Deformace budov. Deformace stavby Druhy deformací a příčiny jejich vzniku

Všechny budovy mají různou citlivost na srážky a pohyb základové půdy, ke kterému může při výstavbě a provozu dojít, míra této citlivosti je dána především jejich tuhostí.

V závislosti na tuhosti jsou všechny budovy a konstrukce rozděleny do tří hlavních typů:

1. naprosto tvrdý
2. mající konečnou tuhost
3. absolutně flexibilní

Absolutně tuhé konstrukce mají velmi vysokou tuhost ve vertikálním směru. Příkladem takové konstrukce může být věž nebo komín. Tyto konstrukce díky své značné tuhosti nepodléhají ohybu ani jiným lokálním deformacím a dochází k jejich sedání jako jedna hmota. Například šikmá věž v Pise se naklání jako jediná hmota (náklon).

Zcela flexibilní konstrukce vlivem vnějších zatížení sledují sedimenty podkladu, přičemž v nich prakticky nevznikají žádné přídavné síly. Mezi takové stavby patří například nadjezdy nebo zemní rozvody vytápění.

Absolutně flexibilní a absolutně tuhé konstrukce v individuální bytové výstavbě jsou ve většině případů velmi vzácné; konečná tvrdost. Takové konstrukce se s rozvojem nerovnoměrného osídlení nebo pohybů půdy deformují, vyjádřené v zakřivení jednotlivých částí budov. Díky své konečné tuhosti jsou schopny poskytnout určitou odolnost proti nerovnoměrnému sedání, vyrovnat jej, v důsledku čehož v nosných stěnách a stěnách vznikají síly, které se často při návrhu neberou v úvahu, což může vést k tvorbě praskliny, které narušují běžný provoz budov.

Nejčastější deformace staveb v individuální bytové výstavbě:

Rýže. 1. Průhyb

Obr.2. Ohýbání

Rýže. 3. Shift.

Budovy s konečnou tuhostí lze zase rozdělit do dvou dalších podtypů:

• podmíněně tuhé, pro které L\H =< 3
• podmíněně flexibilní, pro které L\H > 3,

G de L je délka nejdelší stěny budovy, H je výška konstrukční části budovy (obvykle se jedná o výšku všech podlaží + výšku základů, střecha se nebere v úvahu).

Zde jsou dva příklady takových budov z našeho katalogu standardních projektů:

• Podmíněně tuhý dům dle projektu; L=15,5 metrů, H= 8,5 metrů, poměr L\H=1,8
• Podmíněně flexibilní dům dle projektu; L=16,5 metrů, H= 4,8 metrů, poměr L\H=3,4

Má se za to, že u podmíněně tuhých dochází v menší míře k vychýlení (ohnutí) nebo smykovým deformacím, ale pouze k patě jako u absolutně tuhých. V některých případech je to pravda, ale pro konečné určení, jak se bude budova chovat při určitých deformacích, je nutné vzít v úvahu materiály hlavních nosných a obvodových konstrukcí, obecnou ohybovou a smykovou tuhost budovy. a také vypočítat síly vznikající v hlavních konstrukcích těchto budov.

Ve většině případů se tento problém modelování sil ve stavebních konstrukcích řeší redukcí celé budovy na určitý abstraktní nosník na pružném základu s danými ukazateli tuhosti. V tomto případě je možné určit ohybový moment a smykovou sílu v řezu budovou. A se znalostí těchto silových faktorů vypočítejte síly v každém konstrukčním prvku, které vznikají při nerovnoměrných pohybech základové půdy.

Například VSN 29-85 poskytuje následující vzorec pro výpočet sil (ohybový moment a smyková síla) v závislosti na velikosti mrazu v půdě:

Rýže. 4. Vzorce pro výpočet ohybového momentu M a smykové síly F z VSN 29-85.

V tomto vzorci:

B, B 1 - koeficienty v závislosti na provedení stavby (viz VSN 29-85, obr. 5 a 6);

Tuhost budovy redukovaná na jednoduchý nosník;

Δh fi - rozdíl ve vztlakových deformacích různých částí budovy;

L - délka nejdelší stěny budovy

Výpočet sil v různých stavebních konstrukcích se pak provádí pomocí následujícího vzorce:

Rýže. 5. Vzorce pro výpočet sil v různých stavebních konstrukcích.

kde i, i jsou ohybová a smyková tuhost průřezu uvažovaného prvku;
G - smykový modul, obvykle se rovná 0,4E

• základ nadace;
• nadace;
• stěny;
• železobetonové pásy;
• železobetonové podlahy

V budovách postavených z dosti křehkých materiálů, například z pórobetonu, mají stěny nízkou tuhost v ohybu a ve smyku, zejména v oblastech otvorů. A stěny z velkoformátových keramických kamenů („teplá keramika“), které mají svisle pouze spoje pero-drážka a žádné svislé lepené spoje, v zásadě nemají tuhost ve smyku. V tomto případě je hlavní tuhost budovy do značné míry určena ostatními konstrukčními prvky uvedenými výše.

Při řešení problému zajištění běžného provozu budovy v budoucnu je tedy nutné přistupovat k jejímu návrhu systematicky a brát v úvahu:

1. Celkové rozměry budovy, zejména výška její konstrukční části (H) a délka nejdelší stěny (L), jakož i jejich poměr.
2. Pravděpodobnost výskytu nerovnoměrného sedání nebo jiných pohybů zeminy, určená její homogenitou, hodnotou modulu pružnosti a vztlakovými vlastnostmi.
3. Tuhost základny.
4. Tuhost základu.
5. Tuhost stěn a členitost jejich otvorů.
6. Tuhost podlahy.
7. Práce výztužných pásů.

Zohlednění těchto faktorů umožňuje pochopit, proč není příliš racionální používat deskové základy pro ploché jednopatrové budovy, jako je náš nebo projekt Z10:

Rýže. 6. Projekt K-106-2

Rýže. 7. Plánovací řešení projektu K-106-2.

V tomto projektu bude poměr L\H=4,2 při použití MZLF a s deskovým základem L\H roven 5, tzn. dům je velmi náchylný na deformace a nezvládá nerovnoměrné srážky a pohyby půdy. Deskové základy nemají potřebnou ohybovou tuhost a žebrové desky typu USHP s výškou průřezu žebra 200-300 mm mají také potřebnou smykovou tuhost.

Situaci s deskovým základem lze zlepšit, ale je třeba vzít v úvahu, že výkonový koeficient horního vyztuženého pásu v jednopodlažní budově obvykle nepřesahuje 20 % maxima, protože je možné, aby pás sklouznout po zdivu nebo dokonce odtrhnout. Mezipodlahové vyztužené pásy fungují mnohem lépe, protože jsou vystaveny značnému zatížení od překrývajících se konstrukcí, což zvyšuje třecí síly v místech spojení mezi vyztuženým pásem a stěnou. Ze stejného důvodu jsou pro konstrukci vyztužených pásů preferovány bloky ve tvaru U, protože zvyšují přilnavost pásu ke stěně. V některých případech se provozní účinnost pancéřového pásu zvyšuje na 30-35%.

Další možností použití deskového základu pro budovy s poměrem L\H > 3 je zvýšení tuhosti základny, například instalací silných podložek z dobře zhutněného drceného kamene, ale ve většině případů to vypadá racionálněji. poměrně vysoký MZLF jako základ.

Měřič deformace trupu lodi označuje prostředek pro měření polohy nebo posunu a lze jej použít při řízení námořních a říčních lodí a plavidel, aby byla zajištěna bezpečnost plavby a aby se zabránilo rozbití trupu lodi během rozbouřeného moře nebo při přijímání velkých nákladů.

Zařízení zajišťuje nepřetržité sledování šipek vychýlení/ohybu trupu pod vnějšími vlivy s vysokou přesností díky instalaci GNSS antén na stejné linii podél trupu lodi rovnoběžně s její středovou rovinou, přičemž procesor určuje šipky vychýlení/ohybu jako vzdálenost vnitřních přijímacích antén z vedení spojujícího aktuální polohy krajní příďové a záďové antény.

1 p.f., 2 nemocní.

Nárokovaný užitný vzor se týká prostředků pro měření polohy nebo přemístění a lze jej použít zejména při ovládání námořních a říčních lodí a plavidel za účelem zajištění bezpečnosti plavby a zabránění příčnému prasknutí lodního trupu na rozbouřeném moři nebo při přijímání velkých nákladů. .

Jsou známá zařízení pro nepřetržité sledování dynamického zatížení, včetně napětí a deformací trupů lodí (viz US patent 5942750, IPC H01J 5/16, NKI 250/227.14, 356/32, 340/555, US patent 6701260, IPC/G01 00, NKI 702/43, 702,42, 73,863,636).

Tato zařízení využívají senzory z optických vláken umístěné na různých místech v konstrukci lodi k měření místních deformací a napětí v kovu trupu lodi.

Optické senzory zaznamenávají napětí-kompresi v místních oblastech jejich instalace a neposkytují dostatečné informace pro posouzení stavu pouzdra, charakterizovaného velikostí šipek vychýlení/ohybu pouzdra ve vertikální rovině, např. vliv vlnového zatížení.

Známý systém pro určování relativní polohy bodů instalace antén, založený na fázových měřeních v globálním navigačním satelitním systému (GNSS) (viz US přihláška 2004/0212533, IPC G01S 5/14, NKI 342/357.08, op. 28.10.2004 přijat jako prototyp).

Systém obsahuje jeden základní přijímač s anténou, několik dalších přijímačů s anténami, komunikační systém a počítač pro výpočty.

Známý systém neřeší problémy sledování průhybu/ohybu lodního trupu, což je objektivní charakteristika měření deformace trupu pod vlivem vnějších zatížení.

Technickým problémem řešeným reklamovaným zařízením je poskytnout možnost kontinuálního automatického měření (monitorování) hodnot šipek průhybu/prohnutí lodního trupu pod vlivem vnějších vlivů za účelem zajištění bezpečnosti plavby.

Tento problém je vyřešen tím, že v měřiči deformace trupu lodi, který obsahuje přijímače signálu globálního navigačního satelitního systému, jehož přijímací antény jsou pevně namontovány na trupu lodi, systém výměny dat a procesor, jsou antény umístěny podél trup lodi na stejné linii od přídě k zádi rovnoběžně se středovou rovinou lodi a procesor je nakonfigurován tak, aby vypočítal aktuální hodnoty šipek vychýlení/ohybu v bodech připojení antény jako vzdálenost vnitřní přijímací antény z vedení spojujícího aktuální polohu krajní příďové a záďové antény.

Jeden z přijímačů, jehož anténa je upevněna v krajní přídi nebo zádi trupu lodi, je základní, zbytek přijímačů je doplňkový.

Základní přijímač pracuje v režimu základnové stanice, doplňkové pracují v režimu kinematiky reálného času (RTK) s nejednoznačným rozlišením fázových měření v pohybu (OTF). Výměna dat mezi přijímači GNSS, stejně jako výstup dat z přijímačů do procesoru, se provádí pomocí systému výměny dat.

Charakteristiky přesnosti navrhovaného zařízení lze určit z podmínky, že střední kvadratická chyba (RMSE) měření jednotkového rozdílu výšek dvou antén (h) v režimu RTK je 20-30 mm:

Potom SCP jednotkového výškového rozdílu vedení procházejícího vnějšími anténami a vnitřními anténami () nepřekročí hodnotu:

Je známo, že u velkých lodí doba náklonu přesahuje 10 s a frekvence výstupu dat přijímačem GNSS dosahuje hodnot 20-100 Hz. Je tak možné použít postup pro průměrování jednotlivých hodnot výškových rozdílů v intervalu do 0,5 s, což odpovídá počtu N = 10-50 vzorků podle dat RTK. Následně SKP pro výpočet průměrné hodnoty průhybu/průhybu činí

Při N=10 ah=30 mm je hodnota 15 mm, což je docela přijatelné, protože hodnoty průhybu/průhybu mohou u trupů velkých lodí přesáhnout 100-300 mm. V důsledku toho navrhované zařízení dosahuje řešení problému.

Podstata navrhovaného technického řešení je znázorněna na obr. 1 výkresu, na obr. 2 je znázorněna poloha antén při deformaci pouzdra.

Na výkrese je uvedeno:

1 1 -1 n anténní přijímač signálu GNSS;

2 1 -2 n GNSS přijímače;

3 - systém výměny dat mezi přijímači a procesorem;

4 - počítač pro zpracování fázových měření ze všech GNSS přijímačů;

5 - trup lodi ve výchozím a deformovaném (obr. 2) stavu.

Počet n přijímačů signálu GNSS s přijímacími anténami je určen počtem bodů na trupu lodi, pro které se měří výchylka/výhybka S 2 -S n-1.

Když je zařízení v provozu, rádiové signály GNSS jsou přijímány z přijímacích antén 1 1 - 1 n na vstupy odpovídajících přijímačů GNSS 2 1 - 2 n a data měření kódu a fáze jsou přijímána z přijímačů GNSS do počítače 4 prostřednictvím systém výměny dat 3.

V dalších přijímačích se problémy řeší v následujícím pořadí:

Rozdíly ve fázových měřeních se tvoří mezi anténami přídavných přijímačů, například 2 2 -2 n a základním přijímačem 2 1 ;

Řeší nejednoznačnost ve fázových měřeních kinematiky v reálném čase (RTK) v pohybu (OTF);

Jsou určeny aktuální pravoúhlé souřadnice antén 12-1 n přídavných přijímačů 12-2 n vzhledem k anténě 11 v topocentrickém souřadnicovém systému;

Počítač 4 řeší problémy v následujícím pořadí:

Aktuální pravoúhlé souřadnice přijímacích antén 12-1 n jsou vypočteny vzhledem k přijímací anténě 11 v topocentrickém souřadnicovém systému;

Vypočítají se aktuální parametry vedení procházejícího anténami 1 1 a 1 n;

Hodnoty výchylek/průhybů trupu lodi jsou vypočteny jako hodnoty vzdálenosti antén 1 2 -1 n-1 vůči přímce procházející anténami 1 1 a 1 n. (S2-Sn-1).

V počáteční poloze antén (při absenci deformace trupu lodi) jsou všechny antény umístěny na stejné přímce a hodnota šipky vychýlení/ohybu pro každou přijímací anténu bude rovna nule ( i = 0).

Během plavby dochází vlivem vnějších faktorů k deformaci trupu lodi a podle toho se mění i vzájemná poloha přijímacích antén 1 1 -1 n, pevně připevněných k trupu lodi (obr. 2). V tomto případě se vypočítané hodnoty vychylovacích/inflexních šipek S získané v počítači 4 pro každou přijímací anténu nebudou rovnat nule a jejich porovnání s maximálními přípustnými hodnotami v paměti ROM počítače umožňuje posoudit stupeň bezpečnosti a zabránit rozpadu lodi.

Měřič deformace trupu lodi obsahující přijímače signálu globálního navigačního satelitního systému, jehož přijímací antény jsou pevně namontovány na trupu lodi, systém výměny dat a procesor, vyznačující se tím, že antény jsou umístěny podél trupu lodi na stejné lince od příď k zádi, rovnoběžně se středovou rovinou lodi, a procesor je nakonfigurován tak, aby vypočítal aktuální hodnoty vychylovacích/inflexních šipek v bodech připojení antény jako vzdálenost vnitřních přijímacích antén od čáry spojující aktuální poloha nejvzdálenějších příďových a záďových antén.

Pravidla Registru SSSR umožňují deformaci trupu lodi na velké vlně s vychylovací šipkou nepřesahující 0,001 délky lodi. Když je hlavní vznětový motor umístěn ve střední části plavidla, dojde k ohybovým deformacím částí sestavy trupu spolu se základem stroje, rámem stroje a klikovým hřídelem.
Aby byla deformace co nejmenší, je část rámové sestavy pod základem stroje a samotný základ ztužený. Tím však zcela neodstraníme deformace rámu stroje. Jeden z dieselových motorů Doxford má tedy délku rámu stroje přesahující 18 m Při měření jeho pružné deformace dosahovala šipka vychýlení 1 mm.
Někdy jsou u relativně krátkých dieselových motorů pozorovány výrazné deformace rámů strojů a klikových hřídelí; Důvodem je zde evidentně nedostatečná tuhost soustrojí a základu stroje.
Například na motorové lodi „Port Manchester“ se dvěma 14válcovými vznětovými motory Pilstik ve tvaru V (LG = 5660 k při l = 464 ot./min) po 2500 hodinách provozu selhal klikový hřídel jednoho z dieselových motorů. Výsledkem zkoumání bylo zjištěno, že hodnoty průhybu podpěr ložisek rámu za různých podmínek trupu lodi a samotného dieselového motoru (zahřátý nebo studený dieselový motor, loď naložená nebo v zátěži) dosahují 1,8 mm. . Takové deformace měly vést k prasknutí klikového hřídele v důsledku rychle se rozvíjejícího únavového procesu.
Existují další údaje Měření elastických otvorů klikového hřídele hlavního dieselového motoru motorové lodi "San Francisco" ukázalo, že amplituda jejich vibrací při průběhu naložené lodi na vlně dosahuje 0,3 mm a výchylka. šíp trupu lodi je 70 mm. Není to tolik.
Existují ale i vážné případy. O klikové hřídeli o průměru 580 mm v 6válcovém dieselovém motoru Doxford je známo, že se zlomí v důsledku velké amplitudy kolísání napětí hřídele, když plavidlo pluje na velké vlně, plně naložené a v zátěži. Při vyšetřování nehody bylo zjištěno, že maximální rozdíl v otvorech lícních klik klikového hřídele dosáhl 0,762 mm.
Ale obecně je selhání klikových hřídelí výkonných nízkootáčkových dieselových motorů vyrobených za posledních 15 let extrémně vzácným jevem. Za celé poválečné období se na lodích BMP vyskytly pouze dva případy selhání klikových hřídelí hlavních dieselových motorů.
Navíc u naprosté většiny nových lodí, nemluvě o tankerech, se hlavní dieselový motor nenachází uprostřed lodi, ale na zádi a klikové hřídele ani při silném klopení nejsou vystaveny takovému namáhání v ohybu. to by se mělo vzít v úvahu.
Není třeba představovat celý komplex komplexních namáhání, které klikový hřídel zažívá, zejména při silném náklonu, tím spíše, že povaha a rozložení těchto napětí nezávisí ani tak na konstrukci hřídele samotné, ale na tuhosti jeho hřídele. základ a rámovou konstrukci pod základem, jakož i na povaze uložení šachty. Pokud jde o míru opotřebení ložisek, ta se jistě zvyšuje, pokud klikový hřídel zaznamená dodatečnou elastickou deformaci v důsledku nedostatečné tuhosti základu, ale čím více se technologie pro stavbu moderních dieselových motorů zlepšuje, tím více se zvyšuje odolnost hlavních součástí dieselového motoru proti opotřebení. .
Nutno však podotknout, že podle studií českých specialistů se tlaky ložisek rámu vznětového motoru 6S275IIIPV, pracujícího v podmínkách deformace klikové hřídele, lišily od vypočtených o 30-50 % ve směru nárůstu. To bylo vysvětleno asymetrickým rozložením tlakových polí vzhledem k podélné ose ložiska.