Основные принципы моделирования строительных конструкций зданий и сооружений реферат
Обновлено: 05.07.2024
Математическое моделирование с учетом дефектов и повреждений в строительных конструкциях, осадок системы основание-фундамент здания. Характеристика программно-расчетных комплексов. Условия распространения результатов моделирования на реальные конструкции.
Подобные документы
Изучение технической эксплуатационной документации здания, порядок проведения оценки его технического состояния. Фиксирование дефектов и повреждений строительных конструкций. Выдача рекомендаций по нормальной эксплуатации строительных конструкций.
курсовая работа, добавлен 29.09.2012
Краткая характеристика района строительства. Разработка конструктивного решения здания. Особенности освидетельствования несущих конструкций. Правила обследования оснований сооружений. Классификация повреждений и дефектов строительных конструкций.
реферат, добавлен 22.06.2015
Основные параметры зданий и сооружений, их конструкций, дефектов и повреждений. Определение общего состояния строительных конструкций зданий и сооружений. Основы диагностики несущих строительных конструкций. Причины дефектов строительных конструкций.
реферат, добавлен 26.01.2013
Оценка технического состояния строительных конструкций копрового станка. Описания конструктивных особенностей и основных элементов копра. Обзор характерных дефектов и повреждений. Рекомендации по ремонту строительных конструкций и устранению дефектов.
статья, добавлен 27.02.2018
Этапы и принципы технического обследования строительных конструкций здания. Ведомости и карты дефектов и повреждений. Порядок испытания прочности строительных материалов. Категории технического состояния конструкций, проверка необходимости усиления.
презентация, добавлен 18.10.2013
Общие сведения о здании и площадке. Оценка физического износа здания, остаточного срока службы и несущей способности основных конструктивных элементов. Визуальное освидетельствование конструкций. Анализ обнаруженных дефектов и повреждений конструкций.
курсовая работа, добавлен 21.04.2011
Разработка пространственной модели здания. Определение фактического состояния конструкций наружных стен. Описания конструктивных особенностей и основных элементов здания. Рекомендации по устранению дефектов и повреждений, ремонту строительных конструкций.
статья, добавлен 27.02.2018
Получение объективных данных о фактическом состоянии строительных конструкций и инженерного оборудования. Обследование грунтов основания и фундаментов. Определение причин повреждений и аварийных ситуаций. Образование трещин при деформации конструкций.
реферат, добавлен 11.08.2015
Принципы обследования строительных конструкций зданий и сооружений. Испытания строений в натурных условиях. Размеры, фактическая масса отдельных элементов. Описание дефектов, повреждений конструкций. Периодичность проведения их осмотров и наблюдений.
контрольная работа, добавлен 19.01.2014
Диагностика технического состояния строительных конструкций. Методы локализации дефектов. Преимущества вибрационного метода. Сравнительный анализ возможностей реализованных методов вибродиагностики по локализации поврежденных областей конструкции.
Сущность инженерного моделирования состоит в том, что натурный объект на основе теории подобия заменяется его аналогом-моделью. Различают физическое моделирование, когда исследование ведется на моделях, сохраняющих физическую природу изучаемого явления, и математическое - на моделях иной физической природы, имеющих такое же математическое описание (электрические, мембранные, гидравлические и другие аналоги).
Моделирование дает возможность решить большое число довольно сложных задач:
1. Выявить экспериментальным путем при минимальных затратах Материала, трудоемкости и стоимости действительную картину распределения усилий во всех характерных сечениях и узловых сопряжениях элементов конструкций.
2. Произвести экспериментальным путем анализ напряженного состояния сложного сооружения взамен аналитического расчета, когда методы строительной механики и теории упругости не приемлемы.
З. Проверить правильность гипотез, положенных в основу аналитического расчета.
4. Уточнить расчетную схему сооружения.
5. Определить характер разрушения и разрушающую нагрузку.
6. Определить реальный запас прочности.
7. Установить влияние различных факторов на работу конструкции: свойств материалов, условий сопряжений, податливости основания и др.
Для новых, сложных, малоизученных сооружений исследование может вестись в несколько этапов: 1) расчет на ЭВМ с применением математической или маломасштабной модели (1/10—1/20); 2) исследование крупномасштабной модели (1/2—1/5); 3) натурные испытания сооружения или его отдельных узлов и элементов.
Теоретическая основа моделирования — теория подобия,. которая устанавливает определенные соотношения между геометрическими размерами, свойствами материалов, нагрузками и деформациями модели и натурной конструкции.. Различают простое и расширенное подобие. При простом (линейном) подобии масштабы всех безразмерных величин равны 1, при расширенном (нелинейном) они могут отличаться от 1, а разные величины одинаковой размерности могут иметь и отличные масштабы
Подобными называют явления, происходящие в геометрически подобных системах, если отношения одноименных физических величин во всех сходственных точках представляют постоянные числа.
При простом подобии безразмерные величины в сходственны точках равны:
; ; ; ,
Переход от натурного объекта к модели осуществляется введением системы коэффициентов пропорциональности или масштабов преобразования:
; ; ; ,
где Е, Р, L, — соответственно модуль упругости, усилие геометрический размер и коэффициент Пуассона.
Масштабы преобразования взаимосвязаны и не могут быть назначены произвольно. Так, при действии сосредоточенных. сил подобие напряженно-деформированного состояния обеспечивается, если удовлетворены условия
; (6.1)
, (6.2)
а при действии равномерно распределенной по длине нагрузки -
(6.3)
Выражения (6.1), (6.2), (6.3) называют индикаторами подобия. У подобных явлений индикаторы подобия равны единице. Это составляет содержание первой теоремы подобия. Вторая теорема устанавливает взаимосвязь преобразования физических уравнений в критериальные: если физические процессы подобны, их критерии подобия между собой равны. Третья тёорема устанавливает необходимые и достаточные условия подобия: для подобных явлений достаточно, чтобы они описывались одинаковыми уравнениями и имели подобные начальные и граничные условия.
Условия подобия определяют путем анализа уравнений задачи или анализа размерностей входящих в уравнения величин. Размерность величин записывается символически с помощью букв, присвоенных основным физическим величинам. Так, если М—масса, Т—время, а L—длина, то размерность напряжения , а изгибающего момента [М] [Т] -2 [L] -2
Величины могут быть и безразмерными, например относительная деформация ε, коэффициент Пуассона. Необходимые условия простого подобия:
1. Модель и натурный объект геометрически подобны.
2. Коэффициенты Пуассона для материалов модели и натуры должны быть равными.
3. Относительные деформации модели и натуры равны.
4. Все нагрузки, действующие на модель, находятся в таком же отношении, как и нагрузки, действующие на натурный объект.
5. Материалы модели и натуры могут отличаться при соответствующем коэффициенте масштаба напряжений.
Рассмотрим пример моделирования изгибаемого элемента.
Дана балка (рис. 6.12, а), изготовленная из бетона и загружена в середине пролета сосредоточенной силой Р=6кН. (Размеры балки указаны в сантиметрах.) При модуле упругости материала натуры Ен=2,4·10 4 МПа напряжение, относительное удлинение нижнего волокна и прогиб в середине пролета балки соответственно равны: ; ; .
Рис. 6.12. Бетонная балка:
а - натурная конструкция; б - модель
Модель (рис. 6.12, 6) изготовлена из бетона той же прочности (Еr=1и ). Масштаб длин . Масштаб нагрузки определяем по формуле (6.1): Рr=0,04. Линейные размеры модели уменьшены в 5 раз, а нагрузка - в 25 раз. Напряжения, относительные удлинения и прогибы оригинала после испытания модели определяются по следующим формулам:
; ;
Масштабы силового и геометрического подобия в данном случае не совпадают.
Оригинал в модель отличаются размерами, свойствами материалов и соотношениями нагрузки. Для оценки точности и достоверности результатов модельных испытаний при переходе от модели к реальной конструкции должна учитываться изменчивость свойств оригинала и модели и даваться оценка погрешности полученных результатов.
Под планированием эксперимента понимается выбор числа моделей и образцов для определения их свойств при заданной вероятности Р и принятой погрешности . для множителя преобразования предложена интервальная оценка, где и —усредненные величины, полученные по результатам испытаний оригинала и модели:
где — показатель степени, с которой множитель преобразования входит в индикатор подобия; ,. — математическое ожидание множителя преобразования.
При моделировании железобетонных конструкций, учитывается масштабный фактор как функция случайного аргумента призменной прочности бетона. Это вызвано тем, что при изготовлении образцов из одного и того же материала с уменьшением размеров практически не всегда удается точно найти математическое ожидание материала модели, поэтому обычно определяется некорректно.
При испытаниях больших и малых призм выявляется действие масштабного фактор а, учитывающего некоторые различия натурного и модельного материалов.
Выбор материала для изготовления модели и методики исследования напряженно-деформированного состояния является важным вопросом теории и практики моделирования строительных конструкций. Крупномасштабные модели обычно изготавливаются из тех же материалов, что и натурная конструкция: сталь, алюминий, железобетон, армоцемент, древесина, пластмассы.
В зависимости от цели исследования модуль упругости материала модели можёт отличаться от модуля упругости материала натуры или быть идентичным.
Маломасштабные модели, как правило, работают в упругой стадии. Поэтому их следует изготавливать из материалов с хорошими упругими свойствами. К таким материалам относятся металлы, оргстекло, некоторые пластмассы и минеральные материалы
Если предусматривается исследование работы модели в упругопластической стадии, материал должен обладать низким модулем упругости и высокой пластичностью при обязательном выполнении заданных соотношений между напряжениями и деформациями.
Выбор масштаба и материала модели зависит от целей и задач моделирования, вида исследуемой конструкции, способа изготовления и загружения, методики исследования напряженно-деформированного состояния, производственных возможностей и технико-экономических соображений
Так, если для исследования напряженно-деформированного состояния выбран поляризационно-оптический метод, для изготовления
а—из железобетона;
б—клееной древесины;
в — металла
моделей применяются материалы: стекло, целлулоид, фенолформальдегидные смолы, полиэфирные смолы, плексиглас, полиметилметакрилат, полибензилметакрилат, глифтамал, полидиаллилфталаты, сшитый полихлорстирол, оптически чувствительные гели, полиуретановые каучуки, прозрачные поликристаллы галлоидов серебра и таллия и др.
Материалы для изготовления моделей должны отличаться постоянством физико-механических свойств, хорошо обрабатываться, склеиваться или свариваться.
Наиболее часто применяются следующие методы исследования напряженно-деформированного состояния моделей: тензометрический, поляризационно-оптический, фотоупругих в хрупких покрытий, делительных сеток и муаровык полос, голографии и физической аналогии.
Сущность тензометрического метода заключается в том, что в заданных участках модели устанавливают тензометры или наклеивают тензорезисторы для замера фибровых деформаций с последующим вычислением напряжений.
Поляризацяонно-оптический метод основан на изменении оптических свойств определенных пьезооптических материалов, которые под действием напряжений приобретают свойство двойного лучепреломления. Для этого через модель пропускают поляризованный пучок света (рис. 6.14) и рассматривают на. экране интерференционную картину в виде системы светлых и черных полос (рис. 6.15), характеризующих напряженное состояние модели. По картине полос одинаковой окраски в заданных точках модели устанавливают разность главных напряжений , называемую ценой деления полосы модели. Порядок чередования волос определяют подсчетом числа затемнений при увеличении нагрузки на модель. По напряжению модели определяют напряжение в натурной конструкции .
Рис. 6.14. Схема поляризационно-оптической установки:
1- Источник света; 2- поляризатор;
3- модель; 4- анализатор; 5- экран
Рис. 6.15. Интерференционная картина при испытании
балки на двух опорах сосредоточенной силой
Для полного представления о напряженном состоянии требуется также определить каждое из главных напряжений. Определение напряжений обычно выполняется одним из трех методов: экспериментальным; численным или смешанным.
Экспериментальные методы применяют: для определения с помощью оптиметров или тензометров приращения толщины модели при загружении.
,
.
Для повышения точности измерений широко применяют интерферометрические методы получения изопахик - линий, равных сумме главных напряжений Измерение толщин моделей при этом производится оптическим квантовым генератором — лазером.
Численные методы разделения напряжений основаны на применении уравнений механики сплошной среды. В смешанных методах численный анализ дополняют данными экспериментов.
Исследование решений линейных упругих задач на моделях, изготовленных из оптически чувствительных и механически изотропных материалов, называют методом фотоупругости.
Упругопластические задачи решают методом фотопластичности. Материалы, проявляющие при загружении свойства ползучести, изучают методом фотоползучести. для исследования больших деформаций применяют упругие изотропные материалы — полиуретановые каучуки (прозрачные резины). Однако возможности исследователя при испытаниях моделей строительных конструкций, изготовленных из оптически прозрачных материалов, весьма ограниченью. Поэтому получили развитие другие, более удобные для применения, методы.
Метод фотоупругих покрытий заключается в том, что на поверхность модели, изготовленной из любого материала, в том числе и материала натурной конструкции, наносится тонкий слой покрытия, работающий в процессе испытания модели упруго. При загружении модели в покрытии возникает пьезооптический эффект, с помощью которого изучают характер распределения деформаций на поверхности модели. Покрытие может наноситься не на всю модель, а только на отдельные участки. В наиболее характерных сечениях модели могут применяться вклейки из материала с высокой оптической чувствительностью. Модель может изготовляться и из двух материалов с разной оптической чувствительностью или из одного с разделением отдельных частей модели полупрозрачными, зеркально отражающими слоями или поляроидной пленкой.
Представляют интерес простые методы качественной оценки распределения деформаций на первом этапе исследования модели с тем, чтобы принять для последующих испытаний наиболее обоснованную методику изучения напряженно-деформированного состояния и схему установки измерительных приборов. К числу таких методов можно отнести метод хрупких покрытий.
Метод хрупких покрытий характеризуется тем, что на поверхность модели наносится тонкое лаковое покрытие. Состав лака подбирается так, чтобы разрыв пленки происходил в пределах упругих деформаций материала модели. При загружении модели в наиболее напряженных сечениях в покрытии возникают трещины, направленные перпендикулярно к оси максимальных удлинений. По характеру расположения трещин и величине нагрузки, при которой они возникают, можно судить о напряженно-деформированном состоянии модели. По картине трещинообразования можно сделать вывод о требуемой схеме расположения тензорезисторов для более точной количественной оценки возникающих напряжений.
Для исследования больших пластических деформаций и ползучести применяют метод делительных сеток. На поверхность модели наносят делительную сетку, форму и положение которой сравнительно просто оценивают в какой-либо системе координат. При загружении модели сетка деформируется, и определяют приращения деформаций.
В методе муаровых полос используются специальные сетки— растры. Одна из сеток наносится на поверхность модели, вторая — на эталон. Совмещая оптическим способом рабочую сетку с эталонной, получают муаровые полосы, характеризующие напряженно-деформированное состояние модели. Перенос растрового изображения с эталона на модель производится фотографическим способом. Для более совершенной фиксации отпической информации используется метод голографии.
Из теории упругости известно, что сумма главных напряженней в плоскости модели при отсутствии объемных сил удовлетворяет уравнению Лапласа
,
— оператор Лапласа.
для решения данного уравнения при испытаниях моделей пользуются электрогидродинамической аналогией, основанной на том, что при плоском напряженном состоянии функция суммы и функция потенциала в стационарном электрическом поле описываются одинаковыми уравнениями. Электрическая модель изготавливается из токопроводящей бумаги и металлической фольги. Модель включается в электрическую цепь постоянного тока, в ней создаются соответствующие граничные условия и определяются изолинии тока.
ЛЕКЦИЯ 7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ.
Назначение и виды приборов.
Основная задача статических испытаний строительных конструкций — выявление их напряженно-деформированного состояния под нагрузкой, оценка несущей способности, жесткости и трещиностойкости конструкций.
Растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез в конструкциях сопровождаются линейными деформациями, прогибами, изменениями углов поворота и сдвигами. Измерение перечисленных деформаций производится специальными приборами как с непосредственным снятием отсчетов по шкалам (показывающие приборы), так и с помощью измерительных преобразователей, работающих дистанционно [3.2,3.11,3.14,3.15].
Большие линейные деформации и перемещения, а также прогибы измеряют прогпбомерамп и индикаторами часового типа.
Углы поворота измеряют клинометрами, смещение параллельных волокон при сдвиге — сдвигомерами.
Измерение фибровых деформаций производят тензометрами и тензорезисторами. По деформациям определяют напряжения, использования при упругой работе материала закон Гука, а при пластической — инвариантные величины интенсивности касательных и нормальных напряжении.
При испытаниях строительных конструкций, кроме перечисленных, применяют и другие приборы: микроскопы, щупы, щелемеры, ультразвуковую аппаратуру, геодезические, приборы и инструменты и т. д.
Моделированием называются исследования, проводимые на моделях или реальных установках с применением методов теории подобия при постановке и обработке результатов эксперимента.
Подобными считают явления, у которых все параметры (полное подобие) или наиболее существенные (неполное подобие) отличаются от соответствующих параметров другого явления в определенное (постоянное) число раз, называемое масштабом.
Признаками подобия явлений служат численно одинаковые критерии. Подобие явлений может быть физическим и математическим. В физически подобных явлениях все процессы имеют одинаковую физическую природу. При математически подобных явлениях процессы имеют различную физическую природу, но описываются одинаковыми уравнениями.
Под моделями понимают установки, комбинации отдельных элементов или сумму логических представлений, воспроизводящих явления или группу явлений, подобных изучаемым.
Модели подразделяют на математические (позволяющие реализовать математическое подобие), геометрические (дающие только геометрическое подобие без отражения природы происходящих явлений), физические модели (сохраняющие подобие основных физических процессов изучаемого явления).
Метод моделирования один из наиболее рациональных, удобен и доступен для опытов и наблюдений, способствует экономии средств и материалов и сокращению времени, а также дает возможность проведения более глубоких и обширных экспериментальных исследований. Преимуществом этого метода является также возможность обобщения опытов, распространение полученных результатов не только на один моделируемый образец, но и на целую группу явлений, устройств, подобных моделируемому образцу и воспроизводимых в разных масштабах.
Моделирование строительных конструкций подразумевает экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния сооружения, выполненного в виде модели определенного масштаба. В зависимости от целей в процессе моделирования выявляют общую картину работы сооружения и его несущую способность и получают полные и подробные сведения о напряженно- деформированном состоянии. В соответствии с указанными целями разрабатывают методики исследований, во многом схожие с методиками исследования натурных конструкций.
Метод моделирования может быть применен при изучении на моделях проектируемых сооружений для выбора
оптимального проектного решения. Это дает возможность своевременно внести в проект коррективы, что сократит объем натурных испытаний.
Особенно велика роль модельных испытаний сложных сооружений — пространственных конструкций, тонкостенных оболочек. Методы расчета их базируются на ряде гипотез, вводимых без определенного обоснования. Поэтому необходимо детальное изучение работы таких сооружений экспериментальным путем. При этом в начале производятся исследования моделей малого масштаба, уточняется и исправляется проект конструкции и затем выполняются исследования крупномасштабных моделей из материалов, тождественных натурным и геометрически подобных им. На этих моделях исследуется несущая способность сооружений или их напряженно-деформированное состояние.
Многомерность и многофункциональность. Современные здания и сооружения чаще всего бывают сложными конструктивными многоэлементными комплексами, создаваемыми для выполнения большого числа различных функций, и их жизненный цикл связан с возможностью реализации многих рабочих состояний. Специфика строительной деятельности такова, что ее конечный продукт (здание или сооружение) должен сочетать в себе три подчас противоречивых момента: функциональность, эстетичность и конструктивность. С точки зрения расчетчика, наибольшее значение имеют конструктивные особенности объекта, с которыми связана проблема оценки его несущей способности, но сама по себе конструктивная функция не всегда предстает в рафинированной форме. Если в каркасном здании довольно просто указать на основные конструктивные элементы, то для сооружения другого типа это удается сделать далеко не сразу и то — только после предварительного анализа нескольких конкурирующих гипотез. Более того, список несущих элементов здания может оказаться различным для разных режимов работы. Так, игнорирование роли "ненесущих" перегородок при расчетах, ориентированных на выявление предельного состояния и конструирование силового каркаса здания, вполне правомерно, но отбрасывание их вклада при оценке малых колебаний конструкции может привести к заметной ошибке. Многочисленность функций и возможных режимов работы современного сложного сооружения таковы, что все это практически невозможно учесть в рамках одной расчетной модели. Второй особенностью, на которую следовало бы обратить внимание, является многомерность расчетных моделей, которые используются в современной проектной практике.Основные факторы, учитываемые при построении расчетной модели Выделение из объекта его несущей части является первым шагом идеализации. Условность и неоднозначность этого шага связана с несколькими обстоятельствами: • с различной ролью отдельных элементов сооружения при различных режимах нагружения — при одних нагружениях какие-то элементы выполняют только роль ограждающих, а при других они существенно влияют на игру сил; • с изменением схемы передачи усилий при различной интенсивности нагружения: уже упоминалось о переменной роли перегородок, таким же образом могут вести себя и другие элементы; • с изменениями, которые могут происходить при различных режимах функционирования объекта: многие из современных сооружений принадлежат к числу трансформируемых, и то, что было несущим остовом в одной конфигурации, может стать балластным грузом при другой конфигурации (если учесть стадии изготовления, перевозки и монтажа, то изменение функций отдельных частей сооружения станет скорее правилом, чем исключением).
При использовании материала ссылка на сайт Конспекта.Нет обязательна! (0.048 сек.)
В последнее десятилетие экономически и методически целесообразно проведение исследований сложных сооружений с применением расчетных моделей.
Моделирование - построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Содержание
Введение……………………………………………………………………….3
Математическое моделирование……………………………………………..3
Характеристика программно-расчетных комплексов………………………5
Примеры практической реализации…………………………………………8
Учет дефектов в расчетах строительных конструкций….…………………10
Оценка адекватности модели………………………………………………. 11
Используемая литература…………………………………………………….12
Вложенные файлы: 1 файл
модель1.docx
МИНОБРНАУКИ
УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Выполнил: студент группы СТ(м)-12
Проверил: доцент, д.т.н.
Математическое моделирование…… ………………………………………..3
Характеристика программно- расчетных комплексов………………………5
Примеры практической реализации…………………………………………8
Учет дефектов в расчетах строительных конструкций….…………………10
Оценка адекватности модели………………………………………………. 11
Используемая литература………………… ………………………………….12
В последнее десятилетие экономически и методически целесообразно проведение исследований сложных сооружений с применением расчетных моделей.
Моделирование - построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. Существует два основных метода моделирования – физическое (инженерное) и математическое.Физическое моделирование, основанное на теории простого или расширенного подобия, по мере усложнения задач исследований все менее целесообразно, так как не решает задач снижения трудоемкости и стоимости изготовления моделей, соблюдения планируемых сроков эксперимента. Поэтому в последнее время более целесообразно применять математические модели строительных конструкций, используя множество различных программных-комплексов. Сочетание при исследовании сложных строительных конструкций методов физического и математического моделирования обусловливает целесообразность применения принципа декомпозиции (членения) объекта исследований на более простые элементы, раздельные испытания которых потребуют гораздо меньше ресурсов по сравнению с испытаниями всей системы. Особенно этот принцип эффективен при исследовании сооружений, состоящих из большого количества однотипных элементов и узлов.Рассматривая процесс исследования строительных конструкций как некоторую систему, необходимо выделить в ней три основные подсистемы:
- экспериментальные исследования на физических моделях;
- расчетные исследования на математических моделях;
-связь между экспериментом и расчетом, включающая идентификацию некоторых параметров расчетной модели, проверку ее адекватности и корректировку.
Любое математическое моделирование строится на формировании расчетной схемы сооружения. Формирование расчетной схемы сооружения – это переход от реального объекта или конструкции к расчетной модели путем отбора наиболее существенных (значимых для конкретной ситуации) особенностей, их идеализация и схематизация, допускающая последующую алгоритмизацию и математическую обработку. При изучении поведения сложной системы её расчленяют на более простые подсистемы: плоские или пространственные рамы, несущие стены и их фрагмен-ты, плиты перекрытий, фундаменты.
Однако при выборе расчетной схемы следует придерживаться следующих правил:
1. Аппроксимирующая модель работы проектируемого объекта должна правильно и полно отражать работу реального объекта, т.е. соответствовать механизмам его деформирования и разрушения.
Например: при расчетах на прочность изгибаемая балка должна противостоять моменту и поперечной силе, а при оценке жесткости для балки определяется прогиб; подпорная стенка рассчитывается на устойчивость против опрокидывания и на прочность основания по сжимающим напряжениям; сваи рассчитываются на вдавливание/ выдергивание по грунту и на прочность по материалу (при внецентренном сжатии/расстяжении), кроме того, для изгибаемой сваи проверяется заделка в основание, а при расчете по перемещениям для фундамента определяется осадка.
2. Принимаемая расчетная гипотеза должна ставить рассчитываемую конструкцию в менее благоприятные условия, чем те в которых находится действительная конструкция.
3. Расчетная модель работы сооружения должна быть достаточно простой. Целесообразно иметь не одну модель, а систему аппроксимирующих моделей, каждая из которых имеет свои границы применения.
Инженерная схематизация строительного объекта связана с использованием допущений ( гипотез), позволяющих математически описать учитываемые реальные свойства конструкций и материалов. Приемы схематизации – общепринятые постулаты: закон Гука, закон Кулона, гипотеза плоских сечений, расчет по недеформированной схеме, замена реальной конструкции стержнем (колонн, балок перекрытий), пластинкой или оболочкой (плит покрытий, перекрытий, несущих стен).
Формирование расчетной схемы в строительном проектировании включает три группы допущений:
1. схематизация геометрической формы проектируемого объекта, назначение граничных условий.
2. схематизация свойств материалов.
3. схематизация нагрузок.
Реальный объект заменяется идеализированным деформируемым телом с изученными топологическими свойствами: стержень (балка), стержневой набор (рама, ферма), арка, плоская стенка, деформируемая в своей плоскости, изгибаемая пластинка, пространственное массивное тело и определенностью предполагаемого вида напряженно- деформированного состояния: плоское напряженное состояние, плоское деформированное состояние, трехмерное напряженное состояние.
Характеристика программно-расчетных комплексов
В настоящее время существует множество программно-расчетных комплексов, позволяющих моделировать строительные объекты различной сложности. Ниже представлена краткая характеристика некоторых таких программных комплексов.
Вычислительный комплекс SCAD – универсальная вычислительная система, предназначенная для прочностного анализа строительных конструкций различного назначения на статические и динамические воздействия, а также ряда функций проектирования элементов конструкций. В основе программы лежит метод конечных элементов.
SCAD включает развитую библиотеку конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотелых и комбинированных конструкций, модули анализа устойчивости, формирования расчетных сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинации загружений.
SCAD office содержит несколько компонентов, при помощи которых является возможным конструировать различные типы сечений конструкций:
Конструктор сечений – формирование произвольных составных сечений из стальных прокатных профилей и листов, а также расчет их геометрических характеристик, необходимых для выполнения расчета конструкций;
Вест – определение нагрузок и воздействий на строительные конструкции;
Кросс – определение коэффициентов постели при расчете фундаментных конструкций на упругом основании на основе моделирования работы многослойного грунтового массива по данным инженерно-геологических изысканий;
Арбат – для проверки несущей способности или подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций;
Монолит – проектирование железобетонных монолитных ребристых перекрытий, образованных системой плит и балок, опирающихся на колонны и стены;
Камин – для проверки несущей способности конструктивных элементов каменных и армокаменных конструкций и т.д.
Возможности ПК "SCAD Office" позволяют решать проектные задачи не только в традиционной для настоящего времени прямой постановке: архитектурная идея —> пространственное моделирование —> расчет —> проект —> строительство объекта; но и в обратной: объект —> идея
реконструкции —> обследование —> пространственное моделирование —> итерационный расчет —> оценка физического износа —> проект реконструкции —> реконструкция объекта.
В рассматриваемой цепочке неопределенным звеном является оценка физического износа несущих конструкций.
Решение вопроса о физическом износе несущих строительных конструкций зданий можно представить в виде следующей последовательности:
1. Проведение технического обследования несущих конструкций здания с выявлением его реальных технических характеристик: типа конструктивной схемы, жесткостных характеристик материалов, характеристик узлов закрепления и т.д. (использование данных обследования здания с внесением надлежащих корректив и дополнений к техническому отчету и при необходимости - проведение дополнительного обследования).
2. Проведение анализа конструктивной схемы здания и создание эталонных (без учета дефектов, деформаций, повреждений) пространственных моделей: архитектурной модели с помощью программных комплексов архитектурно- строительного проектирования (ArchiCAD, AutoCAD) и расчетной модели с помощью ПК;
3. Комплексный расчет эталонной модели здания в ПК с учетом свойств существующего грунтового основания. Выявление зон повышенных деформаций конструкций, напряжений, просадок грунтов, несоответствий данным проекта (при его наличии) и сопоставление результатов первичного расчета с натурными исследованиями.
4. Внесение корректировок в расчетную модель здания: дополнительные зафиксированные осадки, деформации, отклонения конструкций от вертикали, моделирование трещин, уточнение свойств грунтового основания на локальных участках и др.
5. Итерационный комплексный расчет модели здания в ПК с учетом внесенных корректив в расчетную схему и сопоставление результатов расчета с натурными исследованиями.
6. Выявление наиболее опасных зон перенапряжений и сверхнормативных деформаций; зон, требующих дополнительного обследования, уточнения технических параметров пространственной модели, усиления или замены несущих строительных конструкций.
7. Оценка степени физического износа несущих строительных конструкций.
ЛИР-ВИЗОР – формирование конечно-элементной моделей рассчитываемых объектов, описание физико-механических свойств материалов, налагаемых связей, нагрузок и воздействий, а также взаимосвязей между нагрузками с целью определения их наиболее опасных сочетаний; расчет напряженно-деформированного состояния.
ЛИР-АРМ – подсистема конструирования ж/б конструкций (подбор площадей сечений арматуры элементов колонн, балок, плит и оболочек по первому и второму предельным состояниям).
ЛИР-СТК – подбор сечений элементов стальных конструкций (фермы, колонны и балки).
УСТОЙЧИВОСТЬ – модуль проверки общей устойчивости рассчитываемого сооружения с определением коэффициента запаса и формы потери устойчивости.
ЛИТЕРА – модуль, реализующий вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.
СЕЧЕНИЕ – модуль, позволяющий сформировать сечения произвольной конфигурации, вычислить их осевые, изгибные, крутильные и сдвиговые характеристики.
Читайте также: