2291

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

43.Menschikova, N.S. Analysis of the results of a numerical experiment to assess the stress-strain state of reinforced concrete beams with mixed reinforcement / N.S. Menschikova, G.V. Kovalenko // Modern high-tech technologies. – 2008. – No. 5. – P. 85–86.

44.Zulpuyev, A.M. Experimental and theoretical studies of the limit states of a bent element with zone reinforcement made of carbon fiber / A.M. Zulpuyev, K. Temikeev, M. Shaidildaev // Territory of Science. – 2017. – No. 6.

45.Belousov, I.V. Application of fiber concrete in reinforced concrete structures / I.V. Belousov, A.V. Shilov, Z.A. Meretukov, L.D. Mailyan // Engineering Bulletin of the Don. – 2017. – Vol. 47, No. 4 (47).

46.Zalesov, A.S. Calculation of the strength of reinforced concrete beams using volumetric finite elements in the development of norms for the design of reinforced concrete beams / A.S. Zalesov, A.A. Pashanin // Construction mechanics and calculation of structures. – 2011. – No. 4 (237). – P. 66–71.

47.Vanus, D.S. Experimental studies of reinforced concrete beams with indirect mesh reinforcement of the compressed zone / D.S. Vanus // Industrial and civil construction. – 2011. – No. 5. – P. 56–57.

48.Dudina, I.V. The main provisions of the nonlinear deformation model of the stress-

strain state of reinforced concrete beams with indirect reinforcement / I.V. Dudina, N.S. Menschikova // Systems. Methods. Technology. – 2009. – No. 1 (1). – P. 90–94.

49.Abashin, E.G. Determination of the cross-sectional area of the working armature in the control of reinforced concrete beams by static and dynamic methods / E.G. Abashin // Fundamental and applied problems of engineering and technology. – 2012. – No. 1 (291). – P. 128–131.

50.Korobko, V.I. On one «remarkable» regularity in the theory of elastic plates / V.I. Korobko // Construction and architecture. – 1989. – No. 11. – P. 32–36.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 624.04 + 539.3 + 534.17

ЛЕНТОЧНАЯ СИСТЕМА ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ЗАКРЫТЫХ КУПОЛОВ

А.В. Чуманов, А.И. Шеин, В.А. Монахов

Приведены исследования по гашению колебаний закрытых куполов при сейсмическом воздействии. Для обеспечения эффекта гашения использована новая ленточная система. Эффект гашения достигается односторонними связями ленточных систем. Проведен динамический анализ колебаний купола. Для всесторонней оценки системы гашения проведены численные эксперименты с различными расположениями ленточного гасителя колебаний и определением наиболее рационального варианта ленточной системы для различных конфигураций куполов. Показано, что ленточные гасители являются эффективным средством гашения колебаний.

Ключевые слова: купол, колебания, демпфирование по Релею, гашение колебаний, ленточная система гашения колебаний

BELT VIBRATION DAMPING SYSTEM FOR CLOSED DOMES

A.V. Chumanov, A.I. Shein, V.A. Monakhov

The article is devoted to the study of the problem of damping vibrations of closed domes under seismic influence. A new tape system was used to ensure the quenching effect. The quenching effect is provided by one-way connections of tape systems. A dynamic analysis of the dome vibrations has been carried out. For a comprehensive evaluation of the damping system, numerical experiments have been carried out with different locations of the vibration dampener and the determination of the most rational version of the tape system for different configurations of domes.

Keywords: dome, vibrations, Relay damping, vibration damping, belt vibration damping system

Введение. Купольные здания и сооружения распространены по всему миру. Примерами большепролетных куполов являются музей экологии биосферы (Монреаль, Канада), Глобал Арена в Швеции, Купол тысячелетия в Великобритании, библиотека Чикагского университета, штаб-квартира компании Amazon в Сиэтле, США и т.д. К тому же, в последнее время появилась тенденция развития купольного домостроения для индивидуального жилья по всей территории России.

Для безопасной эксплуатации таких видов зданий в сейсмически опасных регионах необходимо иметь возможность предотвращать развитие колебаний, т.е. нужна эффективная система гашения колебаний купольных сооружений. Анализом колебаний купола в виде стержневой механической системы под действием вертикально направленной сейсмической нагрузки занимались De-Min Wei и Sheng-fu Gao [1]. В работе [2]

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Francesco Tornabene и Erasmo Viola приведены результаты анализа собственных форм колебаний купола в виде оболочки, образованной пластинчатыми конечными элементами. В работах [3, 4] предложена и численно испытана для открытых куполов ленточная система гашения колебаний. Рассмотрим использование данной системы гашения для куполов закрытого типа.

Исследуемая конструкция

Для динамического временного анализа колебаний рассматривался купол в виде циклически симметричной конструкции, составленной из жестко закрепленных между собой стальных стержневых элементов (рис. 1). Купол разделен на 16 сегментов в плане и пятью 16-угольными кольцами по высоте купола. Общее количество элементов – 176. Диаметр купола – 30 метров, крепление к основанию купола по его контуру – жесткое. Поперечное сечение элементов купола квадратное трубчатое 120 120 мм с толщиной стенки 4 мм.

Используемые методы расчета

Расчет конструкции производился методом конечных элементов. Уравнение движения механической системы:

где M – диагональная матрица масс; U – неизвестный вектор перемещений узлов механической системы; С – матрица демпфирования; К – матрица жесткости всей системы; Р – вектор нагрузок, элементы которых принимают значения, зависящие от вида сейсмического загружения.

Рис. 1. Конечно-элементная модель купола

Для составления матрицы сопротивления движению С использовалось демпфирование по Релею:

где α, β – коэффициенты демпфирования, значения которых определяются из модального анализа конструкции [5].

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Для определения коэффициентов демпфирования строительных сооружений, жёсткость которых при проектировании закладывается достаточно высокой, необходимо определить две низшие частоты собственных колебаний и решить систему из двух уравнений [5]:

где ζ1 и ζ2 – эмпирические коэффициенты демпфирования для конструкции при первой и второй модах колебаний соответственно, для стержневых стальных конструкций ζ1 = ζ2 = 0,03; ω1 и ω2 – частоты собственных колебаний, соответствующие первой и второй модах колебаний соответственно.

Для составления вектора узловых нагрузок Р использовалась объёмная акселерограмма землетрясения в г. Газли (Узбекистан) в 1976 г.(рис. 2).

Time, s

Time, s

Рис. 2. 3D-акселерограмма землетрясения в г. Газли (Узбекистан)

При проведении численного эксперимента использовался метод центральных разностей. При этом вектор перемещений в следующий момент времени определялся по формуле

где Ut+ t, Ut, Ut- t – векторы перемещений в следующий, текущий и прошлый момент времени; t – шаг времени.

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Результаты расчета

В течение всего периода действия сейсмической нагрузки наблюдается изгибная форма колебаний механической системы (рис. 3).

Рис. 3. Форма колебаний купола при сейсмическом воздействии (масштаб перемещений 5:1)

Рассмотрим перемещение верхнего узла купола с отношением f / L = 0,4 (рис. 4). До момента времени 3 секунды амплитуда колебаний полюса купола вдоль оси х не превышает 4 см. В течение следующих 2 секунд (в интервале от 3 до 5 с) наблюдается увеличение величины амплитуды до 15 см. На заключительном отрезке времени величина амплитуды достигает максимального значения – 17,2 см (в момент времени 7,29 с). Характерным для всех видов куполов является колебание полюса купола вдоль оси y: на протяжении всего времени амплитуда колебаний не превышает 1 мм. В перемещении полюса вдоль оси z наблюдаются значения амплитуд в 2 см с тремя всплесками (4,8 см в момент времени 2,77 с; 5,7 см в моменты времени 5,94 с; 8,8 см в момент времени 7,31 с и 7,7 с).

Установим ленточную систему гашения колебаний, основанную на принципе, описанном в работах [3, 4]. Примем поперечное сечение ленты 200 4 мм, модуль упругости ленты E = 3 · 1010 Па. Для того чтобы определить наиболее рациональное расположение, предлагаем три варианта установки гасителя (рис. 5). Первый вариант установки для сравнения был выбран такой же, как и для расчета открытых куполов [3]. Выбор двух других вариантов основан на следующем принципе: одну из точек крепления необходимо установить в опорном узле стержня, а вторая точка крепления определяется по принципу максимального отклонения узлов от начального положения после динамического анализа перемещений узлов системы.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Рис. 4. Графики перемещений полюса купола

Рис. 5. Варианты установки ленточного гасителя колебаний

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

При введении гасителя колебаний размах колебаний полюса существенно уменьшается. Сравнение графиков колебаний купола без гасителя и с гасителем показано на рис. 6.

Рис. 6. Графики перемещений полюса купола по оси х с различными вариантами установки гасителя

До момента времени 4,31 с при относительно малых перемещениях для всех трех вариантов установки гасителей наблюдается небольшое гашение колебаний (до 15 %). На следующем отрезке времени при первом варианте гасителя колебаний (максимальное перемещение достигает 164 мм за 2,4с) амплитуда плавно уменьшается до 36 мм; при втором (трапециевидном) варианте установки гасителя (здесь максимальное значение перемещения 109 мм) наблюдается более резкое уменьшение амплитуды колебаний по сравнению с остальными вариантами; при третьем варианте установки

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

(максимальная амплитуда 127 мм за 2,9 с) размах колебаний плавно уменьшается до 8 мм. Наиболее рациональным вариантом выглядит второй, поскольку максимальное перемещение среди всех трех вариантов минимальное.

Определены границы значений f / L, для которых эффективен 2-й вариант расположения гасителя. Результаты вычислений сведены в таблицу.

Выводы

Проведен динамический анализ колебаний куполов и выявлены виды колебательных движений. Проведены численные эксперименты с различными расположениями ленточного гасителя колебаний и определением наиболее рационального варианта ленточной системы для различных конфигураций куполов. Показано, что эффект гашения куполов достигается односторонними связями ленточных систем.

При втором (трапециевидном) варианте расположения гасителя для f / L>0,25 наблюдается значительное (более 50 %) снижение максимальных амплитуд колебаний куполов. Причем для других пиковых значений перемещений эффект гашения колебаний достигает 80 % (в период времени 4,31–7,8 с).

Таким образом, ленточные гасители являются эффективным средством гашения колебаний.

Список литературы

1.Wei, De-Min. Seismic response analysis of K8 pattern single-layer reticulated domes under vertical rare earthquakes / De-Min Wei, Sheng-fu Gao // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 210. – P. 417–424.

2.Tornabene, Francesco. Vibration analysis of spherical structural elements using the GDQ method / Francesco Tornabene, Erasmo Viola // Computers & Mathematics with Applications. – 2007. – Vol 53. – P. 71538–1560.

3.Шеин, А.И. Инерционно преднатяжительная полиэстерно-ленточная система гашения колебаний циклически симметричных конструкций купольного типа / А.И. Шеин, А.В. Чуманов // Моделирование и механика конструкций. – 2019. – № 10. –

Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. – URL: http://mechanicspguas.ru/Plone/ nomera-zhurnala/no8/matematicheskoe-modelirovanie-chislennye-metody-i-kompleksy- programm/ 10.1/at_download/file

4.Шеин, А.И. Ленточная система гашения колебаний локатора при сейсмических воздействиях / А.И. Шеин, А.В. Чуманов // Строительная механика и расчет соору-

жений. – 2020. – № 3 (290). – С. 62–67.

5.Барабаш, М.С. Материальное демпфирование при расчете конструкций на динамические воздействия / М.С. Барабаш, А.В. Пикуль // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2017. – № 13 (2). – С. 13–18.

References

1. Wei, De-Min. Seismic response analysis of K8 pattern single-layer reticulated domes under vertical rare earthquakes / De-Min Wei, Sheng-fu Gao // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 210. – P. 417–424.

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

2.Tornabene, Francesco. Vibration analysis of spherical structural elements using the GDQ method / Francesco Tornabene, Erasmo Viola. // Computers & Mathematics with Applications. – 2007. – Vol 53. – P. 71538–1560.

3.Shein, A.I. Inertial pre-tensioning polyester-tape vibration damping system for cyclically symmetric dome-type structures / A.I. Shein, A.V. Chumanov // Modeling and mechanics of structures. – 2019. – № 10. – Systems. Requirements: Adobe Acrobat Reader. – URL: http://mechanicspguas.ru/Plone/nomera-zhurnala/no8/matematicheskoe-modelirovanie- chislennye-metody-i-kompleksy-programm/ 10.1/at_download/file

4.Shein, A.I. Tape system of radar vibration damping under seismic impacts / A.I. Shein, A.V. Chumanov // Construction mechanics and calculation of structures. – 2020. – No. 3 (290). – P. 62–67.

5.Barabash, M.S. Material damping in the calculation of structures for dynamic effects / M.S. Barabash, A.V. Pikul. // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2017. – No. 13 (2). – P. 13–18.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 69.07

ИСПЫТАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ

Л.Ф. Селютина

Представлены результаты расчетов и натурных испытаний железобетонных плит покрытия, изготовленных по серии 1.465-3. Предварительно напряженная арматура конструкций – канаты класса К1500. Испытаны 2 плиты. Даны описание конструкций плит, методика испытаний, основные результаты и их анализ. Приведены сведения о возможности сравнения результатов исcледований железобетонных плит, армированных канатами класса К1500.

Ключевые слова: железобетонная плита покрытия, испытания, несущая способность, трещиностойкость, прогибы, сравнение результатов

RESULTS OF STUDIES OF PRESTRESSED REINFORCED

CONCRETE 1PG12-2K7 COVERING SLABS

L.F. Selutina

The research of calculations and full-scale tests of reinforced concrete slabs made according to the 1.464-3 series is presented. Prestressed plate reinforcement is K1500 class ropes. Two plates were tested. The description of the plates design, tests procedure, main results and their analysis are given. Information about the possibility of comparing the results of studies of concrete slabs reinforced with ropes of class K7 is given.

Keywords: reinforced concrete covering plate, tests, bearing capacity, crack resistance, deflection, results compare

Введение

Современное строительство характеризуется разнообразием возводимых зданий и сооружений и применяемых при этом материалов. Железобетонные плиты покрытия применяются при строительстве зданий различного функционального назначения. Обеспечение высокой эффективности, надежности и качества железобетонных конструкций невозможно без проведения исследований, приемочных и контрольных испытаний.

Испытания плит проводились согласно ГОСТ 8829-94 [1], Рекомендациям [2] с целью проверки соответствия нормативным требованиям в отношении несущей способности, трешиностойкости и жесткости.

Приборы и оборудование

Установка для натяжения канатов (рис. 1), прибор для измерения натяжения канатов Tantron Oy MCS-160 (рис. 2), индикаторы часового типа «Эталон» с ценой деления 0,01 мм, прогибомеры 6ПАО с ценой деления 0,01 мм, микроскоп МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм.