книги из ГПНТБ / Бобров, Ф. В. Сейсмические нагрузки на оболочки и висячие покрытия

Перед экспериментальным исследованием динамики ви­ сячей оболочки стояли следующие задачи:

1)определить частоты и соответствующие им формы сво­ бодных колебаний оболочки;

2)найти простую расчетную схему оболочки, хорошо со­ гласующуюся с опытом, которая должна быть положена в основу расчета на сейсмостойкость; результаты этого рас­ чета должны быть достаточно близкими к действительности.

§1. Конструкция висячей оболочки

Висячая оболочка построена НИИЖБ в 1959 г., и в на­ стоящее время ее внутренняя площадь переоборудована и эксплуатируется. Эта оболочка является крупной моделью стадиона «Динамо».

Конструкция вогнутой оболочки кругового очертания в плане диаметром 20 м до замоноличивания радиальных и кольцевых стыков представляла собой систему радиально расположенных вант, закрепленных концами в наружном железобетонном и внутреннем металлическом кольцах, с опертыми на ванты сборными железобетонными плитами (рис. 41). Стрела провисания оболочки составляла 92 см, т. е. V27 диаметра. Наружное железобетонное кольцо вы­ полнено из 15 сборных элементов, поперечные сечения кото­ рых трапецеидальной формы, и армировано четырьмя стерж­ нями диаметром 22 мм периодического профиля из стали марки 25Г2С. Для пропуска и анкеровки вант в элемен­ тах кольца предусмотрены отверстия.

Элементы кольца, изготовленные из бетона марки 400, между собой соединены на сварке с последующей заливкой швов бетоном марки 200. Наружное железобетонное кольцо в местах стыкования элементов опирается на 15 колонн вы­ сотой 730 см с поперечным сечением 23 X 27 см. Колонны заделаны в фундаменты стаканного типа, выполнены из бе­ тона марки 300 и армированы восемью стержнями диамет­ ром 18 мм из стали марки 25Г2С.

Внутреннее растянутое металлическое кольцо диаметром 88 см и толщиной 30 см из стали марки СтЗ состоит из двух круглых плоских колец листового железа, приваренных к вертикальному цилиндру. В листовом железе для крепления концов вант имеется 30 отверстий.

Ванты в количестве 30 шт. выполнены из стержневой ар­ матуры периодического профиля диаметром 22 мм из стали 25Г2С, упрочненной вытяжкой до 5500 • 105 Па. На кон-

130

№

и - и

Рис. 41. План и разрез вогнутой оболочки

5*

цах вант имеется резьба для гаек, которыми ванты закреп­ ляются в наружном и внутреннем кольцах.

Ребристые железобетонные плиты трапецеидальной формы изготовлены из бетона на мелком заполнителе. Вы­ сота ребра плиты 80 мм, толщина плиты 15 мм. Рабочая ар­ матура выпущена из ребер в виде крюков, посредством ко­ торых плиты опираются на ванты. На каждом секторе раз­ мещается 12 плит. Их разбивка показана на рис. 41. Средняя часть покрытия диаметром 8 м предназначена для устройства зеркального фонаря и плитами не перекрыта, а образовавшееся отверстие обрамлено монолитным железо­ бетонным жестким кольцом. В таком состоянии ванты были дополнительно нагружены из расчета 200 • 10 Н/м2, а швы между ними заполнены раствором. При достижении раствором прочности 200 • 105 Па пригрузка была снята и покрытие получило предварительное обжатие.

Предварительные напряжения по замеренным относи­ тельным деформациям на расстоянии 300 см от внутренней грани наружного кольца составляли 45,5 • 105 Па. Сле­ дует отметить, что определенные расчетом величины напря­ жений в этом месте получились равными 42,7 • 105 Па

(глава IV, § 1).

После замоноличиваиия швов между плитами по ним бы­ ли уложены фибролитовые плиты толщиной 16 см, цементная стяжка толщиной 1,5 см и четыре слоя рубероида на битум­ ной мастике.

§ 2. Постановка экспериментальной работы

а) Р е г и с т р и р у ю щ а я а п п а р а т у р а

При регистрации колебаний опытной висячей оболочки был использован портативный 14-канальный светолучевой осциллограф Н-700 с ленточной кассетой, с помощью кото­ рого можно регистрировать колебания зданий одновремен­ но в 14 точках в зависимости от набора гальванометров.

В описываемом случае записывали колебания в семи точках

сприменением гальванометра ГБ-3. Осциллограф Н-700 снабжен двумя сменными ленточными кассетами— уско­ ренной и замедленной. Ускоренная кассета вместе с короб­ кой скоростей позволяет установить скорость движения фо­

толенты 160; 640 и 2500 мм/с, а замедленная кассета вместе с коробкой скоростей — 2,5; 10 и 40 мм/с. Для получения

32

качественных записей колебаний скорость движения фото­ ленты была установлена 40 мм/с.

Для визуального наблюдения за процессом записи в ос­ циллографе имеется матовый экран с развертывающим уст­ ройством. Питание осциллографа осуществлялось от сети переменного тока через трансформатор и выпрямитель, ус­ тановленные на приборе. Осциллограф Н-700 снабжен от­ метчиком времени. Отметки времени наносятся на ленту ос­ циллограммы с точностью до 1 % в виде тонких попереч­ ных линий на всю ширину ленты с частотой 10 или 200 Гц. В нашем случае отметки времени принимались равными

10Гц.

Для регистрации колебаний опытной оболочки, проис­

Применяемая аппаратура давала увеличение масштаба колебаний в 1000 раз, что было достаточно для получения качественной записи колебаний.

и) Р а з м е щ е н и е п р и б о р о в д л я р е г и с т р а ц и и к о л е б а и и и

Осциллограф на время проведения записи колебаний оболочки был установлен на столе, расположенном под опытной оболочкой, и к нему подводились провода от элек­ тродинамических датчиков. Для записи вертикальных и горизонтальных колебаний оболочки применялись четыре основные схемы размещения датчиков. Во избежание возможных случайностей записи колебаний по указанным схемам производились несколько раз в различные времена года.

При регистрации горизонтальных и вертикальных колеба­ ний один датчик — контрольный — на протяжении всего испытания находился на грунте. Это позволило определить относительную амплитуду опорного контура оболочки. Остальные датчики в процессе испытания переставлялись в разные точки.

При регистрации горизонтальных и вертикальных ко­ лебаний оболочки один датчик устанавливали на опоре оболочки, что давало возможность определить частоты и амплитуды вертикальных колебаний оболочки.

133

Значения частот микроколебаний определяли по ос­ циллограмме как отношение длины одной секунды на лен­ те к средней длине одной волны. В свою очередь, среднюю длину одной волны определяли как отношение длины характерного участка к количеству волн в пределах этого участка.

Записали следующие виды колебаний опытной оболоч­

ки.

Горизонтальные микроколебания записывали по двум

во втором опыте четвертый датчик был повернут относи­ тельно остальных на 180° в горизонтальной плоскости, его

134

ния возникают и крутильные [37, 61]. Поэтому по схеме 2 шесть датчиков разместили на покрытии по двум взаимно перпендикулярным диаметрам (осям А— А и’ В—В),

а один — на земле. Образцы осциллограмм записей по

Рис. 44. Горизонтальное перемещение оболочки при ее колебаниях по схеме 1 (см. рис. 42)

этой схеме приведены на рис. 45, а результаты их обработ­ ки— в табл. 17.

ном направлении только поступательное перемещение, форма которого показана на рис. 46.

Частоты, определенные по осциллограммам первой и второй схем записей колебаний, незначительно отлича­ ются одна от другой. Это объясняется различной жест­ костью поддерживающей конструкции в разных направле­ ниях.

Вертикальные колебания записывали по двум схемам

размещения датчиков (рис. 47).

136

Рис. 46. Горизонтальное перемещение оболочки при ее колебаниях по схе­ ме 2 (см. рис. 42)

о)

55

~-AA/VW \A/4A/VV>A/

ч^ л г^ л/^ЛлЛ/'^а/ \/\А /

б)

Рис. 49. Формы вертикальных колебании оболочки по оси А—А

а — первая форма; б — вторая форма

С х е м а I. При записи вертикальных колебаний по схеме 1 шесть датчиков установили по диаметру оболоч­ ки (ось А—Л), а один— на земле. Образцы осциллограмм

записей приведены на рис. 48, а результаты их обработ­ ки— в табл. 18.

Как видно из образцов осциллограмм, оболочка ко­ леблется в вертикальном направлении в основном по двум

Рис. 50. Образцы осциллограмм вертикальных микроколебаиин обо­ лочки по схеме 2 (см. рис. 47)

а — первый опыт; б — второй опыт

139