ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА КАРКАС РЕКОНСТРУИРОВАННОГО ЗДАНИЯ

Кудерин М.К. – Декан архитектурно-строительного факультета,
Павлодарский государственный университет
им.С.Торайгырова, г.Павлодар, Казахстан,
доктор технических наук

Данилов В.И. – Профессор кафедры транспортного строительства
и профессионального обучения, Павлодарский государственный
университет им.С.Торайгырова, г.Павлодар, Казахстан,
кандидат технических наук

Козионов В.А. – Профессор кафедры транспортного строительства
и профессионального обучения, Павлодарский государственный
университет им.С.Торайгырова, г.Павлодар, Казахстан,
кандидат технических наук

 

---

Введение

Изменение структуры производства, отмечаемое в последние годы в сфере транспортного и промышленно-гражданского строительства, часто связано с реконструкцией существующих предприятий. В большинстве таких случаев приходится рассматривать вопросы, связанные с оценкой строительных конструкций на предмет возможности их использования на действие нагрузок, обусловленных новой технологией работ. Подобная ситуация возникла после реконструкции одного из цехов бывшего ПТЗ в Павлодарской области в производственное здание по выпуску арматуры. После строительства и запуска нагревательной печи мощностью 50 т/ч в здании ЭСЛЦ–1 на отметке +7,800 стали отмечаться колебания фундамента печи, перекрытия цеха и несущих строительных конструкций от воздействия технологического оборудования – двух гидроцилиндров. Это обусловило необходимость проведения обследования несущих строительных конструкций на предмет оценки параметров колебаний. Такие исследования были проведены специалистами архитектурно-строительного факультета ПГУ им. С.Торайгырова в 2008–2009 г.

Цель исследований состояла в предварительной оценке влияния указанных воздействий на работу каркаса реконструированного здания.

Для реализации указанной цели были поставлены и с учетом методик [1-3] решены следующие задачи: проведен инструментальный замер колебаний элементов конструкций современными электронными приборами; выполнен проверочный расчет напряженно-деформированного состояния каркаса здания на силовое воздействие от двух гидроцилиндров; произведена оценка параметров колебаний несущих колонн. 

 

Общая характеристика технологических нагрузок и схема измерения колебаний конструкций печи

 

На основе анализа проектных и архивных данных на рис. 1 приведен фрагмент плана печи подогрева и мест измерения колебаний колонн (точки 1-4). Заготовки стали сечением 125×125 мм, длиной 10200 мм и весом 12 кН перемещаются гидроцилиндрами по направляющим в печь подогрева. На загрузочном столе размещается 57 заготовок, а в печи подогрева – 115. Общая нагрузка от 172 заготовок составляет 2064 кН. Максимальное усилие, развиваемое двумя гидроцилиндрами, составляет 1460 кН и передается на конструкцию на отметке +9,700 м.

Наблюдения за режимом работы печи показали, что при достижении максимального давления в гидроцилиндрах 110 бар происходит скачкообразное изменение перемещений заготовок (срыв), сопровождаемое резким снижением давления в гидросистеме. Это обусловливает возникновение силового импульса с частотой повторения 8-10 мин. Экспериментальное определение параметров колебаний от воздействия данного силового импульса проводилось электронными приборами нового поколения ВИБРАН-1.1 и ВИСТ-2.3, выпускаемыми фирмой ИНТЕРПРИБОР.

 

Результаты определения параметров колебаний
колонн прибором ВИСТ-2.3

 

Прибор ВИСТ предназначен для измерения виброколебаний различного назначения. Он индицирует среднеквадратичное значение виброскорости V (от 0,1 до 500 мм/c), амплитуду виброперемещений S (от 0,001 до 10 мм) и частоту F (от 2 до 500 Гц). Результаты измерений параметров колебаний колонн на отметке +9,300 приведены в табл. 1.

 

Результаты определения параметров колебаний
колонн прибором ВИБРАН–1.1

 

Этот прибор предназначен для вибродиагностики конструкций. Прибор выполняет анализ периодических и непериодических процессов колебаний по одной пространственной координате, а также производит запись непериодических процессов в задаваемых временных рамках с автоматическим запуском по задаваемому пороговому уровню колебаний и получением их состава из 27 линий спектра. Прибор также индицирует пиковые значения виброскорости разложения в ряд и спектр.

Результаты измерений параметров колебаний колонн на отметке +9,300 приведены на рис.2, где обозначено: V – скорость колебаний; F – частота колебаний; T – время колебаний.

Приведенные выше результаты измерений показывают, что технологический процесс работы печи подогрева оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние несущих конструкций цеха ЭСЛЦ–1, включая возникновение в них динамических процессов.

Результаты анализа напряженно-деформированного
состояния несущих конструкций цеха

 

Оценка влияния колебательных воздействий на несущие конструкций должна производиться по результатам соответствующих динамических расчетов. Однако, в проектной документации, как показало ее изучение, отсутствуют данные о влиянии описанных выше технологических воздействий с учетом их динамической составляющей на напряженно-деформированное состояние несущего каркаса. Оценка влияния колебательных воздействий на несущие конструкции здания производилась по результатам динамических расчетов по лицензионной программе SCAD. Расчет производился на импульсное действие сосредоточенных сил, приложенных к опорной плите каркаса здания по оси печи, на основе разработанной конечноэлементной модели здания (рис. 3).

Результаты вычислений изгибающих моментов в элементах каркаса здания приведены на рис.4.

Анализ приведенных на рис.4 данных подтвердил, что технологическая нагрузка, передаваемая на каркас цеха, оказывает существенное влияние на характер напряженного состояния конструкций цеха. Вместе с тем, как показали результаты, абсолютные значения внутренних усилий и деформации в каркасе здания локализуются в сравнительно небольшой по размерам зоне цеха, непосредственно вблизи от участка приложения сил. Сопоставление рассчитанных перемещений выделенных точек каркаса с измеренными амплитудами показало удовлетворительное их соответствие.

Дополнительным фактором, осложняющим работу конструкций цеха, является наличие жесткой связи фундамента печи с каркасом здания.

 

Выводы

 

1. Проведенные исследования показали, что технологический процесс работы печи подогрева оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние несущих конструкций каркаса здания, включая возникновение в них динамических процессов.
2. По результатам экспериментов определены параметры колебательного процесса несущих колонн каркаса цеха на участке работы печи: амплитуда колебаний; их частота и скорость изменения. Получено, что они являются переменными во времени и имеют форму непериодического силового импульса в соответствии с режимом работы печи. В пределах каждого силового импульса колебания носят затухающий характер.
3. На основе сопоставления экспериментальных и расчетных результатов с нормативными и справочными данными получено, что параметры колебательного процесса в местах примыкания колонн к площадке расположения печи подогрева не превышают санитарных норм, а величины расчетных динамических перемещений нуждаются в уточнении.
4. По данным расчета получено, что технологическая нагрузка, передаваемая на каркас цеха, оказывает существенное влияние на характер перемещений конструкций и требуется ее учет в оценке надежности здания.
5. Снизить негативные последствия технологических нагрузок возможно путем изменения конструктивной схемы взаимодействия перекрытия с несущими элементами каркаса цеха, а также путем повышения жесткости конструкции опорной площадки загрузки заготовок.

Проведенными исследованиями еще раз подтверждено, что при разработке проектных решений реконструкции зданий необходим тщательный анализ новых технологических нагрузок с проверкой напряженно-деформированного состояния всех его конструктивных элементов.

 

Библиографический список

 

1. Максимов Л.С., Шейнин И.С. Измерение вибрации сооружений: Справочное пособие. – Л.: Стройиздат. – 1974. – 255 с.
2. Справочник по динамике сооружений / Под ред. Б.Г. Коренева, И.М. Рабиновича. – М.: 1972. – 511 с.
3. Сапожников А.И., Мишичев А.И. Динамический анализ пространственной работы промышленных зданий при различных режимах торможения крана // Известия вузов. Строительство. – 2009. — №3–4. – С.115-121.