кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций;
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Metal and Timber Structures
аспирант кафедры металлических и деревянных конструкций
postgraduate of the Department of Metal and Timber Structures
Введение.
Большепролетные сооружения проектируются в качестве зданий зрелищно-массового назначения, спортивных комплексов и т.д. Как один из вариантов покрытия большепролетных сооружений могут использоваться стальные арочные конструкции. Вопрос рационального проектирования большепролетных стальных арок, а также корректный выбор расчетной схемы и анализа ее несущей способности является актуальным.
Материалы и методы.
Рассмотрено покрытие теннисного спортивного комплекса пролетом 108 м, выполненное в виде стальной двухшарнирной арки без затяжки и арок с предварительно напряженной затяжкой и несколькими вариантами решетки. Проведены подбор сечения элементов конструкции, анализ влияния величины предварительного напряжения затяжки на усилия и перемещения, возникающие в арке, а также на ее металлоемкость. Проанализирована общая устойчивость рассмотренных арочных конструкций. Расчеты выполнялись в геометрически нелинейной постановке с использованием программного комплекса (ПК) ЛИРА-САПР.
Результаты.
Определено, что масса арки с затяжкой и решеткой меньше, чем масса арки без затяжки. За счет отсутствия передачи распора от арки с затяжкой на колонны можно добиться снижения расхода металла на колонны и упростить узлы конструкции. Установлена необходимая величина предварительного напряжения затяжки для обеспечения требуемой жесткости арки. Несколькими методами определена критическая нагрузка, при которой арка теряет устойчивость в своей плоскости — аналитическим способом, на основе результатов геометрически нелинейного расчета и с использованием режима «Устойчивость», реализованного в ПК ЛИРА-САПР. Критическая нагрузка оказалась выше для арки с затяжкой.
Выводы.
На основе проведенных расчетов принято решение о применении в качестве покрытия рассматриваемого спортивного комплекса двухшарнирной арки с предварительно напряженной затяжкой и решеткой. Величины критической нагрузки потери устойчивости арки, полученные на основе геометрически нелинейного конечно-элементного расчета и с использованием режима «Устойчивость», оказались весьма близки. Применение аналитического расчета дало завышенное значение критической нагрузки, что не позволяет рекомендовать его к использованию.
Introduction.
Large-span structures are designed as entertainment and mass-use buildings, sports facilities, etc. A steel arched structure can be used as a covering for large-span structures. The issue of the rational design of large-span steelarches, as well as the proper choice of the structural design and the analysis of its bearing capacity is relevant.
Materials and methods.
The covering of a tennis sports facility with the span of 108 m, that represents a double-hinged steel arch without tightening, arches with prestressed tightening and several lattice options are considered. The cross-section of structural elements was selected; the effect of prestressing on forces and displacements in the arch, as well as the amount of metal per structure were analyzed. The general stability of these arched structures was analyzed. Calculations were performed in the geometrically nonlinear formulation using the LIRA-SAPR software package.
Results.
It is determined that the weight of the arch, including the tightening and the lattice is smaller than the weight of the arch without the tightening. The amount of metal, used to make columns, can be reduced to simplify structural units due to the absence of gusset transfer from the arch with tightening to columns. The required prestressing value is set for the tightening to ensure the required rigidity of the arch. Several methods were used to determine the critical load at which the arch loses its stability in its plane: the analytical method, geometrically nonlinear calculation results, and the Stability mode implemented in LIRA-SAPR software package were employed. The critical load turned out to be higher for the arch with tightening.
Conclusions.
Following the above computations, a decision was made to use a double-hinged arch with prestressed tightening and a lattice as the covering of the sports facility. The values of the critical load that triggers the arch stability loss, obtained using the geometrical nonlinear finite-element analysis and the Stability mode, were quite close. Application of the analytical method resulted in an overestimated value of the critical load, which prevents it from being recommended for use.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.