Файл: Реферат инженерное моделирование строительных конструкций как инструмент исследования напряженнодеформированного состояния по дисциплине Расчет и проектирование современных строительных конструкций.docx

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.
   

ПК "LIRA"

ПК «ЛИРА-WINDOWS» - многофункциональный программный конечно- элементный комплекс для расчета, исследования и проектирования строительных конструкций различного назначения: высотных зданий, покрытий и перекрытий больших пролетов, подпорных стен, фундаментных массивов, каркасных конструкций промышленных цехов, отдельных элементов (колонн, ригелей, ферм, панелей) и других.

«Лира-windows» - модульная система, состоящая из следующих модулей: 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.

ANSYS

Сложность моделирования строительных объектов для выполнения качественного расчёта и анализа с целью определения резервов несущей способности при наличии дефектов, или для выявления участков конструкции, в которых возможно появление и развитие трещин, требует работы с так называемыми «тяжёлыми» расчётными системами, примером которых является программный комплекс ANSYS – один из самых мощных современных программных продуктов, позволяющих выполнять полноценный анализ проектных разработок новых и реконструируемых зданий. ANSYS позволяет проводить сложные нелинейные расчёты, учитывать все особенности строительных конструкций, в том числе, наличие и развитие системы трещин или ухудшение свойств материалов, взаимодействие здания с грунтовым массивом, влияние времени и поэтапное изменение внешних нагрузок. Это

---

даёт возможность специалисту получать наиболее достоверные результаты расчёта при проведении вычислительных экспериментов, существенно сокращая сроки и финансовые потери на производство работ.

Задачи,решаемыеспомощьюпрограммногокомплексаANSYS.

Mодули: ANSYS Multiphysics, ANSYS Mechanical, ANSYS Structural, ANSYS Professional, ANSYS DesignSpace.

• 
  статический и динамический анализ конструкций с учетом нелинейного поведения материалов, включая ползучесть, большие пластические деформации, значительный изгиб, сверхэластичность, накопление остаточной деформации при циклическом нагружении, изменяющиеся условия контакта.
  
• 
  определение собственных мод и резонансных спектров вынужденных колебаний, а также смещений и напряжений по известным вибрационным спектрам.
  
• 
  динамический анализ переходных процессов и точный динамический анализ, моделирующий большие деформации в тех случаях, когда значимыми становятся силы инерции – ударное нагружение, дробление, быстрая формовка и т.п.
  
• 
  контактные задачи (поверхность-поверхность, узел-поверхность, узел-узел, cтержень-стержень).
  
• 
  задачи потери устойчивости конструкций.
  

Примеры практической реализации.

Упруго-пластический расчет плитного фундамента на неоднородном основании.В настоящее время при расчете гибких фундаментов по схеме «основание- фундамент» используются два метода определения деформаций. Это метод местных упругих деформаций и метод общих упругих деформаций. Метод местных упругих деформаций, предложенный Фуссом-Винклером нашел практическую реализацию в ряде программ «LIRA, CSAD, ADAPT, MAT3D, ELPLA, STAAD/Pro и др. Расчет гибких фундаментов при упругом и

---

неупругом поведении грунта и материала фундаментов можно выполнить с использованием

программ ANSYS, ABAQUS, CIVILFem и др.

Во вновь вышедшем своде правил СП 50-0101-2004 /1/ раздел 12.5 «Расчет плитных фундаментов», п. 12.5.4 рекомендуется «…Расчет внутренних усилий в системе «основание-фундамент-сооружение» допускается выполнять с использованием программ расчета сооружения на основании, характеризуемом переменным в плане коэффициентом жесткости (постели) ….», т.е. фактически предлагается использовать при проектировании гибких фундаментов первую группу программ расчета, отмеченные ранее.

Однако в рекомендациях /2/ предлагается при расчете фундаментных плит использовать и другие расчетные схемы:

• 
  линейно-деформируемый слой с приведенным модулем деформации и осредненным коэффициентом Пуассона;
  
• 
  линейно-деформируемое полупространство с приведенным модулем де- формации и осредненным коэффициентом Пуассона;
  
• 
  основание, подчиняющееся гипотезе коэффициента постели с постоянным или переменным коэффициентом постели.
  

В данной работе представлены результаты проектирования плитного фундамента 10-ти этажного жилого дома на неоднородном грунтовом основании. С целью сравнения, статические расчеты выполнены с использованием двух моделей основания:

• 
  постоянным и переменным коэффициентом постели;
  
• 
  нелинейно-дефомируемого полупространства.
  

В обоих случаях применена расчетная схема «основание – фундамент». Фундамент реализован в виде двух конструкций. Конструкция в виде плиты толщиной 75 см и конструкция в виде плиты

---