+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

Введение

Методика оценки напряженно-деформированного состояния конструкций и оснований зданий и сооружений принята следующей.

Используя результаты расчета напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения раздельно или совместно с основанием находятся области концентрации напряжений и величины перемещений элементов конструкции при их нагружении собственным весом, снеговой и ветровой нагрузками. В местах концентрации напряжений проектируемойконструкцииустанавливаются датчики деформации, а в местах максимальных перемещений/прогибов устанавливаются датчики перемещения. Значения напряжений и перемещений являются проектными на момент ввода здания или сооружения в эксплуатацию. Текущие значения измеряются инструментальной частью системы мониторинга и сравниваются с проектными значениями. Приращения текущих значений добавляются к проектным при этом суммарные значения не должны превышать нормативные значения прочности, прогиба или перемещения элементов конструкций.

Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций выполняется с использованием мощного вычислительного пакета ANSYS/LS-DYNA. Этот комплекс является одним из современных средств автоматизированного инженерного анализа, наиболее эффективным расчетным методом оценки деформированного состояния и прочности, прогнозирования долговечности и оптимизации элементов строительных конструкций.

Ниже приведена последовательность создания расчетной модели на примере второй очереди гимнастического центра в г. Пензе.

 

Последовательность выполнения работы:

1. Создание геометрической моделирамной конструкции второй очереди гимнастического центра.

2. Создание конечно-элементной модели рамной конструкции второй очереди гимнастического центра.

3. Задание характеристик физико-механических свойств материалов элементов рамной конструкции второй очереди гимнастического центра.

4. Расчет напряженно-деформированного состояния рамной конструкции второй очереди гимнастического центра под действием собственного веса конструкции и веса снега.

5. Определение областей концентрации напряжений в элементах конструкции.

6. Определение величин перемещений в арках, суммарных нормальных напряжений в арках и растягивающих напряжений в тяжах.

При выполнении работы использован опыт проведения расчетов прочности, устойчивости и долговечности несущих элементов сооружений, отраженный в материалах конференций [1 - 3].

Расчет напряженно-деформированного состояния рамной конструкции второй очереди гимнастического центра в г. Пензе выполнен в программе ANSYS/Multiphysics [4].

 

1. Постановка задачи

Объектом исследования является гимнастический центр в г. Пензе. Гимнастический центр в г. Пензе является общественно значимым сооружением, предназначенным для занятий гимнастикой и плаванием, другими видами спорта, проведения спортивных мероприятий, а также для размещения и проживания спортсменов. Поперечный разрез гимнастического центра показан на рис. 1. По срокам сдачи гимнастический центр состоит из двух частей: первой очереди (правая часть) и второй очереди (левая часть).

Несущими конструкциями здания второй очереди являются железобетонные колонны и клеедеревянные арки с затяжкой. Конструкция покрытия включает 28 арок, 1176 деревянных прогонов, 112 стальных трубчатых распорок, 112 стальных тяжей, 168 стальных подвесов и деревянного настила по прогонам и аркам. Железобетонные колонны имеют сечениесм и высотум. В продольном направлении колонны вверху соединены распорками. Связи между арками выполнены из клеедеревянных балок сечениемхмм. Заделка колонн в фундаменты жесткая.

Рис. 1. Поперечный разрез гимнастического центра

P6250809

Железобетонные колонны каркаса и клеедеревянные арки пролетом 36 м

P6250827

Внешний вид клеедеревянных арок покрытия,балок связи и прогонов

P6250817

Стальная затяжка из 4 стержней и подвес

P6250818

Верхняя часть подвеса

P6250820

Конструкция опорного узла

P6250829

Высота клеедеревянной арки 1400 мм

P6250822

Фрагмент деревянного настила

P6250824

Конструкция деревянного покрытия

 

2. Разработка математической модели рамной конструкции здания

2.1. Создание геометрической моделирамной конструкции

Основой для создания геометрической модели рамной конструкции гимнастического центра явились предоставленные Заказчиком чертежи.

В геометрическую модель вошли 28 арок, 1176 прогонов, 112 распорок, 28 тяжей (четыре по сечению объединены в один), 168 подвесов, настил, 56 колонн и 48 распорок, которые соединяют колонны по верхнему поясу.

Геометрическая модельрамной конструкции второй очереди гимнастического центра показана на рис.2.1. Геометрическая модель включает 5468 точек, 8758 линий и 888 поверхностей.

Геометрическая модель была создана в программе ANSYS/Multiphysics.

2.2. Создание конечно-элементной модели рамной конструкции второй очереди гимнастического центра

Создание конечно-элементной модели было осуществлено на основе созданной геометрической модели.

При создании конечно-элементной модели были использованы следующие типы элементов:

  • для создания арок, прогонов, распорок, подвесов, тяжей, колонн, стальных трубчатых распорок использовался тип элемента BEAM188;

  • для создания настила использовался тип элемента SHELL43.

При создании конечно-элементной модели были использованы следующие типы поперечных сечений:

  • балки арок имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,а;

  • распорки имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,б;

  • прогоны имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,в и на рис.2.3,г;

  • подвесы имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,д;

  • тяжи имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,е;

  • трубы имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,ж;

  • колонны имеют сечение, размеры и характеристики которого показаны на рис.2.3,з.


GYM000

а

GYM001

б

GYM002

в

GYM003

г

Рис. 2.1. Геометрическая модель второй очереди гимнастического центра:

а – вид спереди; б – вид сбоку; в – вид сверху; г – изометрия


GYM004

а

GYM005

б

GYM006

в

GYM007

г

Рис. 2.2. Конечно-элементная модель второй очереди гимнастического центра:

а – вид спереди; б – вид сбоку; в – вид сверху; г – изометрия



Pic_2_3_01

а

Pic_2_3_02

б

Pic_2_3_03

в

GYM010

г

Рис. 2.3. Поперечные сечения элементов и их характеристики:

а – балки арки; б – распорки; в –прогон ПК-3; г – прогон ПК-10


Pic_2_3_05

д

Pic_2_3_04

е

Pic_2_3_10

ж

Pic_2_3_06

з

Рис. 2.3 (окончание). Поперечные сечения элементов и их характеристики:

д – подвес; е – тяж; ж – труба; з – колонна


При создании конечно-элементной модели была использована модель изотропного упругого материала. Для различных материалов конструкции эта модель имела следующие параметры:

Клееная ель имеет следующие характеристики физико-механических свойств [5]

  • модуль упругости 10 ГПа;

  • коэффициент Пуассона 0,3;

  • плотность 440 кг/м3

Ель имеет следующие характеристики физико-механических свойств [5]

  • модуль упругости 10 ГПа;

  • коэффициент Пуассона 0,3;

  • плотность 440 кг/м3.

Ель настила имеет следующие характеристики физико-механических свойств [5]

  • модуль упругости 10 ГПа;

  • коэффициент Пуассона 0,3;

  • плотность 440 кг/м3.

Сталь имеет следующие характеристики физико-механических свойств [5]

  • модуль упругости 210 ГПа;

  • коэффициент Пуассона 0,3;

  • плотность 7800 кг/м3.

Бетон имеет следующие характеристики физико-механических свойств [5]

  • модуль упругости 27,5 ГПа;

  • коэффициент Пуассона 0,2;

  • плотность 2400 кг/м3.

Конечно-элементная модель показана на рис. 2.2. Конечно-элементная модель включает 34104 узла, 24032 элемента и 392 уравнения связи. Конечно-элементная сетка была создана в программе ANSYS/Multiphysics.

Принятые для создания конечно-элементной модели порядковые номера типов элементов, сечений и материалов представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Порядковые номера типов элементов, сечений и материалов

Наименование деталей

Порядковые номера
элементов сечений моделей материалов
Арка АК-1 1 1 1
Балка между арками по краям 2 2 2
Балка между арками не по краям 3 3 2
Тяж 4 4 4
Подвес 5 5 4
Распорка РК-5 6 6 2
Прогон ПК-3 7 7 2
Фиктивная балка 8 8 2
Настил 9 -