Исследование напряженно-деформированного состояния тканевых грунтонаполненных стен одноэтажного здания круглого очертания в плане на действие сейсмических нагрузок

Одной из важнейших задач программы экономического и социального развития любого общества является осуществление в больших масштабах промышленного, гравданского и специального строительства. Важнейшей задачей любого строительства является всемерная экономия трудовых, материальных и энергетических ресурсов. В связи с этим наиболее удобным и экономичным оказывается ведение строительства из местных дешевых материалов. Особенно это каоается труднодоступных районов, где вопрос транспортировки строительного материала и изделий приобретает первостепенное значение.

Наличие такой ситуации в строительстве заставляет проектировщиков, расчетчиков, конструкторов искать, создавать и разрабатывать новые виды строительных материалов, конструкций, технологию для изготовления и возведения различных типов зданий с различными функциональными назначениями.

Если принимать во внимание, что воегда имеются труднодо-. отупные регионы для строительства (например, в СССР — Сибирь, в Алжире — Сахара и т. д.), вышеприведенным требованиям наиболее полно удовлетворяют принципиально новые виды конструкций, условно названные грунтонаподненными. Они были разработаны во Всесоюзном заочном инженерно-строительном институте под руководством проф. Василькова Б. С, и Симвулиди И. А. Новизна заключается в применении мягкой, тканевой оболочки, заполненной грунтом, песком или другим сыпучим материалом, как несущего элемента, в котором заполнитель будет работать в основном на сжатие или на сдвиг. Мягкая ткань может работать только на растяжение.

Развитие химической промышленности позволило создать ткани с высокими разрывными и эксплуатационными характеристи каш и тем самым косвенно был решен вопрос о высокой несущей способности всей конструкции.

Сооружения, собранные из таких несущих конструкций, могут иметь самые разные очертания в плане и из них можно стро ить сооружения различных функциональных назначений, в том числе: сооружения спортивного назначения: хоккейные площадки для конькобежного спорта, площадки для танцев на льду, плавательные бассейны, теннисные корты и т. д.;

— хранилища и складские помещения: склады для промышленной продукции, для сырья, для сельскохозяйственных продектов и кормов, для удобрений, зернохранилищ и т. д.;

— культурно-просветительные: кино, театру, клубы и т. д.;

— общественного питания, столовые, рестораны и т. д.;

— медицинского назначения;

— специального назначения;

— разные: гаражи, мастерские и т. д.;

— резервуары;

— отдельные элементы — опоры и т. д.

Подовительной стороной таких конструкций является: малый вес транспортировки — транспортируется только ткань и только на месте строительства оболочка заполняется местным дешевым, сыпучим материалом;

— не требует выполнения громоздких подготовительных работ;

— низкая собственная цена и низкие эксплуатационные расходы;

— хорошие теплотехнические характеристики}.

— разнообразность внешних форм.

Цель работы — разработка (в упругой стадии) методики расчета и исследование напряженно-деформированного состояния конструкций здания с грунтонаполненными стенами на сейсмические воздействия. Кроме этого, намечается разработанную и научно обоснованную новую методику расчета указанных конструкций в дальнейшем широко внедрить в практику.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи;

— экспериментальное исследование прочности и деформатив-нооти синтетической ткани и тканевых соединений (встык и внахлестку) — '.

— экспериментально-теоретические исследования жесткост-ных характеристик тканевых грунтонаполненных образцов кубической и призматической формы, а также определение их модуля деформаций при сжатии, сдвиге и изгибе;

— разработка алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории конечного элемента в перемещениях на сейсмическую нагрузку;

— исследование напряженно-деформированного состояния нами на 8-балльную сейсмическую нагрузку.

Автор защищает разработанную им новую методику расчета зданий с грунтонаполненными стенами на сейсмическую нагрузку. Результаты проведенных экспериментальных исследований и способы их учета в теоретических расчетах.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: круглого в плане здания.

— в определении прочностных и деформативных характеристик синтетической ткани и тканевых соединений встык и внахлестку;

— в установлении жесткостных характеристик тканевой грун-тонаполненной стены (модули деформации на сжатие, на сдвиг и на изгиб с учетом обжатия по высоте стены);

— в разработке расчетных схем и в разработке алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории конечного элемента в перемещениях на сейсмические воздействия;

— в определении поля деформации и напряжений здания с тканевыми грунтонаполненными стенаш при 8-бёлльной сейсмической нагрузке.

Практическая ценность работы представляв®интерес для работников проектных и научно-исследовательских институтов и результаты могут быть использованы в следующих направлениях:

— в определении прочностных и деформативных характеристик элементов здания и в определении модулей деформаций материала на сжатие, на сдвиг и на изгиб;

— в разработке расчетных схем и в разработке алгоритма расчета зданий с грунтонаполненными стенами на основе теории метода конечного элемента в перемещениях на сейсмические воздействия;

— в определении поля деформаций и напряжений круглого в плане здания с грунтонаполненными стенаш при сейсмической нагрузке 8 баллов;

— внедрение научно обоснованной и разработанной автором диссертации новой методики расчета позволяет повыоить экономичность несущих конструкций зданий с грунтонаполненными стенами яри обеспечении требуемой их прочности и жесткости на всех стадиях возведения и эксплуатации здания.

Внедрение результатов диссертационной работы намечается путем включения их в нормы проектирования конструкций здания с грунтонаполненными стенами, разрабатываемые конструктороко-технологическим институтом «Стройиндустрия», г. Тбилиои,.

Результаты проведенных исследований доложены на кафедре строительной механики МИСИ им. Куйбышева и на научно-технических конференциях (ВЗИСИ в 1989 г.- в Севастополе в 1990 г.).

По теме диссертации опубликованы 2 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 100 наименований, она изложены на * Щ5 стРанш*ах основного текста, содержит Z риоунков.

1. Агальцев А. В. Определенна точечного каркаса минимальной поверхности с трапециедальной сеткой // Прикладная геометрия и инженерная графика. — Киев, 1975. — Вып. 20. -С.104−108.

2. Агальцев А. В. Определение точечного каркаса минимальной поверхности // Прикладная геометрия и инженерная графика. -Киев, 1967. Вып. 5. — С.124−126.

3. Адулов П., Коваль С. Н. Моделирование поверхностей с помощью сетчатых номограмм // Прикладная геометрия и инженерная графика. Киев, 1975. — Вып. 20. — C. II5-II7.

4. Аистов Н. Н. Испытание сооружений. Стройиздат, I960.

5. Алексеев С. А, К теории мягких оболочек / Сб. науч. тр. XI Всесоюз. конф. по теории оболочек и пластин. Баку, 1966. -М.: Наука, 1966. С. 945−947.

6. Архарова Т. И. Теоретическое исследование напряжений в мягких оболочках тентовых конструкций / Сб. науч.тр. Лен. ЗНИЭП Госгравданотроя // Пространственные конструкции в гражданском строительстве. Л., 1982. -C.II-I4.

7. Берд Ч. Ч. Стеклоткань, покрытая тефлоном уникальный новый материал для тентовых сооружений / Пневматические строительные конструкции // Под ред. В. В. Ермолова. — М.: Стройиздат, 1983. — С. 239−261.

8. Блинов Ю. Й., Куликов Г. Д., Дунюпшин В. Д. К использованию тентовых сооружений в зимних условиях. М., 1978. — 10 с. / ШСИ им. В. В. Куйбышева. — Дел. во ВНШС. — № 1296.

9. Балабух Л. Н., Усюкин В. И, Приближенная теория мягких оболочек вращения / Тр. У111 Всесоюз. конф. по теории оболочек и пластин. Ростов-нагону, 1971.

10. Бранд Г. В. Геометрия многофокусных поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1979. — 64 с.

11. Бартенев Г. М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. — 280 с.

12. Васильков Б. С., Симвулиди И. А., Печеновская Т. Н. Способ возведения ограждающей стенки / Авт. свид. Опубл. 05.03.80. Бюлл.'Л 9.

13. Васильков Б. С., Симвулиди И. А., Печеновская Т. Н. «Стена». / Авт. свид. Опубл. 30,09.82. Бюлл. № 36.

14. Васильков Б. С., Печеновская Т. Н., Абрамкин В. Г. Опубл. 30.01.87. Бюлл. Jfe 4. / Доп. к Авт. свид. «Стена» .

15. Васильков Б. С. Исследование работы складчатых систем и оболочек: Дис.. докт, техн. наук. М., 1964.

16. Васильков Б. С. Применение метода конечных элементов в перемещениях к расчету оболочек, складок, коробчатых и массивных систем / Теория и расчет сооружений. Вып. 13. — М": ЩИЖК им. Кучеренко, 1970. т.

17. Васильков B.C. Расчет балок-стенок методом конечных элементов в перемещениях / Тр. Туркменского политехи, ин-га. -Вып. 10. Ашхабад, 1971.

18. Васильков B.C., Гагнидзе И. Ш., Менаа Лазази. Экспериментальные исследования тканевых грунтонаполненных образцов / Деп. в ШИШТШ, № 10 819. Вып. 2. — 1991.

19. Васильков Б, С., Гагнидзе И. Ш., Менаа Лазази, Напряженно-деформированное состояние тканевых грунтонаполненных стен здания круглого очертания в плане на сейсмические воздействия / рук. деп. в ВНИИНТПИ, й 10 820. Вып. 2. — 199I.

20. Власов В. З. Общая теория оболочек и ее приложение в технике. М.-Л., 1949. — 500 с.

21. Влияние УФ-облучения на долговечность капроновых и вис козных тканей при многократном растяжении в различных направлениях / Д. Е. Мирошников, М. П. Носов, В. Ф. Пулятин и др. // Изв. ВУЗов. Технология легкой промышленности. 1977. — № 4.С. 44−46.

22. Вознесенский С. Б, Пространственные конструкции из тка-не-пленочных материалов // Промышленное строительство. 1977. ¦ В 8.

23. Вознесенский С. Б., Ермолов В. В. Проектирование пневматических конструкций в СССР и за рубежом. М.: ЦЕЙШС Госстроя СССР, 1975.

24. Вознесенский С. Б., Гуцков В. В., Жуканова Н. И. Строительство с применением тентовых покрытий складов минеральных удобрений и других объектов. М.: ЦНИИТЭП Госкомсельхозтехники СССР, 1979.

25. Гениев Г. А. Некоторые задачи расчета пневмоконструкдай из мягких материалов / Исследование по строительной механике.- 1Ш М.: Госстройиздат, 1966. Выя. У.

26. Гогвшвили А. А. Разработка и исследование пневматических напряженных цилиндрических сводов воздухоопорного типа: Автореф.дис. .канд.техя.наук. М.: ЦНШСК им. Кучеренко, 1972.

27. Григорьев А. С., Трушина В. М. Некоторые основные вопросы теории мягких оболочек / Теория мягких оболочек и их использование в народном хозяйстве. Роотов-на-Дону, 1976.

28. Гольденвейзер А. Л. Теория упругих мягких оболочек / 2-е изд. перераб. и доп. М.: Наука, 1976. — 512 с.

29. Галык И. О., Семак Б. Д., Артемова М. Л. Светостойкость чехольнопа лат очных тканей с пленочным покрытием. // Строительная промышленность. 1978. — J6 6. — С. 76−78.

30. Грин А., Адкинс Дж. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. М.- Мир, 1965.

31. Гаас Р., Дитщус А. Растяжение материи и деформация мягких воздушных кораблей / Пер. с нем. Д., 1931. — 132 с.

32. Голуб 3. К вопросу о прочности конструкционных тканей // Tertil. ~ 1966. 2I.-P.390−392 (Пер. № 10 628/6).

33. Джанелидзе Г. Ю. К теории тонких и тонкостенных стержней // Прикладная математика и механика. 1949. — Т.ХШ. — J6 6.С. 597−608.

34. Джанелидзе Г. Ю., Пановко Я. Г. Статика упругих тонкостенных стержней. М.-Д.: Гостехтеориздат, 1948. — 208 с.

35. Друзь Б. И. О форме поперечного сечения воздухонапорной цилиндрической оболочки // Строительная механика и расчет сооружений. 1973. — № 4. — С. I-I9.

36. Дымкова Т. М. Расчет поверхности покрытия тентового сооружения с несущими тростостоечными элементами / Тр. ин-га ЦНИИСК им, Кучеренко // Экспериментальные и теоретические ио-Наследования строительных конструкций. М., 1987. — С.17−21.

37. Ермолов В. В. Пневматические строительные конструкции. -М: Стройиздат, 1983. 355 с.

38. Ермолов В. В. Тентовые сооружения: Обзорная информация. Сер. Строительные материалы, изделия и конструкции. Вып. I. -1979.

39. Ефимова В. Н. Прогнозирование деформативных свойств ПНХ / В сб.: Полимеры в мелиоративном и водном хозяйстве. -Елгава, 1976. Вып. 4. — С. 59−68.

40. Зедгенидзе Г. Г., Осташевский А. Я., Григорьев CJf. К вопросу определения начальной геометрии тентового сооружения // Пространственные конструкции в гражданском строительстве / Сб. науч.тр. ЛенЗНИИЭП. Д., 1982. — с.20−24.

41. Ишин К. Проектирование и расчет пневматических сооружений // Пневматические строительные конструкции / Под ред.В. В. Ермолова. М.: Стройиздат, 1983. — С. 261−273.

42. Искандеров И. Н., Вознесенский С. Б. Склад из пневмокон-струкции // Промышленный транспорт. 1976. — Л 7.

43. Искандеров И. Н., Вознесенский С. Б. Организация серийного выпуска воздухоопорных сооружений на Ангренском резиновом комбинате / В сб.: Пятый дальневосточный семинар по мягким оболочкам. Владивосток, 1976.

44. Клепикова Л. С., Малахов Н. А. Применение численных методов для определения точечного каркаса поверхности, опирающейоя на заданный контур // Прикладные вопросы начертательной гео метрии. Л.: ЛИИЖГ. — ЦНШТЭИ МПС Л 724−00. — Дел- 12.УП.1987; С. 90−101.

45. Коллар Р. Изготовление поверхностей с двойной кривизной из плоского брезента путем его изгибания /Magyar Egitpip.-1982. Л 7−8. — С. 457−460. — Пер. Л M-I7929.

46. Кузнецов Э. Н.

Введение

в теорию вантовых систем. -М.- Стройиздат, 1969. 120 с.

47. Квомби А. Архитектура и пластмассы / Пер. о англ. -М.г Стройиздат, 1978. 248 с.

48. Колеона Т. П., Блинов Ю. И. Лучистые характеристики материалов тентовых огразадающих конструкций / Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. 1976. — Л 9. — С. 67−71.

49. Литвина В. Д. Напряженно-деформированное состояние мяг ких цилиндрических оболочек под действием распределенной нагрузки / Сообщ.лаб.мягких оболочек. Вып.34. — Владивосток, 1976.

50. Магула В. Э. Судовые эластичные конструкции. Л.: Судостроение, 1978.

51. Магула В. Э. Основные зависимости теории мягких ободочек. / В сб.: Тр. Николаевского кораблестроительного института- 1973. Выл. 78.

52. Маще лине кий Р. Н. Статический расчет гибких висячих конструкций. М.: Стройиздат, 1950.

53. Метод конечного элемента: Уч. пособие для втузов / Под ред. П. М. Варвака. Киев: Высшая школа, 1981. — 176 с.

54. Михайленко В. Е., Коваль С. Н. 0 координатных способах конструирования поверхности // Прикладная геометрия и инженерная графика. -Вып. 17. Киев: Буд1вельник, 1973. -C.II-I3. щ.

55. Мифтахутдинов И. Х. Моделирование оболочек тентовых покрытий из полиэтиленовой пленки / Реф. информация. М.: ЩШЕ Госстроя СССР. — Вып.8. — Серия 8. — С. 45−48.

56. Мифгахутдинов И. Х. Поиск форм тентовых покрытий на моделях из эластичной ткани / Экспресс-информация. М.: ВНИНС Госстроя СССР, 1983. — Серия II. — Выл. I. — С. 37−40.

57. Морозов Ю. А. Об определении деформаций пневматических баллонов от действия внутреннего избыточного давления // Строительная механика, расчет и конструирование сооружений: Тр. МАрхИ, 1971. — Вып. 3. — С. 33−41.

58. Отто Ф., Шлейер К. Тентовые и вантовые строительные конструкции / Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1970. — 173 с.

59. Орас Р. Э, Расчет тенто-вантового покрытия/ Сб. науч.тр. Таллиннского политехн. ин-та. 1975. — J? 571. — C. II-I9.

60. Поздняков Б. П. Усталость тканей и расчет их прочности на растяжение // Легкая промышленность. 1936. — № 5.С. I5I-I67.

61. Пленочвые тентовое покрытие купола в туристском центре «Волга» / Ю. И. Блинов, В. А. Сладков, А. В. Котовицкий и др. // В кн.: Пленки, ткани и сетки в гравданских и промышленных сооружениях. -Казань, 1972. -С. II4-I2I.

62. Пневматические строительные конструкции / А. В. Губенко, Г. Н. Зубарев, А. Б. Кулаковский, М. И. Петровнин, И. С. Петров, -М.: Стройиздат, 1963. 128 с.

63. Репина Н. С., БобовичБ.Б., Парамонова Л. Г. Исследование деформационных свойств синтетических тентовых материалов // Технология автомобилестроения. Сер.14. — 1978. — Й 5. — С.25−28.

64. Рыбьев И. А. Технология гидроизоляционных материалов. -М.: Высшая школа, 1964. 308 с.

65. Разработка тканевых конструкций с каркасами в ГДР (Конгресс ИАСС). Алма-Ата, 1977. — Пер. Л 80/20 642.

66. Рекомендации яо проектированию висячих покрытий. М.: ШИШК им. Кучеренко, 1973. — 50 с.

67. Ржаницын А. Р. Расчет упругих оболочек произвольного очертания в прямоугольных координатах // Строительная механика и расчет сооружений. 1977. — № I. — С. 21−28.

68. Рюле X. Пространственные конструкции. Т.2 / Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1974. — 230 с.

69. СНиП 97−77. Временная инструкция яо проектированию, мон тажу и эксплуатации воздухоопорных пневматических сооружений.М.: Стройиздат, 1978. 17 с,.

70. СНИЙ II-7−8I. Строительные нормы и правила (Часть П, гл. 7). Строительство в сейсмических районах. М., 1982.

71. СНиП 1У.4.82. Глава 4. Правила определения сметных цен на материалы, изделия и конструкции. и сметных цен на перевозки грузов для строительства.

72. Усюкин В. И. Об уравнениях теории больших деформаций мягких оболочек / Изв. АН СССР, МТТ. 1976. — Л I.

73. Усюкин В. И. Деформации мембранных оболочек вращения / Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. — «№ 2.

74. Уоюкин В. И., Терещенко В. А., Барсов Р. Г. Разносторонние методы решения двумерных задач статики мягких оболочек / В сб.: Расчет пространственных конструкций. М., 1979. — Вып.ХУШ.

75. Усюкин В. И, Деформация мембранной торообразной оболочки / Тр. УП Всесоюз. конф. по теории пластин и оболочек. -Днепропетровск, 1969.

76. Усюкин В. И., Терещенко В. А., Сдобников А. Н., Панов С. ВРасчет пневматических строительных конструкций с использованием ЭВМ / Докл. Междунар.конф. по облегченным пространственным конструкциям. МАСС. М.: Стройиздат, 1977.

77. Удлер Е. М. Сооружения с подвесными тентовыми огразде-ниями: Автореф. дис.. канд.техн.наук. М.: МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1972. — 20 с.

78. Шик Л. И. Тентовые оболочки // Вопросы применения и формообразования. -Киев: Буд1вельник, 1970. Вып.2. — С.27−31.

79. Шпакова В. П. Исследование соединений пневматических конструкций: Автореф. дис.. канд.техн.наук. М.: ЦНИИСК, им. Кучеренко, 1977. — 22 с.

80. Штолько В. Г. Исследование архитектурно-конструктивных решений тентовых покрытий: Автореф. дис,. канд.техн.наук. -Киев, КИСИ, 1966. 20 с. 86.тЮденич Р. В. Переплетение и анализ тканей. М.: Легкая индустрия, 1968. — 168 с.

81. Barners M.R. Form-finding of minimum surface membranes / Proc. of I.A.S.S. World congress on space enclosures. Montreal, 1976.

82. Bird W.W. Teflon-coated fiberglas, an outstandong new material for fabric structures. Research, report IfiSS working Group of pneumatic structures Yokohama national University. 1978. S. 2−18.

83. Canadian standards Association Air. Supported Structures Thierd Draft, 1979.

84. D D50: 1976 dratt for development, air supported strucim res. Grobbritannien, 1976.

85. Deutsche inductrie Norm 4102.

86. Ishii K. On developing of cumed surfaces of pneumaticщ structures IASS international symposium on pneumatic structures. Departament of architecture delf University of technology delf, 1972.

87. Desai c.S. and Abel J.F. Introduction to the finite elemnt Method / New York. Van Norstrand Reinhold.

88. Norme franierduse inregistree NFP 92−507.

89. Oden J. Т., Kubitza W.K. Numerical analysis of nonlinear pneumatoc structures. Proceedings of the 1-st international colloquium on pneumatic structures stuttgart. 1967.P. 87−107.

90. Pneimatic structure desigh standard and commentary, Japan, 1970.99# Rahmany S. Kebdani offis de Publications miniversitaires Alger.

91. Rockey K.C., Evans H.R., Griffiths C.R., Nethercot.D.A. Introduction a la methode des elements finis / Editions Eyrolles.