Экспериментальное и численное сравнение напряженно-деформированного состояния арки и комбинированной арочной конструкции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Экспериментальные исследования натурных строительных конструкций покрытий трудоемки, имеют высокую стоимость, не предполагают размещение в лабораториях из-за больших габаритов. В связи с этим часто испытания строительных конструкций проводятся на масштабных моделях. Работа комбинированных арочных систем малоизучена, расчетным моделям таких систем требуется экспериментальное подтверждение. Представленное экспериментальное исследование направлено на получение данных о действительной работе арки и комбинированной арочной конструкции с лучевыми затяжками для последующего сопоставления экспериментальных данных с расчетными моделями.Материалы и методы. Экспериментальная модель разработана с использованием смешанного подобия в масштабе 1:10. Физико-механические характеристики материалов модели определены по стандартным методикам. Разработаны и описаны способ создания заданного преднапряжения в затяжках арки и методика ее испытания. Расчетные модели реализованы в программном конечно-элементном комплексе ЛИРА-САПР с учетом геометрически нелинейного характера работы конструкции, напряжения в сечениях установлены с помощью процессора «Конструктор сечений».Результаты. По результатам экспериментальных исследований и численных расчетов получены напряжения и перемещения в сечениях арок. Показаны перемещения схемы, графики соответствия экспериментальных данных и результатов расчета. Проанализированы направления для улучшения экспериментальных моделей подобных комбинированных систем с затяжками.Выводы. Арочная комбинированная система с лучевыми затяжками позволяет выровнять значения напряжений в поясе арки в сравнении с аркой без затяжек. Максимальные напряжения в сечениях арки и максимальные прогибы в середине пролета арки снижаются в 3 раза при устройстве затяжек.

Об авторах

В. В. Долгушева

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Email: DolgushevaVV@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8530-9546

А. М. Ибрагимов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Email: igasu_alex@mail.ru

Список литературы

  1. Суворовцев Б.А. Особенности проектирования пролетных строений мостов комбинированных систем с гибкими наклонными подвесками // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 1 (53). С. 219–224. EDN YKRLYD.
  2. Юнусов А.С. Арочные конструкции, востребованные временем, в строительной науке и архитектуре // Инженерный вестник Дона. 2016. № 1 (40). С. 44. EDN WCNSXV.
  3. Arslan A. Bridges as City Landmarks: A Critical Review on Iconic Structures // Journal of Design Studio. 2020. Pp. 85–99. doi: 10.46474/798072
  4. Danciu A.D., Guțiu Ș.I., Moga C., Dragomir M.L., Ciotlăuș M., Marusceac V. A Review of the Network Arch Bridge // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Issue 19. P. 10966. doi: 10.3390/APP131910966
  5. Lai Y., Wu Y., Wang G. Novel long-span cable-stayed deck arch bridge: Concept and structural characteristics // Engineering Structures. 2024. Vol. 308. P. 118026. doi: 10.1016/j.engstruct.2024.118026
  6. Li Y., Lai Y., Lu G., Yan F., Wei P., Xie Y.M. Innovative design of long-span steel–concrete composite bridge using multi-material topology optimization // Engineering Structures. 2022. Vol. 269. P. 114838. doi: 10.1016/j.engstruct.2022.114838
  7. Xie X.L., Huang Y., Qin X. Conceptual design of a new type of single-tower cable-stayed arch bridge and study of its mechanical properties // Advances in Structural Engineering. 2021. Vol. 24. Issue 11. Pp. 2500–2511. doi: 10.1177/13694332211001506
  8. Ибрагимов А.М., Гнедина Л.Ю., Долгушева В.В. Проблемы применения и проектирования арочных комбинированных систем // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. 2021. № 2. С. 25–35. doi: 10.25686/2542-114X.2021.2.25. EDN PKRRXZ.
  9. Burford N.K., Smith F.W., Gengnagel C. The Evolution of Arches as Lightweight Structures: A History of Empiricism and Science // Proceedings of the Third International Congress on Construction History. Cottbus, 2009. P. 267274.
  10. Трянина Н.Ю., Тестоедов П.С. Исследование вопроса живучести стальных сетчатых покрытий // Приволжский научный журнал. 2015. № 1 (33). С. 9–14. EDN TMJZXV.
  11. Трянина Н.Ю., Карзанов М.А. Исследование работы арочных конструкций с системой наклонных тяг // Приволжский научный журнал. 2011. № 2 (18). С. 16–19. EDN NURPZJ.
  12. Dolgusheva V.V., Ibragimov A.M. Operation Analysis of the Main Arch-Cable-Stayed Systems When Operating Under Unevenly Distributed and Asymmetrically Working Loads // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Pp. 44–54. doi: 10.1007/978-3-030-91145-4_5
  13. Долгушева В.В., Ибрагимов А.М., Долгушев Т.В. Рациональное конструктивное решение комбинированной арочной системы с наклонными тягами // Academia. Архитектура и строительство. 2023. № 2. С. 168–174. doi: 10.22337/2077-9038-2023-2-168-174. EDN GCKCKR.
  14. Guo X., Li Q., Zhang D., Gong J. Structural Behavior of an Air-Inflated Fabric Arch Frame // Journal of Structural Engineering. 2016. Vol. 142. Issue 2. doi: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001374
  15. Alegria Mira L., Thrall A.P., De Temmerman N. Deployable scissor arch for transitional shelters // Automation in Construction. 2014. Vol. 43. Pp. 123–131. doi: 10.1016/j.autcon.2014.03.014
  16. Trenz J., Zlatuška K., Necas R. Experimental model of plan curved footbridge supported by arch // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 960. Issue 4. P. 042070. doi: 10.1088/1757-899x/960/4/042070
  17. Han Q.H., Xu Y., Lu Y., Xu J., Zhao Q.H. Failure mechanism of steel arch trusses: Shaking table testing and FEM analysis // Engineering Structures. 2015. Vol. 82. Pp. 186–198. doi: 10.1016/j.engstruct.2014.10.013
  18. Clarke M.J., Hancock G.J. Tests and Nonlinear Analyses of Small-Scale Stressed-Arch Frames // Journal of Structural Engineering. 1995. Vol. 121. Issue 2. Pp. 187–200. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1995)121:2(187)
  19. Misseri G., Rovero L., Stipo G., Barducci S., Alecci V., De Stefano M. Experimental and analytical investigations on sustainable and innovative strengthening systems for masonry arches // Composite Structures. 2019. Vol. 210. Pp. 526–537. doi: 10.1016/j.compstruct.2018.11.054
  20. Lu P., Zhang J., Li D., Zhou Y., Shi Q. Conceptual design and experimental verification study of a special-shaped composite arch bridge // Structures. 2021. Vol. 29. Pp. 1380–1389. doi: 10.1016/j.istruc.2020.12.018
  21. Ferrero C., Calderini C., Roca P. Experimental response of a scaled dry-joint masonry arch subject to inclined support displacements // Engineering Structures. 2022. Vol. 253. P. 113804. doi: 10.1016/j.engstruct.2021.113804
  22. Mentese V.G., Gunes O., Celik O.C., Gunes B., Avsin A., Yaz M. Experimental collapse investigation and nonlinear modeling of a single-span stone masonry arch bridge // Engineering Failure Analysis. 2023. Vol. 152. P. 107520. doi: 10.1016/j.engfailanal.2023.107520
  23. Liu A.R., Huang Y.H., Fu J.Y., Yu Q.C., Rao R. Experimental research on stable ultimate bearing capacity of leaning-type arch rib systems // Journal of Constructional Steel Research. 2015. Vol. 114. Pp. 281–292. doi: 10.1016/j.jcsr.2015.08.011
  24. Mora-Gómez J. Historical iron tie-rods in vaulted structures: parametrical study through a scaled model // WIT Transactions on The Built Environment. 2015. Vol. 1. Pp. 669–680. doi: 10.2495/STR150561
  25. Киселёв Д.Б. Работа комбинированной арочной системы с учетом геометрической нелинейности и последовательности монтажа : дис. … канд. техн. наук. М., 2009. 120 с.
  26. Dolgusheva V., Ibragimov A., Dolgushev T. Robustness of the combined arch system with radial ties // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 389. P. 01053. doi: 10.1051/e3sconf/202338901053
  27. Еремеев П.Г. Справочник по проектированию современных металлических конструкций большепролетных покрытий. М. : Ассоциация строительных вузов, 2011. 256 с. EDN QNPJIX.
  28. Драгунов Ю.Г., Зубченко А.С., Каширский Ю.В. Марочник сталей и сплавов. М., 2014. 1215 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».