Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)

Доповідь присвячено актуальним науково-технічним питанням проектування і будівництва великопрогінних конструкцій, над вирішенням яких фахівці ТОВ «Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського» працюють у тісному співробітництві з установами НАН України....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
1. Verfasser:	Шимановський, О.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	З кафедри Президії НАН України
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95554
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.) / О.В. Шимановський // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 86-93. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-95554
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-955542025-02-09T09:50:58Z Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.) Создание уникальных большепролетных конструкций с использованием современных методов механики (по материалам научного доклада на заседании Президиума НАН Украины 18 ноября 2015 г.) Creation of unique long-span constructions with the use of modern methods of mechanics (According to materials of scientific lecture at the meeting of Presidium of NAS of Ukraine November 18, 2015) Шимановський, О.В. З кафедри Президії НАН України Доповідь присвячено актуальним науково-технічним питанням проектування і будівництва великопрогінних конструкцій, над вирішенням яких фахівці ТОВ «Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського» працюють у тісному співробітництві з установами НАН України. Доклад посвящен актуальным научно-техническим вопросам проектирования и строительства большепролетных конструкций, над решением которых специалисты ООО «Украинский институт стальных конструкций им. В.Н. Шимановского» работают в тесном сотрудничестве с учреждениями НАН Украины. A lecture is devoted to the pressing scientific and technical questions of planning and building of long-span constructions, on the decision of which specialists of LLC «V. Shimanovsky Ukrainian Institute of Steel Construction» work in a close collaboration with establishments of NAS of Ukraine. 2015 Article Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.) / О.В. Шимановський // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 86-93. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95554 624.014 uk Вісник НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Шимановський, О.В. Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.) Вісник НАН України
description	Доповідь присвячено актуальним науково-технічним питанням проектування і будівництва великопрогінних конструкцій, над вирішенням яких фахівці ТОВ «Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського» працюють у тісному співробітництві з установами НАН України.
format	Article
author	Шимановський, О.В.
author_facet	Шимановський, О.В.
author_sort	Шимановський, О.В.
title	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)
title_short	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)
title_full	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)
title_fullStr	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)
title_full_unstemmed	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.)
title_sort	створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні президії нан україни 18 листопада 2015 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2015
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95554
citation_txt	Створення унікальних великопрогінних конструкцій з використанням сучасних методів механіки (за матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 р.) / О.В. Шимановський // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 86-93. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT šimanovsʹkijov stvorennâuníkalʹnihvelikoprogínnihkonstrukcíjzvikoristannâmsučasnihmetodívmehaníkizamateríalaminaukovoídopovídínazasídanníprezidíínanukraíni18listopada2015r AT šimanovsʹkijov sozdanieunikalʹnyhbolʹšeproletnyhkonstrukcijsispolʹzovaniemsovremennyhmetodovmehanikipomaterialamnaučnogodokladanazasedaniiprezidiumananukrainy18noâbrâ2015g AT šimanovsʹkijov creationofuniquelongspanconstructionswiththeuseofmodernmethodsofmechanicsaccordingtomaterialsofscientificlectureatthemeetingofpresidiumofnasofukrainenovember182015
first_indexed	2025-11-25T14:18:09Z
last_indexed	2025-11-25T14:18:09Z
_version_	1849772254326423552
fulltext	86 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1) УДК 624.014 СТВОРЕННЯ УНІКАЛЬНИХ ВЕЛИКОПРОГІННИХ КОНСТРУКЦІЙ З ВИКОРИСТАННЯМ СУЧАСНИХ МЕТОДІВ МЕХАНІКИ За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 18 листопада 2015 року Доповідь присвячено актуальним науково-технічним питанням проекту- вання і будівництва великопрогінних конструкцій, над вирішенням яких фахівці ТОВ «Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Ши- мановського» працюють у тісному співробітництві з установами НАН України. Ключові слова: великопрогінні конструкції, навантаження, методи ком- п’ю терного моделювання. Упродовж усієї історії будівництва просторові параметри спо- руд були мірилом рівня розвитку будівельного мистецтва. Кожен архітектор завжди прагнув вразити громадськість роз- мірами зведеної споруди. Наприклад, купол Пантеону в Римі (126 р.) має діаметр 44 м, купол Ая-Софія (собору Святої Со- фії Константинопольської) у Стамбулі (537 р.) — 32 м, а купол кафедрального собору Санта-Марія-дель-Фіоре у Флоренції (1436 р.) — 45 м. Ця тенденція зберігається і донині. Відомо, що найбільш престижними і великопрогінними спо- рудами є мости. Найбільший із римських мостів, що зберегли- ся до наших часів, — міст Траяна в Алькантарі (106 р.), довжина великого прогону якого у вигляді кам’яної арки становить 30 м, ширина — 8 м, а висота над рівнем річки Тахо — 52 м. Сучасні мости (як правило, висячі) мають значно більші прогони. Так, найдовший у Європі міст Великий Бельт (1998 р.) знаходиться в Данії. Він має довжину головного прогону 1624 м і загальну довжину 6790 м. А найбільший (принаймні на сьогодні) у сві- ті — Великий міст протоки Акасі — було побудовано в Японії в 1998 р. Його загальна довжина становить 3911 м, а довжина головного прогону — 1991 м. ШИМАНОВСЬКИЙ Олександр Віталійович — член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, генеральний директор ТОВ «Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського» doi: 10.15407/visn2016.01.086 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 87 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Однак повернемося до наших реалій. Пер- шою значною спорудою, створеною нашими інженерами у співдружності з ученими Акаде- мії наук, був міський міст через р. Дніпро в Ки- єві, названий ім’ям свого творця Євгена Оска- ровича Патона. Це міст балкової конструкції, з суцільними головними балками двотаврового перетину довжиною 58 і 57 м, висотою 3,6 м, 26-прогінний, з опорами на кесонній основі. Прогінні споруди складаються з 264 однотип- них блоків завдовжки 29 м, під час монтажу яких було зварено майже 11 км швів. Зазначи- мо, що міст ім. Є.О. Патона є першим у світі великим суцільнозварним мостом. До 50-річчя з дня відкриття моста ім. Є.О. Па- тона Український інститут сталевих конструк- цій (далі — Укрінсталькон) ім. В.М. Шиманов- ського розробив проект його реконструкції із заміною залізобетонної плити на металеву ор- тотропну і з розширенням моста від нинішніх 27,16 м до 37,3 м для уможливлення організа- ції восьми смуг автомобільного руху (рис. 1). Зараз цей проект перебуває в стадії реалізації. Другим прикладом мостових споруд, створе- них у співпраці з Академією, є Парковий міст через р. Дніпро в Києві (рис. 2). Цей міст, візит- на картка столиці, також створювався спільно з Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Па- тона. За конструкцією це суцільнозварний міст, зведений з використанням автоматичного зварювання. Загальна довжина моста — 429 м, основний прогін — 180 м, а ширина пішохідної частини — 7 м. Він складається з трьох цен- тральних прогонів висячого типу і берегових ділянок балкової конструкції. Центральні про- гони за схемою 60+180+60 м піднято над рів- нем річки на 26 м, що забезпечує прохід суден навіть за найвищих рівнів води. Третій приклад — це автодорожній про- їзд через греблю ДніпроГЕС, реконструйо- ваний у 1978 р. за проектом Укрінсталькону ім. В.М. Шимановського. Проїжджу частину було розширено, і тепер дві смуги нависають над водою. Тут було реалізовано ідею коробчас- тої балки, що спирається на маятникові опори (рис. 3). Ортотропна плита проїжджої частини забезпечена системою перехресних ребер, не з’єднаних у місцях перетину. Така конструк- ція ортотропної плити потребувала вирішення проблем міцності та витривалості. Зараз про- їжджа частина складається з чотирьох смуг, по дві в кожному напрямі руху. До унікальних конструкцій належать також висотні споруди. Їх зведення завжди вважало- ся престижним. Класикою в цьому аспекті є Ейфелева вежа в Парижі, побудована в 1889 р. до всесвітньої виставки. У повоєнні роки у зв’язку з розвитком телебачення почалося ма- Рис. 1. Поперечний розріз мосту ім. Є.О. Патона після реконструкції 88 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ сове будівництво телевізійних веж. Причому метал і залізобетон конкурували на рівних у цьому процесі. Укрінсталькон ім. В.М. Шима- новського був лідером у проектуванні мета- левих телевізійних веж у колишньому Радян- ському Союзі. За його проектами було побу- довано телевізійні вежі в Ленінграді, Тбілісі, Єревані, Харкові та інших містах. У 1967 р. Рада Міністрів УРСР ухвалила рішення про будівництво в Києві суцільно- зварної телевізійної вежі висотою 380 м. Про- ектування металоконструкцій було доручено колективу нашого Інституту, і вже традиційно створення такого важливого об’єкта виконува- лося в тісній співпраці з Інститутом електро- зварювання ім. Є.О. Патона. У результаті було запроектовано ґратчасту вежу з високоміцної сталі, з використанням трубчастих елементів, з’єднаних в стик за допомогою зварювання. Причому змонтовано її було методом підро- щування (рис. 4). Висота київської телевежі становить 385 м, а маса металу, витраченого на її конструкцію, — 2738 т. Для порівняння, на Ейфелеву вежу висотою 316 м знадобилося 7300 т металу. Мало хто знає, що протягом 36 років Київ- ська вежа була найвищою сталевою телевежею у світі, і лише в 2010 р. цей рекорд перейшов до вежі заввишки 610 м, побудованої в Китаї у м. Гуаньчжоу. У 2012 р. в Токіо спорудже- но телевізійну вежу Sky Tree висотою 634 м. Зараз вона є найвищою металевою вежею у світі. Зазначимо, що витрати металу на вежі в Гуаньчжоу і Токіо настільки великі, що точні цифри тримають у таємниці. Отже, незважа- ючи на втрату першості, Київська телевізійна Рис. 2. Парковий міст через р. Дніпро в Києві Рис. 3. Загальний вигляд автодорожнього проїзду че- рез греблю ДніпроГЕС Рис. 4. Телевізійна вежа у Києві ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 89 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ вежа залишається видатною інженерною спо- рудою ХХ ст. Раніше серед висотних споруд рекордсменами були залізобетонні вежі в Торонто (553,5 м), Мо- скві (Останкіно, 540 м) та Шанхаї (468 м). Однак сьогодні найвищою спорудою світу є хмарочос «Бурдж Халіфа» у Дубаї висотою 828 м. В останні роки колектив Укрінсталькону ім. В.М. Шимановського брав участь у про- ектуванні великопрогінних будівель промис- лового, цивільного та спеціального призна- чення. В установі накопичено значний досвід проектування спортивних споруд будь-якого ступеня складності. Це такі об’єкти, як стадіо- ни «Донбас Арена» у Донецьку, ФК «Динамо» ім. В.В. Лобановського у Києві, ФК «Дніпро» у Дніпропетровську, ОСК «Металіст» у Харкові, СК «Металург» в Артемівську, СК «Ювілей- ний» у Сумах, спортивно-оздоровчий комплекс «Центр фристайлу» в Мінську, фізкультурно- спортивний комплекс «Олімп» у м. Южному Одеської області та багато інших. У зв’язку з проведенням чемпіонату Європи з футболу 2012 р. в Україні було реконструйо- вано й побудовано сучасні стадіони. Першим великим стадіоном з критими трибунами, роз- рахованим на 52 667 глядачів, став футбольний стадіон «Донбас Арена», зведений у 2009 р. в Донецьку (рис. 5). Генеральним підрядником будівництва стадіону було обрано турецьку компанію Enka. Для проведення експертизи прийнятих проектних рішень щодо металевих конструкцій покриття над трибунами (в тому числі для оцінки механічних властивостей сталей імпортного виробництва і технологій їх зварювання), а також залізобетонних кон- струкцій трибун надземної частини було залу- чено Укрінсталькон ім. В.М. Шимановського, який виконував ці роботи спільно з Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона. Незва- жаючи на істотні розбіжності з українськими нормами проектування, необхідність адаптації та доопрацювання проекту з урахуванням ви- мог замовника, будівництво було завершено у заплановані терміни. Стадіон НСК «Олімпійський» у Києві роз- рахований на 69 тис. глядачів, його площа становить близько 60 тис. м2. Генеральний підряд на проведення реконструкції стадіо- ну отримала ХК «Київміськбуд», а підряд на спорудження металевих конструкцій покрит- тя над трибунами — завод «Майстер-Профі Україна». Виготовлення канатів та їх анкерних пристроїв для висячої конструкції покриття над трибунами стадіону здійснено компанією Bridon International Ltd (Велика Британія), а мембранно-тканинної системи — компанією Hightex GmbH (Німеччина). Проектування ре- конструкції стадіону НСК «Олімпійський» ви- конувала німецька компанія GMP von Gerkan, Marg und Partner з урахуванням стандартів УЄФА, що висуваються до подібних споруд. Укрінсталькон ім. В.М. Шимановського було залучено до проведення експертизи прийня- тих проектних рішень металевих конструкцій, розроблення проекту виконання робіт з їх мон- тажу, а також до виконання проекту і подаль- шого виготовлення стендів укрупнювального Рис. 5. Загальний вигляд стадіону «Донбас Арена» у Донецьку Рис. 6. Фрагмент покриття над трибунами стадіону НСК «Олімпійський» у Києві 90 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ збирання колон і необхідного спеціального монтажного оснащення. Найскладнішим і найвідповідальнішим еле- ментом стадіону НСК «Олімпійський» є по- криття над його трибунами з вильотом від 65 до 69 м і площею 48,5 тис. м2. Покриття має в плані вигляд овального кільця і є велико- прогінною висячою двошаровою радіально- кільцевою системою (рис. 6). Загальне число канатів становить близько 3 тис., їх маса до- рівнює 765 т, сумарна довжина досягає 40 км, а діаметр канатів коливається від 13 до 115 мм. Ще одним визначним об’єктом є стадіон ОСК «Металіст» у Харкові, повністю запроек- тований Укрінстальконом ім. В.М. Шиманов- ського. Стадіон розрахований на 38,6 тис. гля- дачів, його площа становить близько 20 тис. м2. Найскладнішою спорудою тут також було по- криття над трибунами з вильотом на 36 м і пло- щею 24,86 тис. м2. Маса металевих конструкцій становила 3,5 тис. т. Каркас покриття вирішено у вигляді замкнутого опорно-підкроквяного контуру, що складається з V-подібних опорних стояків висотою 22,5 м, які спираються на за- лізобетонні фундаменти, і підкроквяних ферм висотою 6 м. На них, у свою чергу, спираються кроквяні ферми висотою 3 м (рис. 7). Вітрові навантаження на конструкції покриття визна- чалися обдуванням в аеродинамічній трубі двох варіантів масштабної моделі споруди. Експери- ментально було встановлено, що вітрові наван- таження менші для варіанта без захисного екра- на. Цей варіант і було реалізовано. Стадіон «Арена Львів» у Львові було зведе- но заново. Він розрахований на 33 тис. глядачів. Укрінсталькон ім. В.М. Шимановського брав участь у проектуванні, адаптації до українських будівельних норм та науково-технічному су- проводі його будівництва. Інститут істотно від- коригував розроблену ТОВ «Гіпромез» схему конструкцій покриття з переходом на трубчас- ті ферми зі спареними поясами, що дало змогу знизити витрати металу з 6,5 до 4 тис. т. Стадіон футбольного клубу «Динамо» ім. В.В. Лобановського розташований у центрі Києва, в міській парковій зоні поблизу Дніпра. Площа стадіону становить близько 32 тис. м2, а загальна площа забудови — 77 тис. м2 (рис. 8). Генеральне проектування реконструкції стадіону виконав Укрінсталькон ім. В.М. Ши- мановського. Консольний навіс-козирок над трибунами виконано у вигляді підвісної систе- ми — одноконсольної над північно-західними і двоконсольної над південно-східними три- бунами. Цей навіс запроектовано із застосу- ванням криволінійних балок з перфорованою стінкою. По всіх криволінійних балках каркас- ної системи консольного навісу-козирка над трибунами укладено прогони і світлопрозоре покриття з полікарбонатних листів, що надає конструкції практично «невагомого» вигляду і дозволяє вдало поєднати вражаючі архітек- турні характеристики з необхідними експлу- атаційними властивостями. Цей проект зараз перебуває на стадії реалізації. Рис. 8. Загальний вигляд стадіону «Динамо» ім. В.В. Лобановського у Києві Рис. 7. Загальний вигляд стадіону ОСК «Металіст» у Харкові ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 91 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Стадіон «Дніпро» у Дніпропетровську для однойменного футбольного клубу розташо- ваний на місці старого стадіону «Металург». Генеральний підряд на його будівництво отри- мала німецька будівельна компанія Hochtief Aktiengesellschaft, а більшість проектних і буді- вельних робіт виконали українські організації. Генеральним проектувальником стадіону було архітектурне бюро «Ю. Серьогін», а проекту- вання металевих конструкцій навісу-ко зир- ка над трибунами виконував Укрінсталькон ім. В.М. Шимановського. Трибуни стадіону розраховані на 31 тис. глядачів. Стадіон має консольний навіс-козирок над трибунами, виліт якого досягає 30 м, а площа — 22 тис. м2 (рис. 9). Покриття такого масштабу належать до розряду унікальних просторо- вих систем і виконуються, як правило, з лег- ких металевих конструкцій. У цьому випадку для навісу-козирка використали консольно- фермову конструктивну схему, яка вдало по- єднує архітектурно-естетичні та експлуатацій- ні властивості. Серед промислових споруд варто відзначи- ти комплекс з перевантаження сірки у м. Усть- Луга. Інститутом було запроектовано метало- конструкції комплексу. Прогін споруди — 69 м, висота — 43 м, довжина — 247 м, маса метало- конструкцій — 2052 т. Конструкції було ви- готовлено на Броварському заводі металокон- струкцій, який входить до структури Інституту. Далі детальніше розглянемо деякі нестан- дартні завдання, що виникають у процесі на- укового супроводу проектування та будівни- цтва великопрогінних будівель і споруд. Відомо, що навантаження і впливи на вели- копрогінні об’єкти часто відрізняються від на- вантажень, що регламентуються будівельними нормами. Наприклад, нагромадження снігу мають своєрідний характер і сильно залежать від форми споруди. Оскільки сніг здувається вітром і відкладається лише на частині по- криття об’єкта, незважаючи на загальну тен- денцію зниження сумарного навантаження, посилюється ефект нерівномірного його роз- поділу. Крім того, в разі наявності великого похилу покриття споруди сніг під час відлиги може лавиноподібно зісковзнути вниз, пошко- джуючи на своєму шляху виступи будівлі. Па- діння снігу з даху може становити небезпеку для розміщених внизу споруд, техніки і людей. Ось тому і постає потреба у розв’язанні задачі про сходження снігової лавини з покриття. Для моделювання цього процесу використо- вували модель ідеалізованого сипкого середо- вища, складали диференціальні рівняння руху й виводили всі необхідні формули. При цьому вважали, що в процесі руху масиву снігу його окремі елементи набувають різної швидкості, тому кутові розміри збільшуються, а погонна маса, відповідно, зменшується. У разі досяг- нення будь-яким елементом снігового покри- ву певного граничного значення швидкості відцентрова сила, що діє на нього, стає рівною нормальній складовій сили тяжіння, внаслідок чого елемент виходить з контакту з поверхнею покрівлі і далі здійснює вільне падіння по ба- лістичній траєкторії. При падінні на наземну перешкоду сніг чинить на неї ударну дію, яка для безперервного снігового потоку проявля- ється як змінний у часі тиск. За вказаною методикою на основі методів комп’ютерного моделювання отримано резуль- тати розрахунків кінематичних і динамічних характеристик процесу сходження снігової ла- вини з покриття та її впливу на покрівлю і при- леглі об’єкти. За результатами чисельних роз- рахунків побудовано графіки, що характеризу- ють значення швидкостей елементів снігового масиву, нормального і дотичного компонентів тиску снігу в процесі його ковзання по покрівлі, дальності горизонтального руху снігу і шматків льоду після падіння; розміри замету снігу і ве- личину його тиску на вертикальну стіну. Рис. 9. Загальний вигляд стадіону «Дніпро» у Дніпро- петровську 92 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Інша задача, пов’язана з обтіканням повітря- ним потоком циліндра (труби) поблизу плос- кого шорсткого екрана (стіни будівлі), досить часто виникає при проектуванні висотних спо- руд. Як правило, труба зазнає деформаційного впливу стіни, разом з якою вона переміщується, впливу вітру, смерчу, сейсмічних навантажень, температури. Обтікання потоком вітру труби, що стоїть окремо, добре відоме. У цьому випадку спостерігається періодичне виникнення вихорів, які можуть розхитати трубу. У разі ж розміщен- ня труби поруч зі стіною характер її обтікання ві- тровим потоком заздалегідь не відомий. Цю задачу було розв’язано методом матема- тичного моделювання з використанням муль- тифізичного програмного комплексу. Задача виявилася дуже об’ємною, оскільки кількість скінченних елементів обчислювалася десятка- ми тисяч. Це пов’язано з тим, що взаємодія на- бігаючого повітряного потоку з тілом, по суті, відбувається через примежовий шар, який утворюється поблизу поверхні тіла і має склад- ну структуру. Тому для правильного опису всіх явищ на розрахунковій сітці за товщиною шару має бути передбачена достатня кількість вузлів. З віддаленням від тіла, що обдувається, розміри сітки поступово збільшуються, дося- гаючи на кінцях розрахункової області розмі- рів, зіставних з розмірами самого тіла. Для налагодження обчислювального про- цесу спочатку розв’язували відому задачу для відокремленого циліндра. Розрахунки вико- нували за допомогою розв’язання системи не- стаціонарних рівнянь Нав’є—Стокса. Потім тим самим методом і за тієї самої щільності скінченно-елементної сітки було розв’язано за- дачу про циліндр біля шорсткого екрана. При- чому динаміка цього процесу відрізняється від уже розглянутого лише кількісно. Аналіз результатів комп’ютерного моделю- вання вітрових впливів на відсік труби дав змогу сформулювати такі висновки: • впливи на трубу мають чітко виражений турбулентний нестаціонарний характер; • коефіцієнт лобового опору труби, розмі- щеної поблизу стіни, має більші значення по- рівняно з трубою, що стоїть окремо; • значення коефіцієнта лобового опору пе- ребувають у межах від 0,50 до 0,75; • за однакових режимів обтікання ампліту- да коливань коефіцієнта бічної сили для труби, розміщеної поблизу стіни, має більші значення порівняно з трубою, що стоїть окремо; • значення коефіцієнта бічної сили перебу- вають у межах від –0,90 до 0,30. Середнє зна- чення коефіцієнта бічної сили змінюється від –0,20 до –0,27 залежно від заданого швидкіс- ного режиму. Причому знак «мінус» у значен- нях коефіцієнта бічної сили означає, що сила, з якою вітровий потік діє на трубу впоперек течії, спрямована від стіни. Ще одна задача пов’язана з тим, що зі збіль- шенням прогонів просторових споруд та по- дальшим зростанням навантажень виникає не- обхідність у нових конструктивних рішеннях вузлових з’єднань, зокрема болтових з’єднань просторових трубчастих ферм, у яких розміри перерізу елементів можуть досягати 800 мм, а товщини — 30 мм. Поведінку таких вузлів під навантаженням вивчено мало, тому було ви- рішено провести скінченно-елементний розра- хунок деталей типового вузла ферми з ураху- ванням пружно-пластичних деформацій. Скінченно-елементна схема конструкції вуз- ла містить 15 795 скінченних елементів, 11 109 вузлів і 59 934 шукані вузлові переміщення. У розрахунках враховували, що ребра сполучені з накладками болтовими з’єднаннями, і крім ви- значення загального напружено-деформівного стану системи встановлювали сили, що пере- даються на кожний із болтів. Результати розра- хунку свідчать про те, що процес деформування поділяється на дві стадії. На першій він відпо- відає силі N < 6099,4 кН, і робота з’єднання від- бувається в пружній стадії без істотних дефор- мацій. Далі настає пластична стадія роботи (на- пруження Мізеса мають значення 355 МПа), і деформації зростають. При цьому значення по- здовжньої сили вже становить N = 13723,5 кН, а втрата стійкості відбувається з добре помітни- ми випинаннями стінки труби. Дослідження розподілу зусилля між болтами показало, що практично все зусилля сприймаєть- ся крайніми рядами болтів, а середні ряди болтів ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 93 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ майже не беруть участі в роботі. Тому, констру- юючи такі з’єднання, слід уникати багаторядних болтових з’єднань як недостатньо ефективних. На завершення зауважимо, що розвиток об- числювальної техніки і наявність програмних комплексів, здатних розв’язувати задачі вели- кого обсягу, по суті, привели до того, що про- блему визначення напружено-деформованого стану будівельних конструкцій можна вважати практично вирішеною. Втім, зважаючи на зна- чну вартість великопрогінних будівель і спо- руд, а також на недостатню вивченість певних видів навантажень на них, є ще багато аспектів, які потребують додаткових досліджень. Так, вітрові навантаження на великі поверх- ні будівлі, як правило, нижчі від нормованих, проте в місцях зламів поверхні будівлі спо- стерігається концентрація швидкостей атмо- сфери і концентрація вітрового навантаження. Такого роду особливості вітрових навантажень і дотепер вивчені недостатньо. Будинки і споруди, пошкодження яких ста- новить техногенну чи екологічну небезпеку, крім традиційних навантажень, варто розра- ховувати ще й на маловивчені впливи торнадо, які не лише спричиняють розрідження пові- тря, а й переносять важкі предмети. Удари цих предметів можуть завдати шкоди огороджу- вальній конструкції. Такі впливи потребують подальших статистичних досліджень. Є також специфічні особливості розрахунку великопрогінних споруд на сейсмічні наван- таження, пов’язані з необхідністю врахування неодночасності впливу сейсмічної хвилі на опори споруди, які розміщені, як правило, да- леко одна від одної. Небезпеку становлять і температурні впли- ви на відкриті споруди. Тому проблема визна- чення нагріву окремих частин споруди під дією прямої сонячної радіації є актуальною. Недостатньо дослідженими залишаються також задачі формоутворення конструкцій. До того ж їх слід розглядати в поєднанні з пробле- мами механіки та завданнями естетики. Добре відомо, що правильно спроектована конструк- ція буде водночас гармонійною і красивою. А.В. Шимановский ООО «Украинский институт стальных конструкций им. В.Н. Шимановского» (Киев) СОЗДАНИЕ УНИКАЛЬНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МЕХАНИКИ По материалам научного доклада на заседании Президиума НАН Украины 18 ноября 2015 г. Доклад посвящен актуальным научно-техническим вопросам проектирования и строительства большепролетных конструкций, над решением которых специалисты ООО «Украинский институт стальных конструкций им. В.Н. Шимановского» работают в тесном сотрудничестве с учреждениями НАН Украины. Ключевые слова: большепролетные конструкции, нагрузки, методы компьютерного моделирования. A.V. Shimanovsky LLC «V. Shimanovsky Ukrainian Institute of Steel Construction» (Kyiv) CREATION OF UNIQUE LONG-SPAN CONSTRUCTIONS WITH THE USE OF MODERN METHODS OF MECHANICS According to materials of scientific lecture at the meeting of Presidium of NAS of Ukraine November 18, 2015 A lecture is devoted to the pressing scientific and technical questions of planning and building of long-span construc- tions, on the decision of which specialists of LLC «V. Shimanovsky Ukrainian Institute of Steel Construction» work in a close collaboration with establishments of NAS of Ukraine. Keywords: long-span constructions, loading, methods of computer design.

Institution

Ähnliche Einträge