Не часто приходится сталкиваться в строительной практике с вантовыми системами. Тем более в составе конструкций покрытия. Тем более, в комбинированном виде с радиальной системой плоских ферм… О чем вообще речь?
Представлен такой конструктив покрытия в составе объекта, функционально направленного на обеспечение развлекательного досуга граждан в городе N (точнее – Е). Конструкции покрытия представлены двумя несущими системами:
- Система радиальных плоских ферм из замкнутых гнутосварных профилей – конструкция колосника.
- Вантовая система из стальных канатов, соединенных между собой тяжами из металлического прокатного круга. Данная система крепится к конструкциям железобетонного каркаса посредством закладных деталей и является закрепляющей для конструкций колосника, описанных в пункте 1.
- Для обслуживания конструкций колосника по периметру закреплены ходовые мостики из металлопроката.
План покрытия и поперечный разрез представлены ниже.
Решение поставленной задачи являлось комплексным и состояло в проверке несущей способности конструкций колосника и оценке несущей способности вантовой системы в зависимости от уровня натяжения, влияния технологических нагрузок и т.д.
Конечно, ни для кого не секрет, что работа вантовых систем под нагрузкой носит нелинейный характер в виду малых жесткостей. Инструмент для решения подобных задач вроде бы имеется, но… Естественно, «на десерт» мы получаем район строительства, сейсмичностью 9 баллов.
И вот как учитывать нелинейное поведение вантовой системы? Как учитывать преднапряжение и влияние сейсмического воздействия на остаточную жесткость? Как учесть разность жесткостей конструкций колосника и вантовых систем при сейсмическом воздействии? Да, еще и не забыть за технологические нагрузки (а там свыше 25 расчетных ситуаций).
Ответ кроется в использовании функционала ПК ЛИРА-САПР, а именно – «Инженерная нелинейность 2», позволяющей линеаризовать геометрически нелинейные модели при определении собственных форм колебаний. По сути, данная функция выполняет двухэтапный расчет:
Этап 1: Формирование геометрически нелинейной задачи – НЕЛИНЕЙНЫЙ расчет, в котором учитывается собственный вес + преднапряжение в вантовой системе.
Этап 2: После того, как система набрала жесткость, проводится уже ЛИНЕЙНЫЙ расчет на остаточные загружения (предвкушаю вопрос – ДА! «Инженерная нелинейность 2» позволяет формировать и учитывать загружения в таблице расчетных сочетаний усилий).
Естественно, существовала необходимость «причесывании» модели:
- разбить на мелкие участки все геометрически нелинейные типы конечных элементов;
- во избежание нервного срыва от небезызвестного «ВНИМАНИЕ! Геометрически изменяемая система…» - задать вантам жесткость через численное описание (только осевая жесткость);
- выполнить конденсацию масс дабы исключить паразитные формы колебаний.
Таким образом удалось построить расчетную модель, позволяющую учитывать эффект нелинейности в процессе набора жесткости в вантовой системе, а далее – учитывать наиболее неблагоприятные расчетные ситуации. В результирующей таблице можете наглядно ознакомиться с уловить нелинейный эффект между перемещениями в конструкции колосника и усилиями в вантовой системе.
Автор статьи: к.т.н. Мущанов А.В.