10716
.pdfЛитература
1.Катюшин В. В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство).-М.: ОАО «Издательство Стройиздат», 2005.-656 е.:ил.
2.СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*:свод правил: утв. Минрегион России 27.12.10:
дата введ. 25.05.11.-М. :Минрегион Росиии, 2011.-81 с. 2011;
3.СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. М.: Минрегион России, 2011;
4.Беляева С. Ю. Исследование несущей способности элементов стальной рамы переменного сечения при ошибках сборки и монтажа / С. Ю. Беляева, Д. Н. Кузнецов, И. А. Ковылина // Современное строительство
иархитектура. – 2016.- №1 (01). – С. 22-26.
5.Валов А. В. Численное исследование напряженно – деформированного состояния стальных рам переменного двутаврового сечения / А. В. Валов // International journal for computational civil and structural engineering. – 2008. – Vol. 4. – Issue 2. – С 39-41.
6.Инженерные технологии построения расчетных моделей и анализа результатов в системе SCAD Office: модели металлокаркасов [Электронный ресурс] / М. Горбушко и др. // CADmaster. – 2006. - №5. – С.
82-93.
7.Динник А. Н. Продольный изгиб. Кручение / А. Н. Динник. – М.: Издательство АН СССР, 1955. – 392 с.
8.Ржаницын А. Р. Устойчивость равновесия упругих систем / А. Р. Ржаницын. – М.: Гостехиздат, 1955.-475 с.
Спесивцева О. С.
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ НАДТРИБУННОГО ПОКРЫТИЯ СТАДИОНА НА 20 000 ЧЕЛОВЕК.
В данной работе представлен сравнительный анализ расчетных схем конструкций надтрибунного покрытия стадиона на 20 000 человек. Покрытие представляет собой систему плоских рам с консольными металлическими фермами, имеющими вылет 41м (рис.1).
Согласно схеме нагрузок (рис. 2), конструкции помимо собственного веса рассчитываются на воздействие снега по двум схемам загружения, а также на среднюю и пульсационную составляющую ветрового давления.
Первоначальный вариант расчетной схемы представляет собой плоскую консольную ферму с шарнирным креплением верхнего и нижнего
130
поясов к колонне (рис.3). При этом не удалось получить удовлетворительные размеры поперечных сечений. При увеличении поперечных сечений каждый раз значительно увеличивался собственный вес фермы, что приводило к увеличению усилий в поясах. Никакие принимаемые сечения не обеспечивали прочность сооружения.
Увеличение несущей способности покрытия было достигнуто за счет включения в работу не только радиальных ферм, но и системы связей. Связи были заменены меридиональными фермами, верхние пояса которых стали выполнять функцию прогонов (рис.4). Таким образом, была получена пространственная стальная структура с несущими элементами в двух направлениях.
Рис.1. Продольный и поперечный разрезы стадиона
Рис.2. Схема нагрузок, действующих на конструкции стадиона
131
Рис.3. Плоская расчетная схема фермы
Рис.4. Пространственная расчетная схема стадиона
Применение пространственной расчетной схемы позволило значительно уменьшить усилия в поясах ферм, в результате чего стало возможным выполнение подбора сечений. Несущие конструкции прошли проверки по I группе предельных состояний, но не удовлетворяли требованиям жесткости. Для дальнейшего увеличения жесткости, а также придания архитектурной выразительности, было решено ввести систему вантовых опор (рис.5).
132
Рис.5. Пространственная расчетная схема стадиона с вантовыми конструкциями
Вантовые конструкции прикрепляются к свайному фундаменту с одной стороны, и непосредственно к пространственной стальной конструкции – с другой. Между основанием и системой покрытия тросы опираются на массивный железобетонный пилон (рис.6).
Рис.6. Схема расположения вантовых конструкций
133
Схема перемещений, возникающих в вантовой расчетной схеме, приведена на рис.7.
Рис.7. Поля перемещений конструкций покрытия
Для дальнейшего уменьшения перемещений при проектировании конструкций был введен строительный подъем на постоянные (15 см) и долю временных нагрузок. Таким образом удалось добиться максимального отклонения от проектного положения, не превышающего
17 см.
Шкода И.В.
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПЛАСТИН ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
В предыдущей работе была рассмотрена двутавровая двухопорная балка переменного сечения [4].
Для расчета балки было выбрано три типа схем: простая двухопорная балка, балка с наклонным поперечным сечением и пластическая модель из конечных элементов[2].
134
Рис.1. Типы схем расчета двутавровой балки переменного сечения
Из итогов работы можно было cделать вывод, что результаты, а именно, значения напряжений в двух сечениях балки, рассчитанных с помощью формул сопротивления материалов (формулы Навье)[1], и значения напряжений, полученных в программе Structure CAD при построении модели из конечных элементов близки друг к другу. При этом напряжения, рассчитанные по формуле Навье, имеют некоторый запас[4].
Рис.2. Расчет балки по теории пластинчатых оболочек.
В данной работе была исследована реальная подкрановая балка мартеновского цеха предприятия ОАО «Выксунский металлургический
135
завод». Изучаемая балка пролетом 16,5м (рис.3) предназначена под кран грузоподъемностью 180т[3].
Рис.3. Геометрическая схема подкрановой балки
Специалистами кафедры металлических конструкций ННГАСУ были выполнены натурные обследования изучаемой балки с последующими расчетами ее прочности и усталостной долговечности. В результате натурного обследования были выявлены многочисленные трещины в районе соединения стенки балки с верхним поясом.
После проведения расчетов подкрановой балки согласно действующим нормам были выявлены следующие неудовлетворительные результаты:
–не выполняется проверка подкрановой балки на выносливость от одного мостового крана наибольшей грузоподъемности в данной зоне;
–не выполняется проверка стенки подкрановой балки на выносливость.
Таким образом, при удовлетворительной прочности подкрановой балки не выполняются требования по ее усталостной долговечности[2].
Впрограмме Structure CAD была создана конечно элементная модель
сразмером элемента близкого к 100мм.
Для сравнения напряжение в подкрановой балке было также рассчитано по формулам сопротивления материалов[1]:
136
Рис.4 Расчетная схемы подкрановой балки
Рис.5. Нормальные напряжения в стенке подкрановой балки
Рис.6. Нагрузка, передающееся через подкрановый рельс, и эпюра момента и поперечной силы в сечении 1-1.
В результате видно, что напряжения, полученные при двух способах расчета, также близки друг к другу. Следовательно, использования формул сопротивления материалов для расчета подкрановых балок возможно, зная, что они дают небольшой запас.
137
Литература
1.Биргер, И.А. Сопротивление материалов: учебник / И.А. Биргер, Р.Р. Мавлютов. -Москва: Наука, 1986. – 560 с.
2.СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* от 20.05.2011, 2011. -62стр.
3.Хазов, П.А. Сравнительный анализ расчетных схем стальной двутавровой балки под мостовой кран тяжелого режима работы/ П.А. Хазов // Великие реки' 2013 Труды конгресса 15-ого Международного научно-промышленного форума: в 3-х томах. / ННГАСУ. – Нижний Новгород, 2013. – С. 206-210.
4.Шкода, И.В. Сравнительный анализ стержневой и пластинчатой расчетных схем сварной двутавровой балки переменного сечения/ И.В. Шкода // VI Всероссийский фестиваль науки [Электронный ресурс]: сборник докладов в 2 т. Т 1. / Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т; редкол.: И.С. Соболь, Н.Д. Жилина [и др.] – Н. Новгород: ННГАСУ,
2016 – С. 108-112.
Прокопенко М.С., Блинова Д.А., Скуйбин Б.Г., Шереметьев С.С.
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ
Впервые термин «Тепловая труба» (heat pipe) был введен в 1963 г. Гровером с сотрудниками Лос-Аламосской лаборатории в США, которые были инициаторами исследований этих устройств и рассмотрения возможности их использования в технике. Название «теплопередающие трубы» является более точным для данных устройств.
Идея создания тепловода, в котором перенос тепла осуществляется посредством испарения и конденсации рабочего тела, а для перекачивания жидкости используются капиллярные силы, была предложена еще в 1942 г. Гаулером применительно к холодильной технике. Однако изобретение не находило применения в технике более 20 лет. Разработка космических высокотемпературных энергетических систем обусловила возрождение идеи. В настоящее время тепловые трубы применяются в строительной технике – в районах вечной мерзлоты они обеспечивают сохранение замерзшего грунта под фундаментами построенных сооружений.
Важное качество тепловых труб – их способность к трансформации тепловых потоков. Высокую плотность подвода тепла из одной части трубы можно иметь при низкой плотности теплоотвода в другой ее части и
138
наоборот. Степень трансформации тепла регулируется в широких пределах.
Несомненным удобством является автономность тепловых труб. Каждая отдельная труба – независимый элемент системы, не требующий наличия насосов и других вспомогательных устройств.
Использование этих тепловодов принципиально возможно в очень широком диапазоне температур – от низких, криогенных температур (начиная с 1 градуса Кельвина) до весьма высоких (2500–3000°К). В зависимости от уровня рабочих температур подбирают оптимальные теплоносители: сжиженные газы, органические жидкости, легкокипящие металлы. Несмотря на конструкционную простоту тепловых труб, происходящие в них процессы довольно сложны и требуют всестороннего изучения. Лишь при детальном знакомстве с происходящими в тепловых трубах процессами можно оценить применимость этих устройств в тех или иных условиях.
Целью данной работы является расчет коэффициентов тепловых потерь в зависимости от конструкционных параметров. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1) Изучить конструкцию и принцип работы бесфитильных тепловых
труб;
2)Провести расчет энергоэффективности трубы;
3)Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о возможном применении сконструированного термосифона.
Целью применения тепловой трубы является термостатирование – необходимость поддерживать постоянство температуры во времени и пространстве. Корпус трубы изготовлен из стали. Герметизация корпуса была проведена путем наложения сварных швов. В качестве теплоносителя был выбран фреон (R27), поскольку он является одним из наиболее подходящих наполнителей для низкотемпературных тепловых труб (НТТ).
Сконструированная тепловая труба представляет собой термосифон
–бесфитильную трубку Перкинса. Она представляет собой герметично закрытую трубу, частично заполненную жидким теплоносителем. В полости трубы происходят процессы кипения и конденсации. При этом выделяют условные зоны – нагрева (испаритель), транспортную и конденсации (конденсатор). Испаритель также называют зоной теплоподвода, конденсатор – зоной теплоотвода. Циркуляция теплоносителя осуществляется за счет сил земного притяжения. При повышении температуры в зоне нагрева хладагент закипает и образовавшийся пар поступает на участок охлаждения, где отдает тепло окружающей среде и конденсируется. Конденсат под действием сил гравитации возвращается на участок нагрева, замыкая таким образом своеобразный теплообменный цикл. Принципиальная схема теплообменного цикла представлена на рисунке 2.
139