РАСЧЕТ ВОЗДУХООПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ВЕТРОВЫЕ НАГРУЗКИ
ВВЕДЕНИЕ
Данная работа посвящена исследованию воздухоопорных оболочек при внутреннем давлении и ветровой нагрузке. После краткого изложения геометрически нелинейной теории мягких оболочек и гибких нитей рассмотрены в общем виде нагрузки, свойства материалов и методы практического расчета воздухоопорных оболочек. Более подробно рассмотрены полуцилиндрические оболочки с торцами на круговом и прямоугольном плане. Приведены некоторые результаты численного расчета усилий и перемещений; обсуждается напряженно-деформированное состояние оболочек и влияние на него различных факторов. Выведены приближенные линейные зависимости для определения основных усилий в форме, часто встречающейся в национальных нормах или инструкциях.
В статье рассматриваются главным образом полуцилиндрические воздухоопорные оболочки при действии ветровых нагрузок. В периоды необычайно сильных штормовых ветров, наблюдавшихся, например, в ФРГ в ноябре 1972 г., были случаи разрушения или повреждения воздухоопорных оболочек. Это показало, что при проектировании и расчете таких оболочек имеется еще ряд нерешенных проблем, а именно:
установление нагрузок (требуемое внутреннее давление, интенсивность и характер распределения ветровой нагрузки);
оценка напряженно-деформированного состояния конструкций (теория расчета, учет деформационных свойств материала, определение усилий и перемещений);
надежность конструкций (прочность и длительные характеристики материала, значения и виды коэффициентов безопасности, причины отказов);
правила эксплуатации (соблюдение безопасных расстояний от оболочки до находящихся под ней предметов, поддержание установленного уровня внутреннего давления).
Несмотря на обилие имеющихся данных испытаний на моделях и численных расчетов оценка напряженно-деформированного состояния воздухоопорных оболочек продолжает еще содержать ряд неопределенностей и неточностей. Это становится особенно очевидным из перечисления только наиболее важных факторов, влияющих на надежность результатов расчета. К ним относятся:
геометрия конструкции (форма оболочки, ее габариты, очертание торцов);
характер нагрузок (направление ветра, распределение ветрового давления по поверхности оболочки, внутреннее давление, интенсивность нагрузок);
свойства материала (упругость и вязкость, анизотропия, физическая нелинейность, характеристики при кратковременной и длительной нагрузке, при одноосном и двухосном напряженных состояниях);
вид соединений (влияние усилений оболочки в местах расположения швов);
раскрой оболочек (отклонения от проектной формы).
Может оказаться существенным влияние и ряда других факторов. Определенные трудности вызываются еще и тем, что при численном расчете могут быть получены некоторые не вполне надежные данные, обусловленные как принятыми теоретическими предпосылками, так и самой процедурой расчета; эти данные нуждаются в надлежащей интерпретации, а в отдельных случаях могут привести к ошибкам в окончательных результатах.
Чтобы получить достаточно достоверные расчетные зависимости, мы ограничимся рассмотрением оболочек простейшего геометрического очертания — цилиндрических с закругленными торцами или на прямоугольном плане (см. далее рис. 1, а и б), без учета подкреплений тросами или усилений в местах расположения швов. При этом предполагается, что оболочки имеют идеальную геометрическую форму.
В. Ермолов, У. У. Бэрд, Э. Бубнер и др., Пневматические строительные конструкции, М., 1983