3.18 Оценка НагруженностИ повреждаемых стальных рам с учетом ударного взаимодействия с внешними преградами

Серпик И.Н., Алексейцев А.В. (БГИТА, г. Брянск, РФ)

Рассмотрена методика проверки обеспечения несущей способности стальных плоских рам при запроектных воздействиях, приводящих к столкновению элементов конструкций с внешними препятствиями. Выполнено моделирование в нелинейной динамической постановке поведения в таких условиях рамной конструкции со страховочными канатами.

The checking technique of ensure the bearing capacity of steel plane frames with emergency actions leading to a collision structural elements with external obstacles is considered. The modeling of the behavior in a nonlinear dynamic formulation of the frame structure with a safety ropes in such conditions is implemented.

Вопросы анализа нагруженности строительных объектов при запроектных воздействиях разбирались в ряде работ [1-6]. При этом исследовались деформации несущих систем, подвергаемых мгновенным локальным повреждениям конструктивных элементов. В настоящей работе изучается важный аспект этих процессов, связанный с влиянием внешних преград на динамическое поведение объектов в условиях запроектных воздействий. Данное явление исследуется применительно к плоским металлическим рамам при разрушениях нижней части одной из стоек.

Принимаем во внимание два варианта взаимодействия элементов конструкции с преградами: неупругий удар об абсолютно твердое препятствие (случай А) и удар о другую конструкцию, которая в свою очередь может разрушиться (случай Б). Используем алгоритм расчета динамики плоских рам, предложенный в работе [6]. Учитываем физически, геометрически и конструктивно нелинейное поведение деформируемой системы.

Физически и конструктивно нелинейные свойства объекта описываем с помощью диаграмм, представленных на рисунке 1, где – предельный изгибающий момент M в стержне; _пр – некоторый малый фиктивный угол поворота, вводимый для реализации вычислительного процесса; , – предельные значения относительной деформации ε и продольной силы N; α – угол, имеющий относительно малую величину и задаваемый для обеспечения устойчивости процедуры численного интегрирования. Для повышения устойчивости итерационных схем используем также скругление углов на диаграммах.

Был выполнен расчет металлической плоской рамы, снабженной страховочными канатами [6] (рисунок 2). Для каждой из стоек , рассматривались воздействия типа А и Б (рисунок 3). Стержни дискретизировались по схеме метода конечных элементов при шаге расположения узлов 0,5 м. Деформации каждого каната описывались одним конечным элементом.

Рисунок 1 – Нелинейные характеристики системы: а – диаграмма учета работы пластического шарнира в стержне; б – диаграмма работы каната; в, г – схемы моделирования контактов при соударениях в случаях А и Б (D, L, W – участки диаграмм, приближенно имитирующие соответственно зазоры, абсолютно жесткие препятствия и преграды, подвергаемые разрушению)

Рисунок 2 – Плоская рама: S₁-S₃ – стойки, K – страховочные канаты

Принимались следующие основные исходные данные для расчетов. В качестве материала стержней задавалась конструкционная сталь с динамическим пределом текучести σ_тд = 245 МПа и динамическим модулем упругости = 2∙10⁵ МПа. Сечение колонн принято в виде двутавра I№23К2 по ГОСТ 26020-83, сечение балок – двутавр I№23Ш1 по ГОСТ 26020-83. Считалось, что канаты изготовлены по ГОСТ 7675-73 и имеют диаметр 45 мм.

Для всех расчетных случаев проявлялись значительные деформации конструкции с образованием пластических шарниров при сохранении несущей способности объекта.

Рисунок 3 – Условия запроектных воздействий на стойки : а, б – случаи А и Б (Т₁ – абсолютно твердые преграды, Т₂ – разрушаемая преграда)

В таблице приведены деформиро-ванные схемы рамы в состоянии после затухания колебаний. Здесь затушеванными кружками показаны места образования пластических шарниров. Масштаб представления перемещений увеличен в 5 раз по сравнению с масштабом изображения конструкции. Точки, в которых получались максимальные значения результирующих прогибов, обозначены символом .

Заключение

Представленная методика позволяет получать подробную информацию о больших перемещениях и деформациях рамных металлических конструкций при запроектных воздействиях с учетом влияния преград на динамическое поведение объектов.

Таблица 1 – Результаты динамических расчетов

№ расчета	Запроектное воздействие	Результирующая деформированная схема	, м
1.	Воздействие типа А на среднюю стойку		0,493
2.	Воздействие типа Б на среднюю стойку		0,542
3.	Воздействие типа А на левую стойку		0,494
4.	Воздействие типа Б на левую стойку		0,492

Литература

1. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях [Текст] / Гениев Г.А., Колчунов В.И., Клюева Н.В. и др. – М.: АСВ, 2004. – 216 с.

2. Колчунов, В.И. Экспериментально-теоретические исследования преднапряженных железобетонных элементов рам в запредельных состояниях [Текст] / В.И. Колчунов, Д.В. Кудрина // Строительная механика и расчет сооружений. – 2010. – №3. – С. 14-17.

3. Кудишин, Ю.И. К вопросу о живучести строительных конструкций [Текст] / Ю.И. Кудишин, Д.Ю. Дробот // Строительная механика и расчет сооружений. – 2008. – № 2. – С. 36-43.

4. Клюева, Н.В. К анализу живучести внезапно поврежденных рамных систем [Текст] / Н.В. Клюева, В.С. Федоров // Строительная механика и расчет сооружений. – 2006. – № 3. – С. 7-13.

5. Ларионов, Е.А. К вопросу конструктивной безопасности сооружений [Текст] / Е.А. Ларионов, В.М. Бондаренко // Промышленное и гражданское строительство. – 2006. – № 1. – С. 47-48.

6. Серпик, И.Н. Анализ в геометрически, физически и конструктивно нелинейной постановке динамического поведения плоских рам при запроектных воздействиях [Текст] / И.Н. Серпик, Н.С. Курченко, А.В. Алексейцев, А.А. Лагутина // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – №10. – С. 49-51.