. В.З. Власова. Упругая работа

3.4. Собственные колебания цилиндрических оболочек с учетом деформации сдвига по методике Б.М. Теренина. Упругая работа

3.4.1. Вывод уравнений собственных колебаний

3.4.2. Решение динамической задачи для пятигранной складки

3.4.3. Частоты и формы собственных колебаний

3.5. Динамический расчет цилиндрических оболочек с учетом трещин

3.5.1. Полубезмоментная теория проф. В.З. Власова

3.5.2. О решении частотных уравнений высокого порядка

3.5.3. Определение частот и форм собственных колебаний на основе методики Б.М. Теренина

3.6. Динамический расчет цилиндрических оболочек численным методом

3.7. Сопоставление результатов расчета по изложенным методикам

ВЫВОДЫ

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ НА КОЛЕБАНИЯ КАК ПЯТИГРАННОЙ СКЛАДКИ

4.1 Расчет по методике Б.М. Теренина. Упругая работа

4.2 Расчет по предложенной методике после появления трещин

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика железобетонных цилиндрических оболочек средней длины: Экспериментальные исследования и расчет»

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы- оценка существующих методов динамического расчета железобетонных цилиндрических оболочек средней длины в упругой стадии и предложения по их расчету после появления трещин на основе экспериментальных исследований конструкций малых и больших размеров.

Автор защищает:

• анализ практических методов расчета железобетонных цилиндрических оболочек средней длины в упругой стадии с использованием полученных экспериментальных данных;

• предложения по расчету железобетонных цилиндрических оболочек средней длины после появления трещин;

• результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния железобетонных цилиндрических оболочек средней длины от упругой стадии их работы до разрушения.

Научную новизну работы составляют:

• предложение по динамическому расчету цилиндрических оболочек покрытий за пределами упругой стадии работы на основе синтеза ряда теоретических исследований в области их статики и динамики;

• опытные данные, полученные при экспериментальных исследованиях напряженно- деформированного состояния железобетонных цилиндрических оболочек на конструкциях малых и больших размеров при различном сочетании статических и динамических нагрузок.

Практическое значение работы заключается в том, что проведенные экспериментальные исследования позволяют подойти к решению важного теоретического вопроса, касающегося динамического расчета цилиндрических оболочек средней длины за пределами упругости.

На основе сопоставления и анализа результатов динамического расчета опытных конструкций / практические, аналитические и численные методы /, в том числе и за пределами упругости оказалось целесообразным вновь обратиться к аналитическим методам расчета, учитывая, главным образом трудоемкость и стоимость их выполнения.

Предложенный автором подход к расчету с учетом трещин на основе методики Б. М. Теренина значительно упрощает решение динамической задачи и рекомендуется для использования в практике проектирования пространственных покрытий.

Материалы исследований могут быть положены в основу оценки вновь разрабатываемых решений пространственных покрытий в виде железобетонных цилиндрических оболочек средней длины для условий динамических воздействий.

Результаты исследований автора были использованы проектировщиками г. Дамаска при назначении основных параметров покрытия спортивного зала, где воздействие колебательного процесса прикрепленных к оболочке кондиционеров имело важнейшее значение при строительстве зданий в условиях жаркого климата.

Работа выполнялась на кафедре «Строительное производство» Владимирского государственного университета под руководством доктора технических наук, профессора A.C. Жива. Анализ существующих методов расчета и их обобщение, а также сопоставление с опытными данными проводились автором диссертации самостоятельно.

Экспериментальная часть работы осуществлялась автором диссертации как самостоятельно, так и при участии сотрудников Джамбулского технологического института и строительной организации «Джамбулхимстрой».

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 119 наименований.

Во введении отражены цели и задачи исследования, назначение работы.

В первой главе дан аналитический обзор ряда конструктивных решений покрытий промышленных и общественных зданий в виде цилиндрических оболочек, работающих в условиях динамических воздействий, обосновывается выбор типа пространственного покрытия здания для строительства в особых условиях, приводится краткий обзор исследовательских работ в этой области.

Во второй главе рассматривается методика исследований железобетонных цилиндрических оболочек и общие результаты испытаний конструкций малых размеров и натурного сооружения на различное сочетание статических и динамических нагрузок. Анализируется подход к назначению размеров опытной конструкции, описаны физико- механические характеристики применяемых материалов, способ нагружения и схемы расстановки приборов. По результатам испытаний дается суждение о характере работы конструкций до и после появления трещин, вплоть до разрушения.

В третьей главе анализируется несколько наиболее значимых методик динамического расчета цилиндрический покрытий, применявшиеся различными авторами, в том числе и метод конечных элементов / МКЭ /, реализованный через пакет прикладных программ / 111111 АП ЖБК- 87 /. На основе синтеза ряда теоретических работ автором диссертации предлагается решение динамической задачи для цилиндрических оболочек средней длины, находящихся за пределами упругости.

Для оболочки малых размеров проведено сопоставление опытных и расчетных значений частот собственных колебаний.

В четвертой главе с целью иллюстрации предложенного динамического метода расчета приведены два примера по определению частот и форм собственных колебаний пятигранной призматической складки, один из которых

выполнен для конструкции, работающей без трещин, другой- при наличии трещин в бортовых элементах.

В заключении приведены основные выводы по работе.

1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ.

1.1. Развитие строительства оболочек.

Широкое применение различных типов пространственных конструкций для покрытий зданий и сооружений- одно из направлений технического прогресса в строительстве. Эффективность таких конструкций применительно к удельным затратам материалов сочетается с высокой пространственной жесткостью и легкостью. Эти преимущества обеспечили им широкое применение в мировой практике строительства.

Особенностью современного этапа применения пространственных конструкций в РФ и республиках б. СССР является ориентация на сборные решения, рассчитанные на заводское индустриальное изготовление. Готовые элементы доставляются к месту строительства, где производится только их монтаж с последующим замоноличиванием стыков. Такое направление явилось следствием создания мощной промышленности по выпуску строительных материалов и конструкций и постоянно возрастающих масштабов строительства.

Использование сборных конструкций оказалось целесообразно при большой их повторяемости. Это условие обеспечило первоочередную проработку пространственных конструкций для одноэтажных промышленных зданий. Проектными, научно- исследовательскими и строительными организациями проведена большая работа по проектированию, изучению и внедрению этих конструкций, что обеспечило строительство сборных железобетонных пространственных покрытий на площади более 8 млн. квадратных метров / 1, 3, 26, 28, 29,31,34,38, 60/.

При малой повторяемости пространственных конструкций, а также при индивидуальных решениях целесообразными могут оказаться и монолитные покрытия. Об этом свидетельствует опыт строительства в Казахской, Таджикской республиках и республиках Закавказья.

Область рационального применения пространственных конструкций достаточно широка. При использовании наиболее прогрессивных решений для зданий с шагом колонн 12-18 м взамен плоских типовых конструкций обеспечивается экономия бетона и стали до 20- 35 % при снижении стоимости до 8-15 %. Корме того, пространственные конструкции позволяют осуществлять здания с увеличенным против типовых решений шагом колонн, что для ряда производств обеспечивает экономию площади до 10% за счет более рационального размещения оборудования. Пространственные конструкции рациональны также для покрытия круглых в плане зданий.

В практике строительства одноэтажных промышленных зданий чаще других применяются короткие, длинные и средней длины цилиндрические оболочки, а также цилиндрические оболочки шедовых покрытий.

Решения по коротким цилиндрическим оболочкам возникли как естественное продолжение работ по типовым плоскостным конструкциям, поскольку короткие оболочки объединяют в себе положительные качества плоскостных систем / простота изготовления и монтажа / и пространственных конструкций / экономичность по расходу материалов /. Например, в решении НИИСК / Киев / применяются неразрезные облегченные плиты 3x12 м. Связь сборных элементов в покрытии обеспечивается замоноличиванием раствором, выпусками арматуры и приваркой панелей к фермам. Покрытия такого типа с пролетами 18,24 и 30 м и шагом ферм 6 и 12 м нашли применение на Украине на площади около 1,5 млн. квадратных метров.

Панели- оболочки КЖС, предназначенные для покрытий зданий с пролетом 12,18, и 24 м, представляют собой тонкостенные короткие предвари-

тельно напряженные своды- оболочки с двумя ребрами- диафрагмами сегментного очертания. Геометрическая форма конструкции требует минимального расхода материалов. Восприятие поперечных сил в панелях обеспечивается, главным образом, вертикальными составляющими сил сжатия в оболочке, что сводит поперечное армирование ребер к конструктивному минимуму, позволяя выполнить его без каркасов в ребрах. Основная арматура конструкции состоит из предварительно напряженных стержней, расположенных в нижней зоне ребер, торцевой арматуры и сварной сетки в оболочке. Специальные стальные детали в углах оболочки обеспечивают анкеровку рабочей арматуры в бетоне опорного узла.

Панели- оболочки КЖС нашли применение в покрытиях многих видов зданий с различным числом пролетов, величиной до 24 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 300 кН, а также подвесным транспортом грузоподъемностью 50 кН при наличии или отсутствии фонарей верхнего света. Конструктивное решение покрытия из панелей- оболочек КЖС проще, чем с ребристыми плитами размером 3x12 м. Количество основных монтажных элементов сокращается в 1,5-2 раза, значительно уменьшается высота наружных стен: продольных- на 1,2 м, торцевых- на 2,4 м, снижаются строительная кубатура здания и эксплуатационные расходы. Несущие ребра панелей- оболочек, расположенные с шагом 3 м, позволяют применять неразрезные балки крановых путей минимального профиля. Производство панелей- оболочек КЖС осуществляется по стендовой или поточной- агрегатной технологии.

Монтаж покрытий из панелей- оболочек КЖС выполняется обычными средствами. Замоноличивание покрытия сводится к минимальной заливке бетоном швов между панелями. Масса панелей позволяет вести монтаж кранами на пневмо- или гусеничном ходу. Панели- оболочки КЖС для каркасных зданий монтируются на продольные конструкции в виде балок или ферм,

для бескаркасного здания- непосредственно на стены. Производительность монтажа панелей- оболочек КЖС по данным строительных организаций составляет от 0,9 до 1,5 чел,- ч на одну панель размером 3x18 м.

По инициативе ряда проектных институтов и организаций в городах Караганде, Сарани, Тимертау, Рудном, Хабаровске и других панели-оболочки КЖС внедрены на площади более 4 млн. кв. м.

Средней длины цилиндрические оболочки в сборном варианте могут члениться на панели с помощью поперечной и продольной разрезки. Промст-ройпроектом / г. Санкт- Петербург / разработаны два варианта конструкций длинных цилиндрических оболочек с поперечной разрезкой. По первому варианту оболочка собирается из криволинейных панелей 3x6 м, высокие ребра которых образуют бортовые элементы оболочки. Панели соединяются на монтаже с помощью напрягаемой арматуры, пропускаемой через каналы в ребрах. По второму варианту оболочка монтируется из панелей 3x12 м / при ширине волны 12 м / и бортовых балок, изготовляемых с предварительно напряженной арматурой. Преимуществом второго варианта является исключение на монтаже процесса последующего натяжения арматуры бортовых элементов, а также упрощение процесса сборки в целом.

Цилиндрические оболочки, собираемые из панелей 3x6 м и 3x12 м, осуществлены для зданий с сеткой колонн 12x18 и 12x24 м в Ленинградской области и Красноярском крае на площади свыше 150 тыс. метров.

Одной из разновидностей цилиндрических оболочек являются шедовые покрытия, применяемые в ряде производств, где требуется равномерное освещение. Световые проемы шедов обычно обращены на север во избежание попадания в цех прямых солнечных лучей.

Такие покрытия не рекомендуется применять в районах с большой снеговой нагрузкой, так как пилообразный профиль кровли ведет к образованию снежных мешков.

Нижний бортовой элемент шедовой оболочки рационально выполнять Ь- образным, благодаря чему он одновременно выполняет функции подфо-нарной стенки и образует лоток ендовы. Для увеличения светового проема и расчетной высоты шедового покрытия верхний бортовой элемент выгодно располагать выше плиты оболочки. Рекомендуется также соединять верхний и нижний бортовые элементы промежуточными импостами, чтобы они работали совместно. При больших пролетах целесообразно проектировать в плоскости остекления решетчатую ферму, в которой бортовые элементы служили бы поясами.

По отмеченной выше причине цилиндрические оболочки шедовых покрытий в России и б. республиках СССР практически не применяются, несмотря на сравнительно большой опыт использования их в покрытиях промышленных зданий за рубежом.

1.2. Выбор типа пространственного покрытия, работающего в условиях динамических воздействий.

Основной принцип, которым обычно руководствуются при выборе типа покрытия здания- это сочетания технической возможности и экономической целесообразности применяемого решения. Будущее здание должно не только отвечать современным техническим, технологическим и архитектурным требованиям, но и быть экономичным.

Требования технической и экономической целесообразности, как правило, не совпадают и даже вступают зачастую в противоречие: с точки зрения технологической выгодно иметь большие пролеты, редкую сетку колонн, что

позволяет свободно размещать разнообразное технологическое оборудование; однако, увеличение сетки колонн ведет к возрастанию расхода материалов на покрытие и подкрановые балки, утяжелению мостовых или подвесных кранов, рост}' массы сооружения и , как следствие, увеличению амплитуд колебаний покрытия. Поскольку требования к амплитудам колебаний подвесного оборудования очень жесткие, этот фактор необходимо учитывать при проектировании покрытий. К тому же, такие совершенно необходимые для проектировщиков данные, как спектр частот собственных колебаний для различных по конструктивному решению покрытий, к примеру, даже для цилиндрического покрытия средней длины, должен быть обязательно известен. В противном случае, невозможна подвеска к оболочке не только кранового оборудования, но и вентилятора или калорифера, если нет уверенности в отсутствии резонанса на одной из собственных частот.

Оптимальное сочетание технических и экономических показателей может быть обеспечено, если тщательно проанализировать все компоненты будущего здания, его производственно- экономическое назначение, основные архитектурные требования сооружения. Большинство одноэтажных производственных зданий, несмотря на достаточно разнообразные технологические процессы, может быть сведено к двум основным типам, при этом необходимо учитывать факторы, связанные с характером внутрицехового транспорта, наличием или отсутствием мостовых, либо консольных и передвижных кранов, подвесных кран- балок, тельферов и конвейеров, крепящихся к покрытию, а также необходимость пропуска в пределах кровли трубопроводов, воздуховодов в одном или двух направлениях. Современные производственные здания должны иметь достаточно крупную сетку колонн, рассчитанную на размещение в них различных производств и на возможность совершенствования или изменения технологического процесса в дальнейшем.

В соответствии с изложенным, одноэтажные производственные здания могут быть разделены на два основных типа:

1/ здания с мостовыми кранами пролетами 18-36 м при наиболее часто встречающемся шаге колонн 12 м; эти здания могут быть оборудованы подвесными кранами, тельферами, конвейерами; к покрытию могут подвешиваться потолки, вентиляторы устанавливаются калориферы, на кровле устраиваются светоаэроционные фонари;

2/ здания без мостового транспорта, где технологические линии могут располагаться в любом направлении; для таких зданий наиболее целесообразна крупная сетка колонн, близкая к квадратной; эти здания также могут оснащаться легкими подвесными кранами.

В зданиях первого типа преимущественно применяется двенадцатиметровый шаг, поскольку при большом шаге расход материалов на подкрановые балки резко возрастает.

Здания первого типа могут быть перекрыты:

а/ длинными и средней длины цилиндрическими оболочками;

б/ короткими цилиндрическими оболочками;

в/ оболочками положительной и отрицательной гауссовой кривизны; г/ многоволновыми сводами; д/ складками и др.

Важными факторами при выборе типа покрытия являются возможность унификации сборных элементов по нагрузкам и пролетам, а также технологичность их изготовления. В этом отношении целесообразнее всего применять цилиндрические оболочки, как короткие, так и длинные.

Здания второго типа рационально перекрывать оболочками положительной или отрицательной гауссовой кривизны квадратного плана. Чаще всего такие здания проектируются бескрановыми, либо оснащенными подвесными транспортным оборудованием. Однако, во всех случаях проекта-

ровщикам приходится считаться с воздействиями на конструкцию нагрузок динамического характера. Еще более серьезные задачи стоят перед проектировщиками при создании пространственных покрытий, вынужденных работать при сейсмических воздействиях.

За последние годы в мировой практике существенное внимание уделяется проблеме сейсмостойкости зданий и сооружений. Научно-технический прогресс во все возрастающих масштабах требует освоения новых территорий, надежности и экономичности строительства в зонах повышенной сейс-моактивности, возведения большепролетных и высотных сооружений, которые ранее в этих районах не применялись.

Развитие общей теории сейсмостойкости зданий и сооружений и разработка строительных норм их проектирования /35, 73/ стали возможны благодаря дальнейшему совершенствованию геологии и сейсмологии, специальных разделов высшей математики и строительной механики, проведению больших экспериментально-теоретических исследований на моделях и натурных конструкциях.

Однако, как показали прошедшие конференции по сейсмостойкому строительству и сессии национального комитета ИАСС 1972-1981 г.г., а также Международный симпозиум ИАСС «Облегченные пространственные конструкции, в том числе для сейсмических районов" /Алма-Ата, 1977г./, в области проектирования и исследования сейсмостойких пространственных конструкций из различных материалов имеются только разрозненные работы. Опыт строительства таких конструкций в условиях землетрясений почти не обобщался, принципы их проектирования не систематизированы. Поэтому на совещаниях было предложено продолжить работы по теории сейсмостойких зданий и сооружений с покрытием типа оболочек, структур, висячих систем с учетом их неупругой работы, расчету методом предельного равновесия, по учету горизонтальных и вертикальных колебаний пространственных конст-

рукций и асинхронных колебаний опор. При этом немаловажную роль играют комплексные сейсмологические и инженерные исследования для уточне ния исходных данных при проектировании уникальных зданий и сооружений с пространственными покрытиями /38, 41/.

1.3 Краткий обзор исследовательских работ.

Исследования пространственных конструкций, выполненные в ряде стран, способствовали их успешному внедрению в мировую практику проектирования и строительства.

Задачи исследования как правило, возникают в связи с разработкой экономичных конструктивных решений, что должно быть, в свою очередь, увязано с состоянием и развитием теории расчета пространственных систем.

Необходимость выполнения пространственных конструкций из сборных элементов в РФ выдвинула задачу учета податливости соединений; оборудование зданий подвесными кранами, поставило задачу расчета оболочек на действие сосредоточенных сил, оценка сейсмостойкости большепролетных зданий явилась причиной совершенствования динамической теории оболочек. При проектировании всегда приходится учитывать конструктивные особенности реальных объектов и свойств материалов, составляющих пространственную конструкцию. Однако, несмотря на большой объем работ и значительные достижения в этой области, теории, учитывающие действительную работу покрытий, разработаны на сегодня еще не настолько доступно, чтобы их можно было широко использовать при проектировании.

При проектировании сложных реальных объектов обычно для упрощения расчетов исходят из схематизации их работы, часто применяют приближенные /инженерные/ методы расчета, обладающие физической наглядностью. Надежность и достоверность таких решений может считаться право-

мерной лишь после экспериментального подтверждения. Между тем, объем экспериментальных исследований, в частности динамических, в настоящее время отстает от требований практики.

При проектировании железобетонных пространственных покрытий почти всегда приходится считаться с наличием трещин. Трещины могут появляться в процессе монтажа и транспортировки конструкций. Pix появление в стадии эксплуатации может привести к существенному перераспределению усилий, резкому снижению динамической жесткости, что особенно важно при работе конструкции на знакопеременные нагрузки. Однако методы расчета оболочек с учетом трещин на статические и динамические нагрузки разработаны в недостаточном объеме, поэтому их проектирование часто ведется с использованием упругих методов расчета.

По- видимому, для ответа на многие вопросы практики требуется постановка и проведение широких исследований работы конструкций на динамические нагрузки за пределами упругости.

Существенное влияние на динамические параметры пространственных конструкций оказывает опорный контур. Только этим фактором можно объяснить большие расхождения опытных и теоретических значений частот, выявленных различными авторами, поскольку жесткость опорного контура в значительной степени сказывается на спектре частот собственных колебаний конструкции.

Учет динамической жесткости опорного контура важен при расчете оболочек на колебания от ветровой нагрузки и нагрузок от подвесного кранового оборудования.

Проведение экспериментальных исследований железобетонных оболочек необходимо для выяснения их несущей способности и схем разрушения, знание которых создает основу для развития и совершенствования весьма

эффективного расчета конструкций по прочности методом предельного равновесия.

Первые пространственные конструкции, запроектированные для условий динамических воздействий появились в середине 30-х годов. Ранние работы ИСИиС АН Грузии в области теории упругих оболочек с учетом сейсмического воздействия, выполненные академиком О.Д.Ониашвили и его учениками / 73 /, позволили осуществить целый ряд интересных и смелых по тому времени инженерных решений. Получают широкое распространение пространственные конструкции типа коротких цилиндрических оболочек и сводов из легких бетонов.

С 1957 года проектирование пространственных конструкций проводилось с учетом норм на сейсмостойкое строительство, в основу которых была положена разработанная в б. СССР динамическая теория сейсмостойкости. К этому времени относятся первые серьезные экспериментальные исследования, выполненные на натурных сооружениях.

Первые записи динамических параметров, возведенных сооружений вначале были произведены на многоволновых цилиндрических оболочках шедовых покрытий, осуществленных в 1952 г. на одном из объектов Грузст-роя. Покрытие состояло из наклонных вдоль образующей пологих цилиндрических пемзожелезобетонных оболочек двух размеров в плане: 6x12 и 6 х 9 м. Стрела подъема оболочек - 55 см. Криволинейными краями оболочки опирались на торцевые диафрагмы, продольные края поддерживались бортовыми элементами. Оболочки армировали одинарной сеткой при диаметре стержней 6 мм, с ячейкой 20 х 20 см.. Углы оболочек армировали наклонными стержнями, установленными через 20 см. Расход бетона на 1 м2 покрытия составил 0,135 м2, металла -10,5 кг.

Представляет интерес конструкция, прошедшая испытание, в виде ше-дового покрытия двоякой кривизны с одним прямолинейным краем. Конст-

рукция разработана Отделом строительных конструкций Института строительного дела АН Грузии совместно с Тбилисским СМУ Министерства легкой промышленности. Форма оболочки предложена В.Н. Шашимилашвили. Конструкция возведена из туфожелезобетона прочностью 11,0 - 14, МПа при

объемной массе у = 1800 кг/м3. Толщина шедовой оболочки принята равной 8 см. Оболочка была армирована сеткой при диаметре стержней 6 мм, с ячейкой 250x250 мм. Расход металла для такого покрытия в целом не превысил 10 кг/м2.

В этот же период были проведены испытания еще целого ряда конструкций, таких как пологая сферическая оболочка с восьмиугольным замкнутым контуром с размером стороны - 10 м и пологая оболочка системы "Дарбази" с такими же размерами.

Интересны результаты испытаний тонкостенной цилиндрической оболочки большого пролета со сквозной диафрагмой из пемзожелезобетона. Оболочка имела пролет 50,4 м при длине волны 20,6 м и разделена парой сквозных диафрагм с расстоянием между ними 6,4 м на две секции. Таким образом размеры одной секции в плане 20,6 х 22,4 м, стрела подъема - 4,15 м, толщина - 10 см. Прочность пемзобетона составила 7,0 Мпа, при объемной

массе у =1600 кг/м3. Оболочка была армирована двойной сеткой при диаметре стержней 6 м с ячейкой 200 х 200 мм. И на сегодня это покрытие по своим размерам остается практически самым большим среди возведенных на территории б. СССР цилиндрических оболочек. Методика испытаний всех конструкций оставалась единой: конструкция выводилась из состояния равновесия сосредоточенным грузом, подвешенным, как правило, в центре покрытия с последующим его сбросом. В последствии этот вид испытаний получил название метода собственных колебаний. Запись динамических параметров осуществлялась с помощью механических вибрографов.

Проведенные испытания дали возможность оценить динамическую жесткость покрытий и высказать суждение о возможности применения большепролетных пространственных конструкций в условиях высокой сейсмической активности районов строительства.

Некоторые результаты испытаний описанных конструкций приведены в

таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Динамические параметры оболочек

№№ Опыт Опыт Расчет

п/п Объект испытаний Период колебаний Т, сек Частота кол/сек Частота кол/сек

1. Многоволоновые цилиндрические шедовые покрытия а/ оболочка 6x12 м 0,143 7 7,3

б/ оболочка 6x9 м 0,11 9 9,08

2. Шедовые покрытия двоякой кривизны с одним прямолинейным краем 0,0312 32 22,1

3. Пологая сферическая оболочка с восьмиугольным замкнутым контуром а/ оболочка 0,121 8,3 12,2

б/ «Дарбази» 0,077 13 17

4. Тонкостенная цилиндрическая оболочка большого пролета со сквозной диафрагмой 0,37 2,7 2,02

Эти данные наглядно показывают, что теория колебаний оболочек покрытий уже на том этапе стояла на достаточно высоком уровне.

Ограниченность точек записей колебаний не позволили авторам выявить формы колебаний, что стало возможным с созданием более совершенных динамических приборов.

Новый импульс подобным экспериментальным исследованиям был придан лабораторией динамики ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, а также лабораторией сейсмостойкого строительства того же института, когда практически в одно и тоже время, были проведены записи колебаний различных пространственных конструкций в натуральную величину /24, 30,33,37,47/.

Первые испытания были проведены на двух цилиндрических оболочках средней длины размером 12 х 24 м конструкции Промстройпроекта /г. Санкт- Петербург/ . Эти испытания показали, что цилиндрические оболочки обладают довольно густым спектром частот собственных колебаний. Впервые были получены формы колебаний конструкции, на основной тон которых накладывались формы, вызванные конструктивными особенностями покрытия /диафрагмы, наличие поперечных ребер, влияние предварительно напряженной арматуры/. Экспериментальные данные удовлетворительно совпали с теоретическими, полученными на основании расчета оболочки как тонкостенного стержня / 24 /.

Однако, результаты испытаний не позволили оценить работу конструкции после появления трещин и не дали ответа на вопрос о возможности учета низких частот собственных колебаний, зависящих от особенностей опорного контура.

Последующие испытания натурных объектов, проведенные в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко были проведены на возведенных оболочках положительной гауссовой кривизны, размером 40 х 40 м.

Полученные экспериментальные данные были использованы для оценки сейсмостойкости покрытий и последующего их применения для строительства в особых условиях.

В зоне сейсмической активности /7- 9 баллов/ Казахстана за последние годы было возведено несколько объектов с покрытием из сборных и монолитных железобетонных пространственных конструкций. Это стало возможным после тщательного изучения динамических характеристик опытных натурных сооружений и их моделей при действии горизонтальных и вертикальных инерционных нагрузок. Для покрытий были применены разработанные в Казахском Промстройниипроекте конструкции в виде призматических складок, цилиндрических, положительной и отрицательной кривизны пологих оболочек из тяжелого и легкого бетонов на площади более 20 тыс. кв. м / 41 /. Некоторые из этих конструкций запроектированы с отверстием для фонаря и способны воспринимать нагрузки от подвесного кранового оборудования, грузоподъемностью 5 - 10 т.

Оболочки для покрытий сейсмостойких зданий нашли применение и в других республиках б. СССР. В Ереване для выставочного павильона возведена сферическая сборно-монолитная армоцементная оболочка размером 46 х 46 м / 47 /. В Таджикской ССР на ряде промышленных объектов получили свое внедрение гиперболические панели-оболочки размером 3 х18 м, цилиндрические оболочки шедовых покрытий размером 6 х 18 м, монолитные оболочки положительной гауссовой кривизны размером 24 х 24 м, построен монолитный железобетонный купол диаметром 30 м / 47 /. В Ташкенте и Бишкеке возведены железобетонные купола над цирками диаметром 43м. В Бишкеке конструкция здания объединяла воедино покрытие и трибуны, игравшие роль жестких опор, сложная расчетная схема такого здания была

уточнена модельными испытаниями, которые и явились критерием оценки его сейсмостойкости / 101 /.

В Ташкенте конструкция здания выполнена с "плавающим" купольным покрытием, антисейсмическая надежность которого обеспечивается работой шарниров и упругих амортизаторов. Аналогичная конструкция купола диаметром 55 м в 7-бальном сейсмическом районе возведена над зданием цирка в г. Сочи,

В Грузии в зонах высокой сейсмики за последние годы были построены ряд интересных сооружений с покрытием в виде оболочек, в основном, куполов. Наиболее значительные из них: здание лечебных ванн в Цхалтубо /купол, диаметром 40 м/, Дворец спорта /купол, диаметром 76,8 м/ и спортивный зал в Тбилиси /купол, диаметром 30 м/. Как правило, все эти сооружения проходили экспериментальную проверку.

Зарубежная практика строительства также знает немало уникальных объектов, возведенных в районах, подверженных землетрясениям и перекрытых конструкциями типа оболочек. В основном это здания общественного назначения /спортивные и выставочные павильоны, кафедральные соборы/, однако имеются примеры и производственных зданий. В разные годы были возведены и успешно эксплуатируются выставочный павильон в Белграде в виде купола диаметром 106 м / 90 /, Дворец спорта в Риме- с покрытием сборным куполом диаметром 59,2 м / 1 /, цирк в Бухаресте - с покрытием монолитным волнистым куполом диаметром 60 м, здание зала Конгрессов в Бухаресте с покрытием в виде пологой железобетонной оболочки размером 56 х 56 м, цилиндрические оболочки в форме "бабочки" пролетом 24,4 м, для покрытия гаража в США /штат Калифорния/, купол Дворца искусств в Сан-Пауло /Бразилия/, зрелищный зал "Ливерн Хаус" размером 79 х 117 м с покрытием цилиндрической оболочкой в Ганновере /США/ / 101 / и др. Часть

этих покрытий прошла экспериментальную проверку временем, выдержав сильные землетрясения. Как показывает анализ, большинство из приведенных конструкций запроектировано с учетом восприятия сейсмических нагрузок совместно с поддерживающим их несущими элементами. Между тем, имеются примеры и шарнирного сопряжения покрытия с поддерживающими конструкциями. Для покрытия лабораторного зала размером 56,6 х 20 м в Таррахане /Испания/ применена складчатая предварительно напряженная оболочка, опирающаяся на стены через ролики таким образом, что возникает возможность ее работы в горизонтальной плоскости во всех направлениях как жесткого диска / 109 /.

Большое распространение получили пространственные конструкции для общественных зданий и спортивных сооружений в Японии, особенно в годы, предшествующие XVII летним Олимпийским играм в Токио /1964 г./. Анализ ряда работ /102 / показывает, что проектирование оболочек покрытий в Японии ведется с учетом требований их повышенной сейсмостойкости. Для районов, где сейсмические нагрузки преобладают по сравнению с нагрузками, вызываемыми тайфунами, особое внимание уделяется сопряжениям собственно покрытий и поддерживающих их конструкций. По принципу шарнирного сопряжения с колоннами запроектировано и возведено покрытие круговой в плане монолитной оболочки диаметром 50 м в префектуре Эхима, В 1964 году в Токио закончено строительство римско-католической церкви в форме оболочки отрицательной кривизны из монолитного железобетона. Поверхность образована восьмью оболочками типа гиперболического параболоида. Высота здания - 28 м. Это сооружение представляет интерес с точки зрения воздействия сейсмической нагрузки на конструкцию. Покрытие не имело поддерживающих колонн и вся сейсмическая нагрузка полностью воспринималась оболочкой.

В последние годы на Ближнем и Среднем Востоке были возведены ряд промышленных и общественных зданий с покрытием в виде цилиндрических оболочек. Как правило, на конструктивных особенностях этих покрытий сказывалось влияние арабской архитектуры / 90 /.

В Ираке в г. Басра для покрытия промышленного объекта /архитектор Абдель Сатар С.Д./ были применены монолитные стрельчатые оболочки, каждая половина которых была очерчена по цилиндру. Размер оболочек 12x24 м, толщина - 30 см, поскольку покрытие выполняло функции ограждения и теплоизоляции. В качестве материала для покрытия был использован легкий бетон типа российского керамзитобетона прочностью 5,0 Мпа.

В 1988 г. в г. Мусиль для покрытия автобазы также были применены монолитные стрельчатые оболочки размерами 6 х 24 м из тяжелого бетона прочностью около 40 МПа и толщиной 7 см. К покрытию подвешено транспортное оборудование.

В Сирии в последнее время тоже уделяется большое внимание строительству цилиндрических покрытий, хотя сирийская архитектура покрытий несколько отличается от иракской. Для цилиндрических покрытий, возводимых в Сирии характерны большие стрелы подъема и пролеты оболочек. В качестве примера можно привести ведущееся в настоящее время строительство спортивного сооружения с размерами в плане 33 х 60 м, перекрываемого одной цилиндрической оболочкой. Стрела подъема оболочки составляет 7 м или 1/4,7 поперечного пролета. Оболочка выполнена из легкого бетона толщиной 30 см, где в качестве заполнителя был использован ракушечник. Проектная прочность бетона - 10,0 МПа. Оболочка запроектирована по принципу средней волны многоволнового покрытия, с подпертыми бортовыми элементами.

Приведенный далеко не полный перечень строительства оболочек в некоторых странах мира показывает, что цилиндрические оболочки, в том числе стрельчатые и шедовые покрытия , из-за своей простоты выполнения составляют значительный процент среди покрытий промышленных и общественных зданий.

Для определения уровня динамического воздействия на строительные конструкции всегда необходимо знать спектр частот собственных колебаний и соответствующие им формы, а также декременты колебаний конструкций. Созданная в настоящее время динамическая теория оболочек / 73 /, экспериментально подтверждена многими исследователями /24, 25, 35, 46/, однако, вопросы определения динамических параметров после появления трещин остаются пока разработанными не до конца.

В своей диссертации автор пытается ответить на вопрос об особенностях расчета цилиндрических оболочек средней длины за пределами упругости в условиях динамических воздействий. Исследования были проведены на конструкции малых размеров (3x6 м). Результаты исследований с учетом масштабного фактора были перенесены на натурную конструкцию, возводимую в г. Дамаске и сопоставлены с данными, полученными при контрольных испытаниях.

ВЫВОДЫ

1. Цилиндрические оболочки различной длины благодаря простоте в изготовлении получили широкое распространение в мировой практике. Этому способствовали также и многочислениые теоретические работы, выполняемые учеными многих стран.

2. Динамическая работа цилиндрических оболочек, особенно в своей экспериментальной постановке остается пока недостаточно освещенной.

3. Для определения динамических характеристик цилиндрических оболочек автор остановился на покрытии средней длины, где на конструкции малых размеров (3x6 м) попытался осветить вопросы динамического расчета с учетом появления и развития трещин.

4. Результаты испытания явились основополагающими при проведении контрольных записей колебаний покрытия спортивного сооружения, возводимого в г. Дамаске.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК НА СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ.

Экспериментальные исследования проводили на конструкциях покрытий в виде цилиндрических оболочек размером 3x6 и 33x60 м в плане.

Основная цель испытаний состояла в изучении работы оболочек до и после появления трещин при совместном действии статических и динамических вертикальных нагрузок. Это дало возможность сопоставить между собой результаты испытаний двух конструкций и высказать суждение о применимости масштабных факторов в динамических задачах.

2.1. Конструкции и материалы.

Все сечения элементов оболочки малых размеров приняты в соответствии с рекомендациями «Руководства» /89/.

Оболочку размером 3x6 м (рис.2.1.) выполняли из мелкозернистого бетона класса В 30 естественного твердения состава 1:2, 23:0,98, при В/Ц=0,42. В качестве вяжущего использовали цемент Белгородского завода активностью 40 МПа. Прочность бетона к моменту испытания составляла 23 МПа, модуль упругости -16.10 МПа.

Толщину плиты оболочки по технологическим требованиям принимали равной 22 мм. Армирование осуществляли сеткой, уложенной в соответствии с законом изменения поперечных изгибающих моментов. Шаг арматурных стержней в продольном направлении равен 100, в поперечном - 75 мм. В местах примыкания плиты к бортовым балкам оболочку армировали сеткой /Рис. 2.2/.

Главные растягивающие напряжения в углах оболочки воспринимали отдельными стержнями, расположенными под углом 45° к контуру. Для

Рис. 2.1 Общий вид оболочки размером 3x6 м перед испытаниями.

Рис. 2.2 Армирование оболочки

армирования применяли арматурную проволоку класса Вр-1 диаметром 3 мм /ГОСТ-6727-80/.

Бортовые балки запроектированы прямоугольного сечения 50x315 мм. Балки армировали ненапрягаемыми стержнями, диаметром 8мм класса А- III марки 35ГС.

Диафрагмы оболочки выполняли в виде арки с железобетонной затяжкой. Путем установки закладной металлической решетки арочную диафрагму в процессе испытаний легко можно было превратить в ферму. Верхний пояс и затяжку армировали вязаными каркасами из стержней диаметром 3 и 8мм соответственно класса Вр-1 и А-Ш марки 35ГС.

Основные механические характеристики примененных сталей приведены в таблице 2.1.

Механические характеристики сталей

Таблица 2.1.

Марка стали Диаметр арматуры мм Площадь сечения мм2 Предел текучести МПа Предел прочности МПа

Вр-1 /ГОСТ-6727-80/ 35ГС 3 8 0,07 0,508 5960 4230 6560 6352

Оболочку рассчитывали согласно «Руководству» /89/ на собственный вес и равномерно распределенную по поверхности нагрузку 4 кН/м .

Геометрия монолитной оболочки размером 33x60 м вписывается в круговую поверхность с радиусом кривизны 23,0 м /рис. 2.3/. Толщина оболочки в среднем сечении равна 300 мм. В местах примыкания к диафрагмам толщину плиты увеличивали до 350 мм. Бортовые балки запроектированы прямоугольного сечения, размером 300x5000 мм, диафрагмы - в виде криволинейного бруса, лежащего на колоннах.

Рис. 2.3 Монолитная цилиндрическая оболочка размером ЗЗх 60м во время строительства

В оболочке устанавливали ненапрягаемую арматуру: в плите покрытия -сварную сетку из арматурной проволоки диаметром 5 мм, с ячейкой 100x200 мм, в поперечном направлении плиту армировали отдельными стержнями через 3,3 м, в бортовых балках устанавливали сварные каркасы при диаметре отдельных стержней от 18 до 25 мм. Покрытие выполняли из легкого бетона прочностью около 10 МПа. Расчет оболочки производили как для средней волны многоволнового покрытия, где исключались горизонтальные перемещения бортовых балок. Конструкцию рассчитывали на вертикальную статическую нагрузку 4,8 кН/м2 по Флюге В./100/ и Рп^етаЫег и. /112/.

2.2. Методика испытаний.

По сравнению со статическими испытания динамической нагрузкой имеют свою особенность, которая заключается в необходимости приводить в движение одновременно и испытательную нагрузку, и приборы для записи деформаций. Как правило, во время записи динамических параметров конструкции на всех ее этапах статического загружения необходимо знать характер напряженно-деформированного состояния. В связи с этим методика, хорошо отработанная при статических испытаниях оболочки, часто оказывается неприемлемой при динамическом загружении конструкции.

Так, загрузку конструкции малых размеров производили сверху, во время динамических испытаний снимали нити прогибомеров, закрывали предохранительные рычаги механических тензометров, разъединяли стержни индикаторов и удлинителей баз.

Особое внимание при испытаниях уделяли установке и закреплению на поверхности оболочек приборов. Динамические приборы устанавливали с соблюдением мер предосторожности против соскальзывания во время возбуждения колебаний. Вибродатчики устанавливали на деревянные клиновые

подкладки, которые соединялись с оболочкой болтами. Подкладки имели резиновые кольца, в которых фиксировались приборы. Установка приборов для измерения статических деформаций не отличалась от известной и широко применяемой в НИИЖБе /104/.

Определение динамических характеристик /собственных частот и форм, декрементов колебаний/ оболочек проводили при гармонических колебаниях, когда частота могла меняться в широком диапазоне, при собственных колебаниях, возбуждаемых ударом или начальным смещением конструкции, а также при колебаниях в переходном режиме во время пуска или остановки вибромотора.

Для возбуждения колебаний конструкций, а также при изучении работы конструкций в переходном режиме применяли вибромоторы направленного действия различной мощности и частотой вращения около 3000 об в минуту. Амплитуды колебаний при испытаниях выбирались такими, что бы предоставлялась возможность зарегистрировать их с помощью применяемой аппаратуры. В большинстве случаев кинематический момент вибратора регулировался.

Вибромоторы устанавливали на специальной металлической подставке, жестко соединенной болтами с конструкцией модели. Между подставкой и поверхностью оболочки прокладывали два-три слоя автомобильной резины.

При динамических испытаниях методом собственных колебаний, возбуждаемых ударом, в месте приложения нагрузки конструкцию защищали прокладкой из автомобильной резины, что уменьшало интенсивность высокочастотных колебаний. При возбуждении колебаний начальным смещением к конструкции через струну подвешивали груз; после достижения определенного натяжения струна перерезалась.

Для испытания оболочки был изготовлен специальный стенд. Опоры под оболочку выполняли таким образом, чтобы обеспечить ее свободное пе-

ремещение в горизонтальном направлении при статической нагрузке и исключить перемещение по вертикали при динамических испытаниях /рис. 2.4/.

Равномерно распределенную статическую нагрузку создавали влажным песком на всей поверхности оболочки и на ее половине без пригрузки бортовых балок. Такая схема ближе соответствовала реальным условиям работы натурного сооружения.

Применение для нагрузки влажного песка позволило уменьшить влияние сыпучей массы на динамические характеристики покрытия.

Равномерно распределенные нагрузки увеличивали за этап на 0,9 кН/м2, при этом на оболочке сохраняли постоянную нагрузку от массы загрузочного

'у

ограждения, равного 0.45 кН/м .

Для возбуждения высших частот собственных колебаний в конструкциях малых размеров был применен вибромотор С-413. Максимальная пульсирующая сила, пропорциональная квадрату числа оборотов двигателя /около 3000 об/мин/ при частоте 50 Гц составляла 500 Н. Эта величина выбиралась с целью предотвращения появления трещин в зоне крепления вибромотора.

При возбуждении низких частот собственных колебаний оболочку выводили из состояния равновесия симметричной сосредоточенной нагрузкой, равной 1000 Н, приложенной в середине пролета бортовых балок с последующим ее сбросом.

Согласно расчетной эпюре продольных напряжений в бортовых балках необходимо было установить арматуру диаметром 8 мм класса А-1. Анализ многочисленных испытаний /104,105/ показывает, что разрушение конструкций в этом случае происходит вследствие достижения основной растянутой арматурой предела текучести. Однако, в некоторых испытаниях /35/ наблюдалась и другая схема разрушения: по плите оболочки, при этом механические характеристики арматуры балок, как правило, не были полностью

1

'-о 1

/с- /cqwok, Ш—шар, И—иеп о^ижшя опора..

Рис. 2.4 Опоры опытной оболочки

использованы. Такая схема разрушения наименее изучена, а при подпирании бортовых балок ее реализация наиболее вероятна /90/.

2.3.Приборы, их расстановка, обработка экспериментальных данных.

Расстановка приборов диктовалась задачами исследований, методикой загружения конструкций, техническими возможностями, связанными с испытанием натурного объекта в полевых условиях.

Оценить принятые сечения бетона и арматуры, а также применяемые методы расчета оболочек можно было только путем установки большого количества приборов, включая аппаратуру для измерения динамических параметров. Приборы располагали в основных расчетных сечениях: в середине пролета, угловых зонах и, на контурных элементах.

При расстановке приборов на натурной конструкции придерживались аналогичной схемы, принятой во время динамических испытаний оболочки малых размеров. Это служило гарантией и надежностью получаемых экспериментальных данных.

Расстановка приборов включала известные и апробированные многочисленными испытаниями схему при статических загружениях и схемы, ориентированные на получение динамических характеристик, являющихся исходными параметрами для оценки конструкций при работе на динамические воздействия /Рис. 2.5/.

С целью получения исчерпывающей картины напряженно-деформированного состояния конструкций применяли следующие приборы:

а/ для измерения деформаций при статически приложенных нагрузках -механические рычажные тензометры на базах 100 и 200 мм, тензометриче-

Конструкция малых размеров

Натурная конструкция

В—БД--

НВй—кд ВО

I

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Аззам Аль Салех

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Проведенные испытания позволили проверить расчетные предпосылки, положенные в основу теории колебаний дискретно -континуальных систем.

2. Испытания опытного образца цилиндрической оболочки средней длины подтвердили возможность проведения динамических расчетов отдельных стоящих конструкций в упругой стадии и после появления трещин, как по полубезмоментной теории, так и по методу, предложенному в данной работе.

3. Пересмотрена, по сравнению с широко известной из статических испытаний, методика проведения исследований цилиндрических оболочек при одновременном воздействии и динамических нагрузок, касающаяся особенностей загрузки конструкций, установки и закрепления на поверхности испытываемых образцов приборов и работы с ними, безопасности работы обслуживающего персонала.

4. Схема расстановки приборов, дополнительно к традиционной при статическом загружении конструкций, ориентирована на получение частот и форм собственных и вынужденных колебаний, являющихся исходными параметрами при оценке опытного образца в условиях динамических воздействий. Для повышения надежности получаемых результатов целесообразно постоянно контролировать показания приборов путем построения эпюр деформаций, расшифровкой осциллограмм, сопоставлением результатов опыта и расчета.

5. Пространственная конструкция типа цилиндрической оболочки обладает густым спектром частот собственных колебаний. Основной тон колебаний цилиндрической оболочки существенно зависит от краевых условий. При диафрагмах в виде ферм основной тон колебаний оболочки характеризуется появлением одной полуволны в продольном и двух - в поперечном направлении, при диафрагмах в виде арки с затяжкой - одной полуволны в поперечном и двумя - в продольном направлении.

6. Сопоставление результатов опыта и расчета для частотных характеристик в упругой стадии работы цилиндрической оболочки малых размеров по существующим методикам указывает на близкое совпадение для изгибных форм и некоторое расхождение для изгибно - крутильных форм колебаний. Эти расхождения зависят, главным образом, от неучета в расчете действительной работы бортовых элементов, и опорных диафрагм.

7. Появление трещин в цилиндрической оболочке сказалось как на частотах собственных колебаний, так и на соответствующих им формах. До появления трещин основной тон колебаний цилиндрической оболочки характеризовался изгибно - крутильной, после появления трещин - изгибной формой колебаний, при этом опытные частотные характеристики отличались от расчетных, в предположении упругой работы конструкции.

8. Предложенная методика расчета цилиндрических оболочек средней длины с учетом трещин на динамические нагрузки на основе синтеза ряда известных теоретических работ близко соответствует действительному характеру состояния конструкций и значительно сокращает трудоемкость вычислительного процесса.

9. Коэффициенты затухания колебаний опытной цилиндрической оболочки с ростом нагрузки в резонансных зонах уменьшаются.

10. Результаты экспериментальных исследований были использованы при корректировке рабочих чертежей реального покрытия спортивного сооружения в г. Дамаске (Сирия).

11. Примеры расчета цилиндрической оболочки на колебания могут быть использованы проектировщиками, исследователями и студентами, как пособие, позволяющее относительно быстро определять частоты и формы колебаний конструкции, не прибегая к громоздкой вычислительной работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аззам Аль Салех, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абовский В.П. Опыт строительства покрытий из цилиндрических и гиперболических оболочек. - В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Строй-издат, 1969. - с.43-51.

2. Абовский Н.П., Деруга A.M., Енджиевский Л.В., Савенков В.И. Прочность и колебания ребристых оболочек с учетом физической и геометрической нелинейности. - В сб.: Международная конференция ИАСС. Докл. М.: Стройиздат, 1977. - с.7-13.

3. Абовский В.П., Авраменко С.А. Опыт строительства и перспективы развития пространственных сборных железобетонных покрытий промышленных зданий в Красноярском крае. В сб.: Пространственные конструкции в Красноярском крае. Красноярск: Красноярский ПТИ, 1965. - с.2-32.

4. Аистов H.H. Испытание сооружения. М.-Л.: Госстройиздат, 1960. -

315 с.

5. Аленич М.Д., Немчанов Ю.И., Кандыба М.И., Толбатов Ю.А., Экспериментальные исследования динамических характеристик короткой цилиндрической оболочки для строительства в сейсмических районах: /Материалы Всесоюз. совещания в г. Алма-Ате/. Алма-Ата: изд-во Госстроя Казахской ССР, 1973. - с.37-39.

6. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М,: Стройиздат, 1970. - 272с.

7. Байков В.Н., Дроздов П.Ф., Трифонов И.А. и др. Железобетонные конструкции. Специальный курс, М.: Стройиздат, 1976. - с.5-216.

8. Безухов Н.И., Лужин О.В., Кокунов Н.В. Устойчивость и динамика сооружений в примерах и задачах. М.: Стройиздат, 1968. -424 с.

9. Бовин В.А., Быстряков А.Г. Предварительное напряжение конструкций при монтаже. - Промышленное строительство: Науч.- техн. и произвол, журнал Госстроя СССР и ЦП НТО Стройиндустрии, 1966, № 3. - с.26-27.

10. Болотин В.В. Краевой эффект при колебаниях упругих оболочек. -ПММ, 1960, 24, № 5. - с.831-842.

11. Болотин В.В., Гольденблат М.И., Смирнов А.Ф. Современные проблемы строительной механики. М.: Стройиздат, 1964. - 191 с.

12. Боума А. Исследования оболочек в Голландии. - В сб.: Второй международный конгресс по тонкостенным оболочкам- покрытиям. М.: Гос-стройиздат, 1960. - с.274-277.

13. Васильков Б.С. Расчет оболочек с несимметричным контуром. М.: Госстройиздат, 1962. - 123 с.

14. Власов В.З. Новый метод расчета тонкостенных призматических складчатых покрытий и оболочек. М.: Госстройиздат, 1933.-115с,

15. Власов В.З. Строительная механика оболочек. М.-Л.: Глав. ред. строительной литературы, 1936. - 263 с.

16. Власов В.З. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1962. T.I.-

528 с.

17. Власов В.З. Избранные труды. М.: Изд- во АН СССР, 1963. Т.Д.- 507 с.

18. Власов В.З. Избранные труды. М.: Изд- во Наука. 1964. T.III. -

472 с.

19. Гвоздев A.A. Еще о безмоментной теории оболочек. - Строительная промышленность: Журнал Центр. Союзстроя НКТП СССР, 1933, № 2. -с.43-44.

20. Гвоздев A.A. Задачи расчета и исследования железобетонных оболочек. - В сб.: Пространственные конструкции в СССР. М.-Л.: Стройиздат, 1964. -с.16-20.

21. Гвоздев A.A. Роль исследований в проектировании оболочек. В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат, 1969, с.529-542.

22. Гвоздев A.A. Устойчивость тонких оболочек. - Бетон и железобетон: Науч.- техн. и произвол, журнал Госстроя СССР, 1967, № 10. - с.441-445.

23. Гвоздев A.A., Мурашев В.И., Горнов В.И., Власов В.З. Инструкция по проектированию и расчету монолитных тонкостенных покрытий и перекрытий. М.: Стройиздат, 1937. - 144 с.

24. Глейзер М.А. Экспериментальные исследования цилиндрических оболочек на действие динамических нагрузок. - В сб.: Пространственные конструкции в Красноярском крае: /материалы конференции/. Красноярск: Красноярский ПТИ, 1965. - с.212-237.

25. Глейзер М.А., Куцирко Б.А. Экспериментальное исследование модели цилиндрической оболочки на действие динамических нагрузок.

В сб.: Пространственные конструкции в Красноярском крае: /материалы конференции/. Красноярск: Красноярский ПТИ, 1966. - с.106-134.

26. Глуховский К.А. Технология возведения сборных железобетонных оболочек. Л.: Стройиздат, 1974. - 200 с.

27. Гонткевич B.C. Собственные колебания пластин и оболочек. Киев: Наук, думка, 1964. - 288 с.

28. Гребенник P.A. Возведение пространственных конструкций покрытий в промышленном строительстве. М.: Стройиздат, 1972. - 224 с.

29. Григорян Г.С. Сейсмостойкие сводчатые конструкции. В сб.: Вопросы сейсмостойкого строительства. Ереван: изд-во АН Арм. ССР, 1949. -с. 101-109. /Тр. ин-та стройматериалов и сооружений АН Армянской СССР/.

30. Динамика оболочек: Научно-техн. отчет ЩНИИСК им. Кучеренко; Руководители работы Н.И. Гольденблат, H.A. Николаенко. Наряд № 36. М.: 1961.-1-12 с.

31. Жив A.C. Сборные цилиндрические оболочки из ячеистого бетона. -Бетон и железобетон: Науч-техн. и произвол, журнал Госстроя СССР, 1965, № 3. - с.30-31.

32. Жив A.C. О некоторых особенностях расчета сборных цилиндрических оболочек с применением легких или ячеистых бетонов. В сб.: Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Алма-Ата: 1968. - с.60-66. /Тр. ин-та Казахский Промстройниипроект Госстроя СССР; вып. 2/10//.

33. Жив A.C., Першаков В.И. Исследование сборной предварительно напряженной призматической складки. - Бетон и железобетон. Науч.- техн. и производ. журнал Госстроя СССР, 1969, № 1. - с.35-38.

34. Жив A.C., Косторев Н.М. Призматические складки из легкого бетона в сейсмическом районе Казахстана. - Промышленное строительство: Науч.- техн. и производ. журнал Госстроя СССР и ЦП НТО Стройиндустрии, 1969, № 8. - с.22-23.

35. Жив A.C., Нурпеисов Д.Д. О работе цилиндрической оболочки с трещинами на вертикальные динамические нагрузки. - В сб.: Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Алма-Ата, Казпромстройнии-проект Госстроя СССР; вып. 7/17/.

36. Жив A.C. Применение пространственных покрытий в сейсмических районах Казахской ССР. Информ. ЦНТИС. Алма-Ата: Госстрой Каз. ССР, 1973, №3.-8 с.

37. Жив A.C., Сакалов Р.У., Байниетов Т.Ч. Динамические испытания панелей-оболочек КЖС. В сб.: Строительное проектирование промышленных предприятий. Реф. сб. ЦИНИС Госстроя СССР. Вып. 4, cep.III. М.: Главпром-стройпроект, 1976. -с.21-25.

38. Жив A.C. Сборные оболочки покрытий промышленных зданий. В сб.: Исследование конструкций из бетонов на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1981. - с.112-124. /Тр. НИИЖБ Госстроя СССР/.

39. Жив A.C. Расчет оболочек с использованием ЭВМ: Учеб. пособие для дипломного проектирования. Владимир: ВПИ, 1981, - 95 с.

40. Жихович Е.В. Исследование железобетонных цилиндрических оболочек при распределенных и сосредоточенных нагрузках. Автореф. дис... канд. техн. наук. Киев, 1968. - 24 с.

41. Жунусов Т.Ж., Жив A.C., Байниетов Т.Ч. и др. Исследование и проектирование железобетонных пространственных конструкций покрытий для сейсмических районов Казахстана. - В сб.: Международная конференция ИАСС. Докл. М.: Стройиздат, 1997. - с.277-284.

42. Завриев К.С. Массивные своды из легкого бетона. Свердловск: Стройиздат, 1948. - 176 с.

43. Завриев К.С. Динамика сооружений. М.: Гострансжелдориздат, 1946.-228 с.

44. Завриев К.С., Назаров А.Г. и др. Основы теории сейсмостойкости зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1970. Т.П. 224 с.

45. Исаханов Г.В. Основы научных исследований в строительстве. Киев: "Вища школа", 1985. - 208 с.

46. Исхаков Я.Ш., Кудусов А. Динамические параметры и сейсмостойкость монолитных шедовых оболочек. - В сб.: Сейсмостойкое строительство /Отечественный и зарубежный опыт/. Реф. информ. ЦНИИСК Госстроя СССР; Вып.4. М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1976. - с.5-7.

47. Исхаков Я.Ш., Шабаров К.А. Исследование и применение сейсмостойких монолитных железобетонных оболочек покрытий зданий в Таджикской ССР. - В сб.: Международная конференция ИАСС. Докл. М.: Стройиздат, 1977.-с.126-135.

48. Итцхаки Д. Расчет призматических и цилиндрических оболочек покрытий. М.: Госстройиздат, 1963. - 354 с.

49. Карапетян Б .К., Карапетян H.K. Сейсмические воздействия на здания и сооружение М.: Наука, 1978. - 159 с.

50. Карцивадзе Т.Н., Мелашвили Ю.К. и др. Некоторые вопросы динамики и сейсмостойкости большепролетных пространственных покрытий. -В сб.: Международная конференция ИАСС. Докл. М.: Строй- издат, 1977. -с.42-49.

51. Кац Л.Я., Гаун Э.Я., Рухлин Ф.Т., Мацелинский Р.Н., Спан- нут Л.С. Покрытия промышленных зданий из панелей-оболочек КЖС 3 х 24 м. - Промышленное строительство: Науч.- техн. и производ. журнал Госстроя СССР и ЦПНТО стройиндустрии, 1976, № 3. - с.30-32.

52. Коренев Б.Г. Дискуссия. - В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат, 1969. - с.523-525.

53. Красиков В.И. Испытания строительных конструкций. М.: Госстройиздат, 1952. - 368 с.

54. Кротовский С.С. Полевые испытания сборных крупноразмерных железобетонных конструкций. М.: Госстройиздат, 1959. - 21 с.

55. Кузьмин Н.Л., Лукаш П.А., Милейковский И.Е. Расчет конструкций из тонкостенных стержней и оболочек. М,: Госстройиздат, 1960. - 282 с.

56. Липницкий М.Е., Виноградов Г.Г. Железобетонные пространственные покрытия зданий. М.-Л.: Стройиздат, 1965. - 474 с.

57. Лосаберидзе A.A., Мухадзе Л.Г. Задачи динамики оболочек при сейсмических воздействиях. В сб.: Международная конференции ИАСС. Докл. М.: Стройиздат, 1977. - с.77-83.

58. Лужин О.В. Динамика упругих оболочек. - В кн.: Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972. - с.250-284.

59. Максимов Л.С., Шейнин И.С. Экспериментальные методы изучения колебаний сооружений. - В кн.: Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972, - с,459-486.

60. Мацелинский Р.Н. Расчет сводчатых предварительно напряженных панелей- оболочек КЖС. - В сб.: Тонкостенные железобетонные пространственные конструкции. М.: Стройиздат, 1970. - с.136-159.

61. Милейковский И.Е., Цапко Н.П. Приближенный расчет цилиндрических железобетонных оболочек открытого сечения с учетом трещин. - В сб.: Экспериментальные и теоретические исследования по железобетонным оболочкам. М.: Госстройиздат, 1959. - с. 106-141.

62. Мацелинский Р.Н., Березов В.Н., Кац Л.Я. Сборные покрытия из большепролетных панелей- оболочек КЖС. - Бетон и железобетон: Науч,-техн. и произвол, журнал Госстроя СССР, 1973, № 7, - с.25-29.

63. Милейковский И.Е. Расчет оболочек и складок методом перемещений. М.: Госстройиздат, 1960. - 174 с.

64. Милейковский И.Е. Расчет железобетонных цилиндрических сводов- оболочек. М.: Госстройиздат, 1963. - 174 с.

65. Митчел Г. Испытания покрытий- оболочек на исследовательской станции по строительству. - В кн.: Второй международный конгресс по тонкостенным оболочкам покрытиям. М.: Госстройиздат, 1960. - с.305-313.

66. Михайлов В.А. Разработка сборных железобетонным пространственных покрытий в Украинской ССР. - В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат, 1969. - с.287-295.

67. Мэнли Р. Анализ и обработка записей колебаний /Пер. с англ: 2-е изд. с доп. канд. техн. наук С.С. Зиманенко и Л.Ю. Купермаиа. М.: Машиностроение, 1972. - 155 с.

68. Новиков B.C., Чиненков Ю.В. Анализ работы и схем разрушения сборных предварительно напряженных оболочек. - Строительная механика и расчет сооружений: Науч.- техн. журнал Госстроя СССР, 1965, № 2. - с.4-12.

69. Нурпеисов А.Д., Жив A.C. Исследование цилиндрической оболочки покрытия для сейсмостойких зданий и сооружений. - Бетон и железобетон: Науч.- техн. и производ. журнал Госстроя СССР, 1974, № 3.- с.37-38.

70. Одинцов М.Н. Расчет цилиндрической оболочки с учетом упругой податливости опорных диафрагм. - Строительная механика и расчет сооружении: Науч.- техн. журнал Госстроя СССР, 1962, № 5. - с.1-7.

71. Отсмаа В.А. К расчету на поперечную силу длинных цилиндрических железобетонных оболочек. - Тр. Таллинского политехнического ин-та; Сер.А, № 229. Таллин: Таллинский ПТИ. 1965. - с. 163- 172.

72. Ониашвили О.Д. Применение теории проф. ВласоваВ.З. к изучению колебаний пологих оболочек. - В сб.: Исследования по вопросам теории и проектирования тонкостенных конструкций. М.: Госстройиздат, 1950. -с.58-77.

73. Ониашвили О.Д. Некоторые динамические задачи теории оболочек. М.: изд-во АН СССР, 1957. - 194 с.

74. Ониашвили О.Д. Дискуссия. - в сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат, 1969. -с.743-744.

75. Павлов А.Н. и др. Опыт применения цилиндрических оболочек. -Бетон и железобетон: Науч.- техн. и производ, журнал Госстроя СССР. 1963, № 11. - с.489-495.

76. Пастернак П.Л. Практический расчет складок и цилиндрических оболочек с учетом изгибающих моментов. - Проект и стандарт: Журнал Глав-стройпрома НКТП СССР. 1933, № 2. - с.31-36.

77. Пастернак П.Л., Антонов К.К., Дмитриев С.А. и др. Железобетонные конструкции. Специальный курс. М.: Госстройиздат, 1961. - 855 с.

78. Питлюк Д.А., Расчет строительных конструкций на основе моделирования. М.-Л.: Стройиздат, 1965. - 152 с.

79. Попов H.H., Расторгуев B.C. Расчет сооружений на действие кратковременных нагрузок большой интенсивности. - В кн.: Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972. - с.349-378.

80. Попов H.H., Расторгуев B.C. Динамический расчет железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. - 207 с.

81. Рабинович И.М., Синицын А.П., Лужин О.В., Теренин Б.М. Расчет сооружений на импульсивные воздействия. М.: Стройиздат, 1970. - 304 с.

82. Рабинович Р.И. Динамический расчет пологих оболочек по нелинейной теории. - В сб.: Строительное проектирование промышленных предприятий. М.: Главпромстройпроект, 1965, № 5. - с.45-50.

83. Рил А., Баранек В., Боума. Испытание моделей покрытий оболочек, изготовленных из армированного раствора. - В кн.: Второй международный конгресс по тонкостенным оболочкам- покрытиям. М.: Госстройиздат, 1960. - с.278-295.

84. Рубинчик М.И., Рогозинский A.M. Опыт проектирования пространственных конструкций. - В сб.: Строительное проектирование промышленных предприятий. М.: Главпромстройпроект, 1965. № 5. - с.1-15.

85. Руководство по проектированию сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Госстройиздат, T.I. Сейсмические воздействия на здания и сооружения, 1965. - 191 с.

86. Руководство по проектированию сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Госстройиздат, Т.П. Основы теории сейсмостойкости зданий и сооружений. 1970. - 224 с.

87. Руководство по проектированию сейсмостойких зданий и сооружений. М,: Госстройиздат. Т.III. Проектирование сейсмостойких зданий и сооружений. 1971. - 256 с.

88. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. ЦНИИСК Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1978. - 224 с.

89. Руководство по проектированию железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий. НИИЖБ Госстроя СССР.

М.: Стройиздат, 1979. - 421 с.

90. Сайр Джабур К. Железобетонные цилиндрические оболочки покрытий зданий с подпертыми бортовыми элементами. Дисс. на соиск. канд. техн. наук, 1992.

91. Смирнова Е.М., Чиненков Ю.В. Исследование многоволновых цилиндрических оболочек на моделях. - В сб.: Тонкостенные железобетонные пространственные конструкции. М.: Стройиздат, 1970. - с . 160-172 .

92. Современные пространственные конструкции /железобетон, металл, дерево, пластмассы/. Справочник. /Под редакцией Ю.А. Дыховичного, Э.З.Жуковского. М.: Высшая школа, 1991. - 544 с.

93. Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. М.: Стройиздат, 1973. Т.П.-с.360-361.

94. Стельмах С .И, Хайдуков Г.К. Рекомендации по исследованию железобетонных пространственных конструкций на моделях. - В сб.: Пространственные конструкции зданий и сооружений; Выл.1. М.: Стройиздат, 1972. -с.164-181.

95. СНиП П-7-81. Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах. М. Стройиздат, 1981. - 49 с.

96. СНиП 2.03.01-84. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонный конструкции. М.: Госстрой СССР, 1989. - 77 с.

97. СНиП П-6-74. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат, 1976. - 29 с.

98. Теренин Б.М. Собственные колебания цилиндрических оболочек, применяемых в качестве перекрытий "Исследования по теории сооружений"; Вып.15. М„: Госстройиздат, 1967. - с.20-32.

99. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. -444 С.

100. Флюгге В. Статика и динамика оболочек /Пер, с нем. М.: Госстройиздат, 1961. - 306 с.

101. Хайдуков Г.К., Ахвледиани Н.В. Расчет, проектирование и возведение сейсмостойких пространственных конструкций. Генеральный доклад на Всесоюзном совещании - IV научной сессии Советского национального комитета по конструкциям типа оболочек. Алма-Ата: ЦНТИС Госстроя Казахской ССР, 1974 - 21 с.

102. Цубои И. Большепролетные оболочки- покрытия в Японии. - В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат. 1969. - с.47-97.

103. Чиненков Ю.В., Жив A.C. Сборные цилиндрические оболочки с применением легкого и ячеистого бетона. М.: Госстройиздат, 1963,- 80с.

104. Чиненков Ю.В. Методика исследования оболочек и складок покрытий на железобетонных моделях. - В сб.: Исследования железобетонных конструкций на моделях. НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1974. - с.27-45.

105. Чиненков Ю.В. Расчет железобетонных цилиндрических оболочек по трещиностойкости, жесткости и прочности. - Строительная механика и расчет сооружений: Науч.- техн. журнал Госстроя СССР, 1969, № 4. - с. 14-19.

106. Чиненков Ю.В. Экспериментальные исследования сборных оболочек на натурных конструкциях. - В сб.: Большепролетные оболочки. М.: Стройиздат, 1969. - с.711-724.

107. Чиненков Ю.В. О методике испытаний пространственных конструкций покрытий. /Бетон и железобетон: Науч.- техн. и произвол, журнал Госстроя СССР, 1970, № 6. - с.32-35.

108. Щепотьев A.C. Экспериментальное исследование железобетонной цилиндрической оболочки. - Проект и стандарт: Журнал Главстройпрома НКТПСССР, 1936, .№ 11. -с.15-23.

109. Эскиллан П. Новые оболочки, построенные в Испании, Франции и Италии. - В сб.: Второй международный конгресс по тонкостенным оболочкам-покрытиям. М.: Госстройиздат, 1960. - с.26-35.

110. Якубович М.А. Легкий железобетон в технических зданиях на железнодорожном транспорте. Тбилиси: Желдориздат, 1947. - 192 с.

111. Dabrowski R. Zur Berechnung der Kreiszylinderischen Schalendacher nach, der Näherung von Schorer. Beton und Stalbetonbau, 1963, h.l, ss. 17-19.

112. Finsterwalder U. Dywidag- Spannbeton. Bauingenier. 1952, h.5, s.141.

113. Grauber. Das formtreue, prismatische Faltwerk Bautechnick. Fachschrift fur das Gesamte Bauingenieurwesen, 1955, hl, ss.8- 14; 1955, h.2, ss. 59- 65; 1955, h.3, ss. 93-97.

114. Hennanderz P., Ramirez E. Small Computer Analysis of Shells oi Revolution Subjected to Seismic Effects. International Conference. TASS. Section 1. Mir Publishers. 1997, pp. 107-118.

115. Kostem, Cetal N., Garrabrant, Marianne E. The Effects of Vertical Support Settlements on Cylindrical Shells. International conference. TASS. Section 2. Mir Publishers. 1977, pp. 187-192.

116. Samarti A., Martinez G. Dynamic Analysis of Translational Shells. International conference. TASS. Section 1. Mir publishers, 1977, pp. 368-388.

117. Tanaka Y., Mashita K. Study on Cantilever- type Shells Subjected to Static and Dynamic Loads. International Conference. TASS. Section 2. Mir Publishers. 1977, pp. 361-370.

118. Tanaka Y., Shimizu K., Watanable S. Dynamical Study on Shells of Revolution by the Finite Element Method. International Conference. TASS. Section 1. Mir Publishers. 1977, pp. 393-407.

119. Tetrlaff W. Die praktishen Berechnungsverfahren fur tonnen- und trogartige Schalen. Yeb Verlag Technic. Berlin, 1959, 144s.