автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Динамические параметры неразрезных пологих оболочек

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИНШЕРОВ ШЕЗНОДОРОШГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

КГЫАШВ ОЛШ РАЙМОВИЧ

УДК 624*074.43

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НЕРАЗРЕЗНЫХ ПОЛОГИХ ОБОЛОЧЕК

05.23.01 - Строяго&ьша конструкция, здандл а сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

дяссвртацдя на соасканао .ученой отопаня кандидата техаичаскях наук

МОСКВА - 1993

Работе выполнена на кафедре Железобетонных конструкций, оснований я фундаментов Тадкикского технического униварснтет

Научный руководитолв - доктор техначошк паук,

профеооор АМОСОВ А*А.

Официальные оппоненты - доктор техннчосккх says,

профессор ПАВЛОВ ЮЛ.

- кандидат технических наук, с.н.о, СТОЛШИН НЛ.

Ведущая организация - Научно-яссдадовательскяй,

проектно-конотрукторскдй i технологический институт бетона и велезобетопа (ШИКБ), г Москва.

Защита состоится "gjj' декабря 1993 г. в часов в ауд. 337 на заседания специализированного Совета К 114.09.0] ВАК при Всероссийском гаошюм институте хшясоаероо яелазно-дорсвного транспорта (ВЗИИГ) по адреоу:

125808, Москва, 1СП-47, уд.Часовая,

С диссертацией можно оанакоииться в библиотеке институ:

Отзывы просим прасылать в двух вкгемплярвх о подписью, заверенной печатью.

Автореферат разослан ~ 1993 г.

Ученыв секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент

ЗАЙЦЕВ Б.В.

Актуальность работы. В зданиях и сооружениях промышлонно-> и граздакского строительства все больяеераспространенно поучают ыноговолловые пространственные конструкция покрытия. Их ¡шенениа позволяет существенно снизить стоимость здания,сок-атить изготовление и монтаа диафрагм, уменьшить расход мате-аалоа и увеличить размеры перекрываемого пространства без до-элнительных внутренних опор.

Большинство гелезобетонных пологах оболочек покрытая лы-олнены а разрезном варианте, т.е., каадая оболочка имеет отельные диафрагмы по контурам. Если в местах соприкосновения вух смогших оболочек устраивать единую диафрагму, то покрытие составе температурного блока работает в едином диске, как еразрезноо, что увеличивает их сейсмостойкость я жесткость, ереход на единую диафрагму уменьшат расход материалов, и тем амш уменьшает массу покрытия, которая приводит к уменьшении ойсшческой нагрузки, что немаловажную роль играет в сейсми-еских районах.

В технической литературе имеются ограниченные данные об ¡сследовании неразрезных пологих оболочек на динамические наг-узка, поэтому изучение данной проблемы является актуальным.

Целью настоэдей работы является экспериментальное изучо-ще на «аломасштабных моделях динамических параметров нораз-юзных пологих оболочек от действия динамических нагрузок.

На защиту диссертации выносятся:

- разработанная методика проведения экспериментальных наследований неразрезных оболочек;

• результаты испытаний моделей перазрезных пологих оболочек свадратных а прямоугольных в плане;

- результаты исследования влияния неразрезпости на динамические параметры пологих оболочек;

- исследование, влияния статического пригруза па частоту ооб-лвенного колебания веразрезных оболочек покрытия;

- приближенный экспораментально-тооретячеогсий способ опродо-50лея динамических параметров пологих оболочек.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

- разработана методика проведения, экспериментальных исследований динамических параметров неразрезных пологих оболочек;

-г -

- получены экспериментальные значения динамических параметров пологих оболочек при различных граничных условиях на краях;

- установлено влияние предварительного нарушения на дииамичес кие параметры пологих оболочек покрытой; '

- разработан способ аналитического определения частоты свобод них колебаний оболочки с учетом присоединенной кассы и предпа рительной статической нагрузкя на базе теории расчета пологш оболочек по деформированному состояния.

Практическая ценность работы. Доказана возможность широкого применения маломасштабных моделей для определения динаш ческих параметров неразрезных пологих оболочек при различных динамических нагрузках. Полученные результаты позволили в какой то мере расширить область применения нераэрезпых пологах оболочек покрытия при различных граничных условиях. В условш отсутствия точного аналитического решения нелинейной задача колебаний пологих оболочек этот способ могот быть рекомендоа в проектных работах в качеотве начального приближения.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работ!

- приняты к внедрения в системе Министерства строительства «республики Таджикистан в качестве покрытия зданий;

- использованы при проектировании объектов ГПЛ "Тадаикгипро-про«" Госстроя республики Таджикистан;

-¿»пользованы при разработке " Указания по проектировавио же лезобетонных пологих оболочек покрытий зданий для сейсмическ районов" Душанбе 1983г.

Апробация работы. Основные результаты работы заодушаны обсугдены на координационных совещания! по пространственнш конструкциям в г. Днепропетровске в 1982 г., иг. Донецке в 1969 г., на республиканских научно-практических конференция] молодых ученых и специалистов Таджикистана в г .Душанбе ,1984, 1985, 1987, 1990гг., и в гЛурган-тюбо, 1991 г., где отмечеЕ грамотой за первое место, и на научной конференции преподав телей Таджикского политехнического института в 1989 г.

• Публикация. По материалам диссертационной работы опубл! ковано И печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, шовных выводов, списка используемой литературы И приложения. ¡йота содержит 149 страницы машинописного текста. Из них 35 юунков н фотографий; 28 таблиц и 3 страниц прилоаения. Спи-ж литературы содерздт 74 наименований.

СОДШАШШ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дано обоснование актуальности темы и цель зботы. Приведено краткое содержание работы. Излогена научная эвизна и основные результаты диссертационной работы.

В первой главе диссертации рассматривается конструкция злезобетонных неразрозных пологах оболочек в странах содру-эства в зарубеяом. Далео пригодится обзор работ по эксперн-знтальнцм и теоретическим исследованиям неразрезных оболочек ри действии динамических нагрузок.

В России такие конструкции в основном были построены в расноярском крае, делящимся зоной высокой сейсмичности, в .Новгороде и др.

Ленинградским ПИ-I разработаны железобетонные многовол-овые оболочки положительной кривизны размерами 18 х 24 м а 8 х 30 м для обычных и сейсмических районов.

В Казахстане наиболее широкое распространение получили ноговолновые пологие оболочки положительной кривизны. Так, апринор, в г^Даамбулз построены оболочки в сборном и моно-ятном варианте, разработанные специалистами Казпроыстройнии-ровкга для 8-9 бальной сейсмической зоны*

В Таджикистане построены разрезные монолитные пологие полочки с участием специалистов Тадашсгипростроя для 8-8 Ильной сейсмической зоны.

В указанных вила республиках прц конструирования пологах Волочек в качество диафрагмы приняты в основном арки, формы, кшеи ц криволинейные брусья. Эти оболочка выполнены в основам как разрезные, причем в сборном а сборном-монолитном варя-. itqx за исключением некоторых покрытий.

В Руководстве по проектировании пространственных конст->укций покрытий а перекрытий выпущенные ШШБ-ом рекокепдуот-¡я, для сейсмических районов 7-9 баллов, применять моно-

литые неразразпые оболочка, Последнее существенно уменьшают расход стал;-, я количество монтажных диафрагм за счет общей ди афрагкы в местах соприкосновения двух сменных оболочек. Так кок трудоемкость былапробломой при строительстве пологих оболочек, то монолитные неразрезные оболочки в какой то мере могут уменьшать трудоемкость возведения покрытия зданий,

По обзору экспериментальных исследований натурных и мало размерных моделей пологих оболочек видно, что первая группа оболочек испытана только на статические нагрузка, вторая груп па на динамические нагрузки.

Влиянию статической нагрузки на контурные диафрагмы былв посвящены работы В.С.Бартенева, В.С^Василькова, Л.Л.Коробова, Ы►Б.Краковского, Г.К.Хайдукова, В.В.Щугаева, Ю.ВЛиненкова.

При действии динамических нагрузок на пологие оболочки посвящены работы Т.Л.Байниотова, А.С Дива, Я.Ш.Исхакова, З.И, Кумпяка, В.С.Плевкова, Ы.Н.Попова, 3Л.Сарсеновой, Д.И.Столы-шшой и др.

В результате экспериментальных исследований на дипаанчес кие нагрузки определялись динамические параметры - частота формы колебаний, декременты затухания колебаний, а зависимою 1 этих параметров от граничных условий неразрезпоста при экспериментах почти не рассматривалась.

Большой вклад в развитие теория оболочек внесли видные ученые В.В.Власов, В.С.Бартонев, АДЛ'ольдеквойзор, И.Е.Ыило! ковский, Х.М.Ыуштари, В.В.Новожилов, В.Я.Пашишйнен, А.Л.Наз! ров, ОД.Ониашвяли, А.Р .Ржанища и другие.

Теории колебаний оболочек отрагоны в работах В.В.Болота Районера, М.Г.Уразбаева.

Больщув роль в теории л методах расчета нелинейных зад. оболочек и пластин играют труды Н.В.Валаашвала, А .С .Волишра П.А .Лу каша. Х.М.Муштард, Р.И .Рабиновича, А.Р.Рканщына,

По динамике оболочек в последние гады опубликованы. рабо Н.В.Ахвледиани, О .В .Боброва, В.А.Быховского, А.И.Гасанова, С Девятова, А.АДосаберадзе, Б.С.Расторгуева, Д.В.Эсаиепшили.

. Во второй глава издоаона конструкция моделей перазрозны пологих квадратных я прямоугольных оболочок в плане я метода экспериментального исследования при различных граничных уело виях неразрезности. -

В первых двух экспериментах натурная железобетонная обо-очка размерами 24 х 24 м в соответствии этесо , моделирова-ась в 1:20 и,в. Проведено испытанно двух моделей квадратных в тана размерами 1,2 х 1,2 м кавдая (рис. I, а, б).

Первая исцель испытана как разрезная и поэтому в дальней-км будет обозначаться с окрасекво .'¿РСК моде ль разрезной оболочкя)

Вторая модель испытана как неразрезная (на специальном ¡теиде) при различных граничных условиях, которул в дальнейшем >боэначаем сокращенно ЦЫО (модель неарзрезной оболочки)

В третьем эксперименте натурная армоцементно-стальная па-юль-оболочка-(АСПО) размерами в плане 3 х 18 м моделировалась d 1:5 н.в. Проведено сошестное испытание трех моделей прямоугольных в плане размерами 0,6 х 3,6 и кавдая. В дальнейшем эти иодели обозначаем сокращенно МН ACQ0 (недели неразрезных АСПО).

ЫРО представляет собой монолитное, железобетонное, гладкое, пологое покрытие размерами в плане 1,2 х 1,2 м. В качестве диафрагмы принят криволинейный брус К =0,05 м и 8=0,03 м, армирований одним плоским каркасом (с криволинейным очертанием) яз проволоки 05 ш с сагой хомутов 50 мм.

Плита поля ЫРО армирована одним слоем, а прилонтурная зона дополнительно вторым слоем (шириной 150 мм) тканной сетки 7/7/1/1 мм с шагом 7 мм я 01 мм. Сетка заведена в диафрагму для совместной работы поля оболочки о криволинейным брусом. Толщина бетона плиты црля ¿¡¡.«0,003 м, а в приконтурных зонах =0,004 м. Конструкция ЫРО опирается оарялрно по всему кон-гуру на коробчатуп аелвзобетонную балку с верхним криволиней-аш поясом. На последыш МРО опирается при помощи резиновых прокладок. Железобетонная коробка в своп очередь опкается на обыкновенную металлическую раму, которая закреплена к силовому полу.

UHO такге как я UPO является монолитной гладкой оболочкой. Разница в том, что в ШО в качестве диафрагмы (для удобства создания граничных условый неразрезности) принята железобетонная балка с верхним криволинейным поясом. Толщина диафрагм 8 »0,03 м, высота в углах Ь,=ОДО м, а в середине проло-та Ь,«0,18 м. В ЫНО наряду с сетками в поле а приконтурных зонах допольнительно установлены угловые сетка.

Рис. I. Конструкция ыодалой пологих оболочек а) МРО , 6) ШЮ г в) ЫН АСПО

Опирание МНО осуществлялось в двух вариантах, первое -пиранае по четырем углам, второе - опирание по контуру на зталяическую раму. Для испытания" МНО - запроектирована слеца-льная металлическая рама с захватными приспособления;.«!. КО устанавливается мезду захватаьил приспособлениями. На аздуо диафрагму с наружных я внутренних сторон преходится о пять захватных приспособлений. Закручивая болты захватных рисдособлений с наружных и внутренних сторон, создается ус-овиз керазрезностя того для иного бортового элемента(6 гра-ячных условий). Конструкция рамы приведены на рис. 2.

Ш АСПО представляет собой армоцементное гладкое покры-ио двоякой кривизны с продольными стальными фермамя-диафраг-амя а поперечными армоцементными балками с верхними криволи-ейнями поясами (рис. 1,6).

Размеры моделей АСПО 0,6 х 3,6 и кахдая,радиус кривизны ^=14,1 м и йг=Э,925 м. Толщина поля h=0,005 м.

В качестве продольных диафрагм приняты стальные фермы ролетоы 3,6 м. Верхний пояс из двух уголков JJ2-3, низший по-о из двух спаренных арматур кл.А-1 03 мм, расскосы и стойки о две арматуры клД-1 fc!2 мм.

Плита поля армирована двумя слоями тканных сеток ЮДО/ /1т с -?е =0,00765 спри Rj>=220 ¡¿Па и fj=I50 Ша. При ис-ытаняи Rb*I3 Ь'Ла и £,^=23,5 ¡Ша. Сетки закреплены к верхним оясам ферм-диафрагм.

Методика испытания UPO является традиционной, т.е. прик-адывается поэтапно равномерно-распределенная нагрузка в виде еска, затем создается динамическая нагрузка путем включения ибромашины вертикального действия С В.'.-В) и производится за-ись колебания с поыодьп осцилографа. Для создания колебатель-ого двизония в ось Ш-В насадили тссу 75 г. и число оборотов сстигало 1100 об/мин. Зремя работы ВЫ-В длилось 30 сек. на аядом этапе загругения, после выключения E.l-В продолжали за-ись еще 10 - 15 сек. Последнее принималось за собственнее олебания . Кроме этого динамическая нагрузка иммитпровалась :утем сброса ыассп 20 кг с определенной высоты на силовой пол а расстоянии 50 см от опорной части металлической рамы.

При Испытании МНО вначале создается первое граничное ус-овие неразрезности (1),т.е. закрепляются все четыре стороны

__ Пластинки

т т т т т

вшЕт шОшт «Зм ¿Е>'

,7? 7*Г 7?Г 7ТГ

^ЗЕЕ!.

»-

ь

Ь I-

►ЩИ

ш

№

ни ®

^ Захватные_

^ приспосулеэдя ^

с2л ^^ «Э& ^ ^ ^

ТС А А А 1

Рама

Ошарание по контуру

Мб

1__ Ш2.5

Граничные условия

г.гы/и.г/ г/а'/ул-, -- /ти щ

И

/7ПГГ/

III

ж '11)11111

V.

чттчИ

VI

Рис. 2. Конструкция раш с захватными приспособлениям: для испытания МНО при различных граничных уел: виях, неразрезнооти

{диафрагма) с наружкнх и внутренних сторон, записывается динамические параметры оболочки от собственного веса, создаются II граничное условие,г,е. открываются захватные приспособления одной диафрагмы, прикладываются как и в первом граничном условия поочередно динамические нагрузка и записиваются динамические параметры я т. д. до VL граничного условия. Этим заканчивается сдан этап загруненая (т.е. нагрузка от собственного веса MHO). Статическую нагрузку прикладывали через 200 кгД£ и доведала до 2400 кгД£ на первом варианте опираная, т.е. при опарашш MHO по углам. При втором варианте, т.е. при оппраняа MHO по контуру методика испытания аналогична как и первая, но статические нагрузки прикладывал;! через 500 кгА? и довели до 2030 кг/«Л далее 2400 , 2600 а 2800 кг/м2.

Методика испытания МН АСПО отличается от предыдущих экспериментов а заключается в следуэдем. Установили три модели АСПО па испытательном стенде. Для создания условия неразрез-иости верхние пояса, в местах соприкосновения ферм-диафрагм соединяла с помощью сварки через 50 см. Этим создали жесткий диск покрытая а получали однопролеткоз трехлолновое неразрез-ноа покрытие. Крайние АСПО является при этом защемлоннши с сапой стороны граничное условие), а сродная - защемлена с двух продольных сторон (Г7 граничное условие).

На каядом этапе загружения прикладывала статическую нагрузку равную 75 itr/ii^ а довели до 550 кгД?(с учетом собственного веса МН АСПО равной 25 кг/м?).

Динамическую нагрузку от Ш-В создавала аналогачнш путем. &!~В находилась а середине пролета средней АСПО с низу. Ударная нагрузка создавалась как в вертикальном направлении, путем сброса на силовой пол массы от 20 до 70 кг, пропорционально увеличении статической пагрузка, так и в горизонтальном направлении. В качестве горизонтальной нагрузки была использована масса, которая била подвешена к потолку. Натягивая под 45°а отпуская ».ассу создала горизонтальную ударную нагрузку на крайней АСПО з верхнем поясэ. Величину массы увеличивали от 2 до 7 кг по мере нагрукэная статической нагрузкой,т.е. чем больше статическая нагрузка, тем больше масса. От указанных, выше нагрузок производили запись динамических параметров МЫ АСПО.

Б третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований квадратные моделей !/.К0 и МРО. Основным объектом изучения являлись частоты свободных колебаний, одновременно исследовались формы колебаний и декременты затухания колебания.

Обрабатывая запись сейсмоприемников ..46 и Jtö, рас полоне ших соответственно в центре и середине четверти ШЮ для первого варианта опирания от действия Ш-В видно, что частоты свободных колебаний возрастают с увеличением жесткости оболочка» определяемой граничными условиями неразрезности. Из сравнения частот колебаний указанных точек оболочки вытекает, что наименьшие значения частоты обнаруживаются в центре MHO.(рис. 3).

Таобразом, при выбранных условиях проведения экспериментальных исследований оказывается, что экспериментальные значения частоты свободных колебаний различны для различных точек поля оболочки. Этот факт никак не согласуется с теорией колебаний линейных систем и указывает на нелинейность процесса исследуемых колебаний.

Для второго варианта опирания наблюдается аналогичная картина, т.е. частоты колебания различны для различных точек по диагонали MHO.

Проведены испытания MHO на ударную нагрузку для обоих вариантов опирания при шести граничных условиях неразрезности. Нике приведем результаты только второго варианта, т.е., опирание ШЮ по контуру на раму.

Для удобства рассмотрим два основных граничны^условия неразрезности - зацепленных (I) и свободно опертых СШ, а ооталь нко условно не покажем на графике (рис, 4)»

Сравнивая значения частот колебания сейсмоприемников J22 а 136, располснешшх на одной диагонали во на разных раоохоаниз: от одного угла МН0„ видим, что разница частот ара r.»50Q кт/it. составляет 2 Гц а I Гц, соответственно для Т и VI гршкакг воловий. При р ®2000 кгД? соотватстванно 4,4 д 4,2 Гц» е на последнем этапе загрукенля, т.е. при д- »2800 кг/ы?- 3 я 0 Гц, Вцэ-лоы для указанных точек оболочки разница частот для I граничного условия составляет от 2 до 4,4 Гц и для^ граничного условия от 0 до 4,2 Гц.

При сравнении значения частот свободных колебаний для oeß-смоприемников JH л Jfö, расположенные на одном расстоянии от ди-

<8

<5

Л

26

Л?

• Г

• 1 ч " ! о 40 19 \ ^^ и I 'а* ■ —>•

Рас. 3. Частота колебаний в центре У.НО от действия &5-В для первого варианта онарання

51

22

48

Л

г/. 4.1

'6

VI

5 ю 15 го 24 26 28 ^кй

Рис. 4. Сравненге частот колебания ЫНО от ударной нагрузки для второго варианта опирания

афрагмыДно сейсмоприемняк Н5 располонен по диагонали модели ближе к двум диафрагмам, когда сейсмоприемник Я1 находятся б лиге к одному кз краев, наблюдается аналогичная картина, что и при сейсмопрпемниках Л2 и Й6. Сравнивая значения сейсмонряеына ков ja и .45 получаем разницу в частотах для Т граничного условия от 0,3 до 2,7 Гц и дляVI граничного условия от 0 до 1,5Гц

Из приведенных анализов вытекает, что экспериментально он ределенные частоты свободных колебаний неоднородны по поло обо лочки. В праконтурных зонах частоты колебаний отличаются на 10 20$ от значения частот свободных колебаний центральной зоны.

•Сопоставление результатов экспериментальных исследований частот колебаний ШЮ для двух типов возбуждения колебаний - дя намическом (Ш-В) а ударном поназнзаег, что в последнем случае частоты оказываются выше, чем в первом случае. Представляется, что отличие связано с волновым характером распространения кола баний при ударном возбуждении, определяемом увеличением гсскос ти пологой оболочки за счет совместной работы системы оболочка -испытательный стенд.

Специфические особенности изготовления МРО, описанные вш предопределили несопоставимость результатов экспериментальных исследований принятых квадратных моделей МРО и MHO. С другой стороны, граничное условие типа Vi при исследования МВД фактически соответствует условиям работы модели МРО, отличается от от соответствующей модели ЬШО классом бетона a способом армдрс вания.

На первом этапе статического аагругеняя (27 кгД?) при действии Ш-В определили частоту собственного колебания. центр* МРО, которая составила 13,5 Гц. С увеличением статической нагрузки частота колебания уменьшалась а составляла 12,2 Гц upa нагрузке 54 кг/м?, а па третьем этапе при 81 zr/i? частота колебания была 11,0 Гц.

Таким образом, и здесь наблэдалась вакономзрыооть стш>-кия частоты свободных колебаний от величины предварительного статического нагружения.

При четвертом этапе загругонил (108 кг/ь£) посла 30 сек. работы SS-B произошло обрупюнне модели UPO. В этом случае омическая нагрузка составила около 60$ разрущаадой нагрузка.

Отсвда вытекает, что применение легкого бетона, составля

9Щ9ГО конструкции ПРО, на апрадцявяп? иедевд па эффект собственного ваоа яонструквди при; относительно высоких уровнях знашего загруноплл конструкция. В аналогичных условиях конструкция, выполнение на тязишос баюпоз с стпссктслыю более вигоням уровнем модуля улругсста,оглгнвэктоя более надэяшлш,

ВйвОУв о тем ешздаз крдчш обруеенля иодзла МРО показшш-а?, чго яря уюте дпллжзскях воздействий армирование поля сболоши додаю прдполязжь болеа гдубокоо заапкоравзнке ар-елгуряой сотка прл одновременна:,! ¿»ледшзнаи толзунш прнконтур-

шге зоя*

Форкы кодгйаяяй спрздэллляой для двух вариантов опараняя» лра опярапка по углам я опирают по всему контуру ШЮ. Величество полуво,та по даогепала (гдо располозопи сэЕснойрием-неки) о оставляла 3-5 (для парного варианта охшрашш) и 2-5 осотвзтсшзнно для втерого гарсаяга ояир^шя, в заазспмссгя ох калачным статического прдгрусп. При угеляченяи прягрузя мыз за» лась тевдеацая возрастания члела полуволя.

По результатам эксперимента ШЮ от ударной нагрузил для обоях вариантов охпрзяал определены жхка докрекаота затухшшй колебаний при разляпшк грдяяадкх условиях кзразрооцостл. Для ' свйсаовраешика £5 д&нртват яагузсааий находятся а щидолах • от 0,010 до 0,133, а для осйсксггразишкл $5 соотвзтогсстгс сг 0,018 до 0Д25. Мштегшишэ дещ»м»н*й колебания аозадкала только иря 1грашипон условия, когд« титшт ебааругош ара 5 агранашшх условиях поряппгзлсстл,

В цолса для гэдолл ШЮ декретли -яагухапия коязбшшй па« ходплпсь л прэдвлвх 0,010 - 0,123 для цзтворга л сооялогсгьэя-но 0,0X6 - 0,143 в цс'шгро еоояечтк:,

' В четвертой глаш| диссертация прягодмга результат« окстэ-ршентальшгк ассдадоганаЗ подола нораорешп-тс АСПО на дшшпг чеокао погрузил я удорикэ вообуздошш.

Вкачала рассаогрда яовэдигг:: МН ¿СЮ ог дойогазл дошман. ческого возбундоняя (Ш~3). Яа рио, 5. прщюдепн чаототи собственного колебания МН ¿СПО для сэЗсмовраемаиков №5,7,11 (Ф гранивдоа условие) а для с ойсислрм:агавов.й#6,10,12 (Ш гра-начпоо уоловяэ).

На ранних этапах статического ногругепал энопорямеяталь-ныэ частоты для свйсиоярмшияоя 55 а 56 бшш равны 33-54 Гц,

Рис..5. Частоты колебания Ш АСПО от действия динауичеокого возбуждения (ВгМЗ)

а прл максимальней статической кагрузко (550 кг/.-^) частоты равны 12-13 Гц. Разница часто? в целом составила 0,5-4 Гц. Наибольшее раохсадоняе обнаружено при нагрузке равной 175 кг/м-„ когда частота колебаний крайней АСПО оказалась равной 20 Гц, а средней АСПО - 24 Гц.

Аналогичная картина нзблвдается для сейсмопрлемяиков ЛИ а 1Я2 ,ялал0дяцяхсл Ебдяпи ф'ерг.ьдлафраил. Частоты колебания находятся а пределах от 30 до 34 Гц прл нагрузке с? ссбстязяяого веса (25 кг/u-) и от 12 до 13 Гц при максимальной нагрузке разной 550 iir/;,r-.

Прл срасяеняя частот колебаний сейсмоприемнлхов .W 5, 7 (V граничное условие) а ЯЛ S, 10 (if граничное условие) плдяо, что частоты ерзднях АСПО больш чем крайних АСПО, что приводит к гыводуо гем, wo частота свободных аолгбаняй арядаугол^ннх ■ оболочек зависят о? условия яеразрезноста. Чей бодх-гго защзтв-няэ, том больез часгога зеолабанал.

Теперь рассмотрим частота свободных колебаний IUI АСПО ups ударном возбугдзния. Эхл nzстогн подчинеэтел тем хз заяоксмер» костяа» которыэ били вааажзян пра динамячосксм зозбуздоляя. Багета о тем яяяяллз^ся суцготв-знная зляисиаость экспзрим-зк-тадьяо опред-зляошгг частот свободаязх колебений оболочек от вала лнеенвго логбузйепяя»

Правде зезха необходимо оагатять, что з пироксу диапазона изменения стага>2сяо2 ярягрузяя частота свободных колебания яе-разразннх АСПО еказываатся боязо вчеоккщ яря ударном яогбуаде-аия.чза spa дянйкаческсзд вззбугдеяяи(Ш-В). Прячем яараятзр ударного sostfys&ssaa тезе oxssKsaos агяяняа на оначэная гяспс-рнчентально оярадвляедах частот.

В этом сыколэ характерными являются рэзультата обработка сейсиоприсгошоз ЛЛ 1-1, 3 я 9 от горизонтальной ударной нагрузка и сойаиопряе.'Л1аксз Ш 5-7, 10-12 от вертикальной ударной негрузка. Указана'® сейсасяряемняка расположены на поверхности 2Ш АСПО соответственно горизонтально н вертикально^ ряс. 6 а 7).

Частоты колебания указанных аапэ точек в МН АСПО от вертикальных уд араке нагрузок больш, чем оря горизонтальной ударное нагрузке. Этоау факту ногат быть дано продполозеняе, что в принятых условиях проведения эксперимента характер кинематического возбуаценяя оказывает существенное влияние на спектр возбуядаемнх частот колебаний.

ог горизонтальной ударной нагрузки

Рис. 7. Частоты свободных колебаний МН АСПО от вертикальной ударной нагрузки

Результаты экспериментального изучения форм свободных колебаний ЫН АСПО представлены на рис. В.

Pao. 8. Формы колебаний моделей иоразрозшк АСПО Декременты свободных колебаний МН ЛСПО определены для двух типов ударного возбуздопия - горизонтального а вертикального. Деярсменты колебания находятся в пределах от 0,031 до 0,277 пра горизонтальном а от 0,058 до 0,220 при вертикальном ударном возбугдешш. •

Декременты затухания колебаний существенно завиоят от условий закрепления краев оболочек л от величины статической пра-грузка. Найрикер для IX граничного условия (сейсмоприемник i?8) ■ декремент в пределах 0,045-0,27?, а для V граничного условия ( сойсмопривмпак Л9) декремент л пределах 0,058 - 0Д36,

Обнаружилось xaiso, что экспериментально определенные декременты затухшшя колебаний зависят от места расположения сеЛсмощшемнякоз: чем блднэ рассматривав;,!ая точка к контуру .. АСПО, тем вше оказывается значошгс декремента затухания колебаний. Например, для сейсиоприомнака '»'5 декремент затухания в пределах 0,081-0,202, а для сейсмопрзвшшка ÍS7.соответственно 0,058-0,220.

' Пятая главе посвящена приближенному экспериментально-теоретическому способу определения частоты свободных колебаний пологих оболочек покрытия.

Проведенные экспериментальные исследования выявили, что закономерности формарованая колебательного процесса носят сложный нелинейный характер. Здесь имеет место как динамическая, так и геометрическая нелинейность, связанная о наличием предварительно приложенной статической нагрузка. Проведение теорети-

ческих исследований а точной постановке с учетом физической и геометрической нелинейности представляет собой слоанейщув мате-цатическув задачу, выходящув за рамка данной работы.

Е качества одного из возможных подходов к описания математической модели задачи о свободных колебаниях оболочек монет быть принят подход, основанный на теории расчета пологих оболочек по деформированному состоянии, предлоаенной А Д.Амосовым.

Будем исходить из того положения, что под действием предварительно приложенной статической нагрузка пологая оболочка находится в деформированном состоянии.

Приведем аналитическое решение задачи для частного олучая пологой сферической оболочки, квадратной в плане (аК^Кг= «К).

Рассмотрим случай шарнирного опирания краев оболочки. Приведем конечный результат, т.е. формулу для определения частоты собственных колебаний с учетом присоединенной массы

<

* к')® * +

(i)

j>h*m,

где амплитудное значение эе принимается по выражении

-ftgrfj»-f-__jL___ (2)

D • 1м ti Ц^г ♦ ri*)1 -^j]

Из анализа расчетной формулы (I) вытекают следувдао выводы, I. При 1«»= О и 34» О формула (I) переходит в известнув фор-

мулу

f ... Ек

2. Если не учитывать присоединенную массу, то формула (I) цокот быть представлена'в следующем виде

^ V -М- (4)

^ I

где эе определяется по вырагени» (2).

Отсвда следует, что увеличение статической пригрузки приводит к уменьшению значения частоты собственных колебаний, что нахо-

дится а качественнач соответствии с проведенными экспериментальными исследованиями.

3. Количественное сопоставление результатов экспериментальных л теоретических псследогашй по определению частоты собственных колебаний может быть ослохнеио ввиду сложности вопроса учета присоединенной массы. В качественном отношении мсаго утверждать, что учот присоединенной массы снизает частоту собственных колебаний, что находится, а соответствия с наблюдением в эксперименте.

4. Полученная расчетная формула (I) верка для случая шарнирного сплрашш по краям пологой оболочка (21 граничное условие). При других граничных условиях наразрезиости тоже мояно получить соответствующие аналитические внракения, используя, например, аппарат фундаментальных балочных функций. Однако, ото является предметом опргделеншк теоретических доследований я выходит за рамка данной работы,

В конце главы приводятся сравнение теоретических и экспериментальных результатов определения частот свободных колебаний аелезобетоннкх натурных и ыалорагмерккх моделей пологих оболочек.

Рассаотрид1 натурную гелозоботеннуа оболочку размерами л плане 24 х 24 м. Определяем частоту собствонпого колобяния по формуло (X). В качестве исходных даннюс приняты Вь=304 М^т/м2; -7=0,17;' Ь«*0,07 м; а «=4 =24 м; ¡{,= »4 = К

Результаты вычислений по формуле (I) для различных значений количества полуволн приведены в табл. I.

Таблица I

10« и)и <¿33 <4*

24 х 24 м 18,045 18,110 18,388 19,119 20,573

Для сопоставления полученных вша результатов с другими теоретическими данными, натурная оболочка рассчитана так^о по работе НЛЛопова, О.Г.Кумпяка, В.СДловкова ' , по известной программе АПП ЖБК на ЭШ ВС-1022, а также по натурному исследования железобетонной аологоЯ 'оболочки размерами а шшно 24 х 24 м, построенной в санатории "Садбарг" гЛусанбо. Эти

данные были получены Я.Ш.Исхаковны на основании натурного эксперимента в условиях реального землетрясения 10 апреля 1977го-да. Эта оболочка выполнена по схеме матричного опирания . на жесткие в плоскости и гибкие из плоскости диафрахгш, выполненные в виде металлической фермы. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2»

Частота £ По По По По натурному

колебаний формуле (I) 1ЬпооуН.Ц АЛЛ £БК эксперименту

иО , (ГЦ) 18,05-20,57 22,85 19,48-27,4 20,0

Таким образом, в данном случае могло утверждать, что теоретические решения по определения частот свободных колебаний пологих оболочек достаточно хорошо согласуются с данными натурных экспериментальных исследований.

Для сопоставления результатов экспериментальных исследований модели ЫНО о теоретическими бил использовав прием экспо-риментально-теоретического определения частот свободных колебаний.

Этот прием состоял в следующем. Для каждого этапа стата-ческого нагрукения ШЮ (500, 1000, 1500, 2000, 2500 и 2800 кг/1?) путем соответствующего нагрунения бетонных призм определялись значения модуля упругоста бетона.

Затем эти данные вводились в программу АЛЛ ЕБК для определения частоты собственных колебаний ЫНО при шести различных граничных условиях неразрезности.

В табл. 3 приведены сопоставительные данные экспериментальных исследований а данных расчета на ЭШ с помощь» описанного подхода.

Таблица 3

Тип ; граничных условий V • Эксперимент Расчет на ЭШ

а N Листах ¿ГА" ,

Т '. 16.9"' 66,7 20,6 63,1

VI 12,5 64,5 11,5 47,0

Анализ отях результатов позволяет утвзрадать, что использованный приближенный экспериментально-теоретический способ определения частот свободных колебаний пологих оболочек пра различных граничных условиях а при различном уровне предварительного статического нагружения обеспечивает достаточно хорошее совпдденио экспериментальных а теоретических данных.

В условиях отсутствия точного аналитического репганяя нелинейной задача колебаний пологой оболочки этот способ мскот быть рекомендован в качестве начального приближения.

ОШЕ ВЫВОДЫ

I» Экспериментальные исследования моделей неразрезянх пологах оболочек, как квадратных, так и прямоугольных, показывают, что динамические параметры зависят от граначнкх условий пс-разрезноста, а такта от статической а динамических нагрузок. Чем больсэ сагцеияеняз краев оболочка, тем больше частота колебания и чем больта нагрузка, тем меньшо частота собственных колебаний норазрозгшх пологах оболочек.

2. Декременты затухания колебаний заласят от условия но-разрззпоста а находится в пределах 0,010 - 0,141 для квадратной НКО й 0,031 - 0,277 для прямоугольных моделей яеразреэннх армогдаептно-стальтгс паяолей-оболочен.

3. Количество полуволн для модели ШЮ составляет по диагонали до пята полуволя, а в иапрааланка перпендикулярной диафрагме до трех полуволн. Для моделей МН АСПО в продольном направлении до двух полуволн, а в поперечном направлении до трех полуволн независимо от граничных условий перазрезяоети.

4. Анализ результатов экспериментальных исследований нора зрэ злых ШЮ а МП АСПО показал, что колебания этих конструкций пра действия статической нагрузка носят яелияойний характер. В частности, экспериментально обнаружено, что частота свободных кодебгчяй для различных точек конструкции ыояет различаться, что характерно только для нелинейных процессов.

5. На базе теории расчета пологих оболочек по деформированному состоянию разработав способ аналитического определения частоты свободных колебаний оболочка о учетом присоединенной . иасон а предварительной статической притрузки. Данные теоретического расчета нашли подтверждение пра сравнительном анализе

их о результатами натурного зксперимента.

6. Предложен приближенный экспериментально-теоретический способ определения динамических параметров пологих оболочок. Сравнение о результатами экспериментальных исследований позволяет рекомендовать его применение для получения начального приблдаония решения задачи.

Основные пологения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Исхаков Я.Ш., Нуманов O.P. Конструктивная схема и расчет на ЭВМ сейсмостойкой норазрозной железобетонной оболочки// Информ. листок. - ТцджикНИИНГИ, - Душанбе, 1983. -4 с.

2. Исхаков Я.Ш., Нуманов O.P. Ыонолдттшо железобетонные перазрезные оболочки с улучшенными технико-экономическими показателями для сейсмических районов// Строительство и архитектура Узбекистана. - 1983.- И2. - С. 30 - 31.

3. Нуманов O.P. Динамические испытания модели неразреэ-вых монолитных железобетонных оболочек// Тез. докл. Республиканская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов. -Душанбе. 1984. С* 21.

4. Нуманов O.P. Зависимость динамических параметров оболочки от краевых условий и статического притруза// Тез. докл. Республ. научно-практическая конф, молодых ученых в специалистов.- Душанбо: Донии, 1985. - С. ТО.

5. Нуманов O.P., Калавдарбеков И.К. Экспериментальные исследования железобетонной оболочки при действии статической и динамической нагрузок// Тез, докл. Республ. научно-практической конф. молодых ученых в специалистов, посвященная 73-летия Великого Октября,-Душанбе: Дониш, 1987.- С. 40.

6. Каладдарбоков ИД», Нуманов O.P. Исследование и проектирование армоцеыовтпо-стальных попелоfl-оболочек размером 3x18 м для сейсмических районов//Тез. докл. Тшшз. 1987.- С.42.

7. Нуманов O.P. Некоторые динамические расчеты неразрег-ных железобетонных пологих оболочек// Тез. докл. Ш1 научно-отчетной конференции преподавателей/ Душнбе, I989.-4.I .C.I40.

8. Нуманов O.P. Определение динамических параметров неразрезных железобетонных оболочек// Сборник научных статей/ Тезисы Респ. научно-практической конф. молодых учёных. - Ду-

канбе: Допип, 1890. С. 87-- 89.

9. Нумаяов O.P. Динамический расчет неразрозной пологой оболочки// Труди Тадаакского технического университета .С орияs Строительство п архитектура. - Душанбе, 1993. - С. 91»

10. Исханов Я.Ш., Шаряпол Д.Ш., Каландарбекоя ИД., Ка-мялоа М.Х., Нуманов O.P. Исследование на модели сейсиостой-kocïjî фрагмента диска покрытия сельскохозяйственного здания из арыоцементно-стальннх панолеЗ-оболочвк размерами 3 х 18м// Строительство и архитектура Узбекистана.-1991, - Л6.- С. 5-7.

11. йсхаков Я.Ш., Цуыаноа O.P. Дяшшичеслио исследования керазрезных нвлэзобвтошиа оболочек а натуре я на модоля // Пространственные конструкции зданий я оооруяений,- Москва, 1991. - Вып.5. - С. 142 - 146.