Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М

Выше приведенный способ замены стропильных ферм в целом отвечает условиям безопасной эксплуатации каркасных зданий промышленных предприятий. Наиболее важным фактором данного способа является замена ферм без остановки технологического процесса в условиях действующего производства.

Библиографический список

1. Б.К. Немчинов, Н.С. Сова, И.Ш. Алирзаев. Экспертиза строительных конструкций зданий химических предприятий и некоторые способы восстановления их работоспособности /Тез. докл. Первая международная научно-техническая конференция «Оценка риска и безопасность строительных конструкций».-Воронеж,2006.- С.207-210.

References

1. B.K. Nemchinov, N.S. Sova, I.Sh. Alirzaev. Analysis of structural elements for chemical Enterprises and Some Means of Renewing Thetr Operation / Report Abstracts. First International Scientific Cohference in «Risk Evaluation and Building Constructions Safety».-Voronezh, 2007.- p. 207-210.

С.Д. Степанов, В.В. Чаплыгин

ПОДАТЛИВОСТЬ ШВА СОПРЯЖЕНИЯ В СОСТАВНЫХ ПЛИТНО-БАЛОЧНЫХ СИСТЕМАХ КАК ОДИН ИЗ АСПЕКТОВ ЖИВУЧЕСТИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Рассматривается проблема живучести строительных конструкций, особое внимание уделяется проблеме несовместного деформирования составных конструкций, предлагается использование полуаналитического варианта метода конечных элементов.

Ключевые слова: живучесть, составная система, податливость, полуаналитический вариант, износ.

S.D. Stepanov, V.V. Chaplygin

THE PLIABILITY OF THE SEAM OF JOINING IN THE COMPOSITE PLATEGIRDER SYSTEMS AS ONE OF THE ASPECTS OF THE VITALITY OF BRIDGE CONSTRUCTION

Is examined the problem of the vitality of structures, special attention is paid to the problem of the inconsistent deformation of composite constructions, is proposed the use of a semianalytical version method of the final elements.

Keywords: vitality, composite system, pliability, semianalytical version, wear.

Говоря о проблеме безопасности, следует отметить, что в наше время она стоит особенно остро. Это касается любой сферы деятельности человека, в том числе сферы эксплуа-

© Степанов С.Д., Чаплыгин В.В., 2009

106

тации зданий и сооружений. В каждой отрасли страны сложилась тонкая система взаимодействия, коммуникаций и ресурсообмена, которая развиваясь и укрупняясь, с каждым днем становится сложнее. Но чем крупнее становится структура, тем более уязвима она для внешних воздействий, вызванных как стихийными явлениями природы (наводнения, погодные катаклизмы), так и деятельностью человека (техногенные катастрофы, боевые действия, терроризм). При возникновении аварийных ситуаций возникает риск разрушения налаженных связей, что неизбежно ведет к экономическим потерям, а иногда и человеческим жертвам.

Желание повысить безопасность проектируемых и строящихся объектов привело к понятию живучести. Это способность зданий и сооружений устоять при аварийных воздействиях или, как часто говорят, стойкость к прогрессирующему обрушению. В настоящее время в области расчета и проектирования сооружений и строительных конструкций проблема живучести далека от ее эффективного решения. Поэтому необходимо изучать поведение строительных конструкций, зданий и сооружений и использовать новые, современные алгоритмы для их расчета. [1, 2]

Мостовые сооружения играют большую роль в хозяйственной деятельности страны, их аварии приводят к серьезным последствиям. Возможными причинами аварий могут быть: разрушение подферменника, разрушение связей, пролом плиты, механические повреждения нижнего пояса балок, износ шва сопряжения между составными частями системы и т. п. При расчете и проектировании мостовых сооружений, особенно сложно учесть податливость шва сопряжения, поскольку распространенные методы расчета не дают адекватных результатов.

Для исследования живучести составной плитно-балочной системы предлагается алгоритм, реализующий полуаналитический вариант МКЭ [3]. Сечение каждой балки составляется из плитно-пластинчатых (полки балок и накладная плита) и стержневого (ребро балки) конечных элементов, как показано на рис. 1. В каждом узле КЭ имеется четыре независимых

степени свободы (СС) - ux , uy , uz , x , которые являются неизвестными функциями от про-

дольной координаты x. Моделирование упругого слоя между накладной плитой и балками в составной плитно-балочной системе осуществляется путём приведения всех СС к узлам, расположенным в уровне упругого слоя, с помощью абсолютно жёстких консолей и разделе-

ния СС в направлении оси x на ux и ux с введением распределённой по длине упругой вставки между ними, как показано на рис. 1.

При этом к перемещению ux приводятся СС КЭ пролетного строения, а к ux - на-

кладной плиты. Изменяя жёсткость упругой вставки, можно моделировать различную податливость слоя между плитой и балками. Применив процедуру Галеркина к статическим, фи-

где g – вектор внешних усилий, действующих на КЭ по направлениям СС;

Рис. 1. Моделирование упругого слоя

107

C , q – матрица жёсткости и вектор внешней нагрузки для КЭ, которые вычисляются по формулам:

Получаемые по (2) матрицы жёсткости КЭ соответствуют перемещениям нейтрального слоя (плитно-пластинчатые КЭ) или центра тяжести (стержневые КЭ). Приведение СС к узлам в уровне упругого слоя между полками балок и накладной плитой осуществляется для каждого

узла по формулам переноса СС от центров тяжести КЭ к концу жёсткой консоли:

un Knun* , gn* KnT gn , (4)

где un , gn - часть векторов u и g , соответствующих n-му узлу КЭ относительно его срединной линии или центра тяжести; un* , gn* - то же, для СС на конце консоли; Kn - матрица

преобразования СС, получаемая из геометрической связи перемещений. Матрица KnT в находится из формул приведения внутренних усилий и в силу статико-геометрической аналогии является транспонированной к матрице Kn . Аппроксимирующие функции в поперечном

направлении Фn( y) для плитно-пластинчатых КЭ принимаются: для СС ux , uy - линейными,

для uz и x - кубическими, в виде полиномов Эрмита.

Данный алгоритм был применен для исследования напряженно-деформированного состояния составной плитно-балочной системы на примере моста через р. Оскол в пос. Чернянка Чернянского района Белгородской области, выполненного из секций САРМ. Комплекс расчетов по данной методике показал, что при изменении коэффициента ослабления шва, значительно меняется картина распределения напряжений между частями составной системы. А именно: при уменьшении коэффициента ослабления от 1 (полностью совместное деформирование) до 0 (несовместное деформирование) усилия в нижнем поясе стальных секций САРМ увеличивается на 25-30%, прогибы пролетного строения на 15% (рис. 2), в накладной плите появляются растягивающие напряжения (рис. 3). Это влечет за собой необходимость в дополнительных мерах по обеспечению живучести сооружения.

Рис. 2. Зависимость между коэффициентом ослабления, усилиями в нижнем поясе и прогибами

108