Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М icon

Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М




Скачати 152.15 Kb.
НазваДослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М
Дата02.07.2012
Розмір152.15 Kb.
ТипДокументи

ДОСЛІДЖЕННЯ СЕЙСМОСТІЙКОСТІ РАМИ ПРОМИСЛОВОЇ

СПОРУДИ З ВРАХУВАННЯМ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ

ПОШКОДЖЕНЬ ТА ПРИ ЇЇ ВІДНОВЛЕННІ


Романенко К.М.

Криворізький національний університет

50027, Україна, м. Кривий Ріг, вул. 22 Партз’їзду, 11

E-mail: renkr83@mail.ru


Землетрус – одна з найбільш страшних природних катастроф, що призводить до великих людських жертв, значних матеріальних збитків та викликає спустошливі руйнування. Сейсмічні райони в яких можуть відбутися підземні поштовхи 6 – 9 балів, займають близько 20% території України. Перш за все це Карпати та Південний берег Криму, більшість Закарпаття, Прикарпаття, Буковини, майже вся Одеська область, частина Кіровоградської, Вінницької, Львівської, Тернопільської областей, а також частина Донбасу [1].

Сейсмічна небезпека території України також пов’язана з техногенним впливом виробничих процесів в різних регіонах країни, обумовлених розробкою родовищ корисних копалин. Поява тисяч свердловин, шахт, кар'єрів сприяла значному зниженню сейсмостійкості ґрунтів і гірських порід майже на 70% території України, особливо на Криворіжжі, в Донбасі та на Прикарпатті, а на ослаблених ґрунтах навіть при 6 балах можуть відбутися великі руйнування (відомо, що техногенні фактори можуть підсилити землетрус на 1-1,5 бала за шкалою Ріхтера). Тому перед будівною галуззю надзвичайно актуальним постає питання сейсмозахисту будівель та споруд.

Щодо Криворізького залізорудного басейну, то тут актуальні техногенні впливи, обумовлені розробкою родовищ корисних копалин - адже місто Кривий Ріг є промисловим центром Дніпропетровської області і його основними об’єктами є гірничо-збагачувальні комбінати На цих підприємствах багато будівель та споруд, що мають довжину, яка перевищує 30м. В основному цими спорудами є цехи та склади.

Оскільки основні гірничо-збагачувальні комбінати Криворізького залізорудного басейну були спроектовані та побудовані в період з 1938 по 1970 рік, то вони були розраховані за старими будівельними нормами та вже не відповідають вимогам ДБН 2006 року [1]. В цих нормах, у порівнянні з попередніми, відбулися деякі зміни: по-перше - значно змінилася розрахункова сейсмічність районів (була підвищена на 1-2 бали), а по-друге – підвищилися вимоги до розрахунків як при визначенні сейсмічних навантажень так і при оцінюванні несучої здатності конструкцій.

Отже, необхідно провести моделювання та розрахунок на сейсмостійкість протяжної в плані споруди, враховуючи підвищення сейсмічності району та її значний фізичний знос.

Об’єктом досліджень є склад концентрату №1, який відноситься до споруд збагачувальної фабрики ІнГЗК.

Технічна документація складу концентрату №1 ІнГЗК була розроблена в 1963 році ГПІ «Приднепровский Промстройпроект» та ГПІ «Днепрпроектстальконструкция». Будівництво складу було здійснено в 1969 році генпідрядною організацією – трестом «Криворожаглострой» при залученні спеціалізованих управлінь тресту «Криворожстальконструкция» та ін.

Вихідними параметрами для проектування складу є данні, отримані за результатами обстеження [2].

Розрахунки поперечної рами (рис.1) здійснюють за допомогою ПК «ЛИРА 9.6» відповідно рекомендацій [3] та вимогам [1].



Рис. 1 – Поперечний переріз споруди складу концентрату №1

1 – ферма; 2 – колона каркасу; 3 – підкранова балка; 4 – бункерна естакада;

5 – бункер; 6 – концентрат

У ПК «ЛИРА 9.6» задають типи жорсткостей, відповідні конструктивним елементам рами:

  • стержні ферм складаються з симетрично розташованих парних кутиків (рис.2).

  • двогілкові колони, в свою чергу, складаються з перерізів різного типу: перерізу надкранової частини (600*700 мм), перерізу гілок (600*400 мм) та перерізу розпірок (150*150 мм).



Рис. 2 – Схема рядової ферми з зазначенням кутиків

(розміри кутиків зазначені в мм)

Отже, спочатку моделюють плоску схему складу в ПК «ЛИРА».

Оскільки колони складу жорстко затиснені в окремо розташовані стовбчасті фундаменти стаканого типу, то при моделюванні задають в нижніх вузлах колон в’язі Х, Y, Z, UХ, UY та UZ.

Схема рами складу наведена на рис. 3.




Моделюють пошкодження рами складу, які були виявлені під час обстеження та зазначені в [2].

Ці пошкодження визначені двома чинниками:

  • внаслідок періодичного змочування при гідроприбиранні прилеглих перевантажувальних вузлів, спостерігається інтенсивний розвиток корозії на нижніх поясах ферм. Корозійне зношення знаходиться в межах 20%. Частина обстежених ферм має дефекти і пошкодження, які отримані під час монтажу, транспортуванні, а також при експлуатації конструкцій. Найбільш характерними для них є прогини елементів та полиць кутиків, накопичення пилу від концентрату на горизонтальних поверхнях. Змінюють жорсткість нижнього поясу ферми шляхом зменшення площі поперечного перерізу на 20 відсотків. Оскільки ПК «ЛИРА 9.6» має базу сортаменту прокатної сталі, то замінюють кутики 125*125*12мм на 120*120*10мм та кутики 160*160*16мм на 160*160*12мм з аналогічної сталі.

  • колони каркаса мають суттєві дефекти та пошкодження гілок та косців, особливо у нижній частині, у вигляді відколювань бетону з оголенням та корозією арматури, значних тріщин, відшарувань бетону, що веде до зниження несучої здатності елементів. Крім того, до 30% знижується міцність нормальних перетинів в результаті порушення зчеплення арматури з бетоном. Знижується жорсткість елементів. Особливо небезпечне розташування такого дефекту на опорній ділянці. Отже, змінюють жорсткість підкранової частини колон, шляхом зменшення модуля пружності на 30%.

Далі виконують збір навантажень на конструктивні елементи складу відповідно [5].

Несучими елементами складу є його колони. На колони діють постійні навантаження, які складаються з ваги елементів покриття й стінових панелей, підкранових балок, кранового шляху та власної ваги надкранової й підкранової частин колони. На колони також діють тимчасові навантаження, які складаються з снігових, кранових й вітрових навантажень, які в ПК «ЛИРА 9.6» задають прикладеними до відповідних поверхонь або ж вузлів.

Далі досліджують поведінку пошкодженої рами при розрахунковому сейсмічному навантаженні 7, 8 та 9 балів. Це пов’язано з тим, що останнім часом в Криворізькому залізорудному басейні значно знизилася сейсмостійкість ґрунтів, чому сприяли постійні вибухові роботи в кар'єрах та підземні підробки. А такі техногенні чинники можуть підсилювати землетрус на 1-1,5 бали, тобто довести його силу до 6-8 балів.

Оскільки споруда не відноситься до особо відповідальних, розрахунок горизонтального сейсмічного навантаження Ski, прикладеного до точки k виконується за спектральним методом (формула (2.1), [1]).

В результаті розрахунків, отримують переміщення в вузлах рами, внутрішні зусилля та інерційні сили, що виникають при сейсмічних навантаженнях.

Розраховують максимально допустиме горизонтальне переміщення правого верхнього вузла залізобетонної колони рами складу (вузол № 29 на рис.3).

З таблиці 2.8 [1] отримують допустиме значення для залізобетонних конструкцій

, (1)

де  – відношення горизонтальних переміщень верхнього вузла конструкції відносно нижнього вузла до її висоти.

Отже, максимально допустиме горизонтальне переміщення вузла буде дорівнюватися добутку  на його висоту:



За результатами розрахунку, до таблиці 1 заносимо відомості про переміщення верхнього вузла колони складу концентрату від дії сейсмічних навантажень (вузол №29 на розрахунковій схемі, рис.3).

Таблиця 1

Переміщення вузла № 29 (рис. 3) від сейсмічних навантажень

Сейсмічне навантаження, бали

Переміщення

X, мм

Y, мм

Z, мм

UX*, рад*103

UY*, рад*103

UZ*, рад*103

7 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-89,91

0

-3,11

0

-0,54

0

8 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-179,82

0

-6,21

0

-1,09

0

9 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-395,55

0

-13,66

0

-2,48

0

9 (вертикальний напрямок вздовж вісі Z)

-0,06

0

-0,002

0

-0,00032

0

*Примітка UX, UY та UZ – обертання навколо вісі Х, У та Z відповідно


Як видно з результатів розрахунку вертикальні й горизонтальні переміщення при вертикальних сейсмічних навантаженнях досить незначні. При сейсмічності 7 балів з горизонтальним напрямком вздовж вісі Х переміщення значні, але ще не перевищують допустимих значень (124 мм), при 8 – перевищують, а при 9 – значно перевищують.

Отже, переміщення вузла колони складу перевищують допустимі значення при розрахунковій сейсмічності будівельного майданчика вище 7 балів. Необхідно провести подальші дослідження при відновленні рами до проектних значень.

Далі моделюють раму без урахування експлуатаційних пошкоджень та проектне розрахункове значення ваги конструкцій приймається таким, що враховує коефіцієнт надійності за навантаженням  [5]. І так само, як в попередньому випадку, досліджують поведінку рами при сейсмічному навантаженні 7, 8 та 9 балів. Результати розрахунків заносимо до таблиці 2.

Таблиця 2

Переміщення вузла № 29 (див. рис. 3) від сейсмічних навантажень без урахування пошкоджень (при відновленні до проектних значень)

Сейсмічне навантаження, бали

Переміщення

X, мм

Y, мм

Z, мм

UX, рад*103

UY, рад*103

UZ, рад*103

7 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-69,43

0

-2,52

0

-0,61

0

8 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-138,86

0

-5,03

0

-1,21

0

9 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

-305,45

0

-11,07

0

-2,77

0

9 (вертикальний напрямок вздовж вісі Z)

-0,033

0

-0,0012

0

-0,00026

0

Як видно з результатів розрахунку, переміщення вузла колони складу після її відновлення до проектних значень зменшилися, але все ще перевищують допустимі значення при розрахунковій сейсмічності будівельного майданчика вище 7 балів, якщо сейсмічна дія має напрямок вздовж вісі Х.

Перевіряють значення напружень в перерізах залізобетонних колон та порівнюють їх з допустимими значеннями. Міцність на стиск бетону В25 дорівнює 18,5 МПа, міцність на розтяг – 1/10ч1/17 міцності на стиск, тобто – 1,088 МПа, межа міцності при згині дорівнює 1/6ч1/10 міцності на стиск, тобто – 1,85 МПа (приймаємо найнижчі показники).

Максимально допустиме зусилля в елементі колони перерізом 0,4 на 0,6 м (елементи №56-60 та 98-111, 128 та 129 (рис.5)), розраховують за формулою (3).

, (2)

де  – зовнішнє навантаження, протидією якому є внутрішнє зусилля N, кН;

 – площа поперечного перерізу елемента колони, м2.

Слід зауважити, що напруження в елементі колони не повинне перевищувати допустиме значення .

Тоді з формули (2) отримаємо:

 , (3)

Отже:



Оскільки ліва й права колони рами складу симетричні, а найбільші навантаження прикладені до лівої частини, то вважається доцільним розгледіти лише зусилля, виникаючі в елементах саме лівої колони складу.

За результатами розрахунків отримаємо значення для елементів колони 56, 57 та 58 (див. рис.5), які значно перевищують допустимі в декілька разів (навіть при 7 балах розтягуючі зусилля в 56 елементі перевищують 500кН).

По-перше це вказує на необхідність моделювання просторової схеми складу (в якій діючі навантаження сприйматимуться прилеглими елементами). По-друге це вказує на те, що руйнування колони перш за все відбудеться в її нижній частині.

Далі перевіряють напруження від інерційних сил у порівнянні з допустимими значеннями. Слід зауважити, що найбільші інерційні сили від сейсмічних навантажень виникатимуть у вузлах, до яких прикладене навантаження від крану та підкранової балки. Це вузол № 56 (див. рис.4) та симетрично розташований на правій колоні складу вузол №55. Досліджують напруження від інерційних сил в поперечному перерізі колон, що розташовані біля цих вузлів.




 , (4)

де  – момент опору перерізу при згині, м3;

 – згинальний момент, кН·м;

, (5)

де  – момент інерції перерізу, м4;

 – відстань між центром перерізу та максимально віддаленою від центра точкою по вісі х, м (рис. 5).

Зважаючи на те, що переріз працює без тріщин, вважаємо можливим розрахунок за пружною стадією. При цьому впливом арматури можна знехтувати.

, (6)

,

 м4



Тоді:

 м3

, (7)

де  м – висота до вузла колони.

Підставивши отримані дані в формулу 4, отримаємо:



Звідки визначимо максимально допустиме значення інерційної сили:

;

 кН

Отримані результати розрахунку в ПК «ЛИРА», які наближуються або перевищують це значення наведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Інерційні сили від сейсмічних навантажень

№ вузла

Сейсмічне навантаження, бали

Інерційні сили

X, кН

Y, кН

Z, кН

UX, кН*м

UY, кН*м

UZ, кН*м

55

56

7 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

45,99

49,63

0

-0,004

0,004

0

0,001

0,001

0

55

56

8 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

91,99

99,26

0

-0,007

0,008

0

0,003

0,003

0

55

56

9 (горизонтальний напрямок вздовж вісі Х)

202,38

218,38

0

-0,014

0,017

0

0,005

0,005

0

55

56

9 (вертикальний напрямок вздовж вісі Z)

106,21

-119,80

0

0,77

0,82

0

-0,0005

0,0008

0

Отже, як видно з результатів розрахунку, міцність на згин не забезпечена.

В результаті проведеного математичного експерименту, можна зробити наступні висновки:

  • переміщення верхнього вузла залізобетонної колони при пошкодженому стані перевищують допустимі значення, якщо розрахункова сейсмічність будівельного майданчика перевищує 7 балів;

  • при відновленні колон до проектних параметрів, переміщення верхнього вузла перевищують допустимі значення, при розрахунковій сейсмічності будівельного майданчика близько 8 балів та якщо сейсмічна дія спрямована вздовж вісі Х;

  • при розрахунках відновленої до проектних параметрів рами міцність на стиск забезпечено;

  • міцність на розтяг, навіть після відновлення, вже при сейсмічності в 7 балів – не забезпечується;

  • міцність на згин не забезпечується вже при сейсмічності в 7 балів, навіть після відновлювальних робіт.

Це пов’язано з тим, що проектування складу проводилося 49 років тому. В той час проектування, як правило, велося за старими будівельними нормами, які не відповідають вимогам ДБН 2006 року [1]. В цих нормах, у порівнянні з попередніми, відбулися деякі зміни: по-перше – значно змінилася розрахункова сейсмічність районів (була підвищена на 1-2 бали), а по-друге – підвищилися вимоги до розрахунків як при визначенні сейсмічних навантажень так і при оцінюванні несучої здатності конструкцій.

Виходячи з усього зазначеного вище, відновлення складу концентрату №1 ВАТ «ІнГЗК» до проектних значень недостатнє.

Отже, для районів з сейсмічністю 7, 8 та 9 балів необхідне превентивне підсилення подібних споруд понад проектні значення.

Також, для споруд, довжина яких перевищує 30 м (а розміри складу концентрату в плані 36х192 м), необхідне моделювання просторової схеми. Це питання буде реалізовано в подальших дослідженнях.


1. ДБН В.1.1-12:2006. Будівництво в сейсмічних районах України. – К., 2006. – 84 с.

2. Отчет о научно исследовательской работе «Общее и динамическое обследование строительных конструкций. Оценка технического состояния конструктивных элементов зданий. Разработка рабочей документации на ремонтно-восстановительные работы. Составление паспортов технического состояния зданий: склада концентрата №1; корпуса 3-4 стадии дробления; пульпонасосной станции №1». Склад концентрата №1, 2005. – 299с.

3. ЛИРА 9.2. Примеры расчета и проектирования. Учебное пособие. М.С.Барабаш, Ю.В.Гензерский, Д.В.Марченко, В.П.Титок. – К.: издательство «Факт», 2005. – 106 с.: ил., 4. Комп'ютерні технології проектування залізобетонних конструкцій: Навч. пociб. / Ю.В.Верюжський, В.I.Колчунов, М.С.Барабаш, Ю.В.Гензерський. – К.: Книжкове вид-во НАУ, 2006. – 808 с.

5. Норми проектування. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об'єктів. Навантаження і впливи: ДБН В.1.2–2:2006. [Чинний від 2007.01.01]. м К.: 2006. – 60 с.

Схожі:

Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М icon11) 10452 (19) ua (51) мпк
Стенд для дослідження пошкоджень підшипників кочення та ковзання, який містить станину, виконану у вигляді зварної рами, електродвигун,...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconІ.І. Конспект лекцій з дисципліни "Будівлі І споруди"
Конспект лекцій з дисципліни "Будівлі І споруди" (для студентів 1 курсу денної та 3 курсу заочної форм навчання, та слухачів дв за...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconАвтоколивання опор шасі літака при значному нелінійному терті
Отримані результати оцінки впливу конструктивно-експлуатаційних факторів на динамічне навантаження частин літака доцільно враховувати...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconАвторські свідоцтва
Пристрій захисту трансформаторів напруги від пошкоджень при ферорезонансних процесах у мережах з ізольованою нейтраллю
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconХарківська національна академія міського господарства романенко І.І. Методичні вказівки
Дв освіти, за напрямом підготовки 0921 060101 Будівництво, зі спеціальності "Міське будівництво та господарство" спеціалізації "Технічне...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconМетодичні вказівки до вивчення теми: „Опіки очей (для тих, хто навчається) Склала: доцент Зоріна М. Б. Донецьк 2003
Актуальність теми. Серед різноманітних пошкоджень органа зору значне місце займають опіки, зустрічаючись від 10 до 20,5% усіх пошкоджень...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconМетодичні вказівки для практичних занять І самостійної роботи з дисципліни: "Відчисні інженерні споруди." Тема: "Визначення ширини траншей при прокладці трубопроводу" для студентів спеціальності 092101пцб усіх форм навчання
Для практичних занять І самостійної роботи з дисципліни: “Відчисні інженерні споруди.”
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconПошкодження гомілковоступневого суглоба у потерпілих від дтп сухоставець В. О., студ. 6-го курсу; Ступiн А. Б., лікар
Стійка втрата працездатності в осіб із травмами опорно-рухового апарату при дтп досягає 15-20% унаслідок труднощів у лікуванні І...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconСпеціальності 01. 02. 04 Механіка деформівного твердого тіла І. Формула спеціальності
Аналітичні, числові та експериментальні методи дослідження напружено-деформованого стану твердих тіл з урахуванням впливу часу, швидкості...
Дослідження сейсмостійкості рами промислової споруди з врахуванням експлуатаційних пошкоджень та при її відновленні романенко К. М iconСпеціальності 01. 02. 04 Механіка деформівного твердого тіла І. Формула спеціальності
Аналітичні, числові та експериментальні методи дослідження напружено-деформованого стану твердих тіл з урахуванням впливу часу, швидкості...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи