Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


 

БЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОН - СТАТЬИ

Прислать свою статью


05.12.2011

Физическое моделирование и испытание сложных конструкций и сооружений

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 2738

Авторы: Заведующий лабораторией ОАО ЦНИИС, канд. техн. наук А.М. Тарасов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук Д.В. Пряхин

Физическому моделированию подвластно решение любых технических задач. Неслучайно академик Рем Хохлов на одной из своих лекций утверждал, что, по существу, наука сейчас – это моделирование.

Действительно, более чем сорокапятилетний опыт работы лаборатории моделирования и испытания конструкций (МИК) ОАО ЦНИИС свидетельствует о весомых результатах испытаний на моделях самых разных сооружений, находящихся в разнообразных условиях строительства и эксплуатации.

Подавляющее большинство модельных экспериментов в лаборатории МИК было связано с работой сооружений той или иной сложности.

Многолетняя практика лаборатории МИК исследования сложных сооружений на физических моделях позволяет разделить модели на три категории: контрольные, рабочие и аварийные (названия даны в самой лаборатории).

Контрольные модели применяются в том случае, когда приняты все решения по данной конструкции, сделаны все расчеты, создан рабочий проект. Моделированию отводится роль инструмента проверки обоснованности принятых конструктивно-технологических вариантов. Этот аспект работы на моделях крайне важен с экономической точки зрения: до начала строительства ещё можно уберечь от ошибок, ещё не так сложно и дорого что-то исправить. Кроме того, в конце концов, важно получить полную уверенность в надёжности и безопасности возводимого объекта.

Были примеры, когда по результатам модельных экспериментов приходилось менять уже принятые проектные решения.

Так, ещё при строительстве Московского моста в Киеве испытания на модели пилона подтвердили результаты одного из трех расчетов, выполненных в трех различных организациях. Но поскольку два других давали близкие параметры, на них и ориентировались проектировщики, и уже соответственно возводился железобетонный пилон. После контрольных экспериментов на модели пришлось срочно перепроектировать армокаркас пилона в месте крепления к нему вант.

Последующие натурные испытания сооружения и главное – эксплуатация моста – подтвердили выводы, полученные на физической модели.

К этой категории модельных испытаний можно отнести и проверку на модели работы покрытия спортивной арены стадиона в Крылатском в Москве (рис. 1).

Рис. 1. Модель покрытия Крытого конькобежного центра в Крылатском.

Эксперименты наглядно показали, что разработанный проектировщиками метод раскружаливания – подъема покрытия с временных опор только путём натяжения 19 вант - не может быть осуществлён из-за недостаточной вертикальной жёсткости этого покрытия. Натяжение вант по одиночке приводило к местному отрыву покрытия и одновременной его просадке в некотором отдалении от натягиваемого ванта. Если учесть, что этот вывод был сделан в условиях большого дефицита времени (приближались сроки начала мирового конькобежного чемпионата, который должен был проходить на этом стадионе), предложения ОАО ЦНИИС иной технологии раскружаливания, сформированные на основе исследований физической модели, пошли сразу в дело и доказали свою обоснованность.

Рабочие модели исследуются параллельно с поиском проектировщиками наиболее рациональных вариантов конструкции. На модели (часто – на моделях) изучаются особенности работы разных конструктивных вариантов, экспериментально проверяется качество предлагаемых решений, отбраковываются негодные или не самые эффективные. Результаты таких модельных экспериментов сразу учитываются при разработке проекта. Нередки случаи, когда некоторые данные проще получить именно из моделирования, а не из расчетов. В качестве примера такой тесной работы с проектировщиками можно привести испытания моделей вантового моста в Сургуте через реку Обь.

Если на модели всего вантового пролётного строения (масштаб 1:30) изучались особенности навесного монтажа этого уникального сооружения и была доказана возможность такого монтажа, вызывавшего скептические отзывы крупных мостовиков, то на модели фрагмента этого пролётного строения, выполненного в масштабе 1:12, определялось распределение усилий от вант по всем поперечным элементам конструкции. По сведениям проектировщиков, эти результаты модельного эксперимента были положены в основу проектирования балки жесткости.

Другой пример связан со строительством вантового моста в Серебряном бору в Москве (рис. 2).

Рис. 2. Модель вантового пролетного строения Живописного моста в Серебряном бору.

Опять на модели всего пролетного строения был изучен широкий спектр задач, связанных с пространственной работой сооружения в целом. Среди них – возможности раскружаливания балки жесткости путем натяжения вант, предельные поперечные перемещения верха арочного пилона при невыгодном загружении балки жесткости, возможные последствия обрыва разных групп вант, изменение напряженного состояния сооружения из-за включения в его работу смотровой площадки (ресторана) на пилоне и многие другие вопросы.

Отдельные исследования выполнялись на двух моделях узлов соединения вант с балкой жесткости и пилоном. В первом случае узел был сложен для расчета из-за наличия в нем разных элементов – диафрагм, ребер жесткости, стенок нередко криволинейного очертания. На модели были определены реальные усилия в конструкции узла.

Во втором случае при большой концентрации усилий возникали существенные местные напряжения, которые, по результатам модельного эксперимента, требовали намного утолщить главный несущий элемент узла. Что и было сделано.

Аварийные модели, как это следует из самого названия, появляются, когда в уже созданном сооружении или его части обнаружились опасные дефекты или даже возникает аварийная ситуация. Перед моделями в этом случае ставится задача определить, почему начались нежелательные процессы, сопоставить выводы, полученные на модели, с параметрами, которые взяты из расчета.

Наиболее яркий пример такой ситуации – обрушение одного из разводных полупролетов моста Александра Невского в Ленинграде в 1983 году.

При поднятии разводного пролета у одной его половины отвалился противовес массой 700 т. Этот полупролет длиной 26 м стал падать, но от полного падения его задержали, в общем-то, случайные для этой ситуации конструкции, которые не были рассчитаны на такую нагрузку.

Лаборатории моделирования дали задание в течение четырех месяцев определить причину обрушения противовеса и полупролета (наряду с теми, кто проводил натурные испытания и расчеты). Следует отметить, что за отпущенный срок была изготовлена подробная модель пролетного строения, проведены исследования, дающие полную информацию о причинах разрушения пролета.

За это время испытатели реального полупролета (неразрушенного) смогли определить, каково его напряженно-деформированное состояние без анализа причин разрушения. Методом конечного элемента была рассчитана работа данного, но несколько упрощенного, разводного пролета под нагрузкой и определена величина местных напряжений в зоне обрушения.

На физической модели за этот период были определены величины реальных напряжений в сооружении, выявлено, что конструкторы при проектировании допустили ошибку, не обеспечив плавную передачу усилий с продольных на поперечные балки. Это привело к возникновению чрезмерных местных напряжений, ставших, в конечном счете, причиной аварии. На этой же модели были экспериментально проверены восемь вариантов усиления оставшегося полупролета (это не было сделано другими методами). Рекомендованный по итогам исследований вариант и был реализован при ремонтно-восстановительных работах.

На модели, выполненной из гипсобетона, исследовалась опора автодорожного моста в городе Саратове (рис.3).

Рис. 3. Модель опоры моста через Волгу в Саратове с наклеенными тензорезисторами и обозначениями трещин.

В ряде этих опор в ходе эксплуатации трехкилометрового моста возникли трещины. Для выявления причин их возникновения была изготовлена модель из армированного гипсобетона, которая позволила проследить процесс появления и развития трещин.

Было установлено, что причиной трещинообразования стали местные напряжения, возникшие в месте резкого изменения ширины опоры. Эти опоры вначале проектировались опирающимися на три оболочки диаметром 5 м. Из-за технологических трудностей в изготовлении оболочек такого диаметра решили перейти на пять оболочек диаметром 3 м, что потребовало существенного уширения нижней части опоры-ростверка. А тело опоры вверху, в месте опирания пролетного строения, осталось прежним. Так возник резкий скачок от ширины нижней к верхней части опоры.

На модели было четко установлено, что именно в этом месте возникали трещины, получившие впоследствии своё развитие вверх.

Для восстановления опор с трещинами были применены эпоксидный клей и стальные бандажи, стягиваемые высокопрочными болтами.

Все приведенные примеры могут быть дополнены и другими исследованиями на физических моделях сложных инженерных сооружений – внеклассных мостов и большепролетных перекрытий спортивных комплексов.

Наиболее интересными для проектировщиков и исследователей, естественно, являются рабочие модели, позволяющие вести поиск нового, опробовать свежие идеи, отбрасывать ложные ходы. А вот аварийные модели, по своей сути, вызывают грустные эмоции - они неизбежно выявляют допущенные другими специалистами ошибки и просчеты.

В свою очередь, самые любимые - контрольные модели, чаще всего свидетельствующие о том, что всё идет хорошо. Но если вдруг оказывается, что упущено что-то серьезное, то возникает наиболее драматическая ситуация: времени, как правило, уже нет, средства истрачены, а надо неизбежно что-то переделывать. К сожалению, подобные случаи происходят не так редко, как хотелось бы.

Всё это говорит о необходимости своевременного проведения исследований на физических моделях – именно они являются той надежной гарантией, которая впоследствии позволяет избежать тяжелых последствий.

Для связи с авторами

8 (499) 180-20-42, mail@tsniis.com

Источник информации:  ЦНИИС


Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151511462406

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"