книги / Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений
..pdfПереход от четырех башмаков опоры к трем фундаментным блокам осуществляется через треугольный металлический ростверк, обеспечивающий расположение башмаков опоры в одной плоскости, независимо от вертикальных перемещений фундаментных блоков. Опоры удерживаются в вертикальном положении за счет веса и реактивного давления грунта по подошве расположенных на поверхности грунта блоков и, таким образом, полностью исключается влияние сил морозного пучения на опору.
Фундамент с треугольным балочным ростверком представляет собой конструкцию, которая состоит из трех металлических балок, образующих жесткий треугольный ростверк, и трех одинаковых фундаметных блоков, шарнирно прикрепленных к вершинам треугольного ростверка при помощи центральных болтов.
Фундаментные блоки поверхностных фундаментов изготовляют из железобетонных грузовых брусков, которые скреплены металлическими элементами обвязки и центральными болтами, пропущенными через сферический шарнир (рис.З). Грузовые железобетонные бруски сечением 35x35
см имеют длину 6, 8, |
10 и 12 м и |
изготавливаются в опалубке уни |
|||||
фицированных свай того же сечения. |
|
||||||
Количество и |
длина грузовых |
|
|||||
брусков в блоке назначается в |
|
||||||
зависимости от величины сжимаю |
|
||||||
щей и вырывающей нагрузок на него |
|
||||||
от опоры, |
а |
также |
от |
физико- |
|
||
механических характеристик основа |
|
||||||
ния, на котором |
устанавливаются |
|
|||||
фундаменты. Поверхностные фунда |
|
||||||
менты полностью не зависят от |
|
||||||
пучения грунта, |
т.к. располагаются |
|
|||||
на его поверхности, |
поднимаются |
Рис.З. Узел соединения фундаментного |
|||||
при пучении и опускаются при |
|||||||
оттаивании |
вместе |
с |
грунтом. |
блока с балками-ростверками: 1 - цен |
|||
Фундаменты |
собираются |
на пикете |
тральный болт, 2 - верхняя балка обвязки, |
||||
3 - нижняя балка обвязки |
|||||||
из элементов небольшой |
массы (до |
||||||
|
|||||||
2,5 т), что позволяет применить при транспортировке и монтаже вертолетную технику. Для их устройства не требуется землеройного оборудования, максимально сокращаются сроки строительства.
Все это делает перспективным применение поверхностных фундаментов в отдаленных и труднодоступных районах.
Получено 10.06.99
УДК 539.3
В.В. Чупин,ДЕ. Черногубов
Уральский государственный технический университет
НЕЛИНЕЙНОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ТОРО-СФЕРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ПРИ СИЛЬНОМ ОСЕСИММЕТРИЧНОМ ИЗГИБЕ
Дня расчета составных оболочек вращения, работающих в условиях сильного изгиба, используется метод последовательных нагружений, когда на каждом этапе решается задача среднего изгиба, а погрешность расчета устраняется путем использования точных уравнений сильного изгиба. На основе данного подхода произведено исследование нелинейного деформирования торо-сферических оболочек.
Для расчета составных оболочек вращения, работающих в условиях сильного изгиба /1/ разработаны достаточно надежные алгоритмы, основанные на сведении краевой задачи к ряду задач Коши, для решения которых применяются различные численные методы: Рунге - Кутга, Адамса и др. [2,3].
Однако при решении конкретных задач на кривой деформирования возникают особые точки, в которых сходимость итерационного процесса нарушается, что приводит к серьезным, иногда непреодолимым, трудностям при решении задачи. Поэтому возникают вопросы поиска хорошего начального приближения, необходимого для обеспечения сходимости итерационного процесса решения.
Нелинейная краевая задача при исследовании сильного осесимметричного изгиба составных оболочек вращения имеет вид [2]
^ =Яз,У,Ф> Ц < .!< ^2)'
|
^ = 0, |
(1) |
|
08 |
|
граничные условия: |
|
|
|
Ф1О(з;),я)=0, Ф2(у($2)>Ф=0, |
(2) |
гдеу&)={Лг„ |
М„ и, и», 0,} - вектор решения; |
|
ц - безразмерный параметр нагрузки.
В работах [2, 4] процесс нагружения гибкой оболочечной конструкции, испытывающей сильный изгиб, представлен в виде последовательности этапов
нагружения. При этом приращения нагрузки (Д9=#л ; - |
на |
каждом этапе |
таковы, что приращения компонент линейной деформации |
и |
квадрата угла |
поворота нормали к деформированной поверхности малы по сравнению с
единицей, |
|
Дб5« 1, Л ее « 1, (Д0*)2« 1 - |
(3) |
То есть решение исходной нелинейной краевой задачи сильного изгиба составной оболочечной конструкции заменяется последовательным решением
ряда задач среднего изгиба. Допущение (3) приводит к решению на каждом этапе нагружения нелинейной краевой задачи в квадратичном приближении, имеющей более широкую область сходимости, а накопленная погрешность удаляется путем реш ения исходных нелинейных уравнений сильного изгиба, но уже при наличии для них хорошего начального приближения.
Для решения нелинейных краевых задач используется метод линеаризации Ньютона-Канторовича, который позволяет свести решение нелинейной краевой задачи к решению итерационной последовательности линейных краевых задач. При решений линейных краевых задач используется метод сведения их к ряду задач Коши, которые интегрируются методом РунгеКутта. Для обеспечения устойчивости решения жестких задач Коши в процессе решения применяется метод дискретной ортогонализации С.К. Годунова.
На основе данного подхода, по разработанной авторами программе исследовано влияние геометрических параметров на процесс упругого деформирования торо-сферической оболочки.
Торо-сферическая оболочка (рис.1) состоит из сферической и торовой
частей. Материал оболочки имеет характеристики: Е=65 ГПа, у=0,3; толщину И мм; радиус сферической части # 1=250 мм, торовой - #2=50 мм; радиус круга по линии сопряжения оболочек Г1=87,5 мм, г2=120 мм; угол <р=20,49°. Граничные условия на внешнем крае принимались в виде защемления (г/=и'=6?,=0).
На рис. 2 приведены кривые деформирования оболочки в координатах:
внешнее давление |
- относительный прогиб полюса |
при различных |
значениях радиуса |
торовой части Я2 (г2=соп81); кривая 1 - |
для исходного |
варианта оболочки, кривая 2 - для оболочки с радиусом тора, увеличенным на 10%, кривая 3 - для оболочки с радиусом тора, уменьшенным на 10% по сравнению с основным вариантом.
Различие в величине радиуса тора мало влияет на величину предельной нагрузки в первой предельной точке, так как первая предельная точка связана с деформациями сферы, а вторая предельная точка - с деформациями тора.
На рис.З приведены гфивые деформирования оболочки при различных значениях радиуса сферической части #1 (/'2=сопз1): кривая 1 - для исходного варианта оболочки, кривая 2 - для оболочки с радиусом сферы, увеличенным на 10%, кривая 3 - для оболочки с радиусом сферы, уменьшенным на 10% по сравнению с основным вариантом.
Из сравнения кривых деформирования в первой предельной точке следует, что при увеличении радиуса сферы происходит уменьшение предельной нагрузки на 17,6%, а при уменьшении радиуса сферы - увеличение предельной нагрузки на 35,65% по сравнению с основным вариантом.
Величина предельной нагрузки во второй предельной точке мало меняется, так как она связана с деформациями тора.
Рис. 2. Кривые деформирования оболочки
Рис.1. Торо-сферическая оболочка и ее |
Рис. 3. Кривые деформирования оболочки |
формы деформирования |
при различных значениях радиуса сфери |
|
ческой части Я\ |
Рис. 4. Эпюры внутренних усилий по длине образующей: а - для ; б - для N 0 ;
в-рдяМ о ; г - д л я М$
т
На рисЛ показаны формы деформирования оболочки: 1 - при относительном прогибе полюса м>(/к=25, 2 - при муй=50, 3 - при мг</И=15, 4 -
прииу7*=100.
Эпюры внутренних усилий по длине образующей для этих форм деформирования основного варианта оболочки показаны на рис. 4, где п - номер точки на образующей, л=30 - точка сопряжения оболочек. Анализ кривых показывает, что наибольшие величины внутренних усилий, а следовательно, наиболее опасные точки находятся на торовой части оболочки.
Таким образом, использованный подход к решению задач сильного осесимметричного изгиба составных оболочек вращения позволяет получить решение задачи о закритической деформации торо-сферической оболочки с хорошей степенью точности.
Список литературы
1.Муштари Х.М., Галимов К.З. Нелинейная теория упругости оболочек. Казань: Таткнигоиздат, 1957.
2.Климанов В.И., Чупин В.В. Статика и устойчивость гибких неоднородных оболочечных систем. Красноярск, 1986.
3.Коровайцев А.В. Об общем алгоритме исследования состояния непологих оболочек вращения при больших осесимметричных перемещениях // Изв.вузов. Машиностроение. 1986.
4.Чупин В.В. Сильный изгиб оболочек вращения при осесимметричном нагружении // Исследования по теории пластин и оболочек. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1992. Вып. 25.
5.Чупин В.В., Черногубов Д.Е. Исследование сильного изгиба оболочек вращения для различных вариантов шаговых квадратичных уравнений / Урал.гос.техн.ун-т. Екатеринбург, 1997. Деп. в ВИНИТИ 25.05.98. № 160-98.
Получено 10.06.99
УДК 624.012.35
Г.Г. Кашеварова, Е.И. Новопашина
Пермский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТИ СТЕНОВОЙ ПЛИТЫ С ВЫРЕЗАННЫМИ ОКОННЫМИ ПРОЕМАМИ
Получены соотношения, связывающие изгибную жесткость стеновой панели при наличии оконных и дверных проемов и без них, что впоследствии сущ ественно уп р ости т решение пространственной задачи.
Многие кирпичные дома Индустриального района г. Перми постройки конца 50-х и начала 60-х годов, как показали результаты обследований, находятся в предаварийном и аварийном состоянии. При этом выявлены общие тенденции и причины появления и развития трещин на несущих стенах.
Основными причинами являются гидрогеологические условия в основании фундаментов обследуемых зданий, которые существенно изменились в результате начавшегося в начале 70-х годов интенсивного подтопления территории. Это не могло не сказаться на физико-механических харак теристиках грунтов, залегающих под подошвой фундаментов, и особенно на модуле деформации, который снизился при этом в 4 - 5 раз. Такое существенное уменьшение модуля деформации привело к резкому увеличению осадки зданий и, как следствие, к появлению в несущих наружных и внутренних продольных стенах трещин, ширина которых увеличивается от 2 мм на первых этажах до 50...60 мм на пятых этажах. В пределах третьих - пятых этажей трещины сквозные. Здания разделяются на отдельные блоки, что нарушает их пространственную жесткость.
В данной работе проведено исследование изгибной жесткости стеновой плиты с вырезанными оконными проемами.
Авторами решалась плоская задача расчета напряженнодеформированного состояния конструкции на действие статических равномерно распределенных нагрузок, с использованием прикладного пакета конечно-элементных программ АИ8У8, приобретенного строительным факультетом Пермского технического университета.
Расчетная схема стеновой плиты с оконными проемами приведена на рис. 1.
Исходные данные для расчета: модуль упругости ЕХ = 750000 кН/м2,
коэффициент Пуассона 14ЦХУ = 0,25000, толщина стены ТКН =0,64 м, длина стены Ьх = 52,8 м, высота стены Ну = 15,4 м, Нагрузка 100 кН.
я
Рис. 1. Расчетная схема стеновой плиты с оконными проемами
Результаты расчета стеновой плиты с оконными проемами (перемещения Щ приведены на рис. 2.
Рис.2. Результаты расчета перемещений 11хстеновой плиты с оконными проемами
Площадь поверхности плиты:
5Р = 5 - 5„к= 810,48 - 192,1253 = 618,3547 м2, где5Р - площадь стеновой панели с оконными проемами;
8 - площадь стеновой панели без оконных проемов; йжплощадь оконных проемов
Расчетная схема плиты без оконных проемов приведена на рис* 3* Исходные данные для расчета:
модуль упругости ЕХ = 750000кНУм2, коэффициент Пуассона >ШХУ = 0,25000, толщина ТКН =0,64 м, длина стены Ьх = 52,8 м, высота стены Ну = 15,4 м, Нагрузка 100 кН.
Рис. 3. Расчетная схема стеновой плиты без оконных проемов
Результаты расчета перемещений 11х стеновой плиты без оконных проемов приведены на рисА
АИЗУЗ 5.3
НОV 27 1996 1 9 :1 1 :1 0
НОБЛЬ 30ЫГГХ0И ЗТЕР=1
з т е |
- 1 |
Т1НЕ=1 |
|
хлг |
|
Р3^3=0 |
|
БНХ |
=.042366 |
ЗЕРС=28.72в |
|
ЗИН |
= -.0 4 2 3 6 6 |
р^г| |
-.0 4 2 3 6 6 |
р-т—| --0 3 7 6 5 Э
|Щд |
-.0 3 2 9 5 1 |
[тага |
-.0 2 6 2 4 4 |
Ц |
- - 0 2 3 5 3 7 |
щ |
-.0 1 6 6 2 9 |
м |
-.0 1 4 1 2 2 |
ш м |
-.0 0 9 4 1 5 |
■ м |
-.0 0 4 7 0 7 |
|
О |
Рис. 4. Результаты расчета перемещений Ух плиты без оконных проемов
Коэффициент изменения перемещений Щ |
~ 42,98. |
Уменьшая модуль упругости материала (кирпичная кладка) в 42,98 раза, получаем Едр = 17450кН/м2, С учетом этого приведенного модуля упругости, получаем картину распределения перемещений (рис.5), полностью совпадающую с первоначальной (см. рис. 2) (для стены с вырезанными оконными проемами).
АНЗУЗ 5.3 N0V 27 1996 17:10:40
ЯОБАЬ ЭОЬОТХСШ
ЗТВР=1
ЗТГО -1
Т1ИЕ=1
тлг
КЗУЗ=0
БЫК =1.621 ЗЕРС=26.720 ЗИК =-1.621
-1.621 -1.619 -1.416 -1.214
- 1.012
-.009276 -.606959
-.404639
-.20232
О
Рис. 5. Результаты расчета стеновой плиты без оконных проемов с учетом приве денного модуля упругости
Аналогичные результаты были получены и для других размеров стеновых
плит.
Полученные результаты дают возможность при расчетах объемных конструкций не включать в расчет оконные и дверные проемы, а учесть их влияние приведенным модулем упругости.
Получено 10.06.99
У Д К 6 8 1 .3 2 :3 7
Г.Г. Кашеварова, Р.А. Чернышов
Пермский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Разработана автоматизированная систем а контроля зн ани й ст у д ен т о в , позволяю щ ая
проводить тестирование (оп рос) п о лю бой дисциплине (р аздел у, т ем е). П р и эт о м , учебны й материал может содерж ать как текстовую , так и граф ическую и н ф ор м ац и ю . П редлагаем ы е
вопросы могут быть 3-х уровневой слож ности, заданны е как в ал ьтер н ати в н ой , так и в не
альтернативной постановке. Знания студентов оцениваю тся п о |
5 -б а л ь н о й |
ш кале с |
использованием специальной разработанной систем ы , учиты ваю щ ей |
сп о р н о ст ь |
в оп р осов и |
время обдумывания ответов. |
|
|
Новые информационные технологии с каждым годом все больше проникают в нашу жизнь. Их влияние заметно повсюду. Сегодня, пожалуй, не найти такой области человеческих знаний, в которой информационные технологии не играли бы заметную роль. Медицина, финансовые и
строительные учреждения, промышленность, |
о б р а зо в а н и е эт о т |
ряд |
можно |
продолжать и продолжать. |
|
|
|
В процессе обучения целесообразно использование всех возможностей |
|||
компьютерной техники, в том числе: |
|
|
|
•мультимедиа - т.е. применение графических изображений, видео- и |
|||
аудиоклипов; |
|
|
|
•переход от традиционных, «ручных» |
методов обучения |
и |
оценки |
полученных знаний к новым обучающим технологиям, основанным на диалоге «человек - компьютер».
Такой подход предполагает наличие соответствующего программного обеспечения, от которого зависит удобство диалога человека с компьютером, а значит, и эффективность процесса обучения и тестирования.
На кафедре строительной механики и вычислительной техники Пермского государственного технического университета разработана автоматизированная система контроля знаний студентов, использование которой на практике имеет ряд несомненных достоинств, а именно:
•Эта система контроля является хорошим дополнением к устному опросу, во время которого преподаватель лично контактирует с отвечающим, и при этом отвечающие находятся в неравных условиях: 1) некоторые из них могут получить добавочную информацию через наводящие вопросы; 2) выражение лица или какой-либо жест опрашивающего может оказывать некоторое воздействие на отвечающего.