ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ – ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СООРУЖЕНИЙ
 

Физическое моделирование, когда реальный, как правило ещё будущий, объект заменяется для исследования его моделью - это:

Стоимость результатов, получаемых на основе физического моделирования, в десятки раз меньше, чем этого можно было бы достичь натурными испытаниями. В то же время эта стоимость соизмерима с затратами на расчёты.
Надо обратить внимание на важнейший аспект в применении моделирования: оно выполняется до строительства самого сооружения. И в случае выявления каких-либо серьёзных ошибок достаточно внести коррективы в проект, тогда как после обнаружения крупных дефектов в результате натурных испытаний, изменение самой конструкции обойдётся неизмеримо дороже.
Времени, необходимого на исследование сооружения методами физического моделирования, нужно существенно меньше, чем для натурных испытаний, и практически одинаково с затратами на расчёты.

Лаборатория моделирования и испытания конструкций (МИК) ОАО ЦНИИС  проводит модельные исследования более 40 лет. За это время изучена работа около 200 инженерных сооружений: мосты, тоннели, здания, большепролётные перекрытия, причальные сооружения.
Были неоднократные случаи, когда результаты моделирования заставляли внести существенные коррективы в проектные решения.
Проводились исследования на моделях причин аварий отдельных сооружений. Если бы такие исследования были до их строительства, аварий бы не было.
Только за последнее десятилетие на моделях исследована работа ряда сложных сооружений.

Все исследования на моделях проводятся с использованием автоматизированной информационно-измерительной системы, созданной в лаборатории МИК и включающей измерительную аппаратуру на базе современных ЭВМ и специализированное программное обеспечение, разработанное в  лаборатории на основе проверенных методик.

Практика моделирования свидетельствует: те особенности работы конструкции, которые были исследованы на физических моделях, не вызывают проблем при эксплуатации.

1. Покрытие Ледового дворца спорта на Ходынском поле (Москва).

Заказчик: ГУП МНИИП "Моспроект-4"
Исследования выполнены в 2006 году.


Модель была запроектирована из стали в масштабе 1:15 и смонтирована лабораторией МИК ОАО ЦНИИС. Соединения  элементов модели - на болтах. Использовано 22000 болтов М5. Диаметр модели в плане - 8м.

Загружалась стальными листами толщиной 10 мм. Общий вес нагрузки - 12 т.

Проведено статистическое и динамическое загружение, установлено влияние взрывных воздействий. Показано, что местные разрушения основных несущих элементов не приводят к обрушению всего сооружения. Расчет работы модели выполнен на программе NOSTRAN. Модельные эксперименты позволили уточнить методику расчета сложных сооружений на выживаемость.

2. Вантовый мост в Серебряном бору (Москва).

Заказчик: ОАО "Гипротрансмост"
Работа выполнялась в 2005-2006 годах.

Уникальная конструкция пролетного строения с арочным пилоном, 72 вантами и 409-метровым вантовым пролетом исследовалась на модели, выполненной в масштабе 1:40. Применены различные материалы из пластиков и ПВХ.
Решены задачи: необходимые условия для отрыва балки жесткости при натяжении вант; горизонтальные перемещения пилона при наиневыгоднейшем загружении проезжей части; последствия при возможном обрыве группы вант; влияние на напряженно-деформированное состояние конструкций подвешивания ресторана к пилону и воздействия ветровых нагрузок.
Отдельно на моделях, выполненных в масштабах 1:4 и 1:7, изучена работа узлов крепления вант к пилону и балке жесткости.

3. Атриум Международного университета в Москве.

Заказчик: ЗАО "Моспромстрой"
Исследования выполнены в 2004 году.


Основу конструкции Атриума составляют шпренгельные деревянные балки, веером расходящиеся в плане. Шпренгели - стальные. Балки между собой объединяются деревянными поперечными связями.
Модель из оргстекла, выполненная в масштабе 1:33, имела размеры в плане 1,49х0,7 м. Измерительные приборы: тензорезисторы - 350 шт., прогибомеры - 17 шт.
Определено напряженно деформированное состояние конструкции от собственного веса и снеговой нагрузки в различных сочетаниях. Было проведено исследование работы всего сооружения на возможное уменьшение несущей способности и даже обрушение радиальной балки наибольшего пролёта. Установлено, что утрата одной балки не приводит к обрушению всего сооружения.

4. Арочное пролетное строение железнодорожного путепровода в Хайфе (Израиль).

Заказчик: фирма "Pakatz Engineering(1997) Ltd"
Работа 2004 года.


Железобетонное пролётное строение состоит из плиты проезжей части и двух наклонных друг к другу арок с объединительной криволинейной плитой поверху.
Модель, изготовленная в масштабе 1:50, имела длину 1,6 м. Арки модели - циркульные кривые радиусом 1,1м.
Измерительные приборы: тензорезисторы - 600 шт., прогибомеры - 22 шт.
В ходе исследования было определено общее напряженно-деформированное состояние пролетного строения на этапе натяжения подвесок и во время эксплуатации, исследовалось распределение местных напряжений в местах примыкания арок к опорным узлам и верхней криволинейной плите. Были исследованы варианты очередности натяжения подвесок и даны рекомендации.

5. Крытый конькобежный центр в Крылатском.

Заказчик: ЗАО "Моспромстрой"
Исследования проводились в 2003 году.


Геометрический масштаб моделирования 1:50. Размер модели в плане 4,6х2,8 м, высота модели с пилоном 1,3м. Материал натуры: бетон, сталь, дерево. Материал модели: оргстекло, вспененный ПВХ, пленка толщиной 0,18 мм. Измерительные приборы: тензорезисторы - 380 шт., прогибомеры - 27 шт., 25 точек нивелировки перекрытия.
Получены перемещения, нормальные силы и изгибающие моменты в стойках и оттяжках пилона, вантах, радиальных фермах, кольцевой балке и горизонтальных связях на всех этапах работы сооружения: натяжения вант, технологической загрузки, снеговой нагрузки в различных сочетаниях.
Исследования на модели позволили предложить и определить оптимальный вариант натяжения вант, раскружаливания системы с опусканием временных опор, что позволило существенно сократить сроки монтажа сооружения.

6. Крытый конькобежный стадион в Коломне.

Заказчик: ЗАО "Курортпроект"
Работа выполнена в 2003 году.


Стальная конструкция представляет собой мембрану толщиной 4 мм, окаймлённую по контуру коробчатой криволинейной в плане балкой, которая опирается на отдельные стойки и арки.
Модель, изготовленная в масштабе 1:50, имела размер в плане 4,0х2,2 м. Материал опорного контура модели: оргстекло. Мембрана модели была изготовлена из пленки толщиной 0,08 мм. Измерительные приборы: тензорезисторы - 600 шт., прогибомеры - 60 шт., на мембране 31 точка для нивелирования. Была создана специальная система загружения модели из 2000 отдельных грузов.
В результате исследований определены перемещения, нормальные силы и изгибающие моменты в опорном контуре, опорных арочных фермах, опорах-стойках и мембране от собственного веса конструкции, раскружаливания, полезной нагрузки и различных сочетаний снеговой нагрузки. Установлено появление гофр на мембране, зоны их расположения.

7. Новояузский мост в Москве.

Заказчик: ПИ "Промос"
Работа проводилась в 2002 году.

Отличительная особенность конструкции моста – комплекс арочной опоры с плитным пролётным строением при пересечении Яузы под острым углом. Модель моста была выполнена из оргстекла в масштабе 1:62. Полная длина модели 2,9м. Пролетное строение в плане – кривая со средним радиусом 6,3м. Ширина модели пролетного строения - от 0,33 м до 0,39 м. Модель арки – циркульная кривая с радиусом по оси арки 0,49 м толщиной 35,4 мм и шириной 96,5 мм.
Измерительные приборы: тензорезисторы - 770 шт., прогибомеры - 40 шт.
Целью настоящего исследования являлось выявление местных напряжений на участке объединения арки и плиты проезжей части, где они сливались в единую конструкцию и корректировка расчетных схем. В ходе работ были определены прогибы, перемещения, опоные реакции, нормальные напряжения, нормальные силы, изгибающие и крутящие моменты, возникающие в сечениях пролетного строения и арки от собственного веса и временной нагрузки при пространственной работе конструкции.

8. Пролетное строение эстакады 3 транспортного кольца в Москве.

Заказчик: ОАО "Гипротрансмост"
Работа выполнялась в 1996-2000 годах.

Исследовалась работа неразрезного многопролётного коробчатого стального пролётного строения.
Здесь был применён комплекс моделей, выполненных в масштабах 1:10 - 1:50. Помимо определения напряженно-деформированного состояния конструкции от собственного веса и различных сочетаний временной нагрузки, включая динамические воздействия, установлены местные напряжения, возникающие в различных узлах конструкции, частоты собственных колебаний, выбрано оптимальное число и местоположение поперечных связей по нижнему поясу.

9. Навесной монтаж пролетного строения моста через Обь у Сургута.

Заказчик: ОАО "Гипротрансмост"
Исследования велись в 1997-1998 годах.

Модель была выполнена из оргстекла в масштабе 1:30. Полная длина модели составила 18,5 м, высота пилона 4,8 м. Балка жесткости, как и в натуре, была разбита на 53 монтажных блока.
Измерительные приборы: тензорезисторы - 690 шт., прогибомеры - 85 шт.
В ходе исследования был полностью воспроизведен навесной монтаж вантового пролетного строения с поэтапным измерением всех параметров монтажа: изменения положения упругих линий балки жесткости и пилона, изменения усилия в них, а также в вантах. Кроме того, было выявлено напряженно-деформированное состояние вантового пролетного строения при воздействии горизонтального ветра, направленного перпендикулярно фасаду моста.
Эксперименты на модели, выполненные за 2 года до реального монтажа, подтвердили выводы проектировщиков и необоснованность отрицательных отзывов крупных экспертов.

10. Покрытие Большой спортивной арены стадиона в Лужниках.

Заказчик: МНИИТЭП
Исследования проводились в 1996 г.

Данная модель была изготовлена в масштабе 1:30 из стали на Череповецком заводе, а затем смонтирована в лаборатории ОАО ЦНИИС. Модель была оснащена тензорезисторами и электрическими прогибомерами, связанными с ЭВМ, что дало возможность при испытаниях поэтапно следить за состоянием модели и вносить коррективы в ход испытаний.
Было выявлено состояние конструкции на всех этапах её работы: раскружаливание, загрузка всеми видами статических и динамических нагрузок, включая предполагающуюся впоследствии постройку откатного полного перекрытия, воздействие ветра, возможное выключение из работы от одной до трех стоек.





 

Хостинг от uCoz