Разработка и внедрение методов расчета высотных металлических конструкций на воздействие порывов ветра с выделением квазистатической и резонансной составляющих их реакции

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ И РЕЗОНАНСНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ РЕАКЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА.
1.1. Экспериментальные исследования.
1.2. Теоретические исследования.
1.3. Выводы.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОРЫВОВ ВЕТРА С РАЗДЕЛЕНИЕМ ИХ РЕАКЦИИ НА КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.
2.1. Метод, основанный на спектральном анализе турбулентных ветровых воздействий, аэродинамических нагрузок и реакции сооружений с использованием соответствующей системы передаточных функций.
2.2. Метод прямого расчета строительных конструкции на стационарное случайное воздействие.
2.3. Выводы.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ И РЕЗОНАНСНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СООРУЖЕНИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОРЫВОВ ВЕТРА.
2.1. Оптические методы натурных исследований
3.1.1. Разработка и изготовление специальной оптической измерительной системы.
3.1.2. Методика проведения измерений
3.1.3. Методика обработки результатов измерений.
3.1.4. Натурные испытания, сравнение результатов натурных испытаний с результатами теоретических расчетов по предлагаемым методикам.
3.2.ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ С УЧЕТОМ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ РЕАКЦИИ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА НА КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.
ГЛАВА 5. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ НА ДЕФОРМАТИВНОСТЬ С УЧЕТОМ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ РЕАКЦИИ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА НА КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.
ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКЦИИ СООРУЖЕНИЙ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА В КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ И РЕЗОНАНСНОЙ ОБЛАСТЯХ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ПРОЕКТИРОВАНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Практически все строительные конструкции кроме подземных в той или иной степени подвержены воздействию ветрового потока. Причем, степень этого воздействия растет с увеличением высоты и гибкости сооружений, достигая максимума для высотных сооружений башен, мачт, дымовых и вентиляционных труб, радиотелескопов, антенных плотен, а также различных памятников, монументов и обелисков 3,5,7,,.
Ветер вызывает статическое и динамическое силовое воздействие на сооружения. Динамическое воздействие определяется турбулентными пульсациями скорости ветра порывами везра, вызывающими вынужденные колебания сооружений вдоль среднего направления ветрового потока автоколебания сооружений поперек направления ветрового потока вследствие срывных явлений и аэродинамической неустойчивости в данной работе не рассматриваются.
Порывы ветра в нижнем пограничном слое атмосферы могут быть представлены в виде энергетического спектра, расположенного в диапазоне частот от 0,1 до Гц ,, в то время как частоты собственных колебаний большинства сооружений лежат в диапазоне от 0, до Гц, то есть в высокочастотной области спектра ветровых воздействий ,.
В связи с этим, спектр реакции сооружений перемещений, усилий, моментов, напряжений имеет два максимума низкочастотный или квазистагический в области частот максимума спектра порывов ветра и высокочастотный или резонансный в области частот собственных колебаний сооружений. При этом, необходимо отметить, что строительные нормы и правила Российской Федерации основаны на методах расчета, позволяющих определять лишь суммарное значение реакции сооружений на порывы ветра по всему спектру ветровых воздействий ,. Такой подход оправдан только при определении несущей способности сооружений по Т предельному состоянию, находящихся под воздействием ветра.
Однако в настоящее время приобрел большое значение расчет сооружений по деформативности И предельное состояние, особенно конструкций, несущих остронаправленные антенны например, башни сотовой и радиорелейной связи, радиотелескопы и др., поскольку для этих конструкций имеет значение не только величина ошибки наведения, но, в большой степени, и ее частотный состав.
Далее, в связи с развитием в последние годы новых конструктивных форм сооружений, позволяющим проектировать более легкие и дешевые сооружения приобрели большое значение оценки усталостной прочности и долговечности сооружений связано это с конструктивными особенностями данных сооружений с обязательным определением числа циклов изменений напряжений в элементах и узлах в процессе эксплуатации. Для решений этой задачи также необходимы данные о реакции сооружений на порывы ветра раздельно в квазистатическом и резонансном диапазонах спектра ветрового воздействия ,.
Существует также проблема гашения колебаний сооружений вдоль потока с помощью оснащения их динамическими гасителями колебаний ,,. Как известно, динамические гасители колебаний успешно подавляют или уменьшают колебания сооружения на частотах, близких к их собственным частотам колебаний, за счет создания достаточно мощных инерционных сил от колебаний массы гасителя, действующих на сооружение в противофазе с его перемещением. Однако, при достаточно низких частотах воздействий вследствие малых величин ускорений, инерционные силы, возникающие при колебаниях массы гасителя, становятся столь малыми, что не могут воздействовать на колебания сооружения. В связи с этим, на стадии разработки и проектирования динамического гасителя колебаний очень важно правильно определить частотные диапазоны его эффективной работы с целью правильного определения его основных параметров рабочей массы и демпфирования, а также объективного прогноза целесообразности и эффективности его использования на сооружении для указанных выше целей.
Кроме того, существует прикладная проблема правильной организации геодезических измерений натурных сооружений при определении вертикальности их элементов. После монтажа высотных сооружений, особенно с болтовыми соединениями каркаса, в течение определенного периода времени происходит усадка сооружения, т.е. изменение начальной геометрии. Наличие данного явления, а также необходимость контроля геометрии
сооружения сразу после монтажа сооружения обстоятельство обуславливает важность проведения объективного геодезического контроля. Геодезический контроль необходимо проводить в условиях абсолютного штиля, чтобы исключить влияние деформаций вызванных ветровыми воздействиями. В практике производства геодезических работ такое условие трудно выполнимо и измерения проводятся при наличии ветра, что обуславливает необходимость исключения деформаций от воздействия ветра. Исключение деформаций от порывов ветра невозможно без учета разделения деформаций от порывов ветра па квазистатическую и резонансную составляющую.
В последние годы в нашей стране развернулось строительство высотных жилых и административных зданий отличительной особенностью которых является длительное пребывание в них людей. Уровень комфорта пребывания людей в здании зависит от ускорений перемещений перекрытий зданий и частоты их появления. Считается, что нижний диапазон частот, которые ощутимы человеком, начинается с частот порядка 0,7Гц, с ростом частоты уровень комфорта значительно снижается. Т.е. диапазон частот колебаний зданий, ощутимых человеком захватывает весь резонансный и часть квазистатического диапазона реакции сооружений. Комплексная оценка уровня комфорта пребывания людей в здании ветра должна проводиться с учетом
спектрального состава реакции зданий на порывы ветра.
Все эти задачи могут быть успешно решены лишь в случае раздельного определения реакции сооружения на порывы ветра в квазистатической и резонансной областях спектра порывов.
Настоящая работа посвящена разработке методик раздельного расчета сооружений на динамическое воздействие от порывов ветра в квазистатическом и резонансном диапазонах частот энергетического спектра порывов и согласование результатов расчета по этим методикам с данными натурных испытаний реальных сооружений, находящихся под воздействием ветра.
АКТУАЛЬНОСТЬ