Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертационная работа:

Берлинов Михаил Васильевич. Основы комплексной оценки динамической работы строительных конструкций при вибрационных воздействиях промышленного оборудования : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.23.01 Москва, 2005 302 с. РГБ ОД, 71:05-5/751

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава Г Современные методы оценки динамического воздействия
оборудования на работу строительных конструкций.
1,1. Нарушение эксплуатационных характеристик
конструкций при динамических воздействи
ях промышленного оборудования 14

!,2. Существующие методы прогнозирования по
ведения строительных конструкций в усло
виях динамических воздействий 23

  1. Современное состояние вопроса по учету силовых несовершенств деформирования материалов в условиях динамических воздействий 32

  2. Выводы. Задачи настоящего исследования 41

Глава 2, Исходные предпосылки и концепции решения задачи ,

2.1. Основополагающие гипотезы построения

расчетной модели исследования 46

2.2. Разработка расчетной модели, описывающей
закономерности передачи динамических нагрузок

от оборудования на конструкции 52

23. Основы энергетического сопротивления конст
рукций при динамических нагрузках . 57

Выводы по главе 2 60

Глава 3* Расчетные зависимости, учитывающие динамические нагрузки от промышленного оборудования па строительные конструкции.

ЗЛ. Методика оценки виброаолзучести расчет
ной модели 62

3.2. Учет энерго-поглощепия при колеоапиях
железобетонных конструкций и грунтов

оснований 72

3.3. Обоснование критериев прочности в услови
ях трехмерного напряженного состояния

материалов при динамических воздействиях 79

3.4. Влияние арматуры на работу железобетона

в условиях трехмерного напряженного состояния 89

Выводы по главе 3 107

Глава 4. Расчет конструкций зданий на динамические воздействия от промышленного оборудовании методом интегральных оценок, 4,1. Линеаризация разрешающих уравнений с учетом нелинейности и неравновесности деформирования

на основе метода интегральных оценок 108

4.2. Использование метода конечных элементов с учетом

нелинейности и неравновесности деформирования 121

4.3 Реализация предложенного аппарата на ЭВМ с учетом современных математических

методов 129

Выводы по главе 4 138

Глава 5. Прикладной метод учета динамических воздействий от обо
рудования при проектировании строительных конструкций.
, 5.І. Динамические нагрузки от оборудования,
влияющие на работу строительных кон
струкции і 39

5-2 Методика оценки виброползучести 149

5.3 Расчет конструкций каркаса зданий на вибрационные
воздействия от промышленного и хозяйственного
оборудования 160

5.4 Расчет конструкций на допольгательные осадки, вызываемые

работой оборудования 183

Выводы по главе 5 186

Глава 6, Сравнение результатов теоретического расчета с экспериментальными данными.

  1. Сопоставление данных при распространении динамических смещений оснований при работе промышленного оборудования 188

  2. Сравнительный анализ осадок строительных конструкций

при работе промышленного оборудования 194

  1. Анализ результатов расчета несущей способности и экспериментальных данных при колебаниях конструкций 200

  2. Численный эксперимент по расчету конструкций каркаса

промышленных зданий 208

Выводы по главе 6 213

Глава 7. Методы борьбы с вредными воздействиями вибраций при работе промышленного оборудования*

  1. Мероприятия по сшокенито уровня колебаний фундаментов и строительных конструкций 215

  2. Особенности применения защитных экранов,

их конструкция и целесообразность применения 218

7.3. Виброизоляторы и виброгасители,

рассинхронкзация работы оборудования 225

Выводы по главе 7 234

8, Выводы и рекомендации 236

Список использованной литературы 241

Приложение I 266

Приложение П 299

Введение к работе:

Сокращение объемов капитального строительства новых промышленных мощностей и гражданского строительства приводит к тому, что реализация капитальных вложений наряду с новым строительством в значительных объемах направляется на реконструкцию промышленных и гражданских зданий и сооружений, связанную с интенсификацией производства и использованием более мощного оборудования. Поэтому возникает проблема экономичного повышения силового сопротивления строительных конструкций, эксплуатируемых при динамических воздействиях.

Актуальность работы. Строительные конструкции, в большинстве случаев составляющие несущие части современных зданий и сооружений массового и уникального строительства, наряду с несомненными преимуществами имеют ряд несовершенств. Выявление, изучение, учет, прогнозирование и адекватный конструктивный ответ на них весьма актуален и особенно необходим в связи с возрастающим значением модернизации и реконструкции зданий и сооружений. В особенности актуальна оценка несовершенств силового сопротивления железобетонных конструкций в условиях динамических воздействий, которая, несмотря на наличие многочисленной информации, еще требует дальнейших обобщений.

Динамические воздействия промышленного оборудования, оказывая на конструкции прямое динамическое воздействие, вызывают интенсификацию силовых несовершенств каменной кладки, бетона и железобетона, выражающихся в виброползучеста и диссипативных потерях энергии за счет формирования гистсрсзисной петли, которые не затрачиваются на полезную работу. Помимо прямого динамического воздействия вибрации от оборудования, передаваясь через грунт и окружающим конструкциям зданий, с одной стороны, вызывают их колебания, с другой - приводят к изменению физико-механических свойств грунтов оснований формируя дополнительные осадки.

Это приводит к резкому снижению эксплуатационных качеств упомянутых конструкций, а в некоторых, особо опасных случаях - к разрушению. Эта область условий работы строительных конструкций функционирующая в диапазоне относительно небольших амплитуд и частот колебаний, называется промышленной сейсмикой. Ее исследованиям посвящено незначительное число работ, и до сих пор не разработано расчетного аппарата, позволяющего учесть неблагоприятное влияние динамических воздействий от промышленного оборудования на состояние строительных конструкций.

Для учета этих факторов применяются различные упрощения и гипотезы, оказывающие существешюе влияние на принимаемые решения, которые не всегда адекватны реалиям происходящего процесса деформирования, что снижает эксплуатационные характеристики конструкций. Поэтому назрела необходимость расширить и углубить исследования, весьма существенные для оценки работы бетона и железобетона, особенностей их существования и силового сопротивления в условиях динамического деформирования, ранее недостаточно привлекавшие исследователей.

Рост интенсификации промышленного производства и развитие гражданской инфраструктуры приводит к тому, что в цехах промышленных и помещениях гражданских зданий увеличивается количество и мощность оборудования работающего в интенсивном динамическом режиме.

Способы динамического расчета строительных конструкций разработаны достаточно полно, однако они страдают неполным учетом несовершенств силового деформирования. Вибрационные же воздействия передающиеся окружающих конструкшіям, учитываются лишь косвенно с помощью различных поправочных коэффициентов, а иногда не учитываются вообще. Все это не гарантирует ни точности расчета, ни удовлетворительной работы конструкций зданий н сооружений. Многочисленные исследования, проведенные в этой области, как правило, фиксируют лишь фактическое состояний конструкций (форма, частота и амплитуда колебаний, наличие трещин и участков разрушения, неравномерные осадки).

Эти факторы приводят к тому, что здания и сооружения находящиеся на стадии эксплуатации необходимо модернизировать. Например, устанавливать виброизоляторы и виброгасители под работающее промышленное оборудование, экранировать фундаменты под это оборудование с целью снижения вибрационных воздействий. При появлении нарушения эксплуатационной пригодности конструкций требуется выполнение ремонтных работ по местному усиле-ШЇТО и реконструкции, что с одной стороны требует больших материальных затрат и значительных инвестиций, а с другой - указанные мероприятия не всегда конструктивно и технически осуществимы. Еще более значимыми эти вопросы становятся в современных условиях рыночной экономики, когда бюджетное финансирование призвано разрешить острые социальные, оборонные и другие общегосударственные проблемы, а перед частными инвестициями ставиться задача получения максимальной прибыли. Как в первом, так и во втором случае при постановке задачи решаются макроэкономические, конъюнктурные и др. проблемы, требующие детальной проработки возможных конкретных решении.

Вслед за определением цели и ориентировочных размеров капитальных вложений для ее реализации возникает проблема разработки и оценки возможных вариантов конкретных путей решения поставленной задачи. Результатом этого этапа является разработка наиболее целесообразных решений при проектировании определенного объекта применительно к конкретным условиям строительства и эксплуатации. Качество проектного решения и детальность его проработки во многом и определяет эффективность капитальных вложений. Для более полного представления о возможных прибылях по тому или иному варианту помимо определения единовременных затрат (каготшьных вложений) необходимо учитывать и текущие издержки, в том числе и на эксплуатацию зданий и сооружений, причем необходимо стремиться к тому, чтобы последние были минимальны.

Актуальность выбранной темы заключается также и в том, что значительное увеличение удельного веса реконструкции в общем объеме строитель-

ных работ и специфика рыночных методов в инвестиционных процессах требует обоснования и разработки углубленных методой оценки силового сопротивления строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений. Решение таких задач осуществимо с помощью привлечения ранее не использовавшихся и новых более полных данных об особенностях фактических несовершенств силового сопротивления материалов в условиях динамического деформирования строительных конструкции. Это дзет возможность избежать больших материальных затрат в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

Таким образом, в современных условиях развития строительной науки сложилась ситуация, при которой, назрела необходимость в развитии практического метода расчета строительных конструкций на динамические воздействия, в том числе и инициируемые в окружающей среде при работе промышленного оборудования, которая позволила бы учесть несколько групп факторов наиболее полно отражающих реальную работу материалов. К каковым, в первую очередь, относятся; физические особенности работы материалов под нагрузкой; изменение их поведения в зависимости от фактора времени в условиях сложного трехосного напряженно - деформированного состояния; интенсификацию процессов ползучести и переменность характера энергопотерь при вибрационных воздействиях, и некоторые другие менее значимые факторы.

Данная работа посвящена методам оценки и использовании дополнительных ресурсов силового сопротивления конструкций, разработке теоретических положений и аппарата прикладной реализации алгоритма расчетной оценки напряженно деформированного состояния с учетом особенностей силовых несовершенств материалов, проявляемых при динамических воздействиях от промышленного оборудования. Предложена методика динамического расчета строительных конструкций зданий и сооружений основывающаяся на реальных свойствах материалов, учитывающая нелинейные и неравновесные свойства деформирования и предусматривающая переменный характер энергопотерь в конструкциях в зависимости от уровня напряженного состояния разработанного для общего случая деформированного состояния. Такой подход при рас-

смотрении трехмерного характера деформирования, позволяет достаточно полно учитывать реальную работу конструкций в условиях внешних динамических нагружений от работающего промышленного и хозяйственного оборудования. Проведенные исследования позволили разработать комплексные методы прогноза, количественной оценки, расчета и конструктивные ответы на несовершенства силового сопротивления строительных конструкций в условиях динамических воздействий.

Реализация результатов работы ориентирована на увеличение силового сопротивления, повышения долговечности и эксплуатационной пригодности строительных конструкций в условиях динамических нагрузок.

Целью диссертации является построение научно-обоснованных методов теоретического прогноза влияния, временного развития, аналитического учета несовершенств силового сопротивления строительных конструкций при вибрационных воздействиях от промышленного оборудования с целью обеспечения удовлетворительных условий их эксплуатации, долговечности н (при необходимости) усиления.

В соответствии с целью работы осуществлены исследования по: -разработке базовых гипотез и комплексной математической модели расчета конструкций здании базирующейся на феноменологических законах деформирования упруго-ползучего тела с учетом динамических воздействий от промышленного оборудования в условиях трехмерного деформирования; -изучению несовершенств силового сопротивления материалов интенсифицирующихся при динамических нагружениях; -анализу и количественной оценке нелинейности, нершшивеености, необратимости и анизотропии деформирования материалов составляющих железобетонные конструкции; - разработке методики определения и учета энерго-поглощения при колебаниях железобетонных конструкций на основе гистерезисных потерь в условиях трехмерного деформирования;

-обоснованшо и уточнению критерия прочности бетона при динамических воздействиях в условиях трехосного напряженно-деформированном состояния с учетом снижения прочностных характеристик происходящих в результате усталости материала; -изучению влияние арматуры на работу бетонных элементов входящих в состав несущих и ограждающих конструкций в зависимости от условий напряженно леформированного состояния, как при отсутствии трещин, так и при ах наличии; -разработке разрешающих уравнений но решению комплексной задачи об особенностях динамической работы строительных конструкций в условиях динамических нагрузок с учетом силовых несовершенств деформирования материалов; —предложений пи линеаризации на основе интеїрального подхода полученных нелинейных уравнений с помощью специального алгоритма расчета и последних разработок з области математических методов и программного обеспечения современных ЭВМ, позволяющих получать точные решения в виде численно обозримых результатов, служащих основой для принятия конкретных решений по специфике проектирования конструкций при динамических воздействиях; -разработке прикладного метода расчета строительных конструкции основанного на решении локальных задач по определению динамических воздействий, оценки виброползучести и построения расчетных схем при неравномерных осадках и вибрационных воздействиях; -систематизации мероприятии по борьбе с неблагоприятными воздействиями вибраций на конструкции при работе промышленного и хозяйственного оборудования.

Научную новизну работы составляют:

Метод динамического расчета силового сопротивления строительных конструкщій на вибрационные воздействия от промышленного и хозяйственного оборудоваїтя, факторов нелинейности, реологии и переменного характера

энергопотерь в зависимости от уровня напряженно деформированного состоя* ния.

Выполнена классификация несовершенств силового сопротивления железобетона и составляющих его компонент.

Сформулированы исходные предпосылки и разработана механическая модель сопротивления бетона, железобетона и каменной кладки при динамических воздействиях от промышленного оборудования.

Сделаны предложения по учету особенностей проявления виброползучести в условиях трехосного напряженно-деформированного состояния и предложен расчетный аппарат по определению переменного коэффициента поглощения энергии при объемном деформировании, зависящего от уровня напряженного состояния.

Оценено влияние арматуры на особенности работы материалов в зависимости от стадии напряжеїшо деформированного состояния до момента трещи-нообразования и после него.

Разработаны механические уравнения механического состояния материалов в условиях трехмерного деформирования с учетом нелинейности и виброползучести материалов.

Предложены разрешающие уравнения по расчету конструкции зданий на динамические воздействия от промышленного оборудования с учетом всех вышеперечисленных факторов на основе метода конечных элементов и предложена их интегральная линеаризация.

Разработан алгоритм расчетной оценки и использовании дополнительных ресурсов силового сопротивления строительных конструкций при динамических воздействиях различного типа, численная реализация которого осуществляется на современных ЭВМ с помощью программного комплекса «NASTRAN».

Предложен прикладной инженерный метод учета динамических воздействий и обобщены методы борьбы с неблагоприятными воздействиями вибраций.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием фундаментальных законов механики деформируемого твердого тела и теории железобетона, детальными поверочными и тестов о-контролыгыми расчетами и сравнением с опытными данными. Проведением численных исследований на основе метода конечных элементов с использованием стандартных программных комплексов. Сопоставлением результатов теоретического расчета по предлагаемому методу с имеющимися и проведенными результатами экспериментальных исследований, что подтвердило правильность исходных предпосылок и разработанной теории.

На защиту выносятся:

комплекс теоретических результатов по учету динамических воздействии, различного типа, от промышленного оборудования оказывающих неблагоприятное влияние на силовое сопротивление железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений;

методы теоретических уточнений расчета особенностей работы железобетона с учетом несовершенств силового сопротивления материалов выражающихся з нелинейности деформирования, виброползучести, переменного характера энергопоглощения, влияния арматуры на работу бетона и особенностей оценки усталостной прочности в условиях трехмерного объемного дина* мического деформирования;

способы оценки и прогнозирования несущей способности и эксплуатационной пригодности строительных конструкций при их нормальной работе, ус-ловиях реконструкции, восстановления и усиления.

Практическое значение работы заключаегся в выявлении, классификации и учете основных несовершенств силового сопротивления, проявляемых при динамических воздействиях, и создании методов расчета ряда задач теории железобетона повышенной сложности.

Полученные в работе результаты дают возможность предложить метод оценки работы строительных конструкций при динамических воздействиях с целью прогнозирования особенностей эксплуатации зданий и сооружений, их

проектирования и расчета, разработки конструктивных мероприятий с целью получения экономии материальных и финансовых средств и не восполняемых энергетических ресурсов потребляемых при функционировашш промышленного и хозяйственного оборудования, устанавливаемого в зданиях и сооружениях промышленного, хозяйственного, коммунального и административного назначения.

Результаты работы могут быть использованы в научных исследованиях, при преподавании курсов строительных конструкций в строительных вузах и внедрении результатов при проектировании строительстве и реконструкции реальных объектов.

Подобные работы
Хрянина Ольга Викторовна
Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы конструкции гибкого фундамента с армированным основанием
Исламов Камиль Фаритович
Оценка несущей способности пластин и оболочек на основе теории предельного равновесия
Пешкова Александра Викторовна
Метод оценки эксплуатационной надежности конструкций кровель из эластомерных рулонных материалов на основе СКЭПТ
Болдырев Сергей Александрович
Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы гибких фундаментов с комбинированным основанием
Кравцов Владимир Геннадьевич
Работа конструкций бескаркасных зданий в условиях неравномерных вертикальных деформаций лессового просадочного основания
Тисевич Евгений Валерьевич
Сжато-изгибаемые клеефанерные стеновые панели с обшивкой, включенной в общую работу конструкции
Хомякова Ирина Васильевна
Особенности работы железобетонных конструкций в условиях замораживания и оттаивания
Чупичев Олег Борисович
Работа железобетонных конструкций с учетом предыстории эксплуатации и накопления повреждений
Гуков Сергей Евгеньевич
Резервы несущей способности пространственных перекрестно-шпренгельных конструкций покрытий при работе материала их элементов за пределом упругости

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net