автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Исследование напряженно-деформированного состояния тканевых грунтонаполненных стен одноэтажного здания круглого очертания в плане на действие сейсмических нагрузок

ВВЩШИЕ. *

I. СБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕНТОВЫМ И ПНЕВМАТЙЧЮКЙМ КОЮТРУКЦИШ И СООРУЖЕНИЯМ С ГРУНТСНАПШНЕННЫШ стшми

1.1» Тентовые и пневматические конструкции.♦ Ю

1.2. Сооружения о грунт онадолнвнныш стенами.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЯГКОЙ ТКАНИ

И ТКАНЕВЫХ 1ТУНТ0ШШСИНЕННЫХ ОБРАЗЦОВ

2.1. Задачи экспериментальных исследований

2.2. Испытания ткани и тканевых соединений . ♦. v 2.3. Испытания призматических и кубических образцов

L ^ на ожатие, на одвиг и на изгиб

2.4. Определение модулей деформации при сжатии, при

4 сдвиге и изгибе.

Выводы до главе . v .• .<•

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧ^.ДЩОВОГО В ШШШ ЗДАНИЙ

С ТКАНЕВЫМИ ГРУНТОНАПОШЕННЫМИ стшми".

З.Х. Исходные положения .••.«•»•.•.

3.2. Составление системы разрешающих уравнений.

3.3. Выводы выражений характерных коэффициентов

4. РАСЧЕТ КРУГОВСЮО В ПЛАНЕ ЗДАНИЯ С ТКАНЕВЫМИ ГРУНТШАПСШШШШ СТШШ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ

ВОЗДЕЙСТВИЯ. * 4.1. Жесткостные характеристики и расчетная схема

1 стены.,.

4.2. Вывод общей матрицы жесткости здания.

4.3. Определение свободных членов.

4*4. Определение напряженно-деформированного состояния грунгонаполненных стен здания

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Одной из важнейших задач программы экономического и социального развития любого общества является осуществление в больших масштабах промышленного, гравданского и специального строительства. Важнейшей задачей любого строительства является всемерная экономия трудовых, материальных и энергетических ресурсов. В связи с этим наиболее удобным и экономичным оказывается ведение строительства из местных дешевых материалов. Особенно это каоается труднодоступных районов, где вопрос транспортировки строительного материала и изделий приобретает первостепенное значение.

Наличие такой ситуации в строительстве заставляет проектировщиков, расчетчиков, конструкторов искать, создавать и разрабатывать новые виды строительных материалов, конструкций, технологию для изготовления и возведения различных типов зданий с различными функциональными назначениями.

Если принимать во внимание, что воегда имеются труднодо- . отупные регионы для строительства (например, в СССР - Сибирь, в Алжире - Сахара и т.д.), вышеприведенным требованиям наиболее полно удовлетворяют принципиально новые виды конструкций, условно названные грунтонаподненными. Они были разработаны во Всесоюзном заочном инженерно-строительном институте под руководством проф. Василькова Б.С, и Симвулиди И.А. Новизна заключается в применении мягкой, тканевой оболочки, заполненной грунтом, песком или другим сыпучим материалом, как несущего элемента, в котором заполнитель будет работать в основном на сжатие или на сдвиг. Мягкая ткань может работать только на растяжение.

Развитие химической промышленности позволило создать ткани с высокими разрывными и эксплуатационными характеристи каш и тем самым косвенно был решен вопрос о высокой несущей способности всей конструкции.

Сооружения, собранные из таких несущих конструкций, могут иметь самые разные очертания в плане и из них можно стро ить сооружения различных функциональных назначений, в том числе: сооружения спортивного назначения: хоккейные площадки для конькобежного спорта, площадки для танцев на льду, плавательные бассейны, теннисные корты и т.д.;

- хранилища и складские помещения: склады для промышленной продукции, для сырья, для сельскохозяйственных продектов и кормов, для удобрений, зернохранилищ и т.д.;

- культурно-просветительные: кино, театру, клубы и т.д.;

- общественного питания, столовые, рестораны и т.д.;

- медицинского назначения;

- специального назначения;

- разные : гаражи, мастерские и т.д.;

- резервуары;

- отдельные элементы - опоры и т.д.

Подовительной стороной таких конструкций является: малый вес транспортировки - транспортируется только ткань и только на месте строительства оболочка заполняется местным дешевым, сыпучим материалом;

- не требует выполнения громоздких подготовительных работ;

- низкая собственная цена и низкие эксплуатационные расходы;

- хорошие теплотехнические характеристики}

- разнообразность внешних форм.

Цель работы - разработка (в упругой стадии) методики расчета и исследование напряженно-деформированного состояния конструкций здания с грунтонаполненными стенами на сейсмические воздействия. Кроме этого, намечается разработанную и научно обоснованную новую методику расчета указанных конструкций в дальнейшем широко внедрить в практику.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи;

- экспериментальное исследование прочности и деформатив-нооти синтетической ткани и тканевых соединений (встык и внахлестку); '

- экспериментально-теоретические исследования жесткост-ных характеристик тканевых грунтонаполненных образцов кубической и призматической формы, а также определение их модуля деформаций при сжатии, сдвиге и изгибе;

- разработка алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории конечного элемента в перемещениях на сейсмическую нагрузку;

- исследование напряженно-деформированного состояния нами на 8-балльную сейсмическую нагрузку.

Автор защищает разработанную им новую методику расчета зданий с грунтонаполненными стенами на сейсмическую нагрузку. Результаты проведенных экспериментальных исследований и способы их учета в теоретических расчетах.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: круглого в плане здания

- в определении прочностных и деформативных характеристик синтетической ткани и тканевых соединений встык и внахлестку;

- в установлении жесткостных характеристик тканевой грун-тонаполненной стены (модули деформации на сжатие, на сдвиг и на изгиб с учетом обжатия по высоте стены);

- в разработке расчетных схем и в разработке алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории конечного элемента в перемещениях на сейсмические воздействия;

- в определении поля деформации и напряжений здания с тканевыми грунтонаполненными стенаш при 8-бёлльной сейсмической нагрузке.

Практическая ценность работы представляв® интерес для работников проектных и научно-исследовательских институтов и результаты могут быть использованы в следующих направлениях:

- в определении прочностных и деформативных характеристик элементов здания и в определении модулей деформаций материала на сжатие, на сдвиг и на изгиб;

- в разработке расчетных схем и в разработке алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории метода конечного элемента в перемещениях на сейсмические воздействия;

- в определении поля деформаций и напряжений круглого в плане здания с грунтонаполненными стенаш при сейсмической нагрузке 8 баллов;

- внедрение научно обоснованной и разработанной автором диссертации новой методики расчета позволяет повыоить экономичность несущих конструкций зданий с грунтонаполненными стенами яри обеспечении требуемой их прочности и жесткости на всех стадиях возведения и эксплуатации здания.

Внедрение результатов диссертационной работы намечается путем включения их в нормы проектирования конструкций здания с грунтонаполненными стенами, разрабатываемые конструктороко-технологическим институтом "Стройиндустрия", г.Тбилиои,

Результаты проведенных исследований доложены на кафедре строительной механики МИСИ им. Куйбышева и на научно-технических конференциях (ВЗИСИ в 1989 г.; в Севастополе в 1990 г.).

По теме диссертации опубликованы 2 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 100 наименований, она изложены на * Щ5 стРанш*ах основного текста, содержит Z\ риоунков

1. Агальцев А.В. Определенна точечного каркаса минимальной поверхности с трапециедальной сеткой // Прикладная геометрия и инженерная графика. - Киев, 1975. - Вып. 20. -С.104-108.

2. Агальцев А.В. Определение точечного каркаса минимальной поверхности // Прикладная геометрия и инженерная графика. -Киев, 1967. Вып. 5. - С.124-126.

3. Адулов П., Коваль С.Н. Моделирование поверхностей с помощью сетчатых номограмм // Прикладная геометрия и инженерная графика. Киев, 1975. - Вып. 20. - C.II5-II7.

4. Аистов Н.Н. Испытание сооружений. Стройиздат, I960.

5. Алексеев С.А, К теории мягких оболочек / Сб. науч. тр. XI Всесоюз. конф. по теории оболочек и пластин. Баку, 1966. -М.: Наука, 1966. С. 945-947.

6. Архарова Т.И. Теоретическое исследование напряжений в мягких оболочках тентовых конструкций / Сб. науч.тр. Лен. ЗНИЭП Госгравданотроя // Пространственные конструкции в гражданском строительстве. Л., 1982. -C.II-I4.

7. Берд Ч.Ч. Стеклоткань, покрытая тефлоном уникальный новый материал для тентовых сооружений / Пневматические строительные конструкции // Под ред. В.В.Ермолова. - М.: Стройиздат, 1983. - С. 239-261.

8. Блинов Ю.Й., Куликов Г.Д., Дунюпшин В.Д. К использованию тентовых сооружений в зимних условиях. М., 1978. - 10 с. / ШСИ им. В.В.Куйбышева. - Дел. во ВНШС. - № 1296.

9. Балабух Л.Н., Усюкин В.И, Приближенная теория мягких оболочек вращения / Тр. У111 Всесоюз. конф. по теории оболочек и пластин. Ростов-нагону, 1971.

10. Бранд Г.В. Геометрия многофокусных поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1979. - 64 с.

11. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. - 280 с.

12. Васильков Б.С., Симвулиди И.А., Печеновская Т.Н. Способ возведения ограждающей стенки / Авт. свид. Опубл. 05.03.80. Бюлл.'Л 9.

13. Васильков Б.С., Симвулиди И.А., Печеновская Т.Н. "Стена". / Авт. свид. Опубл. 30,09.82. Бюлл. №36.

14. Васильков Б.С., Печеновская Т.Н., Абрамкин В.Г. Опубл. 30.01.87. Бюлл. Jfe 4. / Доп. к Авт. свид. "Стена".

15. Васильков Б.С. Исследование работы складчатых систем и оболочек: Дис. . докт, техн. наук. М., 1964.

16. Васильков Б.С. Применение метода конечных элементов в перемещениях к расчету оболочек, складок, коробчатых и массивных систем / Теория и расчет сооружений. Вып. 13. - М»: ЩИЖК им. Кучеренко, 1970.- т

17. Васильков B.C. Расчет балок-стенок методом конечных элементов в перемещениях / Тр. Туркменского политехи, ин-га. -Вып. 10. Ашхабад, 1971.

18. Васильков B.C., Гагнидзе И.Ш., Менаа Лазази. Экспериментальные исследования тканевых грунтонаполненных образцов / Деп. в ШИШТШ, № 10819. Вып. 2. - 1991.

19. Васильков Б,С., Гагнидзе И.Ш., Менаа Лазази, Напряженно-деформированное состояние тканевых грунтонаполненных стен здания круглого очертания в плане на сейсмические воздействия / рук. деп. в ВНИИНТПИ, й 10820. Вып. 2. - 199I.

20. Власов В.З. Общая теория оболочек и ее приложение в технике. М.-Л., 1949. - 500 с.

21. Влияние УФ-облучения на долговечность капроновых и вис козных тканей при многократном растяжении в различных направлениях / Д.Е.Мирошников, М.П. Носов, В.Ф.Пулятин и др. // Изв. ВУЗов. Технология легкой промышленности. 1977. - № 4.С. 44-46.

22. Вознесенский С.Б, Пространственные конструкции из тка-не-пленочных материалов // Промышленное строительство. 1977. ■ В 8.

23. Вознесенский С.Б., Ермолов В.В. Проектирование пневматических конструкций в СССР и за рубежом. М.: ЦЕЙШС Госстроя СССР, 1975.

24. Вознесенский С.Б., Гуцков В.В., Жуканова Н.И. Строительство с применением тентовых покрытий складов минеральных удобрений и других объектов. М.: ЦНИИТЭП Госкомсельхозтехники СССР, 1979.

25. Гениев Г.А. Некоторые задачи расчета пневмоконструкдай из мягких материалов / Исследование по строительной механике.- 1Ш М.: Госстройиздат, 1966. Выя. У.

26. Гогвшвили А.А. Разработка и исследование пневматических напряженных цилиндрических сводов воздухоопорного типа: Автореф.дис. .канд.техя.наук. М.: ЦНШСК им.Кучеренко,1972.

27. Григорьев А.С., Трушина В.М. Некоторые основные вопросы теории мягких оболочек / Теория мягких оболочек и их использование в народном хозяйстве. Роотов-на-Дону, 1976.

28. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих мягких оболочек / 2-е изд. перераб. и доп. М.: Наука, 1976. - 512 с.

29. Галык И.О., Семак Б.Д., Артемова М.Л. Светостойкость чехольнопа лат очных тканей с пленочным покрытием. // Строительная промышленность. 1978. - J6 6. - С. 76-78.

30. Грин А., Адкинс Дж. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. М.; Мир, 1965.

31. Гаас Р., Дитщус А. Растяжение материи и деформация мягких воздушных кораблей / Пер. с нем. Д., 1931. - 132 с.

32. Голуб 3. К вопросу о прочности конструкционных тканей // Tertil. ~ 1966. 2I.-P.390-392 (Пер. № 10628/6).

33. Джанелидзе Г.Ю. К теории тонких и тонкостенных стержней // Прикладная математика и механика. 1949. - Т.ХШ. - J6 6.С. 597-608.

34. Джанелидзе Г.Ю., Пановко Я.Г. Статика упругих тонкостенных стержней. М.-Д.: Гостехтеориздат, 1948. - 208 с.

35. Друзь Б.И. О форме поперечного сечения воздухонапорной цилиндрической оболочки // Строительная механика и расчет сооружений. 1973. - № 4. - С. I-I9.

36. Дымкова Т.М. Расчет поверхности покрытия тентового сооружения с несущими тростостоечными элементами / Тр. ин-га ЦНИИСК им, Кучеренко // Экспериментальные и теоретические ио-Наследования строительных конструкций. М., 1987. - С.17-21.

37. Ермолов В.В. Пневматические строительные конструкции. -М,: Стройиздат, 1983. 355 с.

38. Ермолов В.В. Тентовые сооружения: Обзорная информация. Сер. Строительные материалы, изделия и конструкции. Вып. I. -1979.

39. Ефимова В.Н. Прогнозирование деформативных свойств ПНХ / В сб.: Полимеры в мелиоративном и водном хозяйстве. -Елгава, 1976. Вып. 4. - С. 59-68.

40. Зедгенидзе Г.Г., Осташевский А.Я., Григорьев CJf. К вопросу определения начальной геометрии тентового сооружения // Пространственные конструкции в гражданском строительстве / Сб. науч.тр. ЛенЗНИИЭП. Д., 1982. - с.20-24.

41. Ишин К. Проектирование и расчет пневматических сооружений // Пневматические строительные конструкции / Под ред.В.В.Ермолова. М.: Стройиздат, 1983. - С. 261-273.

42. Искандеров И.Н., Вознесенский С.Б. Склад из пневмокон-струкции // Промышленный транспорт. 1976. - Л 7.

43. Искандеров И.Н., Вознесенский С.Б. Организация серийного выпуска воздухоопорных сооружений на Ангренском резиновом комбинате / В сб.: Пятый дальневосточный семинар по мягким оболочкам. Владивосток, 1976.

44. Клепикова Л.С., Малахов Н.А. Применение численных методов для определения точечного каркаса поверхности, опирающейоя на заданный контур // Прикладные вопросы начертательной гео метрии. Л.: ЛИИЖГ. - ЦНШТЭИ МПС Л 724-00. - Дел- 12.УП.1987- С. 90-101.

45. Коллар Р. Изготовление поверхностей с двойной кривизной из плоского брезента путем его изгибания /Magyar Egitpip.-1982. Л 7-8. - С. 457-460. - Пер. Л M-I7929.

46. Кузнецов Э.Н. Введение в теорию вантовых систем. -М.; Стройиздат, 1969. 120 с.

47. Квомби А. Архитектура и пластмассы / Пер. о англ. -М.г Стройиздат, 1978. 248 с.

48. Колеона Т.П., Блинов Ю.И. Лучистые характеристики материалов тентовых огразадающих конструкций / Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. 1976. - Л 9. - С. 67-71.

49. Литвина В.Д. Напряженно-деформированное состояние мяг ких цилиндрических оболочек под действием распределенной нагрузки / Сообщ.лаб.мягких оболочек. Вып.34. - Владивосток, 1976.

50. Магула В.Э. Судовые эластичные конструкции. Л.: Судостроение, 1978.

51. Магула В.Э. Основные зависимости теории мягких ободочек. / В сб.: Тр. Николаевского кораблестроительного института- 1973. Выл. 78.

52. Маще лине кий Р.Н. Статический расчет гибких висячих конструкций. М.: Стройиздат, 1950.

53. Метод конечного элемента: Уч.пособие для втузов / Под ред. П.М.Варвака. Киев: Высшая школа, 1981. - 176 с.

54. Михайленко В.Е., Коваль С.Н. 0 координатных способах конструирования поверхности // Прикладная геометрия и инженерная графика. -Вып. 17. Киев: Буд1вельник, 1973. -C.II-I3.- щ

55. Мифтахутдинов И.Х. Моделирование оболочек тентовых покрытий из полиэтиленовой пленки / Реф. информация. М.: ЩШЕ Госстроя СССР. - Вып.8. - Серия 8. - С. 45-48.

56. Мифгахутдинов И.Х. Поиск форм тентовых покрытий на моделях из эластичной ткани / Экспресс-информация. М.: ВНИНС Госстроя СССР, 1983. - Серия II. - Выл. I. - С. 37-40.

57. Морозов Ю.А. Об определении деформаций пневматических баллонов от действия внутреннего избыточного давления // Строительная механика, расчет и конструирование сооружений: Тр.МАрхИ, 1971. - Вып. 3. - С. 33-41.

58. Отто Ф., Шлейер К.Тентовые и вантовые строительные конструкции / Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1970. - 173 с.

59. Орас Р.Э, Расчет тенто-вантового покрытия/ Сб. науч.тр. Таллиннского политехн.ин-та. 1975. - J£ 571. - C.II-I9.

60. Поздняков Б.П. Усталость тканей и расчет их прочности на растяжение // Легкая промышленность. 1936. - № 5.С. I5I-I67.

61. Пленочвые тентовое покрытие купола в туристском центре "Волга" / Ю.И.Блинов, В.А.Сладков, А.В.Котовицкий и др. // В кн.: Пленки, ткани и сетки в гравданских и промышленных сооружениях. -Казань, 1972. -С. II4-I2I.

62. Пневматические строительные конструкции / А.В.Губенко, Г.Н.Зубарев, А.Б.Кулаковский, М.И.Петровнин, И.С.Петров, -М.: Стройиздат, 1963. 128 с.

63. Репина Н.С., БобовичБ.Б., Парамонова Л.Г. Исследование деформационных свойств синтетических тентовых материалов // Технология автомобилестроения. Сер.14. - 1978. - Й 5. - С.25-28.

64. Рыбьев И.А. Технология гидроизоляционных материалов. -М.: Высшая школа, 1964. 308 с.

65. Разработка тканевых конструкций с каркасами в ГДР (Конгресс ИАСС). Алма-Ата, 1977. - Пер. Л 80/20642.

66. Рекомендации яо проектированию висячих покрытий. М.: ШИШК им .Кучеренко, 1973. - 50 с.

67. Ржаницын А.Р. Расчет упругих оболочек произвольного очертания в прямоугольных координатах // Строительная механика и расчет сооружений. 1977. - № I. - С. 21-28.

68. Рюле X. Пространственные конструкции. Т.2 / Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1974. - 230 с.

69. СНиП 97-77. Временная инструкция яо проектированию,мон тажу и эксплуатации воздухоопорных пневматических сооружений.М.: Стройиздат, 1978. 17 с,

70. СНИЙ II-7-8I. Строительные нормы и правила (Часть П,гл. 7). Строительство в сейсмических районах. М., 1982.

71. СНиП 1У.4.82. Глава 4. Правила определения сметных цен на материалы, изделия и конструкции. и сметных цен на перевозки грузов для строительства.

72. Усюкин В.И. Об уравнениях теории больших деформаций мягких оболочек / Изв. АН СССР, МТТ. 1976. - Л I.

73. Усюкин В.И. Деформации мембранных оболочек вращения / Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. - «№ 2.

74. Уоюкин В.И., Терещенко В.А., Барсов Р.Г. Разносторонние методы решения двумерных задач статики мягких оболочек / В сб.: Расчет пространственных конструкций. М.,1979. - Вып.ХУШ.

75. Усюкин В.И, Деформация мембранной торообразной оболочки / Тр. УП Всесоюз. конф. по теории пластин и оболочек. -Днепропетровск, 1969.

76. Усюкин В.И., Терещенко В.А., Сдобников А.Н., Панов С.ВРасчет пневматических строительных конструкций с использованием ЭВМ / Докл. Междунар.конф. по облегченным пространственным конструкциям. МАСС. М.: Стройиздат, 1977.

77. Удлер Е.М. Сооружения с подвесными тентовыми огразде-ниями: Автореф. дис. . канд.техн.наук. М.: МИСИ им.В.В.Куйбышева, 1972. - 20 с.

78. Шик Л.И. Тентовые оболочки // Вопросы применения и формообразования. -Киев: Буд1вельник, 1970. Вып.2. - С.27-31.

79. Шпакова В.П. Исследование соединений пневматических конструкций: Автореф. дис. . канд.техн.наук. М.: ЦНИИСК, им. Кучеренко, 1977. - 22 с.

80. Штолько В.Г. Исследование архитектурно-конструктивных решений тентовых покрытий: Автореф. дис, . канд.техн.наук. -Киев, КИСИ, 1966. 20 с.86.тЮденич Р.В. Переплетение и анализ тканей. М.: Легкая индустрия, 1968. - 168 с.

81. Barners M.R. Form-finding of minimum surface membranes / Proc. of I.A.S.S. World congress on space enclosures. Montreal, 1976.

82. Bird W.W. Teflon-coated fiberglas, an outstandong new material for fabric structures. Research, report IfiSS working Group of pneumatic structures Yokohama national University. 1978. S. 2-18.

83. Canadian standards Association Air. Supported Structures Thierd Draft, 1979.

84. D D50: 1976 dratt for development, air supported strucim res. Grobbritannien, 1976.

85. Deutsche inductrie Norm 4102.

86. Ishii K. On developing of cumed surfaces of pneumatic- щ structures IASS international symposium on pneumatic structures. Departament of architecture delf University of technology delf, 1972.

87. Desai c.S. and Abel J.F. Introduction to the finite elemnt Method / New York. Van Norstrand Reinhold.

88. Norme franierduse inregistree NFP 92-507.

89. Oden J. Т., Kubitza W.K. Numerical analysis of nonlinear pneumatoc structures. Proceedings of the 1-st international colloquium on pneumatic structures stuttgart. 1967.P. 87-107.

90. Pneimatic structure desigh standard and commentary, Japan, 1970.99# Rahmany S. Kebdani offis de Publications miniversitaires Alger.

91. Rockey K.C., Evans H.R., Griffiths C.R., Nethercot.D.A. Introduction a la methode des elements finis / Editions Eyrolles.