Диссертация (Напряженно-деформированное состояние строительных конструкций из технических тканей с покрытием с учетом модуля сдвига материала), страница 9

Можно выделить совсем немного зарубежных работ - [119, 161, 194].Однако, ни в одной из работ нет испытания конструкции и сравнения результатов с численнымэкспериментом.В настоящее время сравнению результатов численных расчетов конструкций изтехнических тканей с покрытием с результатами лабораторных или натурных испытанийпосвящено незначительное количество работ. Можно выделить следующие работы - [207, 208],в которых было проведено испытание строительной конструкции из технической ткани спокрытием (рисунок 1.21).В выводах работ [207, 208] сказано, что получена плохая корреляция между результатамииспытания конструкции и численным экспериментом (рисунок 1.22), из-за большогоколичества сложных факторов в испытании, которых трудно учесть при численных расчетах впрограммныхкомплексах.Техническаятканьспокрытиемобладаетфизическойнелинейностью, и из-за больших деформаций материала расчет без геометрическойнелинейности дает совсем неправдоподобные результаты.49Рисунок 1.21.

Модель конструкции в эксперименте из работ [207, 208]Рисунок 1.22. Сходимость результатов между натурным испытанием и численнымэкспериментом из работ [207, 208]Подводя итог к вышесказанному, прослеживается определенная сложность численныхрасчетов строительных конструкций из технических тканей с покрытием. Это связно сотсутствием, как в отечественной литературе, так и в западной, решения подобных задач(сравнения результатов испытания и численного исследования работы конструкции изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида под нагрузкой).50Приведенный выше пример (из работ [207, 208]) сравнения результатов натурного испытаниямембранной конструкции и численного исследования работы только доказывает сложностьпоставленных задач в диссертации.В следующем разделе диссертационной работы рассмотрен механизм возникновениякасательных напряжений в технических тканях с покрытием и показана необходимость ихучета при проектировании подобных конструкций.1.3.5.

Сдвиговая жесткость в технических тканях с покрытиемТкань без покрытия практически не обладает жесткостью при сдвиге, однако посленанесения покрытия приобретает некоторую жесткость при сдвиге [18]. На рисунке 1.23техническая ткань с покрытием представлена в виде элементарной ячейки ортотропногоматериала.Рисунок 1.23. Техническая ткань с покрытием, представленная в виде элементарной ячейкиортотропного материалаВ работе [139] сказано, что только при очень малых угловых деформациях жесткостьматериала на сдвиг небольшая, потому что нити основы и утка пока еще могут свободноповорачиваться (изменять угол) на пересечении друг с другом.

Однако, при достижениинекоторого «критического» угла соседние смещенные нити начинают контактировать друг сдругом, также сильно увеличивается влияние покрытия на сдвиговую жесткость материала изза местного смятия покрытия нитями в процессе их деформирования, что приводит к резкомуувеличению жесткости технической ткани с покрытием при сдвиге. В свою очередь, это ведет кпоявлению касательных напряжений в технических тканях с покрытием, если рассматриватьматериал как осредненную среду.51Лабораторные испытания при осевом одноосном и двухосном растяжении до недавнеговремени считались основными испытаниями для изучения поведения материала под нагрузкойи исследования основных механических характеристик материала, используемых примоделировании работы строительных конструкций из технических тканей с покрытием поднагрузкой и оценки напряженно-деформированного состояния материала.В американском нормативном документе ASCE 55-16 [268] сказано, что касательныенапряжения в материале обычно малы по сравнению с нормальными растягивающиминапряжениями, и дляпростоты расчетавлияниеммодуля сдвигананапряженно-деформированное состояние технической ткани с покрытием можно пренебречь.Во многих исследованиях в аналитических расчетах и при численном моделированииработы технических тканей с покрытием под нагрузкой пренебрегают модулем сдвига (то естьигнорируют касательные напряжения), что в некоторых случаях ведет к завышенной прочностиматериала, полученной расчетным путем.Как замечено в современных исследованиях, например, в работе [129], обычно всуществующих методиках по расчету строительных конструкций из технических тканей спокрытием пренебрегают модулем сдвига материала.

Однако, в большинстве последнихисследований в этой области показана важность учета модуля сдвига при расчете строительныхконструкций и сооружений из технических тканей с покрытием [144, 148, 151, 157–159, 206].В работе [151] сказано, что в строительных конструкциях из технических тканей спокрытием модуль сдвига материала важен, потому что он влияет на распределениенапряжений в материале и окончательную форму конструкции.В работе [157] сказано, что модуль сдвига материала существенно влияет на напряженнодеформированное состояние конструкций.

Например, в надувных балках или конструкцияхтипа «Tensairity», в которых возникают большие сдвиговые деформации, учет модуля сдвигавносит значительный вклад в точность оценки поведения конструкции под нагрузкой.Поэтому, исследование механических характеристик материала только по результатамодноосных и двухосных осевых испытаний при растяжении не всегда является достаточнымдля моделирования работы технических тканей с покрытием под нагрузкой, работающих всоставе строительных конструкциях.

Это связано как со сложной структурой композитногоматериала, так и особенностями напряженно-деформированного состояния строительныхконструкций, работающих в реальных условиях.52Коэффициентынадежностикратковременнойпрочноститехническихтканейспокрытием, приведенные в различных нормах, руководствах и научных изданиях, «спасают»проектировщика, который пренебрегает касательными напряжениями, считая, что они несущественно влияют на напряженно-деформированное состояние материала.1.3.6. Основные виды воздействий на строительные конструкции из технических тканейс покрытиемНагрузка, создающее предварительное натяжениестроительных конструкций изтехнических тканей с покрытием, является постоянной.

Наиболее опасными считаютсяветровые и снеговые воздействия. Ветровая нагрузка вызывает в строительных конструкциях изтехнических тканей с покрытием явления аэродинамического характера – бафтинг,галопирование, флаттер и др. Ветровая нагрузка для воздухоопорных оболочек считаетсяосновной. Накопившийся к настоящему времени немалый опыт эксплуатации свидетельствует,что она является едва ли не единственной причиной их разрушения [17].В свою очередь снеговая нагрузка из-за сложной формы сооружения может создаватьснеговые мешки, вызывающие большие (недопустимые) перемещения в конструкции, которыемогут привезти к разрушению материала.В книге Леденева В.В. [31] сказано, что «большую ненадежность в отношениибезопасности эксплуатации в зимнее время показали купольно-надувные конструкции, подкоторыми размещаются крытые катки, аттракционы и стадионы.

Помимо того, что они нерассчитаны на длительное воздействие снеговых нагрузок (предполагается, что снег из-заформы конструкции должен сползать по полотну), они никак не защищены от возможногопрорезания материала крыши снеголедовой массой».На рисунке 1.24 представлены разрушения строительных конструкций из техническойткани с покрытием от различных нагрузок.53а)б)в)г)д)е)ж)к)Рисунок 1.24. Примеры разрушений строительных конструкций из технических тканей спокрытием: а) теннисный корт в Жулебино, г. Москва, причина разрушения – ветровое54воздействие, 2017 год; б) спортивный стадион «Metrodome», Minnesota, USA, причинаразрушения – снеговое воздействие, 2010 год; ледовый дворец «Кварц», г.

Бор, Россия - в) дои г) после разрушения, причина – снеговое воздействие, 2007 год; легкоатлетический манеж вг. Ярославль, Россия – д) до и е) после разрушения, причина – снеговое воздействие, 2016год; тканевая дамба Tempe Town Lake - ж) до и к) после разрушения, причина – давлениеводы, 2010 годПриведенные различные виды разрушений строительных конструкций из техническихтканей с покрытием в очередной раз доказывают необходимость более полного и детальногоисследования работы подобных конструкций под нагрузкой. Применение в ответственныхсооружениях технических тканей с покрытием требует особого внимания и тщательногоподхода при проектировании. Возможный материальный ущерб, причиненный разрушениемответственных строительных конструкций из технических тканей с покрытием, значителен.1.4.ПроведенныйанализВыводы по первой главетеоретическихиэкспериментальныхисследованийпопоставленной проблеме в диссертационной работе позволяет сделать следующие выводы:- слабо развитая отечественная нормативная база по проектированию строительныхконструкций из технических тканей с покрытием не только сдерживает распространениеподобных сооружений в РФ, но и влияет на качество проектируемых сооружений;- увеличение количества подобных конструкций во всем мире требует болееуглубленного изучения поведения материала под нагрузкой с учетом его сложного напряженнодеформированного состояния, ведущего к более надежному и экономически эффективномупроектированию;- исходя из того, что модуль сдвига всегда присутствует в разрешающих системахуравнений, состоящих из уравнений равновесия, физических и геометрических соотношений, восновных теориях по расчету строительных конструкций из технических тканей с покрытием,была определена научная гипотеза диссертации;- пренебрежение значением модуля сдвига при проектировании строительныхконструкций из технических тканей с покрытием приводит к неоправданно завышеннымкоэффициентам надежности кратковременной прочности материала, а в некоторых случаях и кнеправильной оценке напряженно-деформированного состояния технических тканей спокрытием, приводящей к разрушению конструкций в непредвиденных и нерасчетных местахдля проектировщика;55- недостаточно изучен вопрос, касающийся влияния значения модуля сдвига нанапряженно-деформированное состояние технических тканей с покрытием, работающих всоставе строительных конструкций.Проведенный обзор и анализ научных публикаций, технической и нормативнойлитературы по рассматриваемой проблеме позволил сформулировать цель и задачидиссертационной работы.Целью работы является исследование напряженно-деформированного состояния иуточнение методики расчета строительных конструкций из технических тканей с покрытием сучетом модуля сдвига материала.В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:1.