Двухъярусная тросовая купольная система на эллиптическом плане Чесноков Андрей Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы.

Тросовые купольные системы находят все более широкое применение в практике зарубежного строительства. Они используются для перекрытия большепролётных спортивных и торговых зданий и сооружений, большинство из которых в плане описываются эллипсом или овалом.

К настоящему времени разработаны и успешно реализованы на практике две основные разновидности тросовых куполов: система Д. Гайгера, состоящая из отдельных рёбер, соединённых между собой стабилизирующими кольцами, предназначенная для перекрытия круглых в плане зданий, и система М. Леви на эллиптическом плане. В отличие от куполов системы Гайгера, верхний пояс куполов Леви представляет собой крупноячеистую сетку, что значительно усложняет узловые соединения, а также повышает чувствительность подобных систем к неточностям, возникающим в процессе их монтажа и создания начальных напряжений в элементах.

Разработка тросового купола, предназначенного для перекрытия зданий на овальных или эллиптических планах, в основе конструктивного решения которого лежит система Д. Гайгера, представляет собой важную задачу, т.к. ведёт к совершенствованию конструктивных решений подобных систем в сторону их упрощения.

Тросовые купольные системы не осуществимы без создания предварительного напряжения. Определение требуемых величин начальных напряжений, а также последовательности их приложения является важной задачей, от правильности решения которой зависит экономичность возведения объекта.

Для создания начальных напряжений в элементах тросовых систем за рубежом разработан ряд методов, осуществлённых на практике. Вместе с тем, применяемые методы отличаются высокой трудоёмкостью. Совершенствование

я их к практи-

способов преднапряжениятросовых ^кУ^псГ'во(ЛидимоЙаЙыЙЙ¹

ке отечественного строительства, представляет собой важную задачу, т.к. ведёт к повышению качества работ и увеличению срока службы объекта.

Объектами исследований диссертационной работы являются: геометрические параметры, способы предварительного напряжения и методика расчёта двухъярусной тросовой купольной системы на эллиптическом плане.

Предмет исследований:

геометрические параметры, определяющие координаты узлов тросовой купольной системы на эллиптическом плане, состоящей из отдельных рёбер, соединённых между собой тросовыми кольцами (подобно системе Д. Гайгера) и имеющей выпуклый вверх верхний пояс;

методика геометрически нелинейного статического расчёта тросовой купольной системы на стадии её возведения и в процессе эксплуатации;

способ создания начальных напряжений в элементах тросового купола методом монтажных пригрузов.

Цель работы.

Целью настоящей работы является разработка методики проектирования и расчёта двухъярусной тросовой купольной системы на эллиптическом плане.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка алгоритмов определения геометрии и топологии системы.

2. Разработка последовательности статического расчёта тросового купола.

3. Разработка методики нахождения необходимых преднапряжений в элементах системы.

4. Разработка методики учёта истории возведения системы.

5. Практическая реализация расчёта на ЭВМ.

6. Разработка методики проведения испытаний тросовой модели и проверка расчётных предпосылок экспериментальным путём.

Методы исследования:

для разработки методики расчёта тросовой купольной системы был применён итерационный метод Ньютона-Рафсона;

для проведения каждой итерации по методу Ньютона-Рафсона был применён метод конечных элементов в геометрически нелинейной постановке;

для решения систем линейных уравнений был применён метод Гаусса;

для определения неизвестных значений факторов, воздействующих на исследуемую систему, был применён метод прямого поиска по симплексу.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработана методика моделирования последовательности возведения тросовой купольной системы, включающая в себя алгоритм модификации координат узлов и алгоритм учёта усилий в элементах, в соответствие с результатами, полученными на предшествующих этапах возведения системы.

2. Разработан алгоритм поиска координат узлов монтируемой системы, таких, чтобы после завершения процесса её возведения, узлы бы заняли определённые, наперёд заданные координаты.

3. Разработан способ создания начальных напряжений в элементах тросового купола при помощи монтажных пригрузов, включающий в себя последовательность основных технологических операций и методику определения необходимого предварительного напряжения системы.