Материал: Строительная механика и конструкции. Сафронов В.С., Козлов А

NUMERICAL RESEARCH OF SOME PHENOMENA

OF STIFFENING GIRDER AERODYNAMIC INSTABILITY

OF A CABLE-STAYED BRIDGE STRUCTURE

S. D. Stepanov1, А. G. Bogomolov2

Voronezh State Technical University1,2

Russia, Voronezh

1 PhD of Tech. Sciences, Associate Professor of the Department of Structural Mechanics, Tel.: +7(910)3414225

2 MA Student of the Department of Structural Mechanics, Tel.: +7(980)5425825, e-mail: senybogomolov@yandex.ru

The main types of aeroelastic vibrations of structures were studied and their influence on the aerodynamic stability of cable-stayed bridge structures was evaluated. The main analytical dependencies describing the critical wind speeds and causing the phenomena of aerodynamic instability of the stiffener are considered. Formulas that describe the aerodynamic forces acting on the stiffener beam of a cable-stayed bridge are given. A design diagram is compiled and a modal analysis of the stiffener is performed using the Lira CAD software package. Critical wind speeds that cause aerodynamic instability are obtained. Using the values of critical velocities, using the ANSIS software package, airflow around a stiffener of the rectangular cross-section was simulated. Numerical studies on the example of the Vinogradovsky bridge in Krasnoyarsk city.

Keywords: cable-stayed bridge structures, stiffening girder, aerodynamic stability, wind flow around the cross

sections.

70

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

УДК 624.042

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИ-ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ 4-ЭТАЖНОГО МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО КАРКАСА ПРИ ДЕМОНТАЖНЫХ РАБОТАХ ВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ

С. В. Ефрюшин1, А.И. Юрченко2 Воронежский государственный технический университет1, 2

Россия, г. Воронеж

1Канд. техн. наук, доцент кафедры строительной механики

2Магистрант кафедры строительной механики, e-mail: yurchenko.andrey1997@gmail.com

На примере 4-этажного здания с железобетонным каркасом производится математическое моделирование прогрессирующего разрушения здания при демонтаже взрывным способом. Для моделирования использован метод конечных элементов, реализованный в программных комплексах ЛИРА-САПР, ANSYS.

Предложены варианты способов управления зоной разрушения здания и разлета осколков с целью их уменьшения в условиях плотной застройки. Опыт проделанных расчетов может быть использован при моделировании зданий различной этажности и конфигурации в плане.

Ключевые слова: прогрессирующее обрушение, демонтаж, взрывные работы, ЛИРА-САПР, ANSYS.

В настоящее время в России и за рубежом большое распространение получили новые технологии возведения каркасных зданий из монолитного бетона. Массовое строительство подобных конструкций через несколько десятков лет вследствие морального или физического износа столкнётся с проблемой их экономичного демонтажа в условиях плотной городской застройки. Одним из самых быстрых и дешевых видов демонтажа монолитного каркаса является демонтаж с помощью подрыва отдельных несущих элементов. Для обеспечения безопасности и технологичности демонтажа необходимо провести предварительное математическое моделирование процесса разрушения с анализом последствий взрыва. Указанное моделирование возможно с помощь современных программных комплексов на основе метода конечных элементов с применением геометрически и физически нелинейных расчетных схем.

В данной работе на примере 4-этажного здания в монолитно-каркасном исполнении, проводится исследование моделирования прогрессирующего разрушения при демонтаже взрывным способом. Численное моделирование позволяет проверить эффективность некоторых рекомендаций по уменьшению зон разрушения здания и разлета осколков.

Создание расчетной схемы для моделирования прогрессирующего обрушения при демонтажных работах производится в два этапа:

Первый этап. Построение расчетной схемы в ПК ЛИРА-САПР:

создана аналитическая модель 4-этажного здания (рис. 1, 2);

проведен сбор нагрузок согласно СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»;

выполнена четырехугольная триангуляция пластин с шагом 0,3 м;

назначены связи: все нижние узлы колонн и стен 1-го этажа закреплены по 6-ти степеням свободы X, Y, Z, UX, UY, UZ;

__________________________________

© Ефрюшин С. В., Юрченко А. И., 2020

71

произведено назначение жесткостей и материалов согласно СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003;

выполнен расчет в линейной постановке на действующие нагрузки;

проведен анализ полученных результатов и определены несущие конструкции, в которые будут вложены взрывные заряды для их уничтожения из расчетной схемы рассматриваемого здания (рис. 3);

для тех элементов, которые будут уничтожены, определяем продольную силу N в уровне перекрытия, которая будет являться реакцией опоры для вышележащих конструкций (рис. 4).

Рис. 1. План типового этажа и общий вид рассматриваемого здания

Рис. 2. Аналитическая модель рассматриваемого здания в ПК ЛИРА-САПР

72

Рис. 3. План 1-го этажа здания с учетом конструкций, в которые будут вложены взрывные заряды для их уничтожения (отмечены красным)

Рис. 4. Продольные усилия в конструкциях, которые будут демонтированы взрывом

73

Второй этап. Моделирование прогрессирующего обрушения в ПК ANSYS:

расчетная модель, созданная в ПК ЛИРА-САПР, экспортируется в ПК ANSYS (рис. 5);

моделируется уничтожение выбранных конструкций;

удаленные конструкции заменяются их реакциями, которые стремятся к нулю по экспоненциальному закону в течение времени взрывного воздействия (в соответствии с [1] длительность такого воздействия составляет 30 мс).

в узлах соединения конструкций задается условие возникновения пластических шарниров;

материал конструкций задается в нелинейной постановке согласно теории ДрюкерПрагера (рис. 6)

выполняется расчет.

Рис. 5. Расчетная модель в ПК ANSYS

Рис. 6. Характеристики материала при нелинейной постановке

74