Напружено-деформований стан сталевого пірамідально-призматичного бункера в умовах експлуатації, його міцність, жорсткостні та динамічні властивості як єдиної просторової системи. Методика розрахунку і виявлення найбільш раціональних конструктивних рішень.
Використання сталевих пірамідально-призматичних бункерів у різних галузях господарства нараховує вже біля ста років. Дана проблема особливо актуальна для сталевих пірамідально-призматичних бункерів і необхідність її рішення давно вже назріла. У звязку з вищевикладеним, метою даної роботи є встановлення напружено-деформованого стану сталевого пірамідально-призматичного бункера в умовах експлуатації, визначення його міцностних, жорсткостних та динамічних властивостей як єдиної просторової системи, із приведенням у відповідність методики розрахунку і виявленням із всієї наявної різноманітності найбільш раціональних конструктивних рішень. розробити удосконалену інженерну методику проектування сталевих пірамідально-призматичних бункерів, що враховує просторову роботу системи і відповідає сучасним вимогам. Застосовувана дотепер методика розрахунку і конструювання сталевих пірамідально-призматичних бункерів по плоских розрахункових схемах є наближеною і не дозволяє вірно прогнозувати розподіл зусиль і напружень у конструкціях не тільки від статичних, але і температурних впливів, а сама постановка динамічних задач при такому підході не має сенсу.В першому розділі подано огляд літератури з питань призначення та області використання бункерів у господарстві, місця серед них пірамідально-призматичного бункеру, його основних конструктивних схем та різновидів, існуючої методики і підходів до завдання навантажень та проектування конструкції такого класу у їх історичному розвитку. Серед дослідників, роботи яких присвячені проблемам розрахунку та конструювання пірамідально-призматичних бункерів, слід назвати Алфьорова К.В., Лурє С., Матвеєва С.Г., Розенбліта Г.Л., Липницького М.Є., Соловйова Н.Б., Хавіна Я.М., Солодаря М.Б., Лессіга Е.М., Ященко М.М., Новікова М.М., Березіна Ю.О., Гуревича М.Л., Кондратюка Г.Г., Корнієнко В.С., Плішкіна Ю.С., Любарова Б.І., Роттера М., Ягофарова Х. та американську школу Дженіке А.В. На практиці така ситуація обертається невиправданими міцностними резервами конструкцій сталевого пірамідально-призматичного бункера або відмовами та аваріями їх в окремих випадках. Він дозволив у ході проведення чисельних розрахунків досить повно, точно й докладно врахувати всі особливості конструкції сталевого пірамідально-призматичного бункера і її роботи, здійснити варіації основних конструктивних і технологічних параметрів, вирішити задачі статичного, температурного та динамічного планів, придати отриманим результатам легкість для читання та наочний вигляд. Конструкція моделювалась у повній відповідності до прикладу, що виконувалось з метою оцінки ефективності СЕ підходу до аналізу роботи сталевих пірамідально-призматичних бункерів на основі співставлення його результатів (рис.У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в аналізі роботи конструкції підвісного одиночного сталевого пірамідально-призматичного бункера як просторової системи, а також на основі цього встановленні його основних міцностних, жорсткостних та динамічних властивостей. В якості теоретичного методу для аналізу роботи конструкції сталевого пірамідально-призматичного бункера був обраний метод математичного моделювання на основі одного з сучасних чисельних методів будівельної механіки - метода скінчених елементів (МСЕ). Він дозволив у ході проведення чисельних розрахунків досить повно, точно й докладно врахувати всі особливості даної конструкції та її роботи, здійснити варіації основних конструктивних і технологічних параметрів (розміри бункера, постановка та крок ребер жорсткості, висота призматичної частини, кут нахилу стінок воронки, характер завдання тиску і вид завантажуваного матеріалу), вирішити задачі статичного, температурного та динамічного планів, надати отриманим результатам легкий для читання та наочний вигляд. Найбільш раціональною із них з позицій економічності і надійності роботи конструкції виявилася: в малих бункерах - схема з постановкою ребер жорсткості вертикально, у середніх і великих - горизонтально з орієнтацією перпендикулярно стінці. У роботі дана оцінка динамічним властивостям різних конструктивних схем сталевого пірамідально-призматичного бункера в порожньому і завантаженому станах: перша частота знаходиться в межах 5-25 Гц для великих та малих бункерів, відповідно, (порожній варіант) і зміщується в область більш низьких частот, порядку 2-5 Гц, при повному завантаженні конструкції.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в аналізі роботи конструкції підвісного одиночного сталевого пірамідально-призматичного бункера як просторової системи, а також на основі цього встановленні його основних міцностних, жорсткостних та динамічних властивостей.
Основні рекомендації і загальні висновки, у яких відбиті головні наукові і практичні результати, полягають у наступному: 1. На основі аналізу як вітчизняної, так і закордонної сучасної науково-технічної інформації зроблений висновок про те, що конструктивні схеми сталевих пірамідально-призматичних бункерів досить різноманітні і в даний час не існує єдиного погляду щодо переваги якої-небудь з них. Також немає усталеного підходу до вибору спектра і характеру завдання навантажень та дій на бункери. Існують серйозні розбіжності і з приводу теоретичних методик розрахунку конструкції: усі вони єдині тільки в одному - розгляді роботи даного класу конструкцій як набору плоских взаємонезалежних елементарних розрахункових схем.
2. В якості теоретичного методу для аналізу роботи конструкції сталевого пірамідально-призматичного бункера був обраний метод математичного моделювання на основі одного з сучасних чисельних методів будівельної механіки - метода скінчених елементів (МСЕ). Він дозволив у ході проведення чисельних розрахунків досить повно, точно й докладно врахувати всі особливості даної конструкції та її роботи, здійснити варіації основних конструктивних і технологічних параметрів (розміри бункера, постановка та крок ребер жорсткості, висота призматичної частини, кут нахилу стінок воронки, характер завдання тиску і вид завантажуваного матеріалу), вирішити задачі статичного, температурного та динамічного планів, надати отриманим результатам легкий для читання та наочний вигляд. Чисельна реалізація МСЕ здійснювалась на базі проектно-обчислюваного комплексу Structure CAD for Windows (SCAD) у формі метода переміщень.
3. В процесі експериментального налагодження розрахункових схем були отримані результати, що дозволили сформулювати ряд рекомендацій з дискретизації конструкцій і методиці проведення розрахунків з урахуванням особливостей даного типу бункерів. У роботі представлені розроблені СЕ схеми для статичного, температурного і динамічного аналізу конструкції.
4. На основі виконаного чисельного аналізу показано, що найбільш точний розрахунок конструкції сталевого пірамідально-призматичного бункера необхідно проводити з урахуванням його просторової роботи як єдиної системи. На базі цього в роботі встановлено напружено-деформований стан (НДС) підвісного одиночного сталевого пірамідально-призматичного бункера і його окремих вузлів та елементів. Виявлено, що даний тип конструкцій обладає дуже нерівномірним характером розподілу напружень і наявністю ряду невеликих зон їх сильних концентрацій у той час, як основна маса конструкції має запаси міцності.
5. В ході досліджень були визначені основні міцностні й жорсткостні властивості різних конструктивних схем. Найбільш раціональною із них з позицій економічності і надійності роботи конструкції виявилася: в малих бункерах - схема з постановкою ребер жорсткості вертикально, у середніх і великих - горизонтально з орієнтацією перпендикулярно стінці. З цих же позицій найкращим варто вважати співвідношення висот призматичної і пірамідальної частин конструкції, що дорівнює 0,2. Встановлено, також, що варіації кута нахилу стінки і кроку ребер жорсткості не викликають значної якісної зміни загального НДС бункера. Показана необхідність урахування власної ваги конструкції, вплив якої знаходиться в межах 10-відсоткового рівня максимальних напружень, а також - тангенційної складової тиску сипучого, концентратором зусиль від якої є невелика (у межах 1/10-1/15 розміру бункера в плані) приопорна зона. У роботі приведений ряд конструктивних рекомендацій, що дозволяють уникати найбільш типових помилок, які припускаються при проектуванні.
6. Чисельні розрахунки підтвердили справедливість теоретично обґрунтованої Ягофаровым Х. розрахункової схеми. Встановлено, що приопорна зона при цьому є основною ланкою передачі навантаження від конструкції на опорні елементи.
7. Виявлено необхідність урахування при проектуванні і нормування на теоретичному рівні характеру й виду можливих початкових недосконалостей системи і температурних впливів, через їх значний кількісний і якісний вплив на розподіл зусиль та напружень у конструкції.
8. У роботі дана оцінка динамічним властивостям різних конструктивних схем сталевого пірамідально-призматичного бункера в порожньому і завантаженому станах: перша частота знаходиться в межах 5-25 Гц для великих та малих бункерів, відповідно, (порожній варіант) і зміщується в область більш низьких частот, порядку 2-5 Гц, при повному завантаженні конструкції. Показано, що частотний підхід також з досить високим ступенем ефективності може бути застосовано до оцінки міцностних та жорсткостних властивостей системи. Одержані результати можуть послужити чисельно-теоретичною базою застосування принципу динамічної інтегральної діагностики конструкцій до даного типу бункерів.
9. На основі порівняння результатів розрахунків із загальноприйнятої сучасною офіційною методикою проектування сталевих пірамідально-призматичних бункерів установлена її неадекватність отриманим даним, причому, як убік 2-3-х кратного завищення напружень в одних місцях, так і не виявлення ряду місцевих значних концентрацій напружень в інших.
Показано, що застосування МСЕ до розрахунку сталевих пірамідально-призматичних бункерів дає найбільш точні і близькі до експериментальних результати. На його основі пропонується розроблена автором методика проектування такого типу бункерів, що дозволяє досить оперативно, просто, комплексно і з достатньої для практичних цілей точністю оцінити характер НДС конструкції як на стадії проектування, так і в процесі експлуатації, а також, при необхідності, - у випадку виникнення аварійної ситуації. Використання цієї методики в процесі проектування дозволяє знизити масу конструкції бункера, в середньому, за теоретичними підрахунками на 30-40 % без адекватного зниження її несучої спроможності.
10. Проведені наукові дослідження дозволяють вказати шляхи і напрямки подальших робіт в області міцності і динаміки конструкції сталевого пірамідально-призматичного бункера. Серед них постановка і рішення ряду динамічних і теплових задач, облік початкових недосконалостей системи і фізичної нелінійності роботи матеріалу, задачі оптимізації елементів конструкції. Представлені результати і висновки можуть послужити основою для розробки і створення офіційної вітчизняної нормативної бази для проектування сталевих пірамідально-призматичних бункерів, що відповідає сучасним міжнародним вимогам.
Обґрунтованість і достовірність всіх наукових положень, висновків і рекомендацій, наведених у даній дисертаційній роботі, забезпечується використанням в аналітичних дослідженнях фундаментальних положень будівельної механіки, а при проведенні чисельних розрахунків - ліцензійного програмного пакета Structure CAD for Windows (SCAD) і підтверджується добрим якісним і кількісним збігом результатів чисельних експериментів з результатами фізичних експериментів і натурних обстежень.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА
1. Казакевич М.И., Кострица С.А., Банников Д.О. Напряженно-деформированное состояние стального пирамидально-призматического бункера // Вестник: Строительные конструкции. Здания и сооружения. - Донецк: ДГАСА. - 1998. - Вып. 98-4(12). - С. 37-44.
2. Казакевич М.И., Кострица С.А., Банников Д.О. Эффективность расположения горизонтальных ребер жесткости бункеров // Сб. научн. работ: Ресурсосберегающие технологии в транспортном и гидротехническом строительстве. Строительство. - Днепропетровск: Арт-Пресс. - 1998. - Вып. 5. - С. 98-104.
3. Банников Д.О., Казакевич М.И. Оценка технического состояния стальных бункеров транспортной эстакады с применением МКЭ // Автомобільні дороги та дорожнє будівництво. - К.: Укр. трансп. ун-т. - 2000. - №59. - С. 1-3.
4. Банников Д.О. Выбор параметров конечных элементов причисленном моделировании пирамидально-призматических бункеров // Сб. научн. тр.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2000. - Вып. 11. - С. 126-133.
5. Банников Д.О., Казакевич М.И., Кострица С.А. Напряженно-деформированное состояние стального бункера транспортной эстакады // Зб. допов. укр. міжгал. науково-практ. сем. “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення”. - К. - 1998. - С. 5-9.
6. Банников Д.О., Кострица С.А. Анализ напряженно-деформированного состояния стального пирамидального бункера // Proc. of 6th Polish-Ukraїnian sem. “Theoretical Foundations of Civil Engineering” - Warsaw (Poland). - 1998. - P. 409-414.
7. Банников Д.О., Казакевич М.И. Варианты расположения ребер жесткости в стальных бункерах // Proc. of 6th Int. Conf. “Modern Building Materials, Structures and Techniques” - Vilnius (Lithuania). - 1999. - P. 25-30.
8. Казакевич М.И., Банников Д.О. МКЭ в пространственных расчетах стальных бункеров // Сб. трудов XVIII междун. конф. “Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов”. - СПБ. - 2000. - Т.2. - С. 269-275.
9. Kazakevitch M., Bannikov D. Computer Modelling of Steel Bunker Spatial Work // Proc. of Intern. Kolloq. uber Anwendungen der Informatik und der Matehematik in Architektur und Bauwesen. - Weimar (Germany). - 2000. - CD-Rom.
10. Банников Д.О., Казакевич М.И. Применение МКЭ для прогнозирования работы стальных бункеров // Зб. допов. VII укр. науково-техн. конф. “Металеві конструкції”. - Дніпропетровськ: ВАТ ДЗМК ім. І.В. Бабушкіна. - 2000. - С. 81-84.
11. Казакевич М.И., Банников Д.О. Совершенствование конструкции стальных бункеров // Сб. тез. стенд. докл. междун. конф. “Сварные конструкции”. - К. - 2000. - С. 42-43.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
