Диссертация (792745), страница 4
Текст из файла (страница 4)
статью Э. Хауга в [33], а также [109]); метод плотности сил [93, 117, 125]; метод натянутых сеток [52].1.2.4. Нагрузки, действующие на воздухоопорные сооружения1.2.4.1. Собственный весСобственный вес материала воздухоопорных оболочек, даже с учетомвнутреннего слоя и утолщения в местах сварных швов, редко превышает 20 Н/м2,22поэтому как правило не учитывается в расчетах, о чем имеется запись в п. 3.3нормативного документа [76].1.2.4.2.
Внутреннее давлениеВнутреннее давление под оболочкой относится к постоянным нагрузкам,поскольку является необходимым условием существования оболочки. Дляповышениядавленияподоболочкойиспользуютсяспециальныевоздухонагнетательные установки, которые обеспечивают заданную величинуизбыточного давления. Из-за неплотностей, шлюзов, вентиляционных отверстий,воздухопроницаемости самого материала оболочки происходит постоянная утечкавоздуха. Из-за этого давление под оболочкой не является неизменным, однако,этим как правило пренебрегают в расчетах.Помимо этого, изменение величины внутреннего давления в воздухоопорныхоболочках может происходить вследствие деформаций оболочки, при уменьшенииподоболочечного пространства, однако, как указано в работе [44], оно непревышает 7%, а так как напряжения от внутреннего давления достаточно малы, тоэтим изменением можно пренебречь [129].Как правило, при обычных погодных условиях величину избыточногодавления стремятся уменьшить, чтобы снизить затраты на работу системывоздухоснабжения, поэтому нормы [76] регламентируют минимальную величинуизбыточного давления принимать равной 150 Па.В расчетах оболочки на прочность участвует не минимальное, а максимальноедавление, поскольку его повышение вызывает рост напряжений в материале.Максимальная величина давления принимается не менее 400 Па и не менее 0.8q0,где q0 – нормативный скоростной напор ветра, определяемый в зависимости ответрового района по нормативному документу [77], действовавшему на моментпринятия [76].
До III-го ветрового района включительно величина 0.8q0 непревосходит 400 Па, для IV-VII районов она изменяется от 440 до 800 Па.Учет в расчетах повышенной величины внутреннего давления следуетотличать от требования увеличения внутреннего давления до максимального в23случае приближения к расчетной ситуации (повышении скорости ветра). Такимобразом, сложилась ситуация, при которой в единственном действующемнормативном документе отсутствует указание о необходимости повышениявнутреннего давления под оболочкой в случае приближения скорости ветра красчетной. Подобные рекомендации для оболочек различной форы можно найти в[33].В настоящее время возможна установка специальных систем, которые могут вавтоматическом режиме повышать давление под оболочкой, если наружный датчиксообщит о превышении скорости ветра критического значения, однако, установкаподобных систем и их нормальная эксплуатация не являются обязательными.1.2.4.3.
Снеговая нагрузкаПочти для всей территории нашей страны снеговая нагрузка являетсядостаточно существенной. Установлено [32], что снеговая нагрузка на поверхностивоздухоопорных оболочек значительно меньше, чем на конструкциях аналогичныхформ из жестких материалов, что объясняется не только подвижностью иколебаниями оболочки в результате действия ветра и изменений давления воздуха,и гладкостью поверхности, с которой снег легко соскальзывал, но и малойтеплоизолирующей способностью оболочки, что приводит к подтаиванию снега иего быстрому сползанию, в том случае, если температура оболочки положительна.В связи с этим нормами [76] установлены пониженные значения снеговой нагрузкина воздухоопорные сооружения: от 70 Па для I снегового района, до 280 Па – дляVI снегового района. Однако, в [76] схема распределения снеговой нагрузки напокрытие не приводится, указанная величина нагрузки используется только дляопределения максимальных усилий.Тем не менее, именно зимой зарегистрировано несколько случаев обрушениявоздухоопорных оболочек: в 2009 году (г.
Бор Нижегородской области), в 2010году (г. Липецк, пос. Шексна, Вологодская обл.), в 2013 году (г. Иваново), в 2016году (г. Ярославль). Следует заметить, что при всех указанных происшествияхникто не пострадал.24Как правило, обрушение было вызвано не снеговой нагрузкой, а неправильнойэксплуатациейсооружений.Частьизнихпроизошланочью,когдаэксплуатирующие организации отключали обогрев помещения, посколькупосетители отсутствовали.
Это приводило к тому, что подтаявший снегобразовывал на оболочке твердую ледяную корку, которая при небольшихколебаниях оболочки под действием ветра могла прорезать ткань. В Ивановеопускание оболочки произошло из-за того, что после отключения основногоисточника электроснабжения в связи с обрывом проводов, не сработала резервнаясистема электропитания, из-за чего нагнетание воздуха не происходило всю ночь.На рисунке показана фотография катка в пос. Шексна (Вологодская обл.), накоторой стрелками обозначены специальные металлические ограждения, которыев случае опускания оболочки должны удержать ее на достаточной высоте от поладля безопасной эвакуации людей.Рисунок 1.4 Интерьер катка в пос.
Шексна. Стрелками показаны огражденияВ 2010 году произошло опускание данного покрытия. Одна из версийпроизошедшего состоит в том, что глыба льда и снега, которая соскользнула соболочки, вызвала местные прогибы мембраны и произошел контакт мембраны суказаннымиограждениями,разрывоболочкииееопускание,котороепродолжалось в течение 10 минут. Этого времени оказалось достаточно, чтобывывести из-под опустившейся оболочки всех людей, не смотря на то, что в тотмомент шла детская тренировка.25Следует отметить, что если во время интенсивного снегопада давлениевоздуха под оболочкой будет недостаточным, то на ней может возникнуть водяноймешок из талого снега, глубина которого будет только увеличиваться, что можетпривести к опусканию или разрыву материала оболочки [32]. По такому сценариюпроизошло опускание покрытия стадиона Metrodome в декабре 2010 года в США(рисунок 1.5).
Кроме того, конструкция этого покрытия отличается тем, что из-забольшого пролета оболочка является очень пологой и снег с нее не соскальзывал.В нашей стране сооружения подобного размера и конструкции пока невозводились.Рисунок 1.5 Обрушение покрытия стадиона Metrodome в 2010 годуВ нормативном документе США [105] указано, что восприятие снеговойнагрузки может осуществляться следующими методами: за счет повышения внутреннего давления до величины расчетной снеговойнагрузки, определенной по соответствующим нормам США для теплойскользкой кровли («warm slippery roof»); обеспечением таяния снега, в том числе и за счет специальной системынагрева, которая должна иметь возможность работы от резервного генератора.Похожие рекомендации имеются в п. 5.12 свода правил по проектированиютентовых конструкций [79], согласно которым допускается не учитывать в расчетах26снеговую нагрузку при наличии системы обогрева, обеспечивающей температуруповерхности мягкой оболочки не менее 2°С, однако, при этом деформированнаяповерхность оболочки должна исключать возможность образования водяныхмешков (п.
5.11).1.2.4.4. Ветровая нагрузка. Аэроупругость воздухоопорных оболочекВесьма подробные обзоры литературы по изучению ветровых воздействий наздания и сооружения можно найти в работах [29, 28, 43, 89, 9]. Кроме того, в книге[10] приводятся методы определения ветровой нагрузки по отечественной изарубежной нормативным методикам [119], рассматриваются явления, связанные саэроупругими колебаниями гибких конструкций.Следует отметить, что сложная структура пограничного слоя атмосферы,неравномерность городской застройки, высокая степень турбулентности воздухавблизи поверхности земли приводит к тому, что пространственно-временнойхарактер ветровой нагрузки весьма плохо поддается описанию, а вопроснормирования ветровой нагрузки решается по-разному в различных странах[78, 119].В даннойдиссертации обратимся к особенностям расчета именновоздухоопорных сооружений на действие ветра.Поведение воздухоопорных оболочек в потоке воздуха интересовало многихспециалистов как в нашей стране, так и за рубежом, поскольку именно ветроваянагрузка является для таких сооружений основной, и нередко приводит к ихразрушению [32].
Изучению действия ветровой нагрузки на воздухоопорныесооружения посвящены следующие работы [56, 20, 31, 74, 47]. В работе [131]решается задача двусторонне связанная деформирования мембранной конструкциитипа ARIES при ветровом воздействии, показана значимость проведения расчета вдвусторонне связанной постановке. Решению связанных задач деформированиямембранных конструкций также посвящена значительная часть книги [151].27Как правило, распределение ветровой нагрузки по поверхности оболочкиопределяется аэродинамическим коэффициентом Ce [78, 119], в данной работе длянего принято обозначение Сp, по аналогии с научными работами других авторов[52]. Определение величины и закона распределения этого коэффициента, какправило, проводится с помощью экспериментальных исследований объектов ваэродинамических трубах [72].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
