Введение к работе
Актуальность темы. Одним из широко распространенных видов конструктивных систем, используемых в строительстве, являются арки и арочные конструкции. Арки относятся к тому типу конструкций, для которых наряду с расчетами на прочность, важное значение имеют расчеты на устойчивость. Строительные арочные конструкции (большепролетные здания, туннели метрополитенов, пролетные строения мостов и др.) под действием основных эксплуатационных нагрузок работают как сжато-изогнутые. При решении проблемы устойчивости таких арок необходимо рассчитывать нелинейный процесс деформирования при возрастающих значениях параметра нагрузки с учетом изменения первоначальной формы и развитием пластических деформаций. По существу, при этом речь идет об установлении предельной точки в диаграмме "нагрузка-характерное перемещение системы"; максимальная нагрузка характеризует нулевую отшрность конструкции и определяет состояние потери устойчивости.
Существующие методики расчета арочных конструкций не позволяют выполнить общий анализ как пологих, так и подъемистых арок различного (не только кругового) очертания, что весьма сужает применение этих методов для реального проектирования. На современном этапе развития требуются разработки более общих методов решения подобных задач, позволяющих расчитывать напряженно-деформированное состояние и одновременно устойчивость арок произвольной формы при любом нагружении с учетом разнообразия условий закрепления опор. Это позволит на стадии вариантного проектирования выбирать оптимальную, например, с точки зрения резерва несущей способности, конструктивно-архитектурную форму арочной конструкции.
Целью диссертационной работы является: разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния арок произвольного очертания при квазистатическом нагруженга распределенными нагрузками любого вида, которая позволяет исследовать состояния равнове-
сия и устойчивость арок с учетом геометрической и физической нели-нейностей.
Научная новизна работы заключается в том, что:
предложена строгая математическая постановка задачи устойчивости арок, исключащая допущения о нерастяжимости оси, о малосч прогибов и круговой форме арки, реализованная численно в виде методики нелинейного анализа квазистатически нагруженных арок с любыми граничными условиями;
разработана новая методика расчета напряженна-деформирован-ного состояния арок, позволяющая исследовать с единых позиций докритическии резким, предельные точки и закритический реаим деформирования упругих и упругопластических арок и дающая возможность рассчитывать арки любого очертания и степени пологости;
установлены зависимости величин предельных нагрузок от зкесткостей упругих защемлений опор, степени пологости упругопластических арок, а также проведено сравнение величин критических нагрузок для арок различных форм (круговой, параболической, цепной), нагруженных симметричной и несимметричной снеговой нагрузками.
Практическое значение работы состоит в том,что:
разработанный в диссертации метод обладает достаточной универсальностью и общностью, то есть возможностью свободного изменения внешних и внутренних параметров арок, что позволяет на стадии вариантного проектирования выбирать оптимальное конструктивное решение; метод реализован в виде программы расчета на ПЭВМ в удобном для пользователя виде;
результаты численного исследования, представленные в виде графиков, удобны для практического использования при расчете и проектировании реальных арочных конструкций.
Внедрение результатов. Результаты диссертации использованы в
ЦНИИпроектстальконструкции им. Мельникова:
при расчете и проектировании Ледового Дворца на 3000 мест в городе Нижнекамске;
при проведении теоретических, исследований устойчивости нижнего пояса арок с гофрированной стенкой для решения вопроса об его оптимальном раскреплении из плоскости.
На защиту выносятся:
методика расчета напряженно-деформированного состояния и устойчивости упругих и упругопластических арок различного очертания при произвольных граничных условиях, статически нагруженных распределенными нагрузками любого вида;
результаты численного исследования несущей способности арок при учете таких факторов, как жесткости упругих защемлений опор, геометрическая форма, степень пологости арки, вид нагруяения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
на Всероссийской научно-технической конференции "Прочность и живучесть конструкций" (г.г. Вологда, Москва, 1993 г.);
на расширенном заседании подсекции ETC ВДИИпроектсталькон-струкция им. Мельникова "Нормирование расчетов" (г. Москва,1993г.);
на заседании секции НГС ЦНШпроектсгальконструквдя
им. Мельникова "Теоретические исследования" (г. Москва, 1994 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы две печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Содержит 108 страниц, в том числе 68 страниц машинописного текста, 30 рисунков и список использованной литературы, включающий 89 наименований.