Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время в практике строительства широкое применение получили металлические покрытия в виде висячиг систем. Это связано с ростом потребности в перекрытии больших пролётов инженерных сооружений, промышленных и общественных зданий. Использование таких систем позволяет весьма економично и без применения промежуточных опор перекрывать большие площади, создавать лёгкие экономичные и выразительные в архитектурном отношении сооружения. При этом повышается эффективность использования высокопрочной стали и облегчается вес конструкции.
Мембранные конструкции покрытий, традиционно применяемые для перекрытия большепролётных общественных зданий и спортивных сооружений, всё шире используются и в сооружениях производственного назначения. Наиболее характерны для промышленных зданий -прямоугольные планы покрытий.
Особенностью висячих систем является их повышенная дефор-мативносгь по сравнению с традиционными "жесткими" решениями покрытий, а также значительный удельный вес временных нагрузок. Это обуславливает повышенную чувствительность этих конструкций к динамическим воздействиям, таким как: вибрационная нагрузка от установленного в здании оборудования, подвижная нагрузка, в частности крановая, а также динамические составляющие ветровой и сейсмическая нагру ка. Реакция сооружения на действие таких нагрузок зависит от соотношения динамических характеристик системы и параметров динамических нагрузок: на сооружение.
Расчёт мембранных конструкций на динамические воздействия является сложной инженерной задачей. Известные аналитические методы определения динамических характеристик мембранных покрытий не носят универсальный характер и не могут быть использованы для расчётов большинства реальных конструктивных решений мембранных систем. Численные методы,имеющиеся стандартные программы для ЭШ нуждаются в тщательной апробации с точки зрения достоверности получаемых результатов и возможности применения в практике проектирования.
Такое положение дел в области расчётов мембранных покрытий
и актуальность задачи создания достоверной методики определения их собственных динамических характеристик, основанной и опробированной достоверными данными действительной работы этих сооружений, определяют необходимость проведения экспериментальных исследований динамических характеристик. К таким характеристикам в первую очередь относятся параметры собственных колебаний мембранного полотна. На сегодняшний день таких исследований проведено явно недостаточно. Имеющиеся экспериментальные исследования проводились, как правило, разрозненно, для абстрактных объектов, преимущественно на маломасштабных моделях при отсутствии надёжного и универсального методологического обоснования. Методы и средства проведения экспериментов специально не разрабатывались и поатому носили ограниченный характер с точки зрения универсальности их применения для широкого круга реальных конструкций.
Настоящая диссертационная работа посвящена экспериментальному исследование динамических характеристик мембранных покрытий производственных зданий больших пролётов, имеющих в плане прямоугольное очертание. Работа выполнена на базе динамических испытаний крупномасштабной модели реального объекта, проведенных с по-мощью разработанных современных методов и испытательных средств, и сопоставления полученных результатов с расчётными данными.
Объектом исследований явилось здание ангарного корпуса в аэропорту г.Риги, проект которого разработан в ІЦНШпроектсталь-конструкция. Уникальность и новизна конструкции, отсутствие надёжных методов определения динамических характеристик, неопроби-рованные практикой строительства способы монтажа мембранного покрытия предусматривают в соответствии с действующими нормативными документами проведение комплексных экспериментальных работ. В составе этого комплекса - модельные и натурные испытания и инструментальные наблюдения в процессе эксплуатации.
цель работы - получение на базе экспериментальных исследований достоверных данных о собственных динамических характеристиках мембранных покрытий, необходимых для проверки эффективности принятых в проекте конструктивных решений, обеспечения эксплуатационной надёжности металлоконструкций в условиях динамической работы, а также экспериментальной проверки и дальнейшего совершенствования методов их расчёта.
Основные задачи исследований:
разработка эффективной методики и средств проведения динамических испытаний мембранных покрытий зданий и сооружений;
экспериментальные исследования динамических характеристик моделей мембранного покрытия и его монтажного элемента, при различных вариантах жёсткости опорного контура и схемах статического нагрукения;
получение на базе экспериментально-теоретических исследований данных для оценки достоверности различных методов динамического расчёта мембранных систем;
оценка реакции мембранных покрытий на некоторые типы технологических воздействий;
получение исходных данных для оценки динамических характеристик реального мембранного покрытия и отработки методов и средств проведения натурных динамических испытаний.
Научная новизна работы:
разработана методика и специальные средства проведения комплексных динамических испытаний и экспериментальных исследований на моделях и на натуре зданий с мембранным покрытием;
получены экспериментальные данные о собственных динамических характеристиках мембранного покрытия с конструктивными особенностями, присущими зданию ангара в г.Риге;
определена зависимость частот собственных колебаний мембраны от величины нагрузки на покрытие и податливости опорного контура;
оценено влияние воздействия технологической нагрузки на динамическую работу мембранного покрытия.
Практическое значение:
разработана и опробирована универсальная методика и специальные средства проведения модельных испытаний производственных зданий с мембранным покрытием;
экспериментально получены данные о собственных динамических характеристиках реального мембранного покрытия;
даны рекомендации по динамическому расчёту мембранных покрытий производственных зданий на прямоугольном плане;
на основе проведенных исследований разработаны проект , программа и методика натурных динамических испытаний производ-
ственных зданий и сооружений с мембранным юкрытием.
Достоверность результатов. Достоверность экспериментальных исследований обеспечена использованием современных приборов и оборудования, аффективными способами сбора, обработки и анализа полученных данных, а также метрологическим обеспечением экспериментов.
На защиту выносятся:
методы и средства динамических испытаний и экспериментальных исследований мембранных систем;
результаты экспериментальных исследований на моделях собственных динамических характеристик мембранного покрытия и его монтажного элемента при различных величинах нагрузок на покрытие и податливости опорного контура;
рекомендации по расчёту частот и форм собственных колебаний мембранных покрытий на прямоугольном плане;
результаты исследований реакции покрытия на некоторые технологические воздействия.
Внедрение результатов. Результаты исследований использованы при проектировании и подготовке натурных испытаний ангарного корпуса в аэропорту г.Риги.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
ХХХП семинаре Комиссии Академии наук СССР по автоматизированным средствам оценки состояния крупных инженерных сооружений, Алма-Ата, 1990г.;
- УП Всесоюзной конференции "Экспериментальные исследования инженерных сооружений", Сумы, 1991 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 2 печатные работы.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименований, и приложения. Объём работы составляет 100 страниц машинописного текста, содержит 22 таблицы, 37 рисунков и фотографий.
Экспериментальные исследования выполнены в отделе натурных испытаний сооружений института Днепрпроектстальконструкция. Теоретические исследования выполнялись в отделе пространственных и лёгких конструкций ірШпроектстальконструкция им.Мельникова.