ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ №42-068-99

Данная работа является результатом выполнения научно-исследовательской разработки.

Исследование напряженно- деформированного состояния арок осуществлялось путем численного моделирования работы арки на ЭВМ и лабораторных испытаний моделей арок.

Для определения напряженно-деформированного состояния арки с листовой пространственной решеткой был выбран метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в программе «КОСМОС».

При построении расчетной модели арки с листовой пространственной решеткой (ЛПР) трехгранного сечения были использованы две системы координат: глобальная и локальная.

Глобальнаяx y zпредставляет собой правостороннюю декартову систему координат с началом в центре кривизны элемента. В этой системе задавались координаты всех узлов. Локальнаяx y zявляется системой координат элемента. Она описывается продольной осью элемента х и главными центральными осями элементаyиz. В этой системе определялись составляющие внутренних усилий элемента и напряжения.

По своей статической схеме арка трактовалась как пространственная конструкция с жесткой заделкой концов.

В качестве расчетной модели поясов был выбран балочный конечный элемент по два в каждой панели. Узлами элемента являлись точка крепления решетки к поясу и фиктивная точка разбивка.

Расчетная модель решетки создавалась путем поворота относительно глобальной системы координат трех поверхностей (пластин решетки)sf-1, sf-2, sf-3, разбитых на треугольные шестиузловые конечные элементы (33 генерации).

Отгибы решетки разбивались на четырехугольные восьмиузловые элементы. Приварка торцов отгибов к поясу моделировалась путем постановки жестких элементов. Опорные закрепления приняты жесткими. Они связывают все шесть степеней свободы. Напряжения от действующих усилий рассчитаны для верхней и нижней поверхности решетки. Как следует из анализа напряженного состояния конструкции наибольшие напряжения сосредоточены в местах крепления решетки к поясам, меньшие распределены вдоль отгибов и линий перегиба, а средняя часть пластины практически не участвует в работе, что подтверждает возможность замены сплошной решетки перфорированной без значительного снижения несущей способности конструкций, а также позволяет применять более простые методы для инженерных расчетов путем замены листовой решетки системой стержней.

С целью экспериментального подтверждения теоретических предположений и результатов численного моделирования поведения арок под нагрузкой с точки зрения возможности их использования для оценки напряженно-деформированного состояния криволинейных конструкций с ЛПР были проведены лабораторные исследования трех моделей.

Испытания моделей проводились на специально изготовленном стенде, представляющем собой жесткую раму с регулируемыми по высоте опорами. Устойчивость конструкции из плоскости рамы обеспечивалась системой поддерживающих стоек. В соответствии с программой испытаний модели подвергались действию вертикальных и горизонтальных нагрузок, которые прикладывались в виде сосредоточенных сил к узлам верхнего пояса. К тяжам подвешивались платформы, на которые укладывались грузы. В процессе испытаний для определения напряжений проводились измерения относительных деформаций в трех сечениях арки в середине и в приопорных зонах. Для этого использовались петлевые тензорезисторы 2ПКБ-10.100В, показания фиксировались при помощи прибора АИД-2М. Вертикальные и горизонтальные перемещения конструкции фиксировались с помощью индикаторов (цена деления 0,01мм), установленных на специальных стойках, не связанных со стендом. В качестве примера (см. рисунок) приведены теоретические и экспериментальные графики перемещений точек конструкции, а также напряжения при действии вертикальной нагрузки. Сплошными линиями показаны результаты расчета на ЭВМ, пунктирными линиями - экспериментальные данные. Незначительные расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями для испытанных моделей свидетельствуют о том, что расчет арок с листовой решеткой по принятой методике, дает вполне удовлетворительные результаты.

Сравнение теоретических и экспериментальных значений.