Коренєв Роман Валерійович Аналіз можливості виникнення прогресуючого обвалення металевих оболонок спеціального виду

Короткий опис

Коренєв Роман Валерійович, науковий співробітник науково-дослідної частини Харківського університету міського господарства ім. О.М. Бекетова. Назва дисертації: «Аналіз можливості виникнення прогресуючого обвалення металевих оболонок спеціального виду». Шифр та назва спеціальності 05.23.01 будівельні конструкції, будівлі і споруди. Спецрада Д 64.820.02 Українського державного університету залізничного транспорту

Харківський національний університет міського господарства
імені О.М. Бекетова
Міністерство освіти і науки України
Український державний університет залізничного транспорту
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
КОРЕНЄВ РОМАН ВАЛЕРІЙОВИЧ
УДК: 624.074.43
ДИСЕРТАЦІЯ
АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ВИНИКНЕННЯ ПРОГРЕСУЮЧОГО
ОБВАЛЕННЯ МЕТАЛЕВИХ ОБОЛОНОК СПЕЦІАЛЬНОГО ВИДУ
05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди
19 – Архітектура та будівництво
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
______________ Коренєв Р.В.
Науковий керівник:
Резнік Петро Аркадійович,
кандидат технічних наук
Харків – 2020

ЗМІСТ
ВСТУП ................................................................................................................... 16
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ
ОСОБЛИВОСТЕЙ, МЕТОДІВ І РЕЗУЛЬТАТІВ ПОПЕРЕДНІХ
ДОСЛІДЖЕНЬ МЕТАЛЕВИХ ОБОЛОНОК СПЕЦІАЛЬНОГО ВИДУ ......... 20
1.1. Технологічні особливості виробництва і монтажу, аналіз
конструктивних рішень .................................................................................... 20
1.2. Огляд теоретичних і експериментальних досліджень конструкцій з
тонкостінних холоднодеформованих профілів .............................................. 24
1.3. Аналіз аварійних ситуацій і обвалень металевих оболонок
спеціального виду ............................................................................................. 33
1.4. Прогресуюче обвалення: огляд досліджень і історія напрямку ....... 39
1.5. Висновки по розділу 1 і завдання подальшого дослідження ................ 44
РОЗДІЛ 2. ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ РОЗРАХУНКОВИХ МОДЕЛЕЙ
МЕТАЛЕВИХ ОБОЛОНОК СПЕЦІАЛЬНОГО ВИДУ .................................... 46
2.1. Експериментальне уточнення геометричних характеристик основного
конструктивного елемента металевої оболонки ............................................ 46
2.1.1. Визначення фізико-механічних характеристик сталі конструктивного
елементу. ............................................................................................................ 49
2.2. Дослідження розрахункової моделі стержньової плоскої арки ............ 51
2.3. Принципи побудови континуальних оболонкових розрахункових
моделей. .............................................................................................................. 61
2.3.1. Гладка конструктивно-ортотропна оболонка. ..................................... 62
2.3.2. Ребриста континуальна оболонка .......................................................... 70
2.4. Висновки по розділу 2 ............................................................................... 76
РОЗДІЛ 3. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПІДХІД ДО ОЦІНКИ ПРОГРЕСУЮЧОГО
ОБВАЛЕННЯ МЕТАЛЕВИХ ОБОЛОНОК СПЕЦІАЛЬНОГО ВИДУ ........... 78
3.1. Загальні передумови та положення .......................................................... 79
3.2. Принципи побудови моделі підвищеної коректності, з урахуванням
геометричної та конструкційної нелінійностей, з імплементацією
енергетичного підходу в аналізі настання прогресуючого обвалення. ....... 82
3.2.1. Експериментальне визначення характеристик жорсткості
вальцьованого з'єднання ................................................................................... 85
3.2.2. Обчислювальні аспекти дослідження дискретно-континуальної
моделі оболонки, з урахуванням геометричної та конструкційної
нелінійностей. .................................................................................................... 89
15
3.3. Спосіб запобігання прогресуючого обвалення ....................................... 92
3.4. Висновки по розділу 3 ............................................................................. 101
РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ВЕРИФІКАЦІЯ РОЗРОБЛЕНОЇ
ЧИСЕЛЬНОЇ МОДЕЛІ ПІДВИЩЕНОЇ КОРЕКТНОСТІ ............................... 102
4.1. Мета, об'єкт і предмет дослідження ....................................................... 102
4.2. Дослідження деформованого стану металевої оболонки спеціального
виду від дії зосередженого навантаження. ................................................... 102
4.2.1. Система навантаження ......................................................................... 104
4.2.2. Система вимірювання ........................................................................... 106
4.2.3. Послідовність проведення експериментальних досліджень ............ 107
4.3. Аналіз та верифікація отриманих результатів ...................................... 108
4. 3. Висновки по розділу 4 ............................................................................ 123
РОЗДІЛ 5. ВПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ................ 124
5.1. Особливості архітектурно-конструкторських рішень та аналіз
напружено-деформованого стану стандартного ФОКа .............................. 125
5.2. Аналіз техніко-економічних показників впровадження конструктивної
модернізації ...................................................................................................... 131
5.3. Висновки по розділу 5 ............................................................................. 132
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ .................................................................................... 133
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................... 134
ДОДАТКИ ............................................................................................................ 148
ДОДАТОК «А». ІЗОПОЛЯ КОМПОНЕНТІВ НДС ГЛАДКИХ
КОНСТРУКТИВНО-ОРТОТРОПНИХ ОБОЛОНКОВИХ МОДЕЛЕЙ ........ 149
ДОДАТОК «Б» . ІЗОПОЛЯ КОМПОНЕНТІВ НДС РЕБРИСТИХ
КОНТИНУАЛЬНИХ ОБОЛОНКОВИХ МОДЕЛЕЙ ...................................... 168
ДОДАТОК «В». ІЗОПОЛЯ ПЕРЕМІЩЕНЬ ДЛЯ ПЕРШИХ ТРЬОХ ФОРМ
ВЛАСНИХ КОЛИВАНЬ ДОСЛІДЖУЄМИХ МОДЕЛЕЙ ............................. 184
ДОДАТОК «Г». РЕСУРСНА ВІДОМІСТЬ ДЛЯ ВЛАШТУВАННЯ
СТАНДАРТНОГО ФОКА (ВАРІАНТНЕ ПРОЕКТУВАННЯ) ...................... 189
ДОДАТОК «Д». АКТ ВПРОВАДЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОГО
ДОСЛІДЖЕННЯ ................................................................................................. 195
ДОДАТОК «Є». СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ ....................................................................................................... 196

Список літератури

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Досліджено скінченно-елементні моделі оболонкових покриттів
спеціального виду, які допускають проведення коректного аналізу напружено-
деформованого стану та стійкості, з урахуванням можливості прогресуючого
обвалення. Доведено позитивний вплив наявності торцевих та проміжних
діафрагм на напружено-деформований стан та стійкість розглянутих систем.
Наявність діафрагм призводить до падіння головних стискальних та
розтягувальних напружень, в середньому на 50-70%, в залежності від довжини
оболонки, також відмічається зменшення вертикальних переміщень , в
середньому на 63%, та підвищення коефіцієнту запасу стійкості.
2. Розроблено принципи моделювання стиків аркових покриттів
спеціального типу, що відображають дійсну роботу досліджуваних
конструкцій. На основі проведеного аналізу запропоновано спосіб
модернізації стикування, у вигляді болтового з’єднання, задля попередження
прогресуючого обвалення. Експериментально встановлено ефективність
проведеної конструктивної модернізації з'єднань аркових конструктивних
елементів − значення вертикальних переміщень модернізованої конструкції
зменшилися, в середньому, на 71%, відносно оригінальної.
3. Побудовано скінченно-елементні моделі оцінювання напружено-
деформованого стану та стійкості оболонок спеціального виду, з
імплементацією розробленого алгоритму обчислення НДС системи з
можливістю прогресуючого обвалення, й урахуванням конструкційної
нелінійності та специфічності з'єднання конструктивних елементів.
4. Проведено верифікацію запропонованої моделі повнорозмірним
натурним експериментом, яка доводить коректність запропонованого підходу.
Різниця між теоретичними і експериментальними значеннями переміщень
склала, в середньому, 10.74%.