3_Perelmuter_Kabancev__Montaz_i_ne_tolko
advertisement
КНУБА – СКАД Софт Международный семинар Компьютерное моделирование конструкций и сооружений Киев, 2015 Перельмутер А.В. (SCAD Soft) Кабанцев О.В. (МГСУ) МОНТАЖ И НЕ ТОЛЬКО МОНТАЖ Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 1. О ЧЕМ ИДЕТ РЕЧЬ Расчетная модель Модель конструкции Модель нагружения Модель внешних связей Традиционная технология Расчетная модель сооружения с полным набором элементов (размеры элементов – фиксированные, соответствуют проекту) Нагрузки сгруппированы в загружения, которые. действуют независимо на исходную (недеформированную) расчетную схему. Закрепления и упругие связи единые и постоянные для расчетной модели конструкции и модели загружения. Действительное состояние конструкции - Режим возведения – поэтапное формирование модели (наращивание, подращивание, поворот и т.п.); - Режим полной расчетной модели; - Режим деградации конструкции (коррозия, механические повреждения, и т.п.) Загружения: – накапливаемые (поэтапное воздействие на схему, деформированную на предыдущем этапе); - независимые (воздействуют на схему, деформированную накапливаемыми загружениями) Закрепления и упругие связи определяются особенностями соответствующего режима работы сооружения и характеристиками нагружения. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 ВК СКАД имеет режим «Монтаж», с помощью которого можно проследить изменение напряжено-деформированного состояния (НДС) конструкции, постепенно наращиваемой в процессе строительства. Важной особенностью этого процесса является наследование НДС, когда некоторые напряжений, возникшие в одной (еще не полной) расчетной модели замораживаются в системе и передаются следующим стадиям монтажа. Наследование НДС присутствует не только в расчетах на монтаж. Рассказ об этом составляет содержание настоящего доклада. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 2. НЕМНОГО ИСТОРИИ Рашба Э.И. доктор физмат. наук, лауреат Ленинской премии, профессор Гарвардского университета 1949-1950 «Я влился в группу расчетчиков Л.И. Дятловицкого . Через два месяца были получены предварительные результаты, которые оказались катастрофическими. Напряжения от веса бетонной плотины, которая должна была перекрыть реку Днепр, были непредвиденно большими, а их распределение казалось бессмысленным. … Я понял, что стандартный метод соответствует нефизическому режиму, когда упругое тело строится в отсутствие силы тяжести и становится объектом силы тяжести только после своей установки, и что расхождение в результатах для такой нефизической модели и для реальности огромное, особенно применительно к плоским плотинам. Вывод заключался в том, что гравитационные напряжения зависят в основном от того порядка, в котором строится плотина, поскольку вес нижних слоев не должен оказывать влияния на напряжения в верхних слоях». Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Иллюстрация к примеру Рашбы Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 1959 Купол монтировался из сборных железобетонных «панелей-лепестков», которые укладывались на опорное кольцо и на построенную в центре пролета специальную опорную систему. Затем стыки между лепестками замоноличивались и после твердения бетона выполнялось раскружаливание. Вот тут и произошло неожиданное ─ вдоль стыков сборных панелей пошли интенсивно развиваться трещины. Уже потом этому было найдено объяснение (проф. В.Г. Чудновский). Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 1971 Программа ГАММА-1 для ЭВМ Минск22, созданная в КиевЗНИИЭП Г.Б. Гильманом и В.С. Борисенко, Опыт этой разработки позже был использован в системе ЛИРА, где повторялись подходы, апробированные в программе ГАММА-1. 1986-1989 Разработка программы КАРКАС, выполнявшаяся в. в институте УкрНИИпроектстальконструкция. Завершение теоретического обоснования методики расчета генетически нелинейных систем 2014 Полная реализация режима в ВК СКАД (включая уменьшение жесткости элементов) Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 3. КОЕ ЧТО ИЗ ТЕОРИИ Наложение связи Добавляемая связь (жесткость) является не напряженной. Она вступит в работу при изменении нагрузки на систему Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Удаление связи Прежде чем удалить связь ее нужно сделать ненапряженной. Поэтому удаляемая связь (жесткость) сразу же меняет существующее напряженнодеформируемое состояние системы Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Роль изменения геометрии Реализацию второго этапа можно представить себе в двух вариантах. Вариант 2а предполагает, что пружина присоединяется одним концом к уже деформированной конструкции, а ее второй конец занимает проектное положение (для этого длина пружины должна быть изменена). Удлинение такой пружины под силой 10,0 т будет равно 0,055. Вариант 2b использует пружину проектной длины, ее удлинений 0,08. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 4. ЭФФЕКТЫ МОНТАЖА 4.1. Висячая колонна Способ расчета 1 этаж Традиционный С учетом стадийности Усилия в колоннах по оси «2» (+ растяжение; - сжатие), т 3 этаж 5 этаж 8 этаж 10 этаж -410 -289 -172 +1 +80 -592 -474 -363 -197 -83 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 4.1. Висячая колонна Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 4.2. Деформирование от собственного веса Традиционная расчетная Технология ΔZtr Расчетная Технология «Монтаж» ΔZm Изополя расчетных вертикальных деформации в поперечном направлении (по Z) ΔZm = 0.6 ΔZtr Традиционная расчетная Технология ΔYtr Расчетная Технология «Монтаж» ΔYm Изополя расчетных деформации в поперечном направлении (по Y) ΔYm = 0.21 ΔYtr Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 4.2. Деформирование от собственного веса Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5. ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ 5.1. Зависимость от нагрузки С1 = f(σZ) Режим возведения. Этап № 1 Сооружение PoperN=1 Внешн. связи С1,N=1 С1,N=1 > С1,N=j > С1,N=k Режим возведения. Этап № j Сооружение P PoperN=j PN=k Внешн. связи С1,N=j PN=j Режим возведения. Этап № k PoperN=k Сооружение Внешн. связи С1,N=k PN=1 U PN=0 UN=j UN=k Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5.1. Зависимость от нагрузки Расчетный анализ деформаций реального объекта – 24 этажный жилой дом с заглубленными помещениями общественного назначения. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5.1. Зависимость от нагрузки Традиционный расчет Монтаж, С=const Монтаж, C=f(p) Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5.2. Реакция на динамическое воздействие (ветер) Длительно действующие нагрузки от собственного веса уже существуют и определяют деформированное состояние основания. При этом жесткостные параметры основания соответствуют модулю деформации грунта Е1, который учитывает как упругую, так и остаточную деформацию. Кратковременные нагрузки генерируют реакцию грунтового основания, определяемую модулем упругости грунта Е2. Е2 = (5 … 10)Е1 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5.2. Реакция на динамическое воздействие (ветер) Вид расчетно й модели Вид параметра НДС Период 1- МаксимальГоризонго тона ные тальные (сек) ускорения деформации по по Y (м/сек2) 1-му тону (мм) Традиционная 11,45 0,036 121,33 Монтаж 5,65 0,033 26,90 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 5.3. Реакция на динамическое воздействие (сейсмика) Традиционный расчет на сейсмическое воздействие (8 баллов): период собственных колебаний основного тона Т=1,02 с изгибающий момент в основании башни равен 1282 тм. Расчет с модулем упругости : Т=0,88 с и изгибающий момент в основании 1362 тм. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 6. ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО 6.1. Прокладка тоннеля Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 6.1. Прокладка тоннеля Проходка второго бокового тоннеля мало сказывается на изменение напряженно-деформированного состояния в обделке как правого, так и левого тоннеля, поскольку ширина среднего тоннеля позволяет исключить взаимное влияние тоннелей. Напряжения в нижнем своде значительно ниже, чем в верхнем, что подтверждается и натурными исследованиями. Такие результаты можно получить, только учитывая стадийность строительства станции. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 6.2. Выемка котлована Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 6.3. Бетонирование массивного фундамента Только что забетонированная часть фундамента не имеет жесткости, но передает нагрузку на основание (абсолютно гибкая нагрузка. Затвердевшая часть конструкции под действием собственного веса и нагрузки от свежеуложенного рядом бетона перемещается как абсолютно жесткое тело Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 7. НАГРЕВ ПРИ ПОЖАРЕ До пожара При нагреве левого ригеля до 450 градусов (Еt = 0,42Е0) Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Увеличившийся момент в ригеле правого пролета создает в нем напряжения, которые превосходят несущую способность на 14%. Перегруженными становятся также другие элементы каркаса. Отсюда следует вывод о недостаточности поэлементного расчета на огнезащиту и необходимости учета перераспределения усилий. Этот учет удобно выполнить в режиме «монтаж» •Определение строительного подъема (изготовительной геометрии) Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 8. СОЗДАНИЕ ПРЕДНАПРЯЖЕНИЯ Преднапряжение, как технология, основано на идее наследования НДС. Эжен Фрейсине (1879 — 1962) французский инженер и учёный, один из создателей предварительно напряжённого железобетона Важно помнить! Предварительное напряжение как правило создается в системе, структура которой отличается от окончательной Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Печерский мост в Киева Преднапряжение мостовой конструкции Замысел N=0 Зеленый мост в Вильнюсе N=N0 Примечание. Оба моста запроектированы в ЦНИИПСК под руководством Г.Д. Попова. Киевский мост имеет главный пролет 28,4 м, Вильнюсский – 76 м. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО ПОДЪЕМА Принципиально разные случаи Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 В случае «б»: Для решения задачи следует использовать вариант, когда "убитые" элементы не удаляют, а деактивируют, практически обнуляя их жесткость. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Проблема возникла, например, при реконструкции стадиона «Олимпийский» в Киеве, когда проектировщики выдали чертежи в «окончательной» геометрии с предварительно напряженной вантовой системой покрытия над трибунами. И заводизготовитель конструкций достаточно гибкого опорного контура должен был искать такую геометрическую форму, которая после монтажа вантовой системы получила бы проектную конфигурацию. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 10. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛЗУЧЕСТИ Влияние ползучести на перераспределение усилий можно оценить при помощи изменения модуля упругости бетона. Соответствующие зависимости имеются в Еврокоде. E ( ) Ece t, 1 t, 10 RH / 10 16,8 (t , ) 1 . (0,1 0,20 ) 8 f 3 h 0 c , kub (t ) . (H t ) t возраст бетона в сут. с момента затворения; возраст бетона в сут. в момент передачи на него нагрузки; h0 2 Ac u условный размер сечения элемента в мм; H 1,5 [1 (0,012RH )18 ]h0 250 1500 0,3 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Можно считать, что для очередной части конструктивного комплекса, включаемая в систему на s–м этапе монтажа, время создания соответствует начальному моменту этого этапа, а используемое значение модуля деформаций вычисляется для момента времени, соответствующему окончанию предшествующего этапа. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 11. НЕСКОЛЬКО ОБЩИХ ЗАМЕЧАНИЙ Традиционным вариантом учета фактора времени чаще всего является учет временной изменчивости нагрузок, на который ориентирована динамика сооружений. Это, так называемое, быстрое время, учет которого связан с инерционными свойствами сооружения. Реальные конструкции живут (и изменяются) в, так называемом, медленном времени. По традиции этот факт учитывается в виде несвязного ряда расчетных случаев. Но учет влияния связи между расчетными ситуациями, реализуемой механизмом наследования напряженнодеформируемого состояния, приводит к ряду эффектов, которыми не стоит пренебрегать. Соответствующий инструментарий (режим МОНТАЖ) имеется в ВК SCAD. Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Выводы: «Общим видом мы уже овладели. Теперь надо подробности не упускать» М.М. Жванецкий ЕСТЬ ЛИ ВОПРОСЫ ? Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Компьютерное моделирование конструкций и сооружений. Киев 2015 Мост Элорн в Плугастель (1929)
