Цель работы: выполнение поверочных расчетов конструкции покрытия конькобежного стадиона в г. Коломна на заданные нагрузки и воздействия.

Выполнены расчеты:

• на заданные снеговые нагрузки конструкции покрытия без тросов;
• колонн на максимальные нагрузки;
• опорного контура на максимальные нагрузки;
• на последовательное нагружение конструкции покрытия с тросами.

Конструкция покрытия представляет собой висячую мембранную оболочку с отрицательной гауссовой кривизной, жестко связанную по периметру с замкнутым железобетонным опорным контуром.

Опорный контур овальной формы опирается вдоль продольных сторон на две арки и 24 шарнирно опертые колонны. Сверху на мембрану в продольном направлении укладываются тросы, ограничивающие продольную деформацию мембраны. Концы тросов крепятся в специальных узлах на балке опорного контура, после чего производится натяжение тросов с заданными усилиями. Снизу к мембране подвешивается технологическое оборудование.

Расчетная модель конструкции покрытия. Изометрия

Расчетная модель конструкции покрытия. Вид сбоку

В расчетной модели число узлов 280 508, число конечных элементов 240 734.

Результаты расчетов

На следующих рисунках показано напряженное состояние одной из колонн при максимальной нагрузке. Нагружение колонны осуществлялось с учетом эксцентриситета.

Результаты поверочных расчетов. Распределение в конструкции нормальных напряжений, направленных вдоль оси колонны	Результаты поверочных расчетов. Распределение в зоне контакта нормальных напряжений, направленных вдоль оси колонны

Ниже показаны сечения опорного контура с результатами расчета на максимальную нагрузку.

Результаты расчетов конструкции. Распределение продольных напряжений в арматуре при нагружении силой вдоль оси X	Результаты расчетов конструкции. Распределение продольных напряжений в бетоне при нагружении силой вдоль оси X

Результаты поверочных расчетов. Общие перемещения	Результаты поверочных расчетов. Напряжения по Мизесу на нижней поверхности мембраны

Результаты поверочных расчетов. Эпюра изгибающих моментов My

Результаты поверочных расчетов. Общие перемещения элементов арки

При проведении расчетов были определены перечисленные ниже важные факторы.

Во-первых, при натяжении тросов на заданные проектировщиком усилия в 125 тс на один трос, происходит увеличение всех силовых факторов, действующих в опорном контуре, кроме момента кручения М_х. Неприятным оказалось то, что изгибающий момент Му увеличил свое значение в 4,2 раза по сравнению с начальным состоянием и стал равным 1286,9 т•м при допустимом значении в 600 т•м. Такая величина изгибающего момента могла привести к повреждению опорного контура, а затем и к обрушению конструкции.
Во-вторых, при проведении расчетов было также определено, что равномерная эпюра натяжения тросов не является оптимальной. Правильным было бы проводить натяжение тросов неравномерной эпюрой распределения усилий в тросах. Крайние троса должны были натягиваться с большим усилием, чем троса расположенные в центре. При неравномерном способе натяжения изгибающий момент М_y увеличился бы не в 4,2, а всего в 1,6 раза.
Третьим негативным фактором при натяжении тросов на заданные усилия явилось то, что на краях продольной оси в поперечном направлении образовались волны с большими значениями напряжений в зонах перегибов.

В связи с обнаружением момента зарождения поперечных волн, предсказанных расчетами, этап натяжения тросов был остановлен на величине усилий в 30 тс.

ООО «Хекса» по заказу ГУП МО ПИ «Мособлстройпроект», 2006 год.