«Расчетные исследования НДС, прочности и устойчивости несущих конструкций проектируемой Центральной спортивной арены им. Э.А. Стрельцова („Торпедо“) при нормативно регламентированных сочетаниях нагрузок и воздействий»
РСН-1. Форма колебаний 1. Частота 0.414 Гц
РСН-1. Форма колебаний 2. Частота 0.618 Гц
РСН-1. Форма колебаний 3. Частота 0.663 Гц
РСН-1. Форма колебаний 9. Частота 1.402 Гц
Выводы
При анализе напряженно-деформированного состояния и прочности верхнего узла ферм покрытия на заданное заказчиком сочетание нагрузок (перемещений торцев) проводился расчет в трехмерной физически и геометрически нелинейной конечноэлементной постановке по программному комплексу ANSYS с учетом пластического деформирования отдельных конструктивных элементов.
Пластические деформации начинают возникать при 75% нагрузки на внутренней стороне в верхней центральной зоне узла.
Максимальное значение пластической деформации при полной нагрузке составило 0.63% для загружения 1 и 1,03% для загружения 31, что значительно меньше предельных деформаций для строительных сталей (для большинства марок составляют 15-20%). Зона пластичности при этом нигде не развивается на всю толщину. Пластика образуется на внутренней стороне в центральной части узла и на внешних сторонах в примыкающих трубах.
В соответствии с расчетом несущая способность конструкции узла покрытия обеспечивается. Для дополнительной оценки запаса выполнен расчет вплоть до исчерпания несущей способности путем пропорционального увеличения заданных перемещений сверх расчетных значений. Разрушающие пластические деформации в отдельных зонах возникают более чем при 200%-й нагрузке от расчетной, и даже при этой величине не распространяются на всю толщину труб.
Заключение
В результате выполненных разработок и расчетных исследований по договору № … «Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости несущих конструкций проектируемой Центральной спортивной арены им. Э.А. Стрельцова при нормативно регламентированных сочетаниях нагрузок и воздействий» можно сформулировать нижеследующие выводы и рекомендации.
1 Разработаны и верифицированы пространственные оболочечно-стержневые конечноэлементные модели комбинированной системы «основание – железобетонные конструкции трибун – конструкции мембранного покрытия» и двух составляющих подсистем, адекватно отражающие их геометрико-жесткостные, инерционные и нагрузочные характеристики и результирующее напряженно-деформированное состояние, параметры прочности, устойчивости и динамики.
2 По разработанным КЭ-моделям в верифицированном ПК ANSYS определены параметры напряженно-деформированного состояния несущих конструкций (перемещения, усилия, напряжения) при расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий, вычислены динамические характеристики и критические нагрузки/формы потери устойчивости.
3 Анализ результатов расчетных исследований показал в целом ожидаемую картину распределения параметров НДС в несущих ж/б конструкциях спортивной арены.
4 Выполненными расчетными исследованиями ж/б конструкций установлено, что при соблюдении принятых параметров проекта (геометрия, свойства материалов и соединений, величины и сочетания нагрузок и воздействий): состояние железобетонных конструкций удовлетворяет нормативным критериям несущей способности (деформативности, прочности и устойчивости) и зыбкости трибун;
5 Выполненными расчетными исследованиями мембранного покрытия установлено:
1) состояние несущих металлических конструкций покрытия не удовлетворяет нормативным критериям несущей способности (прочности) при рассмотренных основных сочетаниях нагрузок и воздействий (максимальное напряжение в мембране превышает предел текучести при учете коэффициента нагрузки по ответственности);
2) железобетонные балки, стабилизирующие оболочку покрытия, не проходят по критерию раскрытия трещин и находятся на грани прочности, достигая предельных деформаций продольной арматуры;
3) расчет на прогрессирующее обрушение показал для двух сценариев различные результаты. Несущая способность мембраны покрытия достаточна для восприятия аварийных воздействий. При этом несущая способность анкерных креплений недостаточна по критерию устойчивости против прогрессирующего обрушения.
6 С учетом выводов п.5 рекомендуется:
1) увеличить толщину мембраны до 6 мм;
2) увеличить армирование балок (примерно на 20%) или, что предпочтительнее, «разрезать» по длине;
3) усилить узел узлы крепления мембраны к пилону как по критериям прочности анкеров и бетона на откалывания.
