Двухъярусная тросовая купольная система на эллиптическом плане тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Чесноков, Андрей Владимирович

• Чесноков, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чесноков, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОПИСАНИЕ

ИССЛЕДУЕМОЙ СИСТЕМЫ.

1.1 Развитие вантовых систем.

1.2 Разновидности тросовых куполов.

1.3 Описание исследуемой системы и определение терминов.

1.4 Развитие методов расчёта вантовых систем.

1.5 Выводы по первой главе.

2 СОЗДАНИЕ ТРОСОВОЙ КУПОЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

НА ЭЛЛИПТИЧЕСКОМ ПЛАНЕ.

2.1 Общие положения.

2.2 Формообразование тросовых купольных систем на эллиптическом плане.

2.2.1 Разбивка тросовой купольной системы в плане.

2.2.2 Определение координат тросовой купольной системы на эллиптическом плане.

2.3 Методы возведения тросовых куполов.

2.4 Создание начальных напряжений в элементах тросового купола методом монтажных пригрузов.

2.5 Конструкции покрытия.

2.6 Выводы по второй главе.

3 ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ ТРОСОВЫХ КУПОЛЬНЫХ СИСТЕМ.

3.1 Общие положения и расчётные предпосылки.

3.2 Использование метода конечных элементов в качестве основы для расчёта тросовых куполов.

3.3 Учёт «истории нагружения» и последовательности возведения системы.

3.4 Определение исходной геометрической формы тросовой купольной системы.

3.5 Расчёт тросового купола.

3.5.1 Факторы, воздействующие на плоскую модель тросового купола.

3.5.2 Определение значений факторов, воздействующих на плоскую модель системы.

3.5.3 Переход от плоской модели тросового купола к пространственной системе.

3.6 Выводы по третьей главе.

4 РАЗРАБОТКА РАСЧЁТНОЙ ПРОГРАММЫ.

4.1 Общие положения.

4.2 Структура расчётной программы.

4.3 Описание программных блоков.

4.3.1 Блок предварительной обработки данных конечно-элементного расчёта.

4.3.2 Расчётный блок.

4.3.3 Блок моделирования монтажных стадий.

4.3.4 Блок, осуществляющий проведение численного моделирования тросовой системы.

4.4 Выводы по четвёртой главе.

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЛАБОРАТОРНОЙ МОДЕЛИ.

5.1 Постановка задач исследований.

5.2 Описание лабораторной модели.

5.2.1 Геометрические параметры исследуемой модели.

5.2.2 Конструктивные особенности исследуемой модели.

5.2.3 Опорные конструкции лабораторной модели.

5.2.4 Характеристика материалов, применённых для изготовления лабораторной модели.

5.3 Приборы и оборудование для испытания модели.

5.4 Расчёт и испытание экспериментальной модели.

5.5 Интерпретация результатов эксперимента. Сравнение теоретических и экспериментальных данных.

5.6 Выводы по пятой главе.

6 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАНОГО

СОСТОЯНИЯ ТРОСОВОГО КУПОЛА В ПРОЦЕССЕ

ВОЗВЕДЕНИЯ И НА СТАДИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

6.1 Исследуемая система.

6.2 Анализ деформированного состояния исследуемой системы.

6.3 Исследование влияния соотношения внешних нагрузок на деформированное состояние исследуемой системы.

6.4 Выводы по шестой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Двухъярусная тросовая купольная система на эллиптическом плане»

Однотипные конструктивные решения, широко применяемые в нашей стране в недавнем прошлом, привели к внедрению упрощенных архитектурных форм и отодвинули значение творческой инициативы архитектора и инженера на второй план.

В настоящее время появилась возможность отказаться от сложившихся стереотипов в строительстве, осуществить более глубокую проработку разделов, связанных с улучшением архитектурной выразительности зданий и повышением экономической эффективности их сооружения. Тем более, что за рубежом подобные вопросы прорабатываются уже в течении очень долгого времени.

Наиболее эффективными для перекрытия большепролётных зданий и сооружений являются висячие и вантовые покрытия. Эти конструкции покрытия имеют целый ряд преимуществ - легкость, разнообразие архитектурных форм, хорошую сейсмостойкость. Подобные здания производят неизгладимое, а порой ошеломляющее впечатление на человека. Стройные, плавно искривленные, парящие над землёй они как бы являются архитектурным продолжением природы. Велики и композиционные возможности таких конструкций. Они позволяют перекрывать здания универсального назначения, создавать прекрасные образцы архитектурного творчества.

Висячие и вантовые конструкции нашли применение в практике строительства нашей страны, в то же время, в силу специфики использования каната как конструктивного элемента, повышенных требований к квалификации изготовителей, необходимости применения специальных инструментов и оснастки можно назвать лишь единичные примеры подобных сооружений.

Чаще всего в практике строительства применялись однопоясные системы, представляющие собой параллельно или радиально расположенные нити, по которым уложены ограждающие конструкции. Несмотря на простоту такой конструктивной схемы, повышенная деформативность, особенно под воздействием несимметричной нагрузки требовала специальных мер по стабилизации покрытия.

В двухпоясных системах совместная работа нитей обеспечивается предварительным напряжением, что позволяет уменьшить упругие деформации и кинематические перемещения по сравнению с однопоясными системами и создает условия для применения легких кровель.

Дальнейшим шагом на пути развития двухпоясных систем можно считать появление тросовых куполов. Стрела их провеса значительно меньше, по сравнению с традиционными одно- или двухпоясными системами (например: «фермами-рыбками») и достигает максимума вблизи у опоры. Это особенно ценно для перекрытия зданий спортивного назначения, в которых основные мероприятия проводятся в центре. Работая как единая пространственная система, тросовый купол опирается на плоский опорный контур, что выгодно отличает его от тросовых сеток.

Объектами исследований настоящей работы являются: геометрические параметры, способы возведения и методика расчёта двухъярусной тросовой купольной системы на эллиптическом плане.

Тросовые купольные системы, стали предметом исследований, по большей части, зарубежных учёных и инженеров. Наиболее весомый вклад в их развитие внесли Р.Б. Фуллер [74, 75, 76], Д. Гайгер [77, 78, 80, 113, 114], И.Б. Иванов [8, 79], Н. Бергер [81], Д. Кемпбелл [110], М. П. Леви [82, 111,117], Г. Кастро [84, 111], М. Кавагучи [83], В.Р. Терри [126]. Среди отечественных разработок можно выделить работы Н.С. Москалёва [6, 7], В.Т. Кондратьева [7], В.В. Новицкого [6].

Первый тросовый купол был разработан в 1961 году Р.Б. Фуллером [76]. Он состоял из ряда коробчатых рам полигонального или цилиндрического очертания, соединённых друг с другом растянутыми канатными элементами, создающими в плане перекрёстную сетку. Однако, большое количество типоразмеров узлов и элементов системы представляло существенные трудности для практической реализации системы Фуллера.

Д. Гайгер предложил систему тросового купола для круглых в плане зданий больших пролётов, состоящую из отдельных рёбер, или радиальных элементов. Ребра представляли собой систему тросов по верхнему и нижнему поясам, а также сжатых стоек или распорок, соединяющих их друг с другом. Опираясь на мощный сжатый опорный контур, радиальные элементы объединялись в центре здания при помощи растянутого металлического кольца. Из плоскости рёбра соединялись между собой растянутыми тросовыми кольцами, расположенными в уровне низа стоек. Первым практическим применением тросовых куполов, выполненных по системе Гайгера, стало строительство спортивных объектов Олимпийских игр в Сеуле в 1988 году [119, 121, 122, 127].

Американский изобретатель и инженер М. Леви, основываясь на концепции Р.Б. Фуллера [76] о необходимости триангуляции верхнего пояса тросовой системы, в 1990 году предложил купольную конструкцию для перекрытия овальных и эллиптических в плане зданий [82]. Система Леви была удачно применена при создании купола Георгиадоум на овальном плане для покрытия стадиона в Атланте, имеющего размеры 233,5 х 186 метров [111, 119, 122].

В 1994 году колумбийский инженер Г. Кастро разработал купольную систему на овальном плане [84], состоящую из тросовых ферм, подобных радиальным элементам системы Гайгера. Существенным отличием системы Кастро от системы Гайгера, стало расположение тросовых ферм параллельно диагоналям описывающего овал прямоугольника.

Последовательность монтажа тросового купола описана во многих работах [66, 80, 113, 114, 124]. Наибольшее распространение в настоящее время получил способ натяжения диагоналей при помощи специальных домкратов. Этим методом были возведены ряд ныне существующих объектов, среди которых можно назвать комплекс олимпийских сооружений в Сеуле, купол в г.

Санкт-Петербург штата Флорида США, а также огромный купол Георгиадоум в Атланте на эллиптическом плане.

Теория расчёта висячих и вантовых систем отражена в различных публикациях многих авторов, среди которых можно выделить труды Р. Н. Мацелин-ского [64, 65], A.B. Александрова [2, 3], В. К. Качурина [48, 49, 50], В. Н. Писа-нова [86], А.И. Ананьина [4], В.В. Михайлова [66, 67, 68, 69], A.A. Воеводина [18], A.B. Шимановского [105], В.В. Новожилова, В.З. Власова, П.А. Лукаша [62], A.B. Даркова [33], H.H. Шапошникова [3, 33], А.Н. Крылова [58], В.Б. Зы-лёва [3, 40, 41, 42, 43, 44], А. В. Штейна [42, 43, 44, 106], P.M. Гарифулина [21, 23, 24, 25, 26], Н.С. Москалёва [71], A.A. Чираса [103], а также Д. Гайгера [113, 114], Д. Кемпбелла [110], М.П. Леви [111], Г. Кастро [111].

Вследствие значительной деформативности под действием внешней нагрузки, расчёт тросовых купольных систем производится по деформированной схеме, т.е. с учётом геометрической нелинейности. Наиболее эффективными, а порой и единственно возможными при решении нелинейных задач являются численные методы. Среди них можно выделить метод Ньютона-Рафсона, модифицированный метод Ньютона-Рафсона, метод последовательных нагруже-ний, а также их комбинацию. В настоящее время получили распространение и развитие динамические методы расчёта нелинейных систем, среди которых можно выделить метод Адамса.

Существенный вклад в развитие метода конечных элементов внесли как отечественные учёные [2, 20, 39, 66], так и зарубежные специалисты, позволившие разработать ряд универсальных программ для расчёта на ЭВМ. К ним относятся ЛИРА, MAV, ГАММА, MICROFE отечественных авторов, а также NASTRAN, OKABUS, ANSYS, FLOWERS - зарубежных.

Актуальность проблемы

Тросовые купольные системы находят все более широкое применение в практике зарубежного строительства. Они используются для перекрытия большепролётных спортивных и торговых зданий и сооружений, большинство из которых в плане описываются эллипсом, или овалом. Вместе с тем, купола системы Д. Гайгера, состоящие из отдельных рёбер, имеют круглый опорный контур. С другой стороны, верхним поясом куполов системы М. Леви на эллиптическом плане, является крупноячеистая тросовая сетка, представляющая существенные сложности при монтаже. Промежуточное положение занимают купола системы Г. Кастро. Разработка тросового купола, предназначенного для перекрытия зданий на овальном или эллиптическом планах, в основе конструктивного решения которого лежат системы Д. Гайгера и Г. Кастро, представляет собой важную задачу, т.к. ведёт к совершенствованию конструктивных решений подобных систем в сторону их упрощения.

Тросовые купольные системы не осуществимы без создания предварительного напряжения. Определение требуемых величин начальных напряжений, а также последовательности их приложения является важной задачей, от правильности решения которой зависит экономичность возведения объекта. С одной стороны, преднапряжённая система должна сохранять геометрическую жёсткость под воздействием внешней нагрузки. Во всех её тросовых элементах, не способных воспринимать сжатие, должны сохраняться минимальные растягивающие усилия, а перемещения узлов не должны превышать значений, определённых требованиями второго предельного состояния. С другой стороны, предложенный способ возведения системы и средства, реализующие этот способ, не должны привести к разрушению монтируемой системы в результате общей или местной потери устойчивости, либо разрыва её элементов.

Тросовые купола, имея огромные пролёты, требуют разработки нетрадиционных методов монтажа. И действительно, являясь пространственной Байтовой системой, тросовый купол не может быть изготовлен из отдельных отправочных марок, соединяемых на строительной площадке. Для возведения подобных конструкций за рубежом разработан ряд методов, осуществлённых на практике. Наибольшее распространение в настоящее время получил способ натяжения диагоналей при помощи специальных домкратов. Вместе с тем, использование домкратов для напряжения элементов тросовой системы представляет собой определённые трудности. К ним, во-первых, относится повышенная трудоёмкость устройства узлов их крепления. Во-вторых, не смотря на то, что монтажные работы выполняются в сложных условиях на высоте, натяжение всех домкратов должно производиться синхронно и в точном соответствие с проектом. По мнению многих исследователей [84, 111, 122], эти условия напрямую влияют на успешное завершение монтажных работ по возведению тросового купола. Совершенствование методов монтажа, адаптация их к практике отечественного строительства, представляет собой важную задачу, т.к. ведёт к повышению качества работ и увеличению срока службы объекта.

Эксплуатационная геометрическая форма тросовой купольной системы зависит от многих факторов, главными среди которых являются: архитектурная выразительность сооружения и требования по унификации элементов покрытия. В соответствие с требованиями второго предельного состояния, геометрическая форма системы в стадии эксплуатации меняется не существенно. Напротив, в стадии возведения системы, координаты её узлов претерпевают значительные изменения. Из сказанного следует, что предлагаемый способ возведения тросовой купольной системы должен обеспечивать её узлам определённое местоположение в пространстве, не смотря на происходящие значительные деформации системы на стадии монтажа.

На напряжённо-деформированное состояние тросовой купольной системы, находящейся под действием внешней нагрузки, вследствие повышенной деформативности системы, оказывает существенное влияние результат воздействия предыдущей ступени нагружения. Особенно сильно это воздействие проявляется в процессе монтажа тросового купола, когда в системе появляются новые узлы и элементы, изменяя её топологию. Учёт последовательности нагружения системы, является, обязательным при расчёте тросового купола.

Главной особенностью большинства вантовых конструкций является их существенно нелинейное поведение, связанное в основном с большими перемещениями. Таким образом, их расчёт необходимо выполнять с учётом геометрической нелинейности.

Моделирование работы тросовой купольной системы целесообразно выполнять на ЭВМ при помощи специально разработанных программ. К настоящему времени разработано множество программ, способных выполнять нелинейный расчёт строительных конструкций, ориентированных на широкий круг задач, что, наряду с очевидными преимуществами, ведёт к определённым сложностям. Во-первых, исследуемая купольная система имеет большое количество узлов и элементов. Вместе с тем, её геометрия и топология могут быть полностью заданы ограниченным набором параметров, таких как: количество рёбер и колец, длины стоек и т.д. Во-вторых, специфика напряжённо-деформированного состояния тросовой купольной системы в стадии монтажа не учитывается этими программами при работе в автоматическом режиме, что требует разработки специализированных расчётных модулей.

Из всего этого можно сделать вывод о сложности и несомненной актуальности проблем, рассматриваемых в данной диссертации.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка методики проектирования и расчёта двухъярусной тросовой купольной системы на эллиптическом плане. Поставленная цель достигается на основе:

1 Разработки методики расчёта тросового купола.

2 Разработки алгоритмов определения геометрии и топологии системы.

3 Разработки методики нахождения необходимых преднапряжений в элементах системы.

4 Разработки методики учёта истории возведения системы.

5 Практической реализации расчёта на ЭВМ.

6 Разработки методики проведения испытаний тросовой модели и проверки расчётных предпосылок экспериментальным путём.

Методы исследования: для разработки методики расчёта тросовой купольной системы будем применять итерационный метод Ньютона-Рафсона, основанный на многократном перерасчёте системы с целью нахождения её равновесного состояния;

- для проведения каждой итерации по методу Ньютона-Рафсона будем применять метод конечных элементов в геометрически нелинейной постановке, заключающийся в построении касательной матрицы жёсткости системы и решении системы линейных уравнений методом Гаусса; для определения неизвестных значений факторов, воздействующих на исследуемую систему, будем применять метод прямого поиска по симплексу, заключающийся в целенаправленном перерасчёте системы с целью нахождения оптимального решения.

Предмет исследований: геометрические параметры, определяющие координаты узлов тросовой купольной системы на эллиптическом плане, состоящей из отдельных рёбер, соединённых между собой тросовыми кольцами (подобно системе Д. Гайгера) и имеющей выпуклый вверх верхний пояс; методика геометрически нелинейного статического расчёта тросовой купольной системы на стадии её возведения и в процессе эксплуатации (под воздействием внешних нагрузок);

- способ создания начальных напряжений в элементах тросового купола методом монтажных пригрузов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработана методика моделирования последовательности возведения тросовой купольной системы, включающая в себя алгоритм модификации координат узлов и алгоритм учёта усилий в элементах, в соответствие с результатами, полученными на предшествующих этапах возведения системы.

2 Разработан алгоритм поиска координат узлов монтируемой системы, таких, чтобы после завершения процесса её возведения, узлы бы заняли определённые, наперёд заданные координаты.

3 Разработан способ создания начальных напряжений в элементах тросового купола при помощи монтажных пригрузов, включающий в себя последовательность основных технологических операций и методику определения необходимого предварительного напряжения системы.

Практическое значение работы

Во многих странах наблюдается тенденция к строительству крытых общественных сооружений, в первую очередь: спортивных и торговых, которые не редко становятся доминирующими элементами архитектурных ансамблей больших городов. Для перекрытия подобных зданий и сооружений, имеющих огромные пролёты при отсутствии внутренних опор, наиболее эффективными, по нашему мнению, являются тросовые купольные системы.

Разработанный способ создания начальных напряжений в элементах тросовых купольных систем и методика его моделирования, а также созданная компьютерная программа по расчёту тросовых систем с учётом геометрической нелинейности, позволяют детально изучить напряжённо-деформированное состояние тросового купола под действием предварительного напряжения и внешней нагрузки, что способствует его дальнейшему совершенствованию, выражающемуся в экономичности строительства и повышении архитектурной выразительности сооружения. Достоверность полученных результатов проверена экспериментальным путём, а также при помощи тестовых задач, решённых с использованием программного комплекса МАУ, ориентированного на геометрически нелинейный расчёт строительных конструкций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на трёх студенческо-аспирантских и двух международных конференциях. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Краткое содержание работы

Работа состоит из шести глав и четырёх приложений.

В первой главе содержится исторический обзор тросовых систем и методов их расчёта. Основное внимание уделено развитию тросовых куполов. В данной главе содержится описание исследуемой системы и определение терминов, используемых в дальнейших разделах диссертации.

Во второй главе содержится методика определения геометрии (координат узлов) тросовой купольной системы, на основе исходных данных для проектирования и конструктивных ограничений. В данной главе производится описание способов создания начальных напряжений в элементах тросовых куполов, применённых при возведении ныне существующих спортивных сооружений, а также предлагаемый способ предварительного напряжения тросового купола методом монтажных пригрузов.

Третья глава посвящена расчёту тросового купола. В начале производится описание общепринятого метода статического расчёта с учётом геометрической нелинейности. Затем производится описание: алгоритма, учитывающего последовательность возведения системы; алгоритма поиска координат узлов монтируемой системы, таких, чтобы после завершения процесса её возведения, узлы бы заняли определённые, наперёд заданные положения; алгоритма поиска неизвестных значений факторов (преднапряжений и жесткостей), под воздействием которых система удовлетворит ряду условий. В завершении производится описание методики перехода от рассчитанной плоской модели тросового купола к пространственной системе.

Четвёртая глава посвящена разработке специализированной расчётной компьютерной программы, моделирующей работу тросового купола с учётом геометрической нелинейности, использующей алгоритмы, разработанные в третьей главе.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию плоской лабораторной модели двухъярусной тросовой купольной системы. Эта глава содержит описание как самой модели, так и специально изготовленной контрольно-измерительной аппаратуры. По результатам проведённых исследований делается вывод о соответствии экспериментальных и расчётных данных друг другу.

Шестая глава посвящена расчёту тросового купола и исследованию его деформированного состояния под действием внешних симметричных и несимметричных нагрузок.

В заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертации.

В приложении А приведено сравнение вычисленных при помощи разработанной компьютерной программы ТЕМЮМ и экспериментально измеренных усилий в элементах лабораторной модели и перемещений её узлов. В приложении Б приведены условные обозначения. В приложении В приведены акты внедрения результатов работы. В приложении Г содержатся расчётные данные, относящиеся к исследованию напряжённо-деформированного состояния тросовой купольной системы.

На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:

1 Методика расчёта двухъярусного тросового купола в геометрически нелинейной постановке, с учётом последовательности его возведения, включающая алгоритм определения необходимых предварительных напряжений в элементах системы.

2 Результаты численного и экспериментального исследования напряжённо-деформированного состояния плоской модели двухъярусной тросовой купольной системы в процессе её возведения, а также на стадии эксплуатации.

3 Результаты численного исследования деформированного состояния пространственной тросовой купольной системы.

4 Способ создания начальных напряжений в элементах двухъярусного тросового купола методом монтажных пригрузов.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Чесноков, Андрей Владимирович

6.4 Выводы по шестой главе

По шестой главе можно сделать следующие выводы:

1 Выполнена практическая проверка методики расчёта тросовой купольной системы, предложенной в главе 3. В результате выяснено следующее:

- под влиянием внешних нагрузок, перемещения в исследуемой системе находятся в пределах, определяемых нормами;

- под влиянием монтажных пригрузов тросовые кольца испытывают только упругие деформации. Кинематические перемещения в кольцах отсутствуют;

- методика определения исходной геометрической формы системы позволила сократить расхождение между требуемой и фактически полученной начальной эксплуатационной геометрией системы на 84.3%, по отношению к суммарным узловым перемещениям в процессе возведения системы.

2 В результате проведённых расчётов, выяснено, что относительный расход стали на исследуемую систему составляет - 18,6 кг/м2, что позволяет рекомендовать её для перекрытия большепролётных зданий и сооружений.

3 В результате исследования влияния внешних воздействий на тросовую купольную систему выяснено следующее:

- зависимость вертикальных перемещений узлов от соотношения Рвры / Рпост близка к прямой линии;

- деформации тросовых колец, в процессе создания в системе предварительных напряжений, равномерны, как в вертикальном, так и в радиальном направлениях, при выполнении требований раздела 3.5.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка и исследование двухъярусных тросовых купольных систем позволяет сделать следующие выводы:

1 Анализ конструктивных решений висячих и вантовых систем, разработанных к настоящему времени, показал, что развитие вантовых конструкций определяется двумя основными требованиями:

- снижение деформативности системы от действия внешней нагрузки;

- уменьшение трудоёмкости возведения системы и повышение технологичности её монтажа.

Наибольшее соответствие перечисленным требованиям имеют тросовые купола.

2 Исследования показали, что анализ процесса возведения тросовой купольной системы необходимо осуществлять с учётом её геометрически нелинейного поведения, а также с учётом последовательности возведения и нагру-жения.

3 На основе итерационного метода Ньютона-Рафсона разработан алгоритм нелинейного статического расчёта тросовых систем, учитывающий геометрическую и конструктивную нелинейность, историю нагружения системы, а также особенности определения исходной геометрической формы тросового купола.

4 Разработана методика расчёта тросового купола, состоящая из следующих основных этапов:

- определение неизвестных значений факторов, воздействующих на плоскую модель исследуемой системы при помощи метода прямого поиска по симплексу;

- переход от плоской модели к пространственной системе и моделирование её геометрически нелинейного поведения.

Анализ деформированного состояния пространственной купольной системы доказал работоспособность данного метода расчёта.

5 На основе анализа и сравнения экспериментальных и расчётных данных можно сделать вывод о правильности принятого метода расчёта и о правильности разработанных алгоритмов.

6 Разработана компьютерная программа, позволяющая моделировать процесс возведения тросового купола, осуществляющая расчёт системы в автоматическом режиме, что многократно облегчит работу по проектированию и дальнейшему совершенствованию подобных систем.

7 На основе проведённого анализа геометрических параметров тросового купола, получен интервал для малой полуоси эллиптического опорного контура системы Ъ е [45 * 90]л< и интервал для коэффициента кА, определяющего отношение осей опорного контура. В зависимости от значений коэффициента кл и величины Ь проведено разграничение применимости вытянутого или овального типа двухъярусной тросовой купольной системы.

8 Анализ литературных источников показал, что наиболее важной и ответственной частью работ по возведению тросового купола является создание предварительных напряжений в его элементах. С целью упрощения работ по возведению тросового купола был предложен и разработан метод монтажных пригрузов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чесноков, Андрей Владимирович, 2004 год

1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. -280 с.

2. Александров A.B. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы / A.B. Александров, Б.Я. Лащеников, H.H. Шапошников; Под ред. А.Ф. Смирнова. М.: Стройиздат, 1983. - 488 с.

3. Александров A.B. О совершенствовании методов расчёта висячих конструкций / A.B. Александров, H.H. Шапошников, В.Б. Зылёв // Строит, механика и расчёт сооружений.-1985.-№ 4.- С. 31-35.

4. Ананьин А.И. Расчёт непологих гибких нитей / А.И. Ананьин // Висячие комбинированные конструкции. / Под ред. Н.М. Кирсанова и др. Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981. - С. 34 - 39.

5. Арнуш К. Borland С++ 5: освой самостоятельно: Пер. с англ. / К. Арнуш. -М.: Восточная книжная компания, 1997. 720 с.

6. A.c. 308167 СССР, Е 04 В 7/14. Покрытие зданий и сооружений / Н.С. Москалёв, В.В. Новицкий. № 1424852/29-14; Заяв. 20.04.1970; Опубл. 01.07.1971.

7. A.c. 394514 СССР, Е 04 В 7/14. Висячее покрытие / Н.С. Москалёв, В.Т. Кондратьев (СССР). № 1674511/29-14; Заяв. 14.06.1971; Опубл. 22.08.1973.

8. A.c. 688576 СССР, Е 04 В 7/14. Устройство для предварительного напряжения кровельной конструкции / И.Б. Иванов (Болгария). № 2579203/2933; Заяв. 15.02.1978; Опубл. 30.09.1979.

9. A.c. 1101530 СССР, Е 04 В 7/14. Висячее покрытие производственного здания с подвесными кранами / Н.М. Кирсанов (СССР). № 3530892/2933; Заяв. 24.11.1982; Опубл. 7.07.1984.

10. A.c. 1310490 СССР, E 04 В 7/14. Висячее покрытие производственного здания / Н.М. Кирсанов, P.M. Гарифулин, A.C. Щеглов (СССР). № 3928420/29-33; Заяв. 19.07.1985; Опубл. 15.05.1987.

11. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента / В.И. Асатурян. М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

12. Бате К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вилсон. М.:Стройиздат, 1982. - 448 с.

13. Беккер Э. Практические вопросы испытания металлов: Пер. с нем. Т.И. Мушаковой под ред. д.т.н., проф. О.П. Елютина / Э. Беккер, И. Кёстер, Г. Фрейер. М.: Металлургия, 1979. - 276 с.

14. Биллер Б. Общественный центр с вантовым покрытием / Б. Биллер, Р. Сеттерберг, К. Гудмен // Строительство в США: пер с англ. 1994. - №1. -С. 2-3.

15. Бродский А.Д. Краткий справочник по математической обработке результатов измерений / А.Д. Бродский, B.JI. Кан. М.: Стандартгиз, 1960.168 с.

16. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента / В.З. Бродский. М.: Наука, 1976. - 223 с.

17. Бронштейн И.Н. Справочник по математике / H.H. Бронштейн, К.А. Се-мендяев. М.: Наука, 1980. - 976 с.

18. Воеводин A.A. Предварительно напряжённые системы элементов конструкций / A.A. Воеводин.- М.: Стройиздат, 1989. 304 с.

19. Гайдаров Ю.В. Предварительно напряжённые металлические конструкции / Ю.В. Гайдаров. JL: Стройиздат, 1971. - 144 с.

20. Галлагер Р. Метод конечных элементов / Р. Галлагер. М.: Мир, 1984. -428 с.

21. Гарифулин Р. М. Висячие комбинированные покрытия производственных зданий с наклонными подвесками: Дисс. . канд. техн. наук. Воронеж, ВИСИ, 1990. - 272 с.

22. Гарифулин P.M. Итерационный метод статического перерасчета конструкций с измененной топологией / Воронежский ИСИ.- Воронеж, 1989.11 с.,ил.:-Деп. во ВНИИНТПИ 2.10.1989, № 10431.

23. Гарифулин P.M. К расчету висячих комбинированных систем методом конечных элементов / P.M. Гарифулин // Висячие покрытия и мосты / Меж-вуз. сб. научн. тр.- Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986.- С. 154-157.

24. Гарифулин P.M. Организация расчета на ЭВМ каркасов промышленных зданий с висячими комбинированными покрытиями / P.M. Гарифулин // Исследование висячих конструкций /Межвуз.сб.научн.тр.- Воронеж: ВПИ, 1989.-С. 55-67.

25. Гарифулин P.M. Расчет висячих комбинированных структур с учетом конструктивной нелинейности / Воронежский ИСИ.- Воронеж, 1989.- 10 с.:-Деп. во ВНИИНТПИ 2.10.1989г., № 10430.

26. Гарифулин P.M. Формообразование висячих комбинированных конструкций покрытий производственных зданий / P.M. Гарифулин // Висячие конструкции покрытий и мостов / Межвуз.сб.научн.тр.- Воронеж: Изд-во ВГУ, 1988.- С.42-50.

27. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. М.: Высшая школа, 1999. - 480 с.

28. Горев В.В. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит, вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов; Под ред. В.В. Горева. М.: Высшая школа, 1997. - 527с.

29. Горев В.В. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учеб. пособие для строит, вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов; Под ред. В.В. Горева. М.: Высшая школа, 1999. — 528с.

30. Гохарь-Хармандарян И.Г. Большепролётные купольные здания / И.Г. Го-харь-Хармандарян. М.: Издательство литературы по строительству, 1972. - 152 с.

31. Гришин В.К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов / В.К. Гришин. М.: Издательство Московского университета, 1975.-128 с.

32. Дарков A.B. Строительная механика / A.B. Дарков, H.H. Шапошников. -М.: Высшая школа, 1986. 608 с.

33. Деннинг Д. Необычное купольное покрытие / Д. Деннинг // Строительство в США: пер с англ. 1994. - №3. - С. 2-6.

34. Дмитриев Л.Г. Байтовые покрытия / Л.Г. Дмитриев, A.B. Касилов. К.: Будивельник, 1974. - 272 с.

35. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений / Д.Е. Долидзе. М.: Высшая школа, 1975. - 256 с.

36. Дыховичный Ю.А. Большепролётные конструкции сооружений Олимпиады 80 в Москве / Ю.А. Дыховичный. - М.: Стройиздат, 1982. - 227 с.

37. Дыховичный Ю.А. Пространственные составные конструкции / Ю.А. Дыховичный, Э.З. Жуковский. М.: Высшая школа, 1989. - 288 с.

38. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975.-541 с.

39. Зылёв В.Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций / В.Б. Зылёв.- М.: Инженер, 1999. 144 с.

40. Зылёв В.Б. Алгоритм расчёта плоской стержневой системы в случае больших перемещений / В.Б. Зылёв, Г.П. Соловьёв // Строит, механика и расчёт сооружений.-1980.-№ 5.- С. 35-38.

41. Зылёв В.Б. Исследование сложной нелинейной системы / В.Б. Зылёв, Г.П. Соловьёв, A.B. Штейн, А.Д. Вяжлинский // Численные методы решения задач строительной механики: Межвуз. сб./ МИИТ, 1984.-Вып. 749. С. 28-35.

42. Зылёв В.Б. Численное решение задачи о нелинейных колебаниях системы нитей / В.Б. Зылёв, A.B. Штейн //Строит, механика и расчёт сооружений. -1986.-№ 6. С. 58-61.

43. Инструкция по проектированию предварительно напряжённых стальных конструкций. М.: Госстройиздат, 1963. — 72 с.

44. Канчели Н.В. Строительные пространственные конструкции / Н.В. Канче-ли-М.: АСВ, 2003.- 112 с.

45. Кассандрова О.Н. Обработка результатов наблюдений / О.Н. Кассандрова, В.В. Лебедев. М.: Наука, 1970. - 104 с.

46. Качурин В.К. Гибкие нити с малыми стрелками / В.К. Качурин. М.: Гос-техиздат, 1956.-222 с.

47. Качурин В.К. Статический расчёт вантовых систем / В.К. Качурин. -JL: JIO Стройиздат, 1969.-142 с.

48. Качурин В.К. Теория висячих систем / В.К. Качурин. JL: Госстройиздат, 1962.-224 с.

49. Кирсанов Н.М. Альбом конструкций висячих покрытий / Н.М. Кирсанов. -М.: Высшая школа, 1965. 80 с.

50. Кирсанов Н.М. Висячие и вантовые конструкции / Н.М. Кирсанов. -М.: Стройиздат, 1981.-158 с.

51. Кирсанов Н.М. Висячие покрытия производственных зданий / Н.М. Кирсанов. М.: Стройиздат, 1990. - 128 с.

52. Кирсанов Н.М. Висячие системы повышенной жёсткости / Н.М. Кирсанов. М.: Стройиздат, 1973. - 116 с.

53. Кирсанов Н.М. Опытное строительство каркаса промышленного здания с висячим покрытием / Н.М. Кирсанов, С.Н. Колодежнов, И.П. Сигаев // Промышленное строительство, 1984, №10. С.31-32.

54. Кистяковский А.Ю. Проектирование спортивных сооружений / А.Ю. Кис-тяковский. М.: Высшая школа, 1980. - 328 с.

55. Клааф Р. Динамика сооружений / Р. Клааф, Дж. Пензиен. М: Стройиз-дат, 1979.-319 с.

56. Крылов А.Н. Приближённое численное интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений / А.Н. Крылов. Берлин: Российская железнодорожная миссия, 1923. - 92 с.

57. Лилеев А.Ф. Методы расчёта пространственных вантовых систем. Пособие для проектировщика / А.Ф. Лилеев, E.H. Селезнёва. М: Стройиздат, 1964. - 171 с.

58. Липницкий М.Е. Купола (расчёт и проектирование) / М.Е. Липницкий. -Л.: Стройиздат. Ленинградское отделение, 1973. 128 с.

59. Липницкий М.Е. Купольные покрытия для строительства в условиях сурового климата / М.Е. Липницкий. Л.: Стройиздат. Ленинградское отделение, 1981.- 136 с.

60. Лукаш П.А. Основы нелинейной строительной механики / П.А. Лукаш -М.: Стройиздат, 1978. 208 с.

61. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов, 2-е изд., перераб. и доп. / E.H. Львовский. - М.: Высш. шк., 1988. - 239 с.

62. Мацелинский Р.Н. Статический расчёт гибких висячих конструкций / Р.Н. Мацелинский.-М.: Стройиздат, 1950.-191 с.

63. Мацелинский Р.Н. Статический расчёт упругих нитей / Р.Н. Мацелинский //Строительная механика и расчёт сооружений. М.: Стройиздат, 1964. -С. 10-14.

64. Михайлов В.В. Предварительно напряжённые комбинированные и Байтовые конструкции / В.В. Михайлов М.: АСВ, 2002. - 256 с.

65. Михайлов В.В. Предварительно напряжённые конструкции с временно выключающимися связями. Дисс. . доктора техн. наук. Липецк, ЛГТУ, 1993.-397 с.

66. Москалёв Н.С. Большепролётные висячие вантовые и мембранные покрытия / Н.С. Москалёв, П.Г. Еремеев, В.Б. Микулин // Доклады международной конференции ИАСС. Алма Ата. - 1977. - М.: Стройиздат, - 1977. - С. 355 - 364.

67. Москалёв Н.С. Конструкции висячих покрытий / Н.С. Москалёв М.: Стройиздат, 1980. — 336 с.

68. Осташевский А.Я. Висячие мосты с косыми подвесками / А.Я. Осташев-ский // Труды ЛИИКС, вып. 7. Л., 1940. - С. 116-142.

69. Отто Ф. Тентовые и вантовые строительные конструкции / Ф. Отто, К. Шлейер. М.: Издательство литературы по строительству, 1970. — 176с.

70. Пат. 2682235 США, Е 04 В. Building Construction / R. В. Fuller (США). -№ 261168; Заяв. 12.12.1951; Опубл. 29.06.1954.

71. Пат. 3063521 США, Е 04 В. Tensile Integrity Structures / R. В. Fuller (США). № 837073; Заяв. 31.08.1959; Опубл. 13.11.1962.

72. Пат. 3139957 США, Е 04 В. Suspension Building / R. В. Fuller (США). -№ 88245; Заяв. 24.01.1961; Опубл. 7.07.1964.

73. Пат. 3772836 США, Е 04 В 1/32. Roof Construction / D. Н. Geiger (США). -№ 133198; Заяв. 12.04.1971; Опубл. 20.11.1973.

74. Пат. 3841038 США, Е 04 В. Roof Construction / D. Н. Geiger (США). -№ 359553; Заяв. 11.05.1973; Опубл. 15.10.1974.

75. Пат. 4130969 США, Е 04 D 001/32. Hanging prestressed roof structure / I. В. Ivanov (Болгария). № 749334; Заяв. 10.12.1976; Опубл. 26.12.1978.

76. Пат. 4736553 США, Е 04 В 001/342; Е 04 С 003/02. Roof Structure / D. H. Geiger (США). № 939170; Заяв. 8.12.1986; Опубл. 12.04.1988.

77. Пат. 4757650 США, Е 04 В 007/14. Cable dome system with main cables oriented along chords / H. L. Berger (США). № 913337; Заяв. 30.09.1986; Опубл. 19.07.1988.

78. Пат. 5259158 США, Е 04 В 007/14. Triangulated roof structure / M. P. Levy (США). № 608497; Заяв. 2.11.1990; Опубл. 9.11.1993.

79. Пат. 5371983 США, Е 04 В 007/08. Dome shaped roof structure / M. Kawa-guchi, T. Hirasawa, T. Hatato, A. Taga, I. Tatemichi (Япония). № 034114; Заяв. 22.03.1993; Опубл. 13.12.1994.

80. Пат. 5857294 США, Е 04 В 007/10. Dome roof structure and method of designing and constructing same / G. Castro (Колумбия). № 286471; Заяв. 5.08.1994; Опубл. 12.01.1999.

81. Перельмутер A.B. Основы расчёта вантово-стержневых систем / A.B. Пе-рельмутер. М.: Издательство литературы по строительству, 1969. — 192 с.

82. Писанов В.Н. Общее уравнение равновесия гибкой упругой нити при вертикальной нагрузке / В.Н. Писанов // Строит, механика и расчёт сооружений. 1980. - №3. - С. 35-37.

83. Питлюк Д.А. Испытание строительных конструкций на моделях / Д.А. Питлюк. JL: Издательство литературы по строительству, 1971. — 160 с.

84. Попков А.Н. Основы научных исследований и техника эксперимента. Текст лекций / А.Н. Попков, В.Н. Голиков, H.JI. Зайцев, Г.М. Купершляк-Юзефович. Челябинск: ЧПИ, 1989. - 128 с.

85. Реклейтис Г. Оптимизация в технике. В 2 т. Т. 1: Пер. с англ. к.т.н. В.Я. Алтаева и В.И. Моторина / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. — М.: Мир, 1986.-350с.

86. Рудых O.JI. Ведение в нелинейную строительную механику / O.JI. Рудых, Г.П. Соколов, B.JL Пахомов. -М: АСВ, 1999. 108 с.

87. Руководство по применению стальных канатов и анкерных устройств в конструкциях зданий и сооружений. М: Стройиздат, 1978. - 93 с.

88. Рюле Г. Пространственные покрытия. Конструкции и методы возведения. В 2 т. Т. 2. Металл, пластмассы, керамика, дерево / Г. Рюле, Г. Аккерман, У. Бекман, Х.-П. Мош, О. Пацельт, Р. Шульц; Под ред. Г. Рюле. М.: Стройиздат, 1974. - 247 с.

89. Скляров В.А. Программирование на языках Си и Си++ / В.А. Скляров. -М.: Высшая школа, 1999. 288 с.

90. Скотт Р. ПЛ/1 для программистов / Р. Скотт, Н. Сондак. М.: Статистика, 1977.-224 с.

91. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия (Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения)/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 8 с.

92. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов/ A.A. Спиридонов.- М.: Машиностроение, 1981.-184 с.

93. Стренг Г. Линейная алгебра и её применения/ Г. Стренг. М.: Мир, 1980.-454с.

94. Трофимов В.И. Лёгкие металлические конструкции зданий и сооружений / В.И. Трофимов, A.M. Каминский. М.: АСВ, 2002. - 576 с.

95. Цифринович А.З. Монтаж предварительно-напряжённых и вантовых конструкций / А.З. Цифринович. М.: Высшая школа, 1981. - 70 с.

96. Чесноков A.B. Монтаж тросового купола / A.B. Чесноков // Тезисы докладов научно-технической конференции аспирантов и студентов инженерно-строительного факультета ЛГТУ, Липецк, апрель 2003 г. Липецк: ЛГТУ, 2003.-С. 70-71.

97. Чесноков A.B. Особенности монтажа тросовых куполов / A.B. Чесноков // Сборник трудов молодых учёных, посвящённый 30-летию научно-исследовательского сектора Липецкого государственного технического университета. Липецк: ЛГТУ, 2003. - С. 86 - 89.

98. Чирас A.A. Строительная механика. Теория и алгоритмы / A.A. Чирас. -М.: Стройиздат, 1989. 256 с.

99. Шапошников H.H. Расчёт машиностроительных конструкций на прочность и жёсткость / H.H. Шапошников, Н.Д. Тарабасов, В.Б. Петров, В.И. Мяченков. М.: Машиностроение, 1981. - 333с.

100. Шимановский В.Н. Расчёт висячих конструкций (нитей конечной жёсткости) / В.Н. Шимановский, Ю.В. Смирнов, Р.Б. Харченко; Под ред. В.Н. Шимановского. Киев: Буд1вельник, 1973. - 200 с.

101. Штейн A.B. Статика и динамика пространственных вантово-стержневых систем при больших перемещениях: Дисс. . канд. техн. наук. М., МИ-ИТ, 1987.-210 с.

102. Щеглов A.C. Висячие комбинированные покрытия производственных зданий с перекрёстными несущими элементами. Дисс. . канд. техн. наук. Воронеж, ВИСИ, 1986. - 210 с.

103. Щеглов A.C. Висячие покрытия производственных зданий с перекрёстными гибкими элементами / A.C. Щеглов // Висячие комбинированные конструкции. / Под ред. Н. М. Кирсанова и др. Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981.-е. 82-89.

104. Щеглов A.C. Исследования компоновочных параметров висячих покрытий с перекрёстными несущими элементами / A.C. Щеглов // Висячие покрытия и мосты / Межвуз. сб. научн. тр. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. - С. 133-148.

105. Castro G. Analysis of the Georgia Dome Cable Roof / G. Castro, M. Levy // Proceedings of the eighth conference of computing in civil engineering and geographic information systems symposium, ASCE. Dallas, June 7-9 1992. p. 566-573.

106. Feyrer K. e. ä. Stehende Drahtseile und Seilendverbindungen / K. Feyrer. -Expert-Verlag, 1990.-201 s.

107. Kugler M. Dacheindeckungen für vorgespannte Raumstrukturen von Versammlungsräumen mit elliptischem Grundriß / M. Kugler. Stuttgart: Institut für Tragwerksentwurf und Konstruktion der Universität Stuttgart, 1995. - 107 s.

108. Levy M.P. The Georgia Dome and Beyond: Achieving Lightweight Longspan Structures / M.P. Levy // Spatial, Lattice and Tension Structures / Proceedings of the IASS-ASCE International Symposium, Atlanta, 1994. - New York: ASCE, 1994.-p. 560-562.

109. Livesley R.K. Matrix Methods in Structural Analysis / R.K. Livesley. Per-gamon Press, 1964. - 252 pp.

110. Matthew C. Cable Top Football / C. Matthew // Building. October, 11. 1991 . p. 44.49.

111. Mikhailov V.V. Hybrid Constructions of Roofing in Civil Engeneering / V.V. Mikhailov // Conceptual Design of Structures, International Symposium IASS, 1996. p. 884-890.

112. Rastorfer D. Structural Gymnastics for the Olympics / D. Rastorfer // Architectural Record. September, 1988 - p. 128-135.

113. Setzer S.W. Raise High the Record Roof / S.W. Setzer // Engineering news record. March, 16. 1992 - p. 24-25.

114. Shaeffer R.E. History and Development of Fabric Structures / R.E. Shaeffer // Spatial, Lattice and Tension Structures. ASCE Structures Congress XII, IASS International Symposium, 1994. p. 979-989.

115. Stavridis L. Seiltragwerke fur grosse Spannweiten nach dem System Geiger / L. Stavridis // Bauingenieur 67 (1992). s. 419-424.

116. Terry W.R. Georgia Dome Cable Roof Construction Techniques / W.R. Terry // Spatial, Lattice and Tension Structures / Proceedings of the IASS-ASCE International Symposium, Atlanta, 1994. New York: ASCE, 1994. - p. 563-572.

117. Tuchman J.L. Olympic Domes First of Their Kind / J.L. Tuchman, H.C. Shin // Engineering News Record. March, 6. 1986 - p. 24-27.