Напряженно-деформированное состояние и живучесть стальной арочной конструкции с лучевыми затяжками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Долгушева Вера Витальевна

• Долгушева Вера Витальевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Долгушева Вера Витальевна

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Задача

1.1. Существующий опыт проектирования и строительства арочных комбинированных систем

1.1.1. Применение арочных конструкций в покрытиях зданий

1.1.2. Способы определения рациональной геометрии арочной конструкции

1.1.3. Преимущества и особенности комбинированных арочных систем

1.2. Классификации арочных и арочно-вантовых систем

1.3. Основные показатели и способы обеспечения живучести зданий и сооружений

1.4. Современные требования нормативных документов по обеспечению безопасности большепролётных металлических конструкций вследствие отказа несущего элемента

1.5. Методология и методы исследования напряженно-деформированного состояния и живучести арочно-вантовых систем

1.6. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ АРКИ С ЛУЧЕВЫМИ ЗАТЯЖКАМИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ

КОНСТРУКЦИИ

Задача

2.1. Исходные предпосылки

2.1.1. Исходные данные

2.1.2. Критерии расчета и подбора сечений

2.1.3. Моделирование и расчет

2.2. Численное исследование работы арок с веерными и лучевыми затяжками при различном соотношении стрелы подъёма к пролёту

2.2.1. Постановка задачи

2.2.2. Результаты расчета

2.3. Численное исследование работы арки с лучевыми затяжками при различном количестве панелей и затяжек

2.3.1. Постановка задачи

2.3.2. Результаты расчета

2.4. Анализ вариантов решений поперечного сечения арки с лучевыми затяжками

Задача

2.5. Алгоритм подбора усилий преднапряжения затяжек для создания рационального решения арки с лучевыми затяжками

2.5.1. Описание алгоритма

2.5.2. Учёт натяжения затяжек при работе конструкции

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАСШТАБНОЙ МОДЕЛИ КОМБИНИРОВАННОЙ АРОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ЛУЧЕВЫМИ

ЗАТЯЖКАМИ

Задача

3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований

3.2. Экспериментальная модель

3.2.1. Конструкция модели покрытия

3.2.2. Загружение модели

3.2.3. Измерение напряжений и деформаций

3.3. Численные модели

3.4. Определение физико-механических характеристик материалов модели

3.4.1. Проверка геометрических размеров и веса материалов

3.4.2. Испытание образцов из профилей на растяжение

3.4.3. Испытание канатов на растяжение

3.5. Исследование напряжённо-деформированного состояния модели при различном распределении нагрузки

3.6. Исследование работы арки без затяжек с работой арки с лучевыми затяжками

3.7. Анализ подобия численной и лабораторной модели

3.8. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ЖИВУЧЕСТИ АРКИ С ЛУЧЕВЫМИ ЗАТЯЖКАМИ

Задача

4.1. Исходные предпосылки для численного исследования

4.2. Численные исследования живучести арки с лучевыми затяжками

4.2.1. Возможные сценарии выхода из работы несущего элемента

4.2.2. Сценарий

4.2.3. Сценарий

4.3. Конструктивные меры для арки с лучевыми затяжками, повышающие живучесть

4.4. Экспериментальное исследование работы модели при поочерёдном внезапном выключении из работы преднапряжённых затяжек

4.4.1. Преобразование и загружение модели

4.4.2. Анализ изменений напряжённо-деформированного состояния на первом и третьем диапазоне (до и после исключения затяжки)

4.4.3. Анализ изменений напряжённо-деформированного состояния на втором диапазоне (в момент исключения затяжки)

Задача

4.5. Практические рекомендации по расчёту и определению рациональной комбинированной арочной системы с лучевыми затяжками

4.6. Выводы по четвёртой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

181

ПРИЛОЖЕНИЕ А Список работ, опубликованных по теме диссертации

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Трактовки терминов «живучесть» и «прогрессирующее

(лавинообразное) обрушение»

ПРИЛОЖЕНИЕ В Примеры применения арочных и арочно-вантовых конструкций

в строительстве

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Сравнение аналитического решения некоторых задач с результатами, полученными в (ПК) ЛИРА-САПР 2021 R2.3 и SCAD Office

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил,

деформированные схемы к разделу

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил,

деформированные схемы к разделу

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Пример подбора усилий преднапряжения затяжек для схемы 88 по алгоритму, описанному в п

ПРИЛОЖЕНИЕ И Справка о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Напряженно-деформированное состояние и живучесть стальной арочной конструкции с лучевыми затяжками»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время обеспечение надёжности, безопасности, долговечности, снижение материалоёмкости, разработка и совершенствование новых автоматизированных методов расчета и проектирования строительных объектов, развитие методов и основ обеспечения безопасности и живучести зданий и сооружений, проведение экспериментальных исследований новых типов пространственных конструкций для большепролётных зданий входят в перечень приоритетных задач развития строительной науки. Рост темпа строительства большепролётных сооружений создаёт необходимость совершенствования и создания эффективных рациональных типов конструкций покрытия, позволяющих снизить материалоёмкость, трудоёмкость изготовления и монтажа, стоимость и обеспечить выполнение требований прочности, устойчивости, живучести при сохранении лёгкости и архитектурной выразительности.

Практика отечественного и зарубежного проектирования и строительства показала, что всем перечисленным требованиям удовлетворяют комбинированные системы, сочетающие структурно объединённые растянутые элементы и элементы, работающие на сжатие и изгиб. По результатам анализа существующего опыта проектирования можно отметить, что арочно-вантовые комбинированные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с распространенными арочными, балочными и рамными конструкциями. Комбинированные арочно-вантовые системы, в частности арки с лучевыми затяжками, могут существенно уменьшить расчётную длину сжато-изогнутых элементов, улучшить работу при неравномерном нагружении, рационализировать работу растянутых предварительно напряжённых элементов, уменьшить стрелу подъёма конструкции. Из-за недостаточности численных и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния, рекомендаций по конструированию и расчёту арочно-вантовых систем их применение в строительстве общественных зданий ограничено. В нормативной базе многих стран есть общие рекомендации по

расчету и обеспечению несущей способности конструкций при возникновении аварийной ситуации, однако для обеспечения несущей способности и повышения живучести при возникновении аварийных ситуаций для различных типов конструкций необходимы дополнительные исследования, в которых учтены особенности работы конкретного типа конструкции.

Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью поиска рационального конструктивного решения с целью снижения материалоёмкости; разработки рекомендаций по конструированию; экспериментального исследования напряжённо-деформированного состояния и живучести стальной арки с лучевыми затяжками.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам исследования напряженно-деформированного состояния, проектирования и расчета арочных и арочных комбинированных систем посвящены работы Бернштейна С.А., Динника А.Н., Еремеева П. Г., Ибрагимова А.М., Караджи К.М., Киселёва В.А., Киселёва Д. Б., Кожевникова Е.Н., Колесника И.А., Кривошапко С. Н., Кузнецова И. Л., Лебедевой Н.В., Сингаевского П.М., Синицина Ю.Н., Суворовцева Б.А., Тряниной Н.Ю., Шухова В. Г., Burford N., Clarke M. J., Kamovsky I.A., Laura P.A.A., Lebed O., Li D., Lu P., Lu Y., Hancock G. J., Han Q.H., Henrich J., Smith F. W., Xu Y., Zhang J. и др., в которых разработаны аналитические методы анализа прочности, устойчивости арочных конструкций различных типов. Выявлены особенности работы различных арочных комбинированных систем, разработаны конструктивные рекомендации, методики расчета, однако не для всех конструкций учитывается работа системы при возникновении аварийной ситуации, также не для всех арочных систем проведены экспериментальные исследования на масштабных моделях или натурных конструкциях. Исследованию вопроса живучести и устойчивости к прогрессирующему обрушению зданий и сооружений посвящены работы Бергер М.П., Ведякова И.И., Дробота Д.Ю., Еремеева П.Г., Кабанцева О.В., Келасьева Н.Г., Кодыша Э.Н., Колчунова В.И., Кудишина Ю.И., Мущанова В. Ф., Перельмутера А.В., Райзера В.Д., Тамразяна А.Г., Травуша В.И., Трекина Н.Н., Туснина А.Р., Федоровой Н.В., Шапиро В.И., Crowder В., Javad Mashhadi J., Li B. ,

Liu M., Mohamed O.A., Saffari H., Stevens D., Qian K., Vlassis A.G., Zoli T. и др. Большая часть исследований посвящена разработкам методик расчета зданий и сооружений и конструктивных рекомендаций для обеспечения несущей способности и повышения живучести при возникновении аварийной ситуации для многоэтажных железобетонных и стальных каркасных зданий, в меньшей степени исследованы большепролётные покрытия. Определены проблемные вопросы, направления развития и усовершенствования нормативной документации в области устойчивости зданий и сооружений к прогрессирующему обрушению.

Научно-техническая гипотеза состоит в предположении, что сочетание определённого соотношения стрелы подъёма к пролёту, количества панелей и распределения усилий преднапряжения в затяжках позволит достичь рационального конструктивного решения арки с лучевыми затяжками.

Цель исследования. Разработка алгоритма расчета и практических рекомендаций для определения рационального конструктивного решения стальной арочной конструкции с лучевыми затяжками с помощью теоретического, численного и лабораторного экспериментального исследования её напряжённо-деформированного состояния и живучести.

Задачи исследования:

1. Анализ основных типов комбинированных арочных конструкций, примеров их применения в строительной практике с целью выявления преимуществ арочных комбинированных систем, анализ методов и способов обеспечения живучести зданий и сооружений.

2. Определение рациональных размеров модели комбинированной арочной системы с лучевыми затяжками (соотношение стрелы подъёма к пролёту).

3. Разработка алгоритма поиска рационального конструктивного решения комбинированной арочной системы с лучевыми затяжками (определение количества панелей, затяжек и усилий преднапряжения в затяжках).

4. Экспериментальные исследования масштабной модели комбинированной арочной системы с лучевыми затяжками, сопоставление результатов численных и лабораторных экспериментов.

5. Численные и экспериментальные исследования живучести найденной рациональной модели арочной системы с лучевыми затяжками.

6. Разработка практических рекомендаций по расчету и определению рациональной комбинированной арочной системы с лучевыми затяжками.

Объект исследования - стальная арочная конструкция с лучевыми затяжками.

Предмет исследования - напряжённо-деформированное состояние и живучесть стальной арочной конструкции с лучевыми затяжками.

Научная новизна диссертации:

1. Исследована работа арочных систем с шарнирно неподвижными опорами при различном распределении нагрузки и установлены зависимости усилий и веса арок без затяжек и арок с затяжками от соотношения стрелы подъёма к пролёту, от количества панелей и затяжек. Выявлено рациональное решение для арок с веерными и лучевыми затяжками. Оценена эффективность в части расхода металла арочных систем с затяжками в сравнении с арками без затяжек.

2. Разработан алгоритм подбора и очерёдности преднапряжения затяжек, который позволил создать рациональное с точки зрения работы конструкции и металлоёмкости конструктивное решение арки с лучевыми затяжками.

3. Впервые экспериментально исследована работа арок с лучевыми затяжками при различных загружениях, проведено сопоставление опытных и расчётных значений напряжений и деформаций.

4. Впервые экспериментально исследовано поведение арки с лучевыми затяжками при внезапном выключении из работы преднапряжённых затяжек и показано, что чем больше усилие в исключаемой затяжке, тем больше скачок напряжений в сечениях арки, расположенных вблизи точки крепления затяжки.

Теоретическая значимость работы. На основе выполненного аналитического обзора выявлены преимущества комбинированных арочных систем, проанализированы и сопоставлены с реальными примерами применения в строительстве существующие классификации арочных и арочно-вантовых конструкций, определены малоизученные вопросы, связанные с проектированием

и применением арочных комбинированных систем. Показано поведение комбинированной системы в виде арки с лучевыми затяжками при внезапном исключении из работы преднапряжённой затяжки. Численно установлено и экспериментально подтверждено, что покрытие из арок с лучевыми затяжками сохраняет общую несущую способность даже при отказе нескольких элементов.

Практическая значимость работы. На основе выявленных зависимостей усилий, веса конструкции арок с лучевыми затяжками от соотношения стрелы подъёма к пролёту, от количества панелей и затяжек разработан алгоритм подбора усилий преднапряжения затяжек для создания рационального решения стальной арочной конструкции. Предложены конструктивные меры по повышению живучести арок с лучевыми затяжками. Разработаны практические рекомендации по расчёту и проектированию арок с лучевыми затяжками. Даны рекомендации по разработке экспериментальных моделей арок с затяжками.

Методология и методы исследования. Для диссертационного исследования использованы общелогические методы, такие как анализ, синтез, индукция; теоретические методы: обобщение, исторический и гипотетические методы; эмпирические методы: наблюдение, описание, измерение, сравнение, моделирование; специальные методы: метод конечных элементов, комбинированный способ рационализации, статический метод расчёта живучести конструкций в случае отказа несущего элемента, а также известные экспериментальные методики и методы расчета стальных конструкций, принципы строительной механики, апробированные численные методы расчёта. Данные численных и лабораторных экспериментов получены с использованием сертифицированных программных комплексов и испытательного оборудования с применением отработанных измерительных методик.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты численных экспериментов, показывающих для полигональных арок и арочно-вантовых конструкций кругового очертания зависимости усилий и веса конструкции от соотношения стрелы подъёма к пролёту, от количества панелей и затяжек.

2. Алгоритм подбора усилий преднапряжения затяжек для создания рационального решения арки с лучевыми затяжками.

3. Экспериментальные данные о напряжённо-деформированном состоянии модели арочной комбинированной системы с лучевыми затяжками и арки без затяжек, сопоставление данных численных и лабораторных экспериментов.

4. Экспериментальные данные о напряжённо-деформированном состоянии арки с лучевыми затяжками при внезапном выключении из работы преднапряжённых затяжек.

5. Практические рекомендации по расчёту и проектированию арок с лучевыми затяжками.

Степень достоверности результатов обосновывается использованием известных предпосылок и допущений, базирующихся на принципах и методах строительной механики; результатами численного моделирования в апробированных лицензированных и сертифицированных программных комплексах ЛИРА-САПР и SCAD; применением аттестованного экспериментального и измерительного оборудования при испытании образцов материалов и модели арки с лучевыми затяжками.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на международных конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция «Construction, Architecture and Technosphere Safety». ICCATS-2021, 5-11 сентября 2021, г. Сочи.

2. XXV международная научная конференция по развитию гражданского строительства «Construction. The formation of living environment». FORM 2022, 2022 апреля 2022, НИУ МГСУ, г. Москва.

3. Международный научно-практический симпозиум «Будущее строительной отрасли: Вызовы и перспективы развития», 18-22 сентября 2023 г., НИУ МГСУ, г. Москва.

В полном объёме диссертационная работа докладывалась на семинарах:

4. Научный семинар «Теория сооружений», 29 ноября 2024 г., НИУ МГСУ и АО «ГОРПРОЕКТ», г. Москва.

5. Шестидесятый научный Межвузовский семинар «Геометрия и расчет тонких оболочек неканонической формы», 10 декабря 2024 г., РУДН, г. Москва.

Публикации.

Материалы диссертации достаточно полно изложены в семи научных публикациях, из которых 4 работы опубликованы в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 3 работы опубликованы в журналах, индексируемых в международной реферативной базе данных Scopus.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного текста, общих выводов, списка литературы, и приложений. Объем диссертации - 180 страниц, в том числе 125 рисунков, 45 таблиц, список использованной литературы из 173 наименований.

Содержание диссертации соответствует п.п. 1, 8 паспорта специальности 2.1.1. «Строительные конструкции, здания и сооружения».

Исследовательская работа автора в рамках обучения в аспирантуре НИУ МГСУ была отмечена стипендией Правительства Российской Федерации (по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики) в 2020 году, грантом НИУ МГСУ для аспирантов на проведение физических экспериментов в 2023 году.

Работа выполнена на кафедре «Металлические и деревянные конструкции» (МДК) ФГБОУ ВО НИУ «МГСУ» под руководством профессора кафедры МДК, доктора технических наук А.М. Ибрагимова. Лабораторный эксперимент частично профинансирован ФГБОУ ВО НИУ «МГСУ» по результатам конкурса 2023 года на поддержку проведения исследований аспирантов НИУ МГСУ и выполнен при поддержке Головного регионального центра коллективного пользования научным оборудованием и установками НИУ МГСУ при финансировании Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2021-686).

Личный вклад заключается в проведении численных расчетов при решении задачи рационализации арок с затяжками, при исследовании живучести арочного покрытия с затяжками и при сопоставлении с результатами лабораторного эксперимента; в разработке алгоритма поиска усилий преднапряжения затяжек для достижения рационального решения конструкции; в планировании, подготовке и проведении экспериментов для исследования напряженно-деформированного состояния и живучести масштабной модели арки с лучевыми затяжками; в разработке практических рекомендаций по расчету и проектированию.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю профессору кафедры металлических и деревянных конструкций (МДК) д.т.н. Ибрагимову А.М., директору Института Промышленного и Гражданского Строительства, заведующему кафедрой МДК д.т.н. Туснину А.Р. за ценные советы и консультации; всему коллективу кафедры МДК за высказанные замечания и поддержку; компаниям ООО «Лира сервис» и ООО НПФ «СКАД СОФТ» за предоставление доступа к лицензированным и сертифицированным полным версиям программных продуктов ЛИРА-САПР и SCAD на время работы над диссертацией; заведующему кафедрой Железобетонных и каменных конструкций (ЖБК) д.т.н. Тамразяну А.Г., заместителю директора Научно-исследовательского института экспериментальной механики (НИИ ЭМ) Корневу О.А., заведующему лабораторией испытаний строительных конструкций материалов и изделий Какуше В.А., старшему преподавателю кафедры МДК к.т.н. Долгушеву Т.В., преподавателю кафедры ЖБК Кудрявцеву М.В. за всестороннюю помощь, консультации и поддержку в подготовке экспериментального исследования; выпускнику кафедры Сварка, диагностика и специальная робототехника МГТУ им. Н.Э. Баумана Сутягину Е.А. за помощь в изготовлении экспериментальной модели; сотрудникам лаборатории испытаний строительных конструкций НИИ ЭМ инженерам Кудрявцеву М.В., Ахада Х.Х., Шарипову М.З., Вардак Ф.М., Жидкову Ю.А., аспиранту кафедры МДК Спасскому П.А. за помощь в проведении экспериментального исследования; моей семье и друзьям за поддержку и советы при написании данной работы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Задача 1.

1.1. Существующий опыт проектирования и строительства арочных комбинированных систем

1.1.1. Применение арочных конструкций в покрытиях зданий

Рост темпа строительства общественных зданий таких, как спорткомплексы, стадионы, торговые центры и другие многофункциональные общественные здания позволяет продемонстрировать последние достижения в области архитектуры, науки и техники [38,93]. Новаторские идеи реализуют и архитекторы, и проектировщики, и строители, и производители строительных материалов, и монтажники конструкций. Таким образом формируется новая концепция сооружений XXI века. Еремеев П.Г. отмечает рост строительства большепролётных зданий с металлическими конструкциями в России, что связано с проведением Универсиады в г. Казани, Олимпийских игр в г. Сочи, футбольного чемпионата мира 2018 г. и др. событиями [6,42,45,77,93].

Большепролётной конструкцией называют строительную конструкцию с пролётом 18 м и более - для гражданских, 30 м и более - для промышленных зданий и сооружений или с консолью 9 м и более, а большепролётным зданием или сооружением является здание или сооружение, конструктивное решение которого включает хотя бы одну большепролётную конструкцию [103]. Область применения большепролётных конструкций: общественные (театры, торгово-развлекательные центры, рынки, спортивные стадионы, вокзалы и др.), промышленные (лабораторные корпуса, цеха сборки самолётов и др.) и сельскохозяйственные здания (ангары, оранжереи), мостостроение (Приложение В).

В связи с тем, что усложнение объёмно-планировочных решений ведёт к трудностям при проектировании, возникает необходимость разработки и совершенствования алгоритмов расчета в программных комплексах и рационализации [93,118]. При проектировании многофункциональных общественных пространств стремятся к использованию легких покрытий, массивные конструктивные элементы заменяют пространственными стержневыми или растянутыми системами. В качестве материалов часто используют высокопрочные стали, стальные тросы, пленочные полимерные мембраны, литые стальные элементы для узлов и т.д. Пребывание большого количества людей ведет к особенно тщательной проработке способов обеспечения безопасности «поэтому поиск рационального конструктивного решения при одновременном соблюдении требований проектирования и конструирования является весьма актуальной задачей» [72]. Таким образом возникает необходимость совершенствования и создания эффективных рациональных типов конструкций покрытия, позволяющих снизить материалоёмкость, трудоёмкость изготовления и монтажа, стоимость и обеспечить выполнение требований прочности, живучести, устойчивости и надёжности при сохранении лёгкости и архитектурной выразительности. Часто решением задачи рационализации конструкций покрытия при обеспечении требований архитектурной выразительности, конструктивной безопасности является использование арочных конструкций. В Приложении В представлены примеры проектируемых и реализованных зданий с использованием арочных и комбинированных арочных систем в покрытии.

1.1.2. Способы определения рациональной геометрии арочной конструкции

Архитекторов и инженеров (конструкторов) часто интересует вопрос: «Как можно улучшить работу арочной конструкции? Как определить рациональные геометрические параметры, при которых арка максимально реализуют свой архитектурный и конструктивный потенциал?» Рациональной формой арки при заданных величинах нагрузки, пролёта и стрелы подъёма считают такую, которая обеспечивает необходимую прочность и устойчивость при наименьшем её объёме

[51,111]. Существует несколько способов поиска рациональной геометрии арочной конструкции [137]:

- Рационализация формы. Способ заключается в поиске такой кривизны арки, которая не только обеспечивает выполнение архитектурных, конструктивных требований, но и близка по очертанию к кривой давления. Этот способ не всегда возможно применить в связи с требованиями габаритов подарочного пространства или из-за эстетических требований;

- Рационализация поперечного сечения. Способ представляет собой уменьшение отклонения центра тяжести поперечного сечения от линии давления, в этом случае возможно уменьшить действующие изгибающие моменты в верхнем поясе арки [98];

- Варьирование соотношением стрелы подъёма и пролёта. Чем больше стрела подъёма арки, тем меньше распор, так как распор пропорционален общей нагрузке и пролёту и обратно пропорционален стреле подъёма арки;

- Создание комбинированной системы. Совместная работа элементов позволяет уменьшить изгибающие моменты, поперечные и продольные усилия, позволяет уменьшить вес конструкции, повысить её жёсткость. Использование в арочной конструкции вспомогательных элементов, таких как затяжки, ванты, шарнирное сопряжение элементов, дополнительные стержни приводит не только к уменьшению изгибающего момента, но и к уменьшению расчётной длины сжато-изогнутых элементов [55,98]. Такой способ рационализации позволяет варьировать форму арочных поясов с учётом эргономических и эстетических требований.

В соответствии с СП 494.1325800.2020 [107] комбинированные системы пространственных покрытий - это структурно объединённые растянутые элементы и элементы, работающие на сжатие и изгиб. Комбинированные системы позволяют создавать сложные пространственные структуры путём сочетания элементарных схем. Комбинированные системы применяют в покрытиях пролётом до 300 м. Область применения арочных систем имеет широкий диапазон: в составе несущих конструкций арки часто применяют в протяжённых зданиях, таких как спортивные комплексы (катки, баскетбольные залы, конькобежные центры и др.), крытые

рынки, галереи или холлы торговых центров, складские помещения, ангары, промышленные здания.

Наибольшее распространение арочные комбинированные системы получили при строительстве мостов [56, 78, 113, 132, 134, 141, 157, 158, 159, 160, 163, 164, 166, 172, 173]. Идея создания арочно-вантовых комбинированных систем для перекрытия большепролётных покрытий схожа с основной идеей строительства мостов по системе «extra dosed», в основе которой лежит вынесение за пределы сечения балки предварительно напряженных вант для уменьшения изгибающих моментов и обжатия арки с помощью использования сил предварительного напряжения вант [56] (Рисунок 1 - Рисунок 6). Арки с наклонными подвесками показывают ряд преимуществ перед традиционной комбинированной системой арки с вертикальными подвесками: лучше работают при асимметричном нагружении; наклонные затяжки способствуют равномерному распределению нагрузки, что снижает значения действующих изгибающих моментов и усилий, размеры сечения конструкции [113].

Рисунок 1 - Беляевский мост, 2008 г., Рисунок 2 - мост «Архар», 2006 г., Санкт-Петербург, Россия [56, 78] L=160 м Астана, Казахстан [56] L=150 м

Рисунок 4 - Бугринский мост, 2014 Рисунок 3 - Проект моста «Confluence» [78] г., Новосибирск, Россия [113]

L=380 м

Рисунок 5 - Мост Seri Saujana, 2003 г., Путраджайя, Малайзия [157] L=300 м

Рисунок 6 - а - комбинированная система с вертикальными подвесками; б -комбинированная система с наклонными подвесками, в - распределение изгибающих моментов от несимметричных загружений временной нагрузкой в

комбинированных системах [113] 1.1.3. Преимущества и особенности комбинированных арочных систем Комбинированные арочные системы имеют большой спектр исходных параметров: статическая схема, пролёт, стрела подъёма, очертание плана, провисы затяжек, расположение и количество дополнительных стержневых элементов, материал конструкций, методы изготовления и монтажа. Сочетание элементарных схем позволяет создавать сложные пространственные структуры [52].

В отличие от арок без затяжек арочные комбинированные системы не требуют создания массивных опорных конструкций для восприятия распора, потому что частично распорное усилие воспринимают затяжки. Арочные комбинированные системы имеют меньший расход материала так как лучше

работают на неравномерное нагружение, имеют меньший габарит подарочного пространства.

Арочные комбинированные конструкции имеют ряд преимуществ по сравнению с арками без затяжек:

- Живучесть комбинированных систем выше, чем простых. Валерио Де Бьяджи отмечает, что именно сложные конструкции, такие как комбинированные системы, имеют наименьшие последствия разрушений при действии запроектных нагрузок [30]. В сложных конструкциях за счет большого количества соединений и элементов происходит более равномерное перераспределение усилий по элементам, чем в простых конструкциях. «Живучесть той или иной конструктивной формы обеспечивается за счёт перераспределения усилий между элементами конструкции и зависит от её связности» [125], следовательно предпочтительнее многосвязные конструктивные системы для обеспечения устойчивости к прогрессирующему обрушению;

- Возможность уменьшения расчётной длины сжато-изогнутых элементов, улучшения работы при неравномерном нагружении, рационализации работы растянутых предварительно напряжённых элементов, уменьшения стрелы подъёма конструкции за счет введения в состав конструкции вант, затяжек, дополнительных стержней. В арках с наклонными затяжками с помощью введения небольшого количества дополнительных элементов (тяг) удается существенно уменьшить изгибающие моменты, повысить эффективность работы на неравномерные нагрузки, рационально использовать конструктивные элементы [59,121,154,159];

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Долгушева Вера Витальевна, 2025 год

- 8 с.

26. ГОСТ 8645-68 Трубы стальные прямоугольные. Сортамент (с Изменениями N 1-4) : дата введения 1969-01-01. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2004. - 18 с.

27. ГОСТ Р 57837-2017 Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Технические условия (с Поправкой, с Изменением N 1) : дата введения 2018-05-01. - Москва : Стандартинформ, 2019. - 26 с.

28. ГОСТ Р ИСО 2394-2016 Конструкции строительные. Основные принципы надежности : дата введения 2017-05-01. - Москва : Стандартинформ, 2016. - 66 с.

29. ДБН В.1.2-14:2018 Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий и сооружений : дата введения 2019-01-01. -Киев : Минрегион Украины, 2018. - 36 с.

30. Де Бьяджи В. Повышение живучести сооружений с помощью усложнения конструктивных схем / В. Де Бьяджи // Вестник ТГАСУ. - 2015. - № 4. - С. 92-100. - ISSN 1607-1859.

31. Долгушева В.В. Рациональное конструктивное решение комбинированной арочной системы с наклонными тягами / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов, Т.В. Долгушев // Academia. Архитектура и строительство. - 2023. - № 2. - С. 168-174. - doi: 10.22337/2077-9038-2023-2-168-174.

32. Долгушева В.В. Сравнение работы арочно-вантовых комбинированных систем двух типов с простыми арками / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов // Инженерный вестник Дона : электронный журнал. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7739. - Дата публикации: 2022. - ISSN 20738633.

33. Долгушева В.В. Экспериментальное и численное сравнение напряженно-деформированного состояния арки и комбинированной арочной конструкции / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов // Вестник МГСУ. - 2025. - № 1. -С. 37 - 49. doi: 10.22227/1997-0935.2025.1.37-49.

34. Доронин С.В. Оценка живучести структурно-сложных силовых конструкций на основе сценариев накопления повреждений / С.В. Доронин, Ю.Ф. Филиппова // Вестник Инженерной школы ДВФУ. - 2019. - №2 4. - С. 39-54. - ISSN 2227-6858.

35. Дробот Д.Ю. Возможные технологии расчета на прогрессирующее обрушение : учебное пособие / Д.Ю. Дробот. - б.м. : Издательские решения, 2020. - 264 с. - ISBN 978-5-0051-2436-4.

36. Дробот Д.Ю. Живучесть большепролётных металлических покрытий : специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Дробот Дмитрий Юрьевич. - Москва, 2010. - 23 с.

37. Еремеев П.Г. Вантовая комбинированная конструктивная система «Тенсегрити» / П.Г. Еремеев // Промышленное и гражданское строительство. -2021. - № 1.- с. 21-27. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.01.21-27.

38. Еремеев П.Г. Современные стадионы. Опыт проектирования и возведения металлических конструкций покрытий / П.Г. Еремеев // Расчёт и проектирование металлических конструкций.. - Москва : ЭБС АСВ, 2013. - С. 7283.

39. Еремеев П.Г. Справочник по проектированию современных металлических конструкций большепролетных покрытий / П.Г. Еремеев. - Москва : Ассоц. строит. вузов, 2011. - 255 с. - ISBN 978-5-93093-809-8.

40. Еремеев, П.Г. Металлические комбинированные конструкции покрытий / П.Г. Еремеев // Вестник НИЦ "Строительство". - 2019. - Т. 2, № 21. -С. 30-40.

41. Еремеев, П.Г. Металлические комбинированные конструкции покрытий / П.Г. Еремеев // Вестник НИЦ "Строительство". - 2019. - Т. 2, № 21. -С. 30-40.

42. Еремеев, П.Г. Металлические конструкции футбольных стадионов ЧМ 2018 / П.Г. Еремеев // Вестник НИЦ "Строительство". - 2018. - Т. 3, № 18. - С. 4760.

43. Еремеев, П.Г. Пособие по проектированию висячих (вантовых) конструкций : пособие по проектированию пособие / П.Г. Еремеев, И.И. Ведяков, Д.Б. Киселёв. - Москва : АО "НИЦ "Строительство", 2020. - 148 с.

44. Еремеев, П.Г. Соверменные арочно-вантовые комбинированные конструкции / П.Г. Еремеев, Д.Б. Киселёв // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 2005. - № 9. - с. 11-16.

45. Еремеев, П.Г. Уникальные большепролетные металлические конструкции покрытий. От олимпийских игр 1980 до 2014 в Сочи / П.Г. Еремеев // Вестник НИЦ "Строительство". - 2014. - № 11. - С. 93-102.

46. Ибрагимов А.М. Проблемы применения и проектирования арочных комбинированных систем / А.М. Ибрагимов, Л.Ю. Гнедина, В.В. Долгушева // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. - 2021. - № 2. - С. 25-35. - ISSN 2542-114Х. doi: 10.25686/2542-114Х.2021.2.25

47. Ибрагимов А.М. Сравнительный анализ вариантов конструктивных решений пологих арочных покрытий зданий / А.М. Ибрагимов, И.С. Кукушкин // Вестник МГСУ . - 2014. - № 3. - С. 59-66.

48. Ибрагимов А.М. Стропильная конструкция - лучевая хордовая арка / А.М. Ибрагимов, И.С. Кукушкин // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. - № 11. - С. 49-51. - ISSN 0869-7019.

49. Инженерные конструкции / В.Н. Голосов, В.В. Ермолов, Н.В. Лебедев [и др.]. - Москва : Высшая школа, 1991. - 408 с.

50. Ирина Уманская. история искусства, поэзия, культура : сайт. -URL:https://umanskayairina.files.wordpress.com/2021/05/186466489_3987732127940 286_5432762754704431091_njpg?strip=mfo&w=1280

51. Киселёв В.А. Рациональные формы арок и подвесных систем / В.А. Киселёв. - Москва : Гос. изд-во лит. по строительству и архитектуре, 1953. - 356 с.

52. Киселёв Д.Б. Арочно-вантовые комбинированные конструкции. Численные и экспериментальные исследования / Д.Б. Киселёв // Современное и гражданское промышленное строительство. - 2006. - Т. 2, № 1. - С. 17-27.

53. Киселёв Д.Б. Работа комбинированной арочной системы с учётом геометрической нелинейности и последовательности монтажа : специальность 05.23.01 "Строительные конструкции, здания и сооружения" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киселёв Дмитрий Борисович. - Москва, 2009. - 120 с.

54. Клюева Н.В. К определению параметра живучести пространственных конструктивных систем смешанным методом / Н.В. Клюева, А.С. Бухтиярова, В.В. Прокопенко // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2011. -Т. 3, № 36. - С. 146-149. - ISSN 2223-1560.

55. Кожевников, Е. Н. Предварительно напряженные фермы с жестким криволинейным верхним поясом и решеткой из гибких элементов / Е. Н. Кожевников // III Международная конференция по предварительно напряженным металлическим конструкциям. Доклады . - Ленинград, 1971. - С. 141-155.

56. Колюшев И.Е. Применение вантовых технологий в пролётных строениях различных статических систем / И.Е. Колюшев, О.Г. Скорник, Н.А. Тарбаев // Транспорт Российской Федерации. - 2006. - № 5. - С. 49-52.

57. Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы : сайт. - URL: https://stroi.mos.ru (дата обращения: 06.03.2023).

58. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - Москва : Наука, 1973. - 832 с.

59. Королева, Е. Ю. Напряженно-деформированное состояние двухшарнирной арки с системой сходящихся затяжек / Е. Ю. Королева, Н. Ю. Трянина // XIII Всероссийский Фестиваль науки : Сборник тезисов, Нижний Новгород, 24-26 октября 2023 года. - Нижний Новгород: ННГАСУ, 2023. - С. 8990.

60. Кривошапко С.Н. Вантовые конструкции общественных и промышленных зданий / С.Н. Кривошапко // Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции. - 2019. - № 1 (81). - С. 23-47.

61. Кривошапко С.Н. Вантовые структуры / С.Н. Кривошапко // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2016. - № 1. -С. 9-22.

62. Кудишин Ю.И. Методика расчета строительных конструкций на единичную живучесть / Ю.И. Кудишин, Д.Ю. Дробот // Современные металлические и деревянные конструкции (нормирование, проектирование и строительство) . - Брест, 2009. - С. 132-141.

63. Кудишин Ю.И. О живучести несущих конструкций покрытия ледового дворца спорта на ходынском поле в г. Москва / Ю.И. Кудишин, Н.Я. Михалев // Металлические конструкции. - 2007. - Т. 13, № 2. - С. 131-141. - ISSN 1814-5566.

64. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты : практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени пособие / Ф.А. Кузин. - 9-е изд., доп.. - Москва : Ось-89, 2007. - 224 с. - ISBN 978-5-98534-586-5.

65. Кузнецов, И. Л. Усиление бескаркасного арочного сооружения системой хордовых затяжек / И. Л. Кузнецов, А. В. Исаев, Д. А. Пальмов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2013. -№ 2(24). - С. 113-117. - EDN QITLBJ.

66. Кузнецов, И.Л. Полигональная арка из двух типов унифицированных элементов / И.Л. Кузнецов, Р.Г. Гайнетдинов, Л.Р. Хайруллин // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. - 2021. - № 3. - С. 65-69. - doi: 10.25628/UNIIP.2021.50.3.011.

67. Марочник сталей и сплавов / Ю.Г. Драгунов, А.С. Зубченко, Ю.В. Каширский [и др.]. - Москва : 2014. - 1216 с. - ISBN 978-5-94275-528-9.

68. Металлические конструкции / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников [и др.]. - Москва : Стройиздат, 1968. - 560 с.

69. Металлические конструкции / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева [и др.]. - Москва : Издательский центр «Академия», 2011. - 688 с.

70. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова. - Москва : издательство АСВ, 1998. - 576 с.

71. Могучев С.Б. Сравнение живучести различных типов стальных арочных конструкций / С.Б. Могучев, А.М. Ибрагимов // Инженерный вестник Дона: электронный журнал. - URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2021/6919. - Дата публикации: 24.03.2021. - ISSN 2073-8633.

72. Мущанов В.Ф. Сравнительный анализ эффективности конструктивных Н.А. Вишнякова // Металлические конструкции. - 2018. - Т. 24, № 1,5-15. - С. 615.

73. Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности / В.Ф. Мущанов, А.Н. Оржеховский, А.В. Мущанов, М.Н. Цепляев // Вестник МГСУ. - 2024. - Т. 19, № 5. - С. 763-777.

74. Назаров Ю.П. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях / Ю.П. Назаров, А.С. Городецкий, В.Н. Симбиркин // Строительная механика и расчет сооружений. - 2009. - № 4. - С. 5-9.

75. Некоторые результаты анализа и обобщения научных исследований по теории конструктивной безопасности и живучести / В.М. Бондаренко, Н.В. Клюева, В.И. Колчунов, Н.Б. Андросова // Строительство и реконструкция. - 2012. - Т. 4, № 42. - С. 3-16. - ISSN 2073-7416.

76. НИУ МГСУ : сайт. - URL: https://mgsu.ru (дата обращения: 06.03.2023).

77. О расчетном обосновании механической безопасности стадионов, возведенных к Чемпионату мира по футболу 2018 года. Часть 1: Введение, построение конечноэлементных моделей объектов / А. М. Белостоцкий, П. А. Акимов, А. А. Аул [и др.] // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2018 году / Российская академия архитектуры и строительных наук. Том 2. - Москва : Издательство АСВ, 2019. - С. 69-76. - DOI 10.22337/9785432303134-69-76. - EDN WDMBUG.

78. Овчинников И.Г. Пешеходные мосты современности: тенденция проектирования. Часть 3. Интересные решения пешеходных и велосипедных мостов / И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, А.Б. Караханян // Науковедение : электронный журнал. - URL: htt://naukovedenie.ru / . - Дата публикации: май-июнь 2015.

79. Острейковский В. А. Анализ устойчивости и управляемости систем методами теории катастроф / В.А. Острейковский - М. : Высшая школа, 2005. - 326 с.

80. Патент № 1026320 Союз Советских Социалистических Республик, МПК Е 04 В 7/00. Арочное покрытие : № 3292544 : заявл. 25.05.1981 : опубл. 30.06.1983 / Ольков Я.И., Бычков В.П., Антипина Л.И. - 4 с.

81. Патент № 114470 Российская Федерация, МПК Е 04 В 1/32,. Полигональная арка : № 2011150708/03 : заявл. 13.12.2011 : опубл. 27.03.2012 / Хисамов Р.И. - 10 с.

82. Патент № 1244256 Союз Советских Социалистических Республик, МПК Е 04 В 1/32,. Арка : № 3816627 : заявл. 29.11.1984 : опубл. 15.07.1986 / Кузнецов И.Л. - 3 с.

83. Патент № 165267 Российская Федерация, МПК Е 04 В 1/32, Е 04 С 3/38, Е 04 С 3/40, Е 04 С 3/46,. Арочная конструкция : № 2016111598/03 : заявл. 28.03.2016 : опубл. 10.10.2016 / Гнедина Л.Ю., Ибрагимов А.М. - 4 с.

84. Патент № 2121042 Российская Федерация, МПК Е 04 В 1/32. Арка покрытия с затяжкой : № 97119788/03 : заявл. 05.12.1997 : опубл. 27.10.1998 / Канчели Н.В., Кельман М.И., Титов А.В., Аляутдинова Н.В. - 6 с.

85. Патент № 2347043 Российская Федерация, МПК Е 04 В 7/08. Арочно-вантовое покрытие : № 2007131239/03 : заявл. 16.08.2007 : опубл. 20.02.2009 / Еремеев П.Г., Будаев В.М., Гуков В.С., Киселёв Д.Б., Фомкин С.В. - 6 с.

86. Патент № 2396396 Российская Федерация, МПК Е 04 В 7/08. Арочно-вантовое комбинированное покрытие : №2 2009129377/03 : заявл. 30.07.2009 : опубл. 10.082010 / Еремеев П.Г., Киселёв Д.Б., Павлинов В.В. - 5 с.

87. Патент № 2498026 Российская Федерация, МПК Е 04 В 1/32. Арочная конструкция для покрытий зданий : № 2012116300/03 : заявл. 23.04.2012 : опубл. 10.11.2013 / Жданов В.И., Дмитриев П.А., Михайленко О.А., Аркаев М.А. - 7 с.

88. Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы). УТВЕРЖДЕНА распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2020 года N 3684-р (с изменениями на 21 апреля 2022 года).

89. Проектирование металлических конструкций. Часть 2: «Металлические конструкции. Специальный курс». / А.Р. Туснин, В.А. Рыбаков, Т.В. Назмеева [и др.]. - Москва: Перо, 2020. - 436 с.

90. Райзер В.Д. Теория надежности в строительном проектировании / В.Д. Райзер. - Москва : АСВ, 1998. - 302 с. - ISBN ISBN 5-87829-059-6.

91. Расчет стальных рам с использованием программного комплекса ЛИРА-9 / Н.Н. Демидов. - Москва : НИУ МГСУ, 2015. - 87 с.

92. Расчет строительных конструкций на прогрессирующее обрушение: нормативные требования / И.И. Ведяков, П.Г. Еремеев, П.Д. Одесский [и др.] // Строительные конструкции, здания и сооружения. - 2019. - № 4. - С. 16-24.

93. Расчётное обоснование механической безопасности стадионов к Чемпионату мира по футболу 2018 года / А.М. Белостоцкий, П.А. Акимов, А.А. Аул [и др.] // Academia. Архитектура и строительство. - 2018. - № 3. - С. 118-129. - doi:10.22337/2077-9038-2018-3-118-129.

94. РДС РК 1.04-05-2011 Рекомендации по защите зданий от прогрессирующего обрушения : дата введения 2012-05-01. - Казахстан : 2012. -27 с.

95. Руководство по применению стальных канатов и анкерных устройств в конструкциях зданий и сооружений. - Москва : Стройиздат, 1978. - 96 с.

96. Сингаевский, П.М. К определению оптимальной геометрической схемы некоторых комбинированных арочных ферм с гибкой решеткой / П.М. Сингаевский, Е.Н. Кожевников, К.М. Караджи // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. - 1971. - № 4. - С. 14-18.

97. Синицин, Ю. Н. О конструктивных схемах и особенностях работы некоторых стальных стропильных ферм комбинированной системы / Ю. Н. Синицин // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. -1964. - № 2. - С. 33-41.

98. Ситников, И.Р. Регулирование усилий в большепролётных конструкциях при разработке рациональной конструктивной формы здания дельфинария в Волгограде / И.Р. Ситников, А.В. Голиков // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2018. - Т. 14, № 4. - С. 278-292. - doi: 10.22363/1815-523 5-2018-14-4-278-292.

99. Словарь терминов архитектуры / Э. С. Юсупов. - Санкт-Петербург : Фонд "Ленингр. галерея", 1994. - 416 с. - ISBN 5-85825-004-1.

100. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции : дата введения 2017-08-28.

- Москва : Стандартинформ, 2017. - 148 с.

101. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* : дата введения 2017-06-04. - Москва : Стандартинформ, 2018. - 78 с.

102. СП 296.1325800.2017 Здания и сооружения. Особые воздействия (с Изменениями N 1, 2) : дата введения 2018-02-04. - Москва : Стандартинформ, 2017.

- 30 с.

103. СП 304.1325800.2017. Конструкции большепролетных зданий и сооружений. Правила эксплуатации : дата введения 2018-04-26. - Москва : Стандартинформ, 2017. - 32 с.

104. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы : дата введения 2011-05-20. - Москва : ОАО «ЦПП», 2011. - 346 с.

105. СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения (с Изменениями N 1, 2) : дата введения 2019-01-06. - Москва : Стандартинформ, 2018.

- 21 с.

106. СП 443.1325800.2019 Мосты с конструкциями из алюминиевых сплавов. Правила проектирования : дата введения 2019-10-31. - Москва : Стандартинформ, 2019. - 64 с.

107. СП 494.1325800.2020 Конструкции покрытий пространственные металлические. Правила проектирования : дата введения 2021-06-30. - Москва : Стандартинформ, 2021. - 77 с.

108. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчётно-теоретический / В.Л. Агамиров, В.Н. Архангельский, М.С. Бернштейн [и др.]. - Москва : Госстройиздат, 1960. - 1041 с.

109. СтальПроект : сайт. - URL: http://steel-project.ru (дата обращения: 06.03.2023)

110. СТО 36554501-024-2010 Обеспечение безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных

воздействиях: дата введения 2010-11-01. - Москва : АО «НИЦ «Строительство», 2010. - 20 с.

111. Стрелецкий Н.С. Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций / Н.С. Стрелецкий, Д.Н. Стрелецкий. - Москва : Стройиздат, 1964. - 360 с.

112. Строительная механика. Избранные труды / В.Г. Шухов. - Москва : Наука, 1977. - 193 с.

113. Суворовцев Б.А. Особенности проектирования пролетных строений мостов комбинированных систем с гибкими подвесками / Б.А. Суворовцев // Современные технологии. Анализ. Моделирование. - 2017. - № 1. - С. 219-224.

114. Сыч, С. Проектирование вантовых конструкций в Autodesk Robot Structural Analysis Professional / С. Сыч // CADmaster. - 2012. - № 6. - С. 84-86.

115. Тамразян А.Г. Методические основы подготовки научно-квалификационной работы (диссертации) по строительным наукам : учебное пособие / А.Г. Тамразян. - Москва : Издательство МИСИ-МГСУ, 2019. - 232 с. -ISBN 978-5-7264-1997-8

116. Тамразян А.Г. Рекомендации к разработке требований к живучести зданий и сооружений / А.Г. Тамразян // Вестник МГСУ. - 2011. - № 2. - С. 77-83. -ISSN 1997-0935.

117. Тамразян А.Г. Современные методы оптимизации конструктивных решений для несущих систем зданий и сооружений / А.Г. Тамразян, А.В. Алексейцев // Вестник МГСУ. - 2020. - Т. 15, № 1. - С. 12-30. - ISSN 1997-0935

118. Тамразян А.Г. Эволюционная оптимизация нормально эксплуатируемых железобетонных балочных конструкций с учетом риска аварийных ситуаций / А.Г. Тамразян, А.В. Алексейцев // Промышленное и гражданское строительство. - 2019. - № 9. - С. 45-50. - ISSN 0869-7019

119. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений : Федеральный закон от 30.12.2009. N 384-ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации. - 2010. - № 1. - Ст. 5

120. ТКП EN 1991-1-7-2009 (02250) Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-7. Общие воздействия. Особые воздействия: дата введения 2009-12-10. - Минск : Минстройархитектуры, 2010. - 67 с.

121. Токарев В.С. Напряженно-деформированное состояние стальных арок с системой наклонных затяжек / В. С. Токарев, Н. Ю. Трянина // Результаты фундаментальных и прикладных исследований в области естественных и технических наук : сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции, Белгород, 29 июня 2017 года. - Белгород: АПНИ, 2017. - С. 227-230.

122. Травуш В.И. Расчет параметра живучести рамно-стержневых конструктивных систем / В.И. Травуш, Н.В. Федорова // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2017. - № 1. - С. 21-28. - ISSN 2541-7592.

123. Травуш, В. И. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений / В. И. Травуш, В. И. Колчунов, Н. В. Клюева // Промышленное и гражданское строительство. - 2015. - № 3. - С. 4-11.

124. Трянина Н.Ю. Анализ работы арочных систем с наклонными тягами / Н.Ю. Трянина, М.А. Карзанов // Вестник Волжского регионального отделения РААСН. - 2011. - № 14. - С. 175-182.

125. Трянина Н.Ю. Исследование вопроса живучести сетчатого купола / Н.Ю. Трянина, И.А. Самохвалов // Приволжский научный журнал. - 2018. - № 1. -С. 15-18.

126. Трянина Н.Ю. Исследование вопроса живучести стальных сетчатых покрытий / Н.Ю. Трянина, П.С. Тестоедов // Приволжский научный журнал. - 2015. - № 1. - С. 9-15.

127. Трянина Н.Ю. Исследование живучести сетчатой гиперболоидной башни В.Г. Шухова / Н.Ю. Трянина, И.А. Самохвалов, Е.Н. Облетов // Приволжский научный журнал. - 2021. - № 1. - С. 33-39. - ISSN 1995-2511.

128. Трянина Н.Ю. Исследование работы арочных конструкций с системой наклонных тяг / Н.Ю. Трянина, М.А. Карзанов // Приволжский научный журнал. -2011. - № 2. - С. 16-19.

129. Трянина Н.Ю. Исследование работы ребристо-кольцевых куполов с системой предварительно-напряженных затяжек / Н.Ю. Трянина, Н.А. Репьева // Приволжский научный журнал. - 2020. - № 3. - С. 34-40. - ISSN 1995-2511.

130. Туснин, А. Р. Испытания плоских ферм с повреждениями / А. Р. Туснин, М. П. Бергер // Строительные конструкции, здания и сооружения. - 2019. - № 10. - С. 12-19.

131. Фермы, арки, тонкостенные пространственные конструкции / Н.В. Лебедева. - Москва : Архитектура-С, 2006. - 120 с.

132. Юнусов А.С. Арочные конструкции, востребованные временем, в строительной науке и архитектуре / А.С. Юнусов // Инженерный вестник Дона : электронный журнал. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3586. - Дата публикации: 09.03.2016.

133. Ярмульник Ф.В. Методические рекомендации по исследованию строительных конструкций с применением математического и физического моделирования : Методические рекомендации пособие / Ф.В. Ярмульник, В.И. Кретов. - Киев : НИИСК, 1987. - 70 с.

134. A Review of the Network Arch Bridge / A. D. Danciu, S. I. Gutiu, C Moga [и др.] // Applied Sciences : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.3390/APP131910966. - Дата публикации: 04.10.2023.

135. Aircraft support industries : сайт. - URL: https://asiglobal.net/wp-content/uploads/2023/02/Project-Profile-1_Jet-Aviation-Sgp-H2-Case-Study.pdf (дата обращения: 11.06.2023).

136. Alegria Mira, L. Deployable scissor arch for transitional shelters / L. Alegria Mira, A. P. Thrall, N. De Temmerman // Automation in Construction : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/J.AUTC0N.2014.03.014. - Дата публикации: 02.04.2014.

137. Burford N.K. The Evolution of Arches as Lightweight Structures - A History of Empiricism and Science / N.K. Burford, F.W. Smith, C. Gengnagel // Proceedings of the Third International Congress on Construction History. - Cottbus : , 2009. - С. 267274.

138. Clarke, M. J. Tests and Nonlinear Analyses of Small-Scale Stressed-Arch Frames / M. J. Clarke, G. J. Hancock // Journal of Structural Engineering. - 1995. - № 121. - С. 187-200.

139. Conceptual design and experimental verification study of a special-shaped composite arch bridge / P. Lu, J. Zhang, D. Li [и др.] // Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/J.ISTRUC.2020.12.018. - Дата публикации: 25.12.2020.

140. Crocetti, R. Timber Structures for Large-Span Structures / R. Crocetti // Proceedings of the World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering (CSEE'16) . - Prague, Czech Republic - March 30 - 31, 2016. - С. 1-24. - doi: 10.11159/icsenm16.124.

141. Design of bending-active tied arches by using a multi-objective optimization method / J. Bessini, P. Shepherd, S. Monleón, C. Lázaro // Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/J.ISTRUC.2020.07.045. - Дата публикации: 19.08.2020.

142. DIN 3055 Drahtseile aus Stahldrehten. Rundlitzenseil 6x7 : дата введения 1972-03. - Germany : DNA, 1972.

143. Dolgusheva V. Robustness of the combined arch system with radial ties / V. Dolgusheva, A. Ibragimov, T. Dolgushev // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 839 doi: 10.1051/e3sconf/202338901053.

144. Dolgusheva V.V. Operation Analysis of the Main Arch-Cable-Stayed Systems When Operating Under Unevenly Distributed and Asymmetrically Working Loads / V.V. Dolgusheva, A.M. Ibragimov // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022.

- № 168. - С. 44-54. - ISSN 2366-2557.

145. Dolgusheva V.V. Operation Analysis of the Main Arch-Cable-Stayed Systems When Operating Under Unevenly Distributed and Asymmetrically Working Loads / V.V. Dolgusheva, A.M. Ibragimov // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022.

- № 168. - С. 44-54. - ISSN 2366-2557. doi: 10.1007/978-3-030-91145-4 5.

146. Dolgusheva, V Comparing two types of combined arch-cable systems operation / V Dolgusheva, A Ibragimov // AIP Conference Proceedings : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1063/5.0143530. - Дата публикации: 02.08.2023.

147. Experimental and analytical investigations on sustainable and innovative strengthening systems for masonry arches / G. Misseri, L. Rovero, G. Stipo [и др.] // Composite Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.10167j.compstruct.2018.11.054. - Дата публикации: 01.12.2018.

148. Experimental collapse investigation and nonlinear modeling of a single-span stone masonry arch bridge / V. G. Mentese, O. Gunes, O. C. Celik [и др.] // Engineering Failure Analysis : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107520. - Дата публикации: 03.08.2023.

149. Experimental research on stable ultimate bearing capacity of leaning-type arch rib systems / A. R. Liu, Y. H. Huang, J. Y. Fu [и др.] // Journal of Constructional Steel Research : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/jjcsr.2015.08.011. - Дата публикации: 14.08.2015.

150. Failure mechanism of steel arch trusses: Shaking table testing and FEM analysis / Q. H. Han, Y. Xu, Y. Lu [и др.] // Engineering Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.10.013. - Дата публикации: 09.11.2014.

151. Ferrero, C. Experimental response of a scaled dry-joint masonry arch subject to inclined support displacements / C. Ferrero, C. Calderini, P. Roca // Engineering Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113804. - Дата публикации: 06.01.2022.

152. Fialko, S.Yu. Elasto plastic progressive collapse analysis based on the integration of the equations of motion / S.Yu. Fialko, O.V. Kabantsev, A.V. Perelmuter // Magazine of Civil Engineering : электронный журнал. - URL: http://engstroy.spbstu.ru/. - Дата публикации: 2021.

153. gmp : сайт. - URL: https://www.gmp.de/en/projects/410/museum-of-hamburg-history-glass-roof (дата обращения: 11.06.2023).

154. Investigation of an Arched Footbridge Funicular against any Loads //

ResearchGate : сайт. - URL:

https: //www. researchgate. net/publication/278963362_Inve stigation_of_an_Arched_Foo tbridge_Funicular_against_any_Loads (дата обращения: 11.06.2022).

155. Iskatel.com : сайт. - URL: https://iskatel.com/places/petrovskiy-passazh (дата обращения 06.03.2023).

156. Jones, J. A Landmark For the Ages: The Gateway Arch / J. Jones // Civil Engineering Magazine. - 2011. - № 11 (81). - pp. 44-47.

157. Klein, P. Cable-Stayed Arch Bridge, Putrajaya, Kuala Lumpur, Malaysia / P. Klein, M. Yamout // Structural Engineering International. - 2003. - Vol. 13, № 3. - p. 196-199. - doi: 10.2749/101686603777964586.

158. Lai, Y. Novel long-span cable-stayed deck arch bridge: Concept and structural characteristics / Y. Lai, Y. Wu, G. Wang // Engineering Structures : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1016/J.ENGSTRUCT.2024.118026. -Дата публикации: 13.04.2024.

159. Malerba, P.G. A New Landmark Arch Bridge in Milan / P.G. Malerba, M.Di. Domizio, P. Galli // Procedia Engineering. - 2011. - № 14. - С. 1051-1058. -doi:10.1016/j.proeng.2011.07.132.

160. Miyachi, K. Ultimate strength and collapse process of cable-stayed arch bridges / K. Miyachi, S. Nakamura // Bridge Structures. - 2014. - Vol. 10, № 2,3. - p. 63-75. - doi: 10.3233/BRS-140072.

161. Mora-Gómez, J. Historical Iron Tie-rods In Vaulted Structures: Parametrical Study Through A Scaled Model / J. Mora-Gómez // WIT Transactions on The Built Environment : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.2495/STR150561. -Дата публикации: 2015.

162. My structurae : сайт. - URL: https://structurae.net (дата обращения: 06.03.2023)

163. Recent development of long-span arch bridges in China / J. L. Zheng, Z. Chen, B. Tu [и др.] // Advances in Environmental Vibration and Transportation Geodynamics. Lecture Notes in Civil Engineering : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1007/978-981-15-2349-6_66. - Дата публикации: 08.04.2020.

164. Research on the Mechanical Performance of a Mountainous Long-Span Steel Truss Arch Bridge with High and Low Arch Seats / Y. Tan, J. Shi, P. Liu [и др.] // Buildings : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.3390/BUILDINGS13123037. - Дата публикации: 06.12.2023.

165. SCAD Office. Версия 21. Вычислительный комплекс SCAD++ / В.С. Карпиловский, Э.З. Криксунов, А.А. Маляренко [и др.]. - Москва : СКАД СОФТ, 2015. - 848 с. - ISBN 978-5-4323-0081-2.

166. Stress Distributions in Girder-Arch-Pier Connections of Long-Span Continuous Rigid Frame Arch Railway Bridges / H. Gou, H. Long, Y. Bao [и др.] // Journal of Bridge Engineering : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001250. - Дата публикации: 25.04.2018.

167. Structural Behavior of an Air-Inflated Fabric Arch Frame / X. Guo, Q. Li, D. Zhang, J. Gong // Journal of Structural Engineering : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001374. - Дата публикации: 27.07.2015.

168. Tokarz, B. The large-scale form alone is nothing - the detail decides / B. Tokarz // IABSE Symposium Report . - Geneva : IABSE, 2015. - С. 353-360. - ISBN 2221-3783.

169. Trenz, J. Experimental model of plan curved footbridge supported by arch / J. Trenz, K. Zlatuska, R. Necas // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1088/1757-899X/960/4/042070. - Дата публикации: 2020.

170. UFC 4-023-03 (Including Change 3, 2016). Unified facilities criteria. Design of buildings to resist progressive collapse : date of introduction : 2009-07-14. - 245 p.

171. UFC 4-023-03 DESIGN OF BUILDINGS TO RESIST PROGRESSIVE COLLAPSE (Change 3): date of introduction 2009-07-14. - USA : 2009. -245 p.

172. Xie, X. L. Conceptual design of a new type of single-tower cable-stayed arch bridge and study of its mechanical properties / X. L. Xie, Y. Huang, X. Qin // Advances

in Structural Engineering : электронный журнал. - URL: https://doi.org/10.1177/13694332211001506. - Дата публикации: 27.03.2021.

173. Zheng, J. Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China / J. Zheng, J. Wang // Engineering : электронный журнал. - URL: https://doi.Org/10.1016/J.ENG.2017.12.003. - Дата публикации: 04.04.2018.

201

ПРИЛОЖЕНИЕ А Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в изданиях, включённых в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук:

1. Ибрагимов А.М. Проблемы применения и проектирования арочных комбинированных систем / А.М. Ибрагимов, Л.Ю. Гнедина, В.В. Долгушева // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. - 2021. - №№ 2. - С. 25-35. - ISSN 2542-114Х. doi: 10.25686/2542-114Х.2021.2.25.

2. Долгушева В.В. Сравнение работы арочно-вантовых комбинированных систем двух типов с простыми арками / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов // Инженерный вестник Дона: электронный журнал. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7739. - Дата публикации: 2022. - ISSN 20738633.

3. Долгушева В.В. Рациональное конструктивное решение комбинированной арочной системы с наклонными тягами / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов, Т.В. Долгушев // Academia. Архитектура и строительство. - 2023. - № 2. - С. 168-174. -doi: 10.22337/2077-9038-2023-2-168-174.

4. Долгушева В.В. Экспериментальное и численное сравнение напряженно-деформированного состояния арки и комбинированной арочной конструкции / В.В. Долгушева, А.М. Ибрагимов // Вестник МГСУ. - 2025. - № 1. - С. 37 - 49. doi: 10.22227/1997-0935.2025.1.37-49.

Публикации в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web of Science:

5. Dolgusheva V.V. Operation Analysis of the Main Arch-Cable-Stayed Systems When Operating Under Unevenly Distributed and Asymmetrically Working Loads / V.V. Dolgusheva, A.M. Ibragimov // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022. - № 168. -С. 44-54. - ISSN 2366-2557. doi: 10.1007/978-3-030-91145-4 5.

6. Dolgusheva, V Comparing two types of combined arch-cable systems operation / V Dolgusheva, A Ibragimov // AIP Conference Proceedings : электронный журнал. -URL: https://doi.org/10.1063/5.0143530. - Дата публикации: 02.08.2023.

7. Dolgusheva V. Robustness of the combined arch system with radial ties / V. Dolgusheva, A. Ibragimov, T. Dolgushev // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 839 doi: 10.1051/e3sconf/202338901053.

203

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Трактовки терминов «живучесть» и «прогрессирующее (лавинообразное)

обрушение»

Таблица Б.1 - Определения термина «живучесть» и «прогрессирующее

(лавинообразное) обрушение»

Термин Определение Источник

Нормативная документация

Конструктивная целостность (живучесть) сооружения Способность сооружения при таких событиях, как пожар, взрывы, удар или вследствие человеческих ошибок, избежать повреждений, не пропорциональных первоначальной причине. 28

Живучесть Свойство конструкции противостоять таким событиям, как пожар, взрыв, удар или результат человеческих ошибок, без возникновения повреждений, непропорциональных по отношению к причине, вызвавшей повреждение 29,120

Свойство объекта сохранять ограниченную (определенную проектом), работоспособность под влияниями, не предусмотренными нормальными условиями эксплуатации, или при отказе некоторых компонентов объекта, а также способность противостоять неидентифицированным (аварийным) воздействиям без возникновения повреждений, которые были бы непропорциональны причине, вызвавшей повреждения. 94

Прогрессирующее обрушение Распространение первоначального локального разрушения от элемента к элементу, в конечном итоге приводящее к обрушению всей конструкции или непропорционально большой ее части 171

Прогрессирующее (лавинообразное) обрушение Последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций, приводящее к обрушению всего здания или сооружения или его частей вследствие начального локального разрушения. 105,102,17

Лавинообразное (прогрессирующее) обрушение Распространение начального локального повреждения в виде цепной реакции от элемента к элементу, которое в конечном счете приводит к обрушению всего сооружения или непропорционально большей его части. 110

Диссертации, научные статьи, пособия

Живучесть Способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения требуемых функций при наличии неблагоприятных воздействий, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, вызывающими повреждения (отказ) элементов системы. 79

Способность конструкции обеспечивать своё 63

функциональное назначение при отказе её отдельных

элементов

Свойство конструкции сохранять общую несущую 74

способность при локальных разрушениях, вызванных

природными и техногенными воздействиями, по

крайней мере, в течение некоторого времени

Способность частично выполнять свои функции при 116

разрушении отдельных элементов

Свойство статически неопределимой конструктивной 54

системы сопротивляться разрушению при отказе

одного из её наиболее нагруженных элементов,

связанном с внезапным запроектным воздействием

Способность конструктивной системы 5

перераспределять силовые потоки между

остальными элементами в случае повреждения или

ослабления одного из элементов.

Способность конструктивной системы 122

перераспределять нагрузку между остальными

несущими элементами системы в случае внезапного

выключения одного из элементов

Способность поврежденной конструкции сохранять частичную работоспособность 34

Свойство конструкций сохранять в течение 127

некоторого времени работоспособность при наличии

развивающихся дефектов и повреждений различной

природы

свойство в течение некоторого времени сохранять 73

несущую способность при локальных разрушениях

(при аварийных ситуациях), вызванных природными

и технологическими воздействиями.

А именно стойкость конструкции (здания и

сооружения) к прогрессирующему разрушению при

запроектированных аварийных повреждениях и

локальных разрушениях

Способность повреждённой системы выполнять своё 36

функциональное назначение

205

ПРИЛОЖЕНИЕ В Примеры применения арочных и арочно-вантовых конструкций в

строительстве

В приложении приняты следующие обозначения: L - пролёт, Н - высота здания, f - стрела подъёма, В - шаг конструкций, 1 - длина здания.

Рисунок В.1 - Полезная модель. Полигональная арка [81]

Рисунок В.2 - Выставочный и торжественный зал (Ausstellungs- und Veranstaltungshalle), 2010 г., Билефельд, Германия [162] L=40 м, H=22 м, l=90 м, B=5 м, материал -клеёный брус

Рисунок В.3 - Полигональный ангар [3]

Рисунок В.4 - Ангар из железобетона. О. Фрезине, 1916 г. Опалубка, усиленная наклонными тягами [7]

Рисунок В.5 - Зимний сад Шеффилда, 2003 г.. Шеффилд, Соединённое Королевство Н-21 м, 1-70 м [162] Двухшарнирная деревянная арка (клеёный брус)

Рисунок В.6 - Jefferson National Expansion Memorial Arch, смотровая башня, 1966 г., Сент-Луис, США [156, 162] L=192 м; H=192 м Стальная арка

Рисунок В.7 - TwinArch138, Смотровая башня, 1995 г., Итиномия, Япония [162] Н=138 м

Рисунок В.9 - Porsche-Zentrum Dortmund, торговое здание, Хольцвикеде, Германия [162]

Металлические арки сплошного сечения

Рисунок В.8 - Whittle Arch, скульптура, Ковентри, Великобритания [162] Стальная конструкция

Рисунок В.10 - Станция метро Torino Porta Susa, 2012 г., Турин, Италия H-13... 19 м, 1=385 м [162] Материал арок - сталь

Рисунок В.11 - Zentrum Paul Klee, Здание музея, 2005 г., Берн, Швейцария [162,168] L=63,8; 52,9; 39,2 м Материал - арки: сталь; конструкции каркаса - железобетон

Рисунок В.12 - Международный аэропорт Кансай, 1994 г., Япония [137]

Рисунок В.13 - Орлеанский вокзал, 2005 г., Орлеан, Франция [162] 2L=44 м; Н=17 м; 1=73 м Арки выполнены из стальных труб

Рисунок В.14 - Волейбольный центр, 2020 г.. Сосновый Бор, Россия [109]

Рисунок В.15 - Северный вокзал Валенсии, 1917 г., Валенсия, Испания [162] L=45 м

Рисунок В.16 - Лондонский вокзал Кинг-Кросс, 1852 г., Лондон, Великобритания [162]

Рисунок В.17 - Дебаркадер Киевского вокзала, 1917 г., Москва, Россия [7]

Ь=47,9 м; Н=28,75 м, 3-х шарнирная арка

Рисунок В.18 - Станция Lime Street, 1836 г.. Ливерпуль, Великобритания [137]

Рисунок В.19 - Крытый конькобежный центр «Уральская молния», 2004 г.,

Челябинск, Россия [1, 52] L=83,4 м; Г=8 м; Н=18,4 м; В=12 м

Рисунок В.20 - Крытый футбольный легкоатлетический манеж, 2006 г., Казань, Россия [1, 52] L=90,7 м; Г=10 м; В=9,7 м

Рисунок В.21 - Гостиный двор, 1998 г. Москва, Россия [1 ,52] L-59...82 м, f=2,1 м; B=12,15 м

Рисунок В.22 - Галлерея Джузеппе Мадзини, 1880 г., Генуя, Италия [162] Двухшарнирные арки

Рисунок В.23 - Национальный музей ВВС США - Галерея Юджина В. Кеттеринга. Ангар для самолётов, 2003 г., Дейтон, США [162]

Двухшарнирная арка L=91 м; Н=27 м; 1=237 м Железобетонный фундамент, стальные арочные фермы, затяжки из преднапряжённого бетона

Рисунок В.24 - Jean-Vilar Tramway Station, 2002 г., Ифс, Франция [162] Двухшарнирная деревянная арка

Рисунок В.25 - Полезная модель. Арочно вантовое покрытие [85]

Рисунок В.26 - Полезная модель. Арочная конструкция для по1фытий зданий [87]

Рисунок В.27 - Арочно-вантовое комбинированное покрытие [86]

Рисунок В.28 - Всемирный торговый центр, 1996 г., Дрезден, Германия [137]

Рисунок В.29 - Дворец спорта «Зенит», 1976 г., Санкт-Петербург, Россия [52] L=72 м; Н=20 м; £=3,5 м; 1=126 м

Рисунок В.30 - Полезная модель. Арочная конструкция [61]

Рисунок В.32 - Здание машинного отдела на Всероссийской выставке, 1896 г., Нижний Новгород, Россия [7]

Рисунок В.34 - Покрытие над залом ГМИИ им. А.С. Пушкина, 1898 г, Москва, Россия [50] L~20 м

Рисунок В.31 - Светопрозрачные покрытия галереи ГУМа, 1893 г, Москва, Россия [7] L~15 м

Рисунок В.33 - Светопрозрачные покрытия торгового центра «Петровский Пассаж», 1906 г, Москва, Россия [155] Ь~15 м

• 1

фие 1

Рисунок В.35 - Полезная модель. Арочное покрытие [60]

Рисунок В.36 - Автовокзал, 1992 г., Кур, Рисунок В.37 - Музей истории Гамбурга, 1989 Швейцария [137] г., Гамбург, Германия [137,153]

Рисунок В.38 - Полезная модель: Арка [57]

Рисунок В.39 - Стадион «Спирос Луис», 2004 г., Афины, Греция [61,162,114]

Рисунок В.40 - Durban's Moses Mabhida Stadium, 2010 г., Дурбан, ЮАР [61] L=350 м; H=105 м

Рисунок В.41 - Стадион «Уэмбли», 2006 г. Лондон, Англия [1, 61, 162, 114] Арка: L=315 м; Н=134 м Стальная арка

Рисунок В.42 - Покрытие над залом летнего театра, Белоруссия [1]

Рисунок В.43 - Проект дельфинария в г. Волгоград [60, 98] Габариты здания 84х54 м

Рисунок В.44 - Lotto Mons Expo и

Государственный архив в Монсе, 2002 г., Рисунок В.45 - Саркофаг над 4-м

Монс, Бельгия [162] энергоблоком Чернобыльской АЭС, 2019 г.,

L-80 м; H=21 м Припять, Украина [162]

Арки из бетона с высокими L=260 м; H=110 м; 1=165 м эксплуатационными характеристиками

Рисунок В.46 - Легкоатлетический манеж (слева) и бассейн (справа) НИУ МГСУ, Москва,

Россия [76]

Рисунок В.47 - Легкоатлетический манеж НИУ МГСУ, Москва, Россия [57,76] L=48 м; В=6. 7 2 м

Рисунок В.48 - Бассей НИУ МГСУ, 2019 г. Москва, Россия [57,76]

Рисунок В.49 - Хранилище угля, 1998 г. Ириан Джая, Индонезия [135] L =120 м, Н=33 м, f=19 м

Рисунок В.50 - Ангар для самолётов, 1992 г.. Сингапур [135] L =75,5 м, Н=27 м, f=18 м, В=8 м, 1=60,5 м

Рисунок В.51 - Ангар для реактивных самолётов представительского класса, Доха, Катар

[135]

215

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Сравнение аналитического решения некоторых задач с результатами, полученными в (ПК) ЛИРА-САПР 2021 R2.3 и SCAD Office 21.1.9.11

Задачи и их моделирование в программных комплексах приняты по аналогии с верификационными отчётами [9,10]. Все приведённые ниже задачи рассмотрены с учётом геометрически нелинейного характера работы.

Задача 1. Работа стального каната под действием собственного веса и сосредоточенной нагрузки (Рисунок Г. 1).

Рисунок Г.1 - Расчётная схема Цель расчёта: определение напряжённо-деформированного состояния (продольное усилие Мтах, вертикальное перемещение середины утах, сила распора Я).

Исходные данные: пролёт Ь = 30 м; сосредоточенная нагрузка в середине нити Р = 300 кг = 2,943 кН; тип сечения каната - канат одинарной свивки 014 мм, площадь сечения каната F = 116,89 мм2 =0,00012 м2, масса каната д =0,9936 кг/м=0,00975 кН/м [19]; модуль упругости Е =1,67-108 кН/м2 [101]; граничные условия: опоры нити шарнирно неподвижны.

Аналитическое решение выполнено по методике, представленной в [108]: В рассматриваемой задаче первоначальная длина нити равна длине пролёта, следовательно для упругой гибкой нити с поперечным сечением F и модулем упругости Е нагруженной произвольной вертикальной нагрузкой Р величина распора Я с учётом упругих деформаций нити определяется из кубического уравнения (Г.1):

Я =

D -F-F

(Г.1)

Для случая нагружения, когда действует равномерно-распределённая нагрузка (в виде собственного веса) и сосредоточенная нагрузка в середине пролёта характеристика нагрузки Б вычисляется по формуле (Г.2): д2 • ¿3 0,009752 • 303

- ■ у^ ■ ^

= 71,63 кН2 • м

d = • (3 • Ki • (1 + n) +1) =-12--(3 •10'06 •(1 +10'06) +1} (Г.2)

Р 2 943

В формуле (Г.1) ул = — = —:-= 10,06

^ ^ J v JIL g-L 0,00975-30

Подставив (Г.2) в (Г. 1) получим:

з

Я =

ч

D-F-F

2 •L ^

71,63 • 1,67 • 108 • 0,00012

-= 28,564 кН

2 • 30

Величина продольных усилий N в гибкой нити определяется по формуле

(Г.3):

Nmax = V#2 + Q2 = V28,5642 + 2,9432 = 28,715 кН (Г.3)

где Q - балочная поперечная сила от вертикальной нагрузки;

Н - величина распора.

Величина изгибающего момента в середине пролёта (Г.4):

д • L2 Р • L 0,00975 • 302 2,943 • 30 Мтах= — + — =-8-+-4-= 23,169 кН • м (Г.4)

Ордината линии провисания каната в середине пролёта (Г.5):

Мтах 23,169 Утах = — = 28:560 = 0,811 М (Г-5)

Моделирование в ПК ЛИРА-САПР: признак схемы - 2 (три степени свободы в узле); схема построена с помощью КЭ 310 (нить); решение нелинейной задачи с автоматическим выбором шага для физически и геометрически нелинейных задач; размер конечных элементов принят 0,5 м; сечение каната задано по сортаменту.

Моделирование в ПК SCAD: тип схемы - 2 (плоская рама); схема построена с помощью КЭ 302 (стержень плоской рамы с учётом геометрической нелинейности); решение нелинейной задачи простым шаговым методом (количество шагов 10); размер конечных элементов принят 0,5 м; сечение каната задано параметрически.

Результаты расчётов представлены ниже (Рисунок Г.2 - Рисунок Г.5, Таблица

Г.1)

а

Д J. LULL! LliiJILLI Ш1 l.ii LJ i i LI li 11. J LLL1. 1. LI 1111.11 UJJJ.li LLLU

б* цвет сосредоточенной нагрузки совпадает с распределённой Рисунок Г.2 - Расчётная схема. а - в ПК ЛИРА-САПР; б - в ПК SCAD

а

>Vh

<г>

L1. шэг20- "L1+L2"

кН

■28,455

б

Рисунок Г.3 - Усилие распора. а - в ПК ЛИРА-САПР (на схеме показаны нагрузки на фрагмент, распор действует в противоположную сторону); б - в ПК SCAD

а

б

Рисунок Г.4 - Эпюра продольных сил. а - в ПК ЛИРА-САПР; б - в ПК SCAD

а

б

Задача 2. Работа преднапряжённого стального каната под действием собственного веса и сосредоточенной нагрузки.

Расчётная схема, цель расчёта, моделирование в ПК и методика аналитического расчёта соответствуют задаче 1, преднапряжение в канате возникает в связи с уменьшением температуры на 50 0С.

При уменьшении температуры сила предварительного натяжения в канате определяется по формуле (Г.6):

= ^п = • М • £ • .р = 0,000012 • 50 • 1,67 • 108 • 0,00012 =

11,712 кН (Г 6)

где - коэффициент линейного расширения [100];

Дt - изменение температуры.

Зависимость между величинами распора и силы предварительного натяжения Мп при произвольной вертикальной нагрузке выражается уравнением (Г.7):

О • Е • Р

Я3 - ^ • Я2 = —— (Г.7)

2 • Ь

0 71,63 • 1,67 • 108 • 0,00012

Я3 - 11,712 • Я2 =-—--

2 • 30

Я3 -11,712 •Я2 = 23 304,20

Решение кубического уравнения (Г.7) определено с помощью формулы Кардано [58] Я =33,049 кН, следовательно

^тах = Vя2 + О2 = 733,0492 + 2,9432 = 33,180 кН

Мтах 23,169 Утпу = - = - = 0,701 М

Утах н 33,180 '

Результаты расчётов представлены ниже (Рисунок Г.6 - Рисунок Г.8, Таблица

Г.1).

а

L1 шаг 30- "L1+LZ+L3"

кН

-33,634

б

Рисунок Г.6 - Усилие распора. а - в ПК ЛИРА-САПР (на схеме показаны нагрузки на фрагмент, распор действует в противоположную сторону); б - в ПК SCAD

32.537 32.537

а

б

Рисунок Г.7 - Эпюра продольных сил. а - в ПК ЛИРА-САПР; б - в ПК SCAD

а

б

Рисунок Г.8 - Мозаика перемещений. а - в ПК ЛИРА-САПР; б - в ПК SCAD Задача 3. Работа преднапряжённого наклонного стального каната под действием собственного веса (Рисунок Г.9).

Рисунок Г.9 - Расчётная схема

Цель расчёта, методика аналитического расчёта, моделирование в ПК ЛИРА САПР, соответствуют задаче 1 (кроме типа схемы: 5 - шест степеней свободы в узле), преднапряжение в канате возникает в связи с уменьшением температуры на 50 0С (в ПК SCAD эквивалентное усилие преднапряжения задано при введении нити в схему).

Исходные данные: длина нити d = 30 м; угол наклона нити ^ = 30 0С; тип сечения каната, площадь сечения каната масса каната, модуль упругости, граничные условия по задаче 1.

Сила предварительного напряжения определена по формуле (Г.6), зависимость между величинами распора и силы предварительного натяжения при произвольной вертикальной нагрузке выражается уравнением (Г.8):

Я3 - Nn • Я2 • cos^ = (Г.8)

При действии только собственного веса характеристика нагрузки D вычисляется по формуле (Г.9):

д2 • d3 0,009752 • 303

D = =-—-= 0,214 кН2 • м (Г 9)

12 12 v }

0,214 • 1,67 • 108 • 0,00012

Я3 - 11,712 • Я2 • cos30 =-0 -

2 • 25,981

Я3 -10,143 •Я2 = 80,353

Решение кубического уравнения (Г.8) определено с помощью формулы Кардано [58] Я =10,828 кН, следовательно

Umax = + =

N

= 12,577 кН Тогда ордината линии влияния

0,00975 30

10,8282 + (---+ 10,828 • t#30)2

2

Мг/2 1,097

Уг/2 = + х • tflrp = ^^ + 12,990 • 0,577 = 7,601

Следовательно вертикальное перемещение в середине нити 7,601-15:2=0,101

_ 0,00975 • 302