автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Экспериментальные динамические исследования мембранного покрытия на прямоугольном плане

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций имени Н.II.Мельникова

фШШРОШСТМЬШНСЗРЖИа им.Мельникова

Арендное предприятие

На правах рукописи

ШУЛЬШШ Игорь Зиновьевич

УДК 624.074:69.024.51.001.57

ЭКСПШМЕНТМЬНЫЕ даНШЧЕСКИБ ИССВДОВММЯ МЕМБРАННОГО ПОКРЫТИЯ НА ПРЯМОУГОЛЬНОМ ПЛАНЕ

05.23.01 - Строительные конструкции

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1992 г.

Работа выполнена в Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектном институте строительных металлоконструкций имени Н.П.Мельникова и проектном институте Днепрпроечтстальконструкция.

Научный руководитель: кандидат технических наук

РШНСКИЙ Илья Львович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

ГМШЧШ Алексей Сергеевич

кандидат технических наук ШД0В Николай Александрович

Ведущая организация: Государственный проектный

и научно-исследовательский институт гражданской авиации "Аэропроект", г.Москва

Защита состоится "2 I " .ахзАм-ч ^о 3> г. в " 12 " часов на заседании специализированного Совета Д.033.12.01 при ЦНЙИпроектетальконструкция им.Мельникова по адресу: 117393, Москва, ул.Архитектора Власова, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЩИИпроект-стальконструкция им.Мельникова.

Автореферат разослан " " с^оке^р? 1992 г.

Просим принять участие в заседании Совета и направить Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах в секретариат Совета по указанному адресу.

Учёный секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Т.С.Волкова

..^ ., г .. „ ОБЩАЯ-ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 экономично 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-мативность 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 УВЫ 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 повтому 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 помощью 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 ¡ЦНШпроектсталь-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 наблодения 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 динамически* 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 покрытием.

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 ИрМпроектстальконструкция им.Мельникова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, изложены цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и практическая ценность диссертации.

В первой главе дан анализ современного состояния вопросов в области экспериментальных исследований висячих систем.

Отмечается, что широкое внедрение висячих систем для покрытий большепролётных зданий стало возможным благодаря крупным теоретическим и экспериментальным исследованиям, выполненным такими учёными-исследователями как В.К.Качурин, И.Г.Людковский, В.И.Трофимов, В.Н.Шимановский, Ф.Отто, Д.Яверт, Л.И.Гольденберг, П.Г.Еремеев, А.В.Касилов, Ю.К.Мелашвили, Л.Г.Дмитриев, Н.С.Москалёв, Г.С.Веденников, О.А.Курбатов, О.Г.Сулаберидзе, Н.М.Кирсанов, В.Б.Микулин, В.И.Трофимов, К.Н.Илленко, А.П.Морозов, Г.Г.Зедгенидзе, Н.В.Канчели, О.Н.Тоцкий, И.Я.Ружанский, А.Л.Гольденвейзер и другими.

В ведущих научно-исследовательских учревдениях, таких как ЩИИСК им.В.А.Кучеренко, Союзспортпроект, МНИИТЭП, НИИЖВ, ЛЕНЗШШП, ХДОИПроектетальконструкция им.Н.П.Мельникова, МИСИ и других, выполнен значительный объём экспериментальных работ, направленных на создание новых конструктивных форм и уточнение методики расчёта висячих систем, получение данных о действительной работе конструкций при статическом воздействии.

Такие работы проводились для покрытий различных конструктивных систем, в частности для Олимпийских объектов Москвы и Токио, ангара в аэропорту г.Риги.

Значительно в меньшей степени изучены вопросы, относящиеся к динамике висячих систем. Работы в этой области выполнены В.З.Власовым, С.П.Тимошенко, И.М.Рабиновичек, Д.С.Вольмиром, В.А.Ивовичем, И.Л.Корчинским, Н.А.Поповым, Л.Н.Покровским, А.П.Гвамичава, К.Н.Илленко, М.И.Казакевичем, В.Н.Шимановским, Л.Г.Мухадэе, Г.М.Джапаридзе, И.И.Воровичем и другими. Число работ, посвященных экспериментальным методам определения динамических характеристик висячих покрытий, реакции сооружения на действие динамических нагрузок, пока ещё не велико. Такие работы в небольших объёмах проводились в разное время в НИШБ, ЦйГИ

им. Н.Б.Жуковского, ЩИИСК им.В.А.Кучеренко, ШСИ, ЩИИпроект-стальконструкция им.Н.П.Мзльникова, других научных учреждениях, в ряде зарубежных стран.

Анализ выполненных исследований позволил сделать вывод о недостаточной изученности вопросов, относящихся к методам и средствам получения экспериментальных данных о действительной динамической работе висячих, в частности мембранных покрытий зданий и сооружений, сформулировать цели и основные задачи работы.

Во второй главе изложены конструктивные особенности и способы монтажа мембранного покрытия объекта исследований - здания ангара аэропорта г.Риги (рис.1). Сложность конструкции и особенности монтажа мембранного покрытия, при котором предусматривается наличие отдельных свободно провисающих полотен мембраны, а также неапробированность расчётных методик определения собственных динамических характеристик, учитывающих в полной мере конструктивные особенности здания ангара, предопределили необходимость проведения комплекса экспериментальных исследований. Целью таких исследований являлось уточнение действительных параметров динамической работы элементов сооружения, оценка воздействия на сооружение работы применяемого технологического оборудования (кранов, крышных вентиляторов).

Для проведения экспериментальных исследований была спроектирована крупномасштабная модель ангарного корпуса. Геометрический масштаб принят 1:25. Размеры модели в плане 4320x2400 мм.

Моделирование металлоконструкций каркаса и покрытия ангарног корпуса осуществлялось на основе положений теории подобия метод I анализа размерностей и рассмотрения уравнений, описывающих напряжённо-деформированное состояние конструкций.

В третьей главе изложены методика, средства проведения и результаты экспериментальных исследований динамических характеристик монтажного элемента мембранного покрытия.

Экспериментальные исследования проводились путём динамическь испытаний малоразмерной модели, основные геометрические соотношения и физические параметры которой характерны для монтажного элемента мембранного покрытия, примененного при проектировании ангара в аэропорту г.Риги. Модель представляла собой стальную полосу с заданной стрелой провисания, прикрепленную по краям к стойкам

Рис I. Ангар в аэропорту г.Риги.

испитательного стенда.

С целью изучения влияния на собственные динамические характеристики модели податливости опорных закреплений, одна из стоек стенда выполнена трансформируемой. Испытания проводились при двух уровнях статического нагружения, моделирующих реальные нагрузки на покрытие.

Для определения влияния способа нагружения на точность экспериментальных данных нагрузка реализовалась двумя способами: "точечная" - в виде равномерно распределенных сосредоточенных грузов и нагрузка в виде мешков с песком.

Для измерения параметров колебаний модели была разработана виброметрическая система на основе индукционных датчиков. В качестве регистратора в системе использовались многоканальный самописец типа Н3031 и 14-канальный магнитограф. Основная погрешность определения амплитуды колебаний, по результатам исследования метрологических характеристик измерительной системы, не превышает + 10$, частоты - + 2% измеряемой величины.

Возбуждение колебаний модели осуществлялось вибрационным способом - при помощи специально разработанного вибратора, соединяемого при помощи гибкой тяги с электродвигателем, а также способом начального смещения. Во втором сдучае на модель накладывались дополнительные связи, которые затем мгновенноу$ирались. Первый способ позволил зафиксировать моногармонические колебания модели в резонансных режимах, которые находились методом "теневой" записи с проховдением широкого диапазона частот, второй способ - затухающие полигармонические свободные колебания. Сочетание двух способов обеспечило возможность возбуадения колебаний в диапазоне 1-8 Г^.

Обработка результатов динамических испытаний модели осуществлялась методом спектрального анализа с помощью автоматизированной системы на базе персональной ЭВМ. Суммарная погрешность преобразования данных в разработанной автоматизированной системе не превышает 4$. Данные в систему вводились как непосредственно с датчиков через аналого-цифровой преобразователь, так и с использованием записи на магнитограф. Кроме того использовался способ введения данных с бумажного носителя в ЭВМ при помощи специального устройства и программы оцифровывания аналоговой записи

колебательного процесса.

Анализ экспериментальной информации, полученной при динамических испытаниях модели монтажного элемента мембранного покрытия, позволил установить б собственных частот и идентифицировать соответствующие им формы колебаний. Определены декременты колебаний модели.

Выполнен анализ методов расчёта подобных систем. Расчётные значения частот определялись для различных случаев нагружения модели по формуле, предложенной В.Н.Шимановским:

где & - число полуволн колебаний; т - погонная масса;

Е - пролёт; /а - начальная стрела провисания; Нет -статический распор; Ей - изгибная жесткость; ЕР - продольная жёсткость

Учёт податливости опорных закреплений осуществлялся по предложенной автором методике, путём представления расчётной схемы модели в виде последовательного соединения пружин С и Со, гдеС-податливость опоры и Соя ЕЕ/С - продольная жёсткость нити, отнесенная к единице её длины. Тогда, учёт податливости можно _< осуществить путём замены в формуле (I) ЕР на ЕРж.-едая*'/с)"

Изложенный метод может применяться в тех случаях, когда статическое натяжение от вертикальной нагрузки мало изменяется по длине модели.

Анализ данных экспериментально-теоретических исследований позволил получить следующие результаты:

1. Подучены экспериментальные зависимости частот собственных колебаний модели от величины нагрузки и податливости опорных закреплений. Так, при увеличении нагрузки в 3,4 раза наблюдалось уменьшение величин низших частот в диапазоне от 4 до 6%. При переходе от системы с жесткими опорами к опорам с податливостью, моделирующей податливость опорного контура мембранного покрытия, наблюдалось уменьшение значений частот колебаний в диапазоне от 4 до 1656.

2. Сравнение результатов экспериментов и расчётов показало,

что расхождение между ними не превышает 5-10%. Показано, что учёт последнего члена в выражении (I) необходимо осуществлять только для частоты, соответствующей форме колебаний с одной полуволной.

3. Эксперимент показал, что величины частот и очертания форм колебаний мало зависят от типа нагрузки на модель. Расхождение мевду величинами частот колебаний, полученными при экспериментах с "точечной" нагрузкой" и нагрузкой в виде мешков, не превышает 5-7%. Таким образом, при проведении модельных динамических испытаний в качестве статической нагрузки на покрытие можно использовать более технологичную и менее трудоёмкую нагрузку из мешков.

4. Опробование разработанной измерительной системы, методов и средств возбуждения колебаний и обработки результатов испытаний показало их высокую надёжность, достоверность получаемых результатов. Разработанные методы и средства проведения испытаний могут быть применены при проведении экспериментальных исследований динамических характеристик масштабных моделей зданий с мембранным покрытием.

В четвёртой главе описаны экспериментальные исследования динамических характеристик крупномасштабной модели ангара, конструкция которой описана во второй главе. В процессе испытаний использовались три варианта моделей, отличающихся друг от друга жесткостями опорного контура. Для исследования зависимости частот и форм колебаний от величины статических нагрузок на покрытие испытания проводились при 8 ступенях нагружения. Статическая нагрузка реализовывалась в виде мешков с песком.

Для создания вертикальных динамических нагрузок использовались следующие способы: сбрасывание груза (импульсная нагрузка) и возбувдение вибратором направленного действия (вибрационная нагрузка). Вес груза, использованного для реализации первого способа, составлял от 0,2 до 0,7% от величины нагрузки, уложенной на покрытие модели, что не искажало её динамические характеристики при испытаниях. В качестве вибратора использовалось специально разработанное и изготовленное устройство, обладающее малой собственной массой и величиной дебаланса, достаточной для создания необходимой величины силы. Устройство приводилось во враще-

ние через валопровод асинхронным электродвигателем с тиристорным преобразователем, позволяющим плавно изменять частоты вращения ротора вибратора.

Импульсная горизонтальная нагрузка создавалась путём приложения к опорному контуру модели усилия в горизонтальном направлении с последующим мгновенным снятием наложенной связи.

Измерение вертикальных колебаний мембранного покрытия выполнялось с помощью специально разработанных индукционных датчиков, с массой подвижной части,не превышающей 20 г. Для измерения параметров колебаний опорного контура использовались вибродатчики типа К001.

Аналоговый сигнал всех датчиков регистрировался многоканальным быстродействующим самописцем типа Н3031, многоканальным магнитографом, а также путём прямого ввода в компьютер через аналого-цифровой преобразователь.

Выбор точек измерения параметров колебаний мембраны в вертикальном направлении был подчинён задаче получения достоверных данных для построения шести низших форм колебаний. Всего - 24 точки измерения.

Анализ экспериментальной информации, полученной при динамических испытаниях базовой модели ангара, позволил установить б собственных частот вертикальных колебаний покрытия.

Результаты эксперимента позволили установить следующее:

1. Шесть низших частот колебаний покрытия модели лежат в диапазоне от 4,5 до 12,5 Гц.

2. Низшей является форма, имеющая по одной полуволне колебаний в каждом направлении.

3. Значения собственных частот колебаний систем рассматриваемого типа в исследуемом диапазоне не зависят прямым образом от нагрузки. При увеличении нагрузки собственные частоты стабилизируются, а на высших формах могут и увеличиваться с ростом нагрузки. Экспериментально подтверждены зависимости, полученные в ЦНИИСК при численных исследованиях квадратного в плане мембранного покрытия.

4. Изменение жесткости опорного контура модели в 2 раза по сравнению базовой (проектной) приводит к изменению значений частот колебаний покрытия всего на 10-12$. При этом, чем меньше

жесткость опорного контура, тем меньше частоты колебаний (и наоборот).

5. При возбувдении вертикальных колебаний мембраны, а также при импульсном возбуждении горизонтальных колебаний опорного контура зафиксированы горизонтальные колебания балок опорного контура с частотами, близкими частотам вертикальных колебаний покрытия. Дополнительные исследования показали, что выявлено наличие совместной динамической работы опорного контура и мембранного покрытия.

6. Величины полученных логарифмических декрементов колебаний модели лежат в диапазоне 0,07-0,15. Эти данные нельзя в полной мере переносить на реальную конструкцию. Определение действительных значений декрементов следует проводить только по результатам натурных динамических испытаний ангара.

В работе получены расчётные значения частот и форм вертикальных колебаний покрытия. Расчёты проводились с использованием аналитических выражений, предложенных В.З.Власовым, К.Н.Илленко, а также разработанных в 1Р1ИСК. Выполнены расчёты на ЭВМ: по различным стандартным программам, а также по специальной программе, разработанной в ЩИИСК. Для расчётов на ЭВМ разработаны специальные расчётные схемы.

Анализ результатов сопоставления расчётных и экспериментальных данных позволил сделать следующие выводы:

1. Известные аналитические методы расчёта, в целом, мало применимы для определения собственных динамических характеристик мембранных покрытий исследуемого типа.

Для предварительной оценки периода низшей формы собственных колебаний покрытия можно использовать формулу, предложенную К.Н.Илленко: >—„-р;-

и

где - упругий прогиб I -й точки по направлению колебаний;

Рс - сила, действующая на I -ю точку.

Точность вычислений в этом случае оценивается в 20%.

2. Анализ результатов расчётов по программам на ЭВМ позволил предложить для определения динамических характеристик конструкций исследуемого типа применять программу "ГАММА" и программу, разработанную в 1ЩИИСК. При этом необходим точный учёт реальных вели-

чин предварительного натяжения мембраны, особенностей конструкций и нагрузок на покрытие.

Вычисленные по этим программам частоты основного тона колебаний практически совпадают с экспериментальными. Расчётные значения частот колебаний высших форм отличаются от экспериментальных не более, чем на 20-25%.

3. Выполнена предварительная оценка частот собственных колебаний реального покрытия ангарного корцуса. Такая оценка проводилась по результатам динамических испытаний модели сооружения путём использования коэффициентов, полученных на основе теории подобия, а также по результатам теоретических исследований, в частности расчётов сооружения на ЭВМ.

Получено следующее соотношение между частотами колебаний:

/н=о,г/м сз)

где - частоты колебаний, соответственно натурной конст-

рукции и модели.

При этом три низших частоты колебаний реального покрытия ангара лежат в диапазоне 0,9-1,4 Л*.

В пятой главе проведена экспериментальная оценка реакции сооружения на технологические воздействия: обрыв груза с кранов и работу крышных вентиляторов.

Содержанием модельных испытаний для изучения реакции покрытия на нагрузки, вызванные обрывом груза с кранов, являлось возбуждение колебаний импульсным способом, путём мгновенного освобождения связи, удерживающей груз, в некоторых точках надворот-ной фермы и регистрация колебаний фермы и мембранного покрытия модели. Вертикальные колебания мембраны измерялись индукционными датчиками, а колебания надворотного блока - вибродатчиками типа К001. Сигнал с датчиков регистрировался многоканальным быстродействующим самописцем типа Н3031. Как показали испытания, частоты собственных колебаний надворотного блока значительно выше частот вертикальных колебаний мембранного покрытия и лежат е диапазоне 50-70 Гц. Зарегистрированные колебания покрытия при испытаниях имеют частоту 4,6-4,9 Гц, что соответствует частоте собственных колебаний основного тона мембраны.

По результатам испытаний установлено, что данная динамиче-

ская нагрузка не вызывает существенных дополнительных напряжений в элементах надворотного блока и колебаний мембраны.

При испытаниях на воздействия от крышных вентиляторов динамическая нагрузка создавалась с помощью специального устройства, моделирующего работу вентилятора. Параметры возбуждения задавались эквивалентными характеристиками серийно выпускаемых крышных вентиляторов. Динамические напряжения в мембране измерялись тензометрическим способом с помощью розетки из срех тен-зорезисторов. Аналоговый сигнал регистрировался на многоканальном самописце типа Н3031. Вибрация мембраны в окрестности точки возбуждения колебаний измерялась датчиками индукционного типа, тарированными на виброскорость.

По результатам испытаний установлено, что дополнительные напряжения в мембране в окрестности точки приложения динамической нагрузки на самых неблагоприятных режимах работы вентилятора не превышают 30% напряжений, вызванных статической нагрузкой на покрытие от собственного веса и временной длительной.

В приложении представлена разработанная с участием автора система методического и приборного оснащения для проведения натурных динамических испытаний ангарного корпуса в аэропорту г.Риги (программа испытаний), при её разработке использовались результаты данной диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика и специальные средства возбуждения и измерения колебаний, необходимые для проведения модельных экспериментов и натурных испытаний, обеспечивающие при минимальных затратах получение достоверных данных о параметрах собственных и вынужденных колебаний.

2. Спроектированы и изготовлены трансформируемые модели ангарного корпуса и монтажного элемента мембранного покрытия, предназначенные для экспериментальных исследований динамических характеристик с учётом конструктивных особенностей реального сооружения и способов его ' возведения.

3. Выполнен комплекс экспериментальных работ, в процессе которых варьировались параметры элементов конструкции, оказывающие влияние на динамические характеристики покрытия.

4. Полученные экспериментальные данные позволили уточнить значения частот и чередование четырёх-шести низших форм колебаний мембраны. Экспериментально подтверждена расчётная зависимость собственной частоты основного тона от изменения нагрузки и жесткости опорного контура. Показано, что существенные изменения этих параметров незначительно сказываются на частотах основного тона колебаний мембраны и её монтажного элемента. Сделан вывод о совместной динамической работе мембраны и опорного контура. Низшая собственная частота базовой модели, параметры которой адекватны реальному мембранному покрытию, характеризуется наличием одной полуволны колебаний в каждом

из двух направлений. Получены декременты колебаний покрытия модели.

5. Проведены расчёты мембранного покрытия по различным аналитическим методам и по стандартным программам для ЭВМ. Ио результатам сопоставительного анализа данных расчётов и эксперимента рекомендовано для предварительной оценки частоты низшей формы собственных колебаний мембраны использовать формулу К.Н.Илленко. Более точные значения частот колебаний первых шести форм с учётом конструктивных параметров покрытия дают вычисления по программам "ГАММА" и ЦНИИСК.

6. Выполнена оценка реакции сооружения на некоторые технологические воздействия, характерные для промышленных зданий. Показано несущественное влияние на напряженное состояние мембранного покрытия и надворотной фермы работы крановых механизмов (обрыв груза) и крышных вентиляторов.

7. По результатам модельных испытаний и расчётным данным оценены собственные частоты и формы колебаний мембранного покрытия реального сооружения - ангарного корпуса в аэропорту г.Риги. На базе выполненных экспериментальных исследований разработана система методического и приборного оснащения для проведения натурных динамических испытаний строящегося ангара.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Ружанский И.Л., Шульман И.З., Казакевич М.И. и др. "Динамические испытания модели мембранного покрытия". - В сб.: Натурные испытания, инструментальные наблюдения и контроль строи-

тельных металлоконструкций при возведении и эксплуатации инженерных сооружений. - М.:1рИИпроектстальконструкция им.Мельникова 1990.-С.97-112.

2. Ружанский И.Л., Шульман И.З., Малов В.Ю. "Динамическая работа большепролётных мембранных покрытий производственных зда-ний'У/Промышленное строительство. - 1992. - № 5. - С.18-20.