Линейный расчет в строительстве

Просчитаем ее в ПО «LIRA» сначала в линейном варианте.
Получили, условно, говоря момент в балке — 1тм.

Просчитаем ту же балку со всеми характеристиками, нагрузками по нелинейной схеме (меняется только тип элемента) — получили, условно, опять же момент в балке — 0.8тм.
Причем балка в хорошем состоянии, нет даже 5% разрушения нигде.
Ее еще можно было бы грузить и дальше.

Что же это получается тогда?
СНиП «Нагрузки и воздействия» дает коэффициент надежности по нагрузке от 1.05 до 1.4.
И нелинейный расчет выявил запасец -в чистом виде, никак не меньше 20%.
Т.е. надо понимать железобетон мы считаем в обычной жизни с очень приличными запасами в 40% как минимум.

А Вы, Евгений, Екатеринбург, говорите, что нелинейные расчеты надо бросать, да тут вещи такие открываются перспектива интересная такая видна.

Вопрос, естественно, не к одному только Евгению, а ко всем, кому это интересно — ход мыслей у меня правильный или опять меня куда-то несет?

Лекция № 9 ч 1 Графические виды ОТМ в строительстве

Я не аспирант, но.
Запасы приличные, сам в этом убеждаюсь не по СНИПу, а воочию. Многие конструктора просто страхуются коэффициентом запаса, он же коэффициент незнания нашего. Видел я как-то на картинке, как круглопустока нагруженная прогнулась под нагрузкой. Там преднапряжение, но всё же!
Не знаю ,ведут ли у нас реальные испытания. Типа таких, как вот взяли «кусок» плиты, колонну и проверили её с данным армированием на данную нагрузку. Думаю, что она бы понесла раза в 2 больше проектной нагрузки. Но как глянешь, что строители ваяют на площадке — кажется, что даже шаг 100 мал.
У меня Израильские коллеги спрашивают: вот почему на постсоветском пространстве для арматуры плиты перекрытия берётся Ф12. Вот расчёт выдал Ф8, Ф10. Нет, поставь Ф12 и всё.
Нелинейные расчёты не бросать надо, а развивать. Только вот кому это у нас надо.

__________________
Time and time again
I witness a birth of a new-born star.
I climb the highest mountain
To find the essence of a new era.

Источник: forum.dwg.ru

Линейный расчет в строительстве

• Правила составления и применение РСУ и РСН
при расчетах строительных конструкций
• Особенности программного расчета
• Нелинейность

Начать этот длинный пост я бы хотел с вопроса: что, с точки зрения конструктива, отличает хороший проект от посредственного?

На мой взгляд — экономическая эффективность. Запроектировать «дорогие» несущие конструкции, которые будут обладать большим запасом прочности, может каждый. Так поступали в древности наши предки, строя «на глаз», до того, как начали появляться первые теории прочности и методы расчета конструкций.

Совсем другое дело — это проект, обладающий минимальной стоимостью реализации и при этом удовлетворяющий всем обязательным требованиям, главное из которых — безопасность. Что же тут понимают под безопасностью?

Лекция № 10. Календарное планирование в строительстве

Простыми словами, здание в целом и его конструкции в частности не должны выходить из работоспособного состояния в течение своего срока службы с заданной вероятностью. Допустимая вероятность отказа — очень интересная величина, которая в большинстве случаев директивно принимается на уровне государства, в зависимости от его экономической развитости и многих других факторов. В прямом виде она не прописана в тех нормативах, по которым мы проектируем. Однако она заложена в них и находит свое отражение, в том числе в коэффициентах надежности, коэффициентах сочетаний к нагрузкам (о них пойдет речь дальше) и вообще во многих эмпирических формулах. Подробнее о теории надежности и вероятностях отказа можно послушать в подкасте «Конструктивный разговор»: выпуск «Надежнее некуда».

Так вот, чтобы добиться экономии, приходится балансировать между чрезмерным перерасходом материалов и риском того, что заложенной несущей способности окажется недостаточно. Чтобы найти такой баланс и не промахнуться — нужно как можно точнее предсказать эффект, который могут оказывать все возможные нагрузки при их совместном действии.

Если мы представим расчетную схему здания, на которое действует большое количество весьма непредсказуемых нагрузок (вес людей и оборудования, климатические нагрузки, сейсмические нагрузки и т.д.), то однозначное определение их совместного действия становится, строго говоря, невозможным. Для этого случая придуманы методы, опирающиеся на многолетние наблюдения и законы статистики. Главным образом речь идёт о формировании расчётных сочетаний нагрузок (РСН) и поиске расчётных сочетаний усилий (РСУ). О двух этих понятиях и пойдёт речь далее. Мы разберёмся, как их получить, чем они отличаются друг от друга и как используются на практике.

Источник: structuralblog.com

Расчет и проектирование строительных конструкций в программном комплексе SAP2000

Эффективность вложения инвестиций в современное программное обеспечение трудно переоценить, особенно сейчас, в век информационных технологий. «Кто быстрее — тот сильнее» — гласит один из законов современного мира, который распространяется на все сферы нашей жизни, в том числе и на расчеты строительных конструкций.
Удобство работы, высокая скорость решения, учет физической и геометрической нелинейности, двусторонняя связь с другими приложениями — вот требования, предъявляемые к современным программным комплексам для расчета строительных конструкций. Красивыми картинками уже никого не удивить. Инженеру нужен результат. Всеми этими качествами в полной мере обладает программный комплекс SAP2000 (Computers and Structures, Inc.).

SAP2000 — это универсальный интегрированный программный комплекс для расчета методом конечных элементов и проектирования строительных конструкций. SAP — аббревиатура от англ. «state­of­the­art», что в переводе означает «новейший, передовой». Первая версия программного комплекса увидела свет 39 лет назад, в 1975 году. С тех пор шло непрерывное его развитие, и на сегодняшний день SAP2000 — это передовой расчетный комплекс в мире.

Удобный, интуитивно понятный пользователю графический интерфейс, объектно­ориентированное моделирование, быстрое и мощное расчетное ядро SAPFire, позволяющее производить статичес­кие и динамические расчеты с учетом физической и геометрической нелинейности, широкие возможности проектирования конструкций и вывода результатов расчета, — это далеко не полный перечень преимуществ SAP2000. Множество уникальных зданий и сооружений были рассчитаны в этом расчетном комплексе. Шанхайский всемирный финансовый центр, «Башни Петронас», Пекинский национальный стадион Bird’s Nest, «Бэй Бридж» (мост между Сан­Франциско и Оклендом) давно стали визитными карточками SAP2000.

Возможности моделирования

Шаблоны моделей, удобные инструменты создания и редактирования модели, а также интуитивное управление делают процесс моделирования в SAP2000 быст­рым и комфортным. Моделирование объектно­ориентированное, а это означает, что пользователь оперирует такими элементами, как стержень, пластина, объемное тело, при этом разбивку на конечные элементы программа осуществляет самостоятельно. Существует несколько методов разбивки, в том числе и автоматическая. Кроме того, при несвязной сетке и включенной функции Объединение ребер программный комплекс автоматически соединяет ребра смежных элементов и считает конструкцию единым целым, даже при отсутствии общих узлов в элементах.

В SAP2000, кроме стандартных библиотек материалов и профилей, имеются встроенные конструктор сечений и редактор материалов. Конструктор сечений позволяет создавать сечения элементов любой формы из любых доступных материалов и включать их в модель. Редактор материалов служит для создания моделей материалов. Следует отметить, что материалы могут быть изотропные, ортотропные и анизотропные. Возможно задание зависимости деформационных свойств от температуры, диаграмм «напряжение — деформация» и других свойств.

Штаб-квартира Центрального телевидения Китая (CCTV Headquarters) и ее расчетная модель SAP2000

Библиотека элементов охватывает практически все типы, которые могут потребоваться современному инженеру. Стержни переменного сечения, предварительно напряженные, вантовые элементы, толстые и тонкие оболочки, многослойные нелинейные оболочки — вот далеко не полный перечень доступных типов. Для соединения элементов могут использоваться абсолютно жесткие и податливые линейные и нелинейные вставки. Кроме того, средствами SAP2000 можно смоделировать зазоры, зацепления, сейсмические изоляторы, пружины, демпферы, пластические шарниры и пр.

SAP2000 имеет множество шаб­лонов для автоматической генерации нагрузок на конструкцию, в том числе ветровых, волновых и сейсмических. К этому следует добавить нагрузки от заданного перемещения, статические и подвижные нагрузки, боковое давление грунта, температурные воздействия, загружение до заданного усилия и нагрузки от предварительного напряжения.

Пекинский национальный стадион Bird’s nest (Beijing National Stadium) и его расчетная модель SAP2000

Возможности расчета

SAP2000 предоставляет пользователю практически безграничные возможности для расчета конструкций, а многопоточное 64­битное расчетное ядро SAPFire обеспечивает высокую скорость расчета.

Результат экспорта модели из Tekla Structures в SAP2000

Доступны следующие виды линейных расчетов:

• статический линейный расчет;
• вычисление форм и частот собственных колебаний;
• расчет собственных частот по методу Ритца для неявно обусловленных задач;
• вычисление спектров отклика;
• линейный динамический модальный расчет с развитием во времени;
• линейный динамический расчет по методу прямого интегрирования с развитием во времени;
• расчет амплитудно­частотных характеристик;
• анализ спектральной плотности;
• расчет устойчивости (линейная постановка).

Нелинейные расчеты включают:

• учет только растяжения/сжатия в стержнях;
• учет податливости основания в нелинейной постановке;
• нелинейный статический расчет с учетом эффекта P­delta;
• нелинейный статический расчет с учетом больших перемещений (геометрическая нелинейность);
• расчет устойчивости (нелинейная постановка);
• рushover­анализ (расчет на предельную прочность1);
• расчет на прогрессирующее обрушение;
• расчет по методу Уилсона (Wilson FNA method);
• нелинейный расчет с развитием во времени;
• учет физической нелинейности материалов;
• расчет до достижения заданной геометрии;
• учет ползучести и усадки бетона;
• поэтапное возведение (с учетом меняющихся характеристик элементов);
• учет вторых потерь при преднапряжении;
• расчет на комбинации статических и динамических нагрузок.

Финский павильон Kirnu на выставке Shanghai World Expo 2010
и его расчетная модель SAP2000

Модели, построенные в SAP2000

Проектирование конструкций

После расчета пользователь SAP2000 имеет возможность проверить существующие сечения или подобрать новые. Проектирование стальных конструкций позволяет подобрать сечения элементов, а проектирование железобетонных — определить необходимую арматуру. Кроме того, существует возможность проектирования конструкций из алюминия и тонкостенных стальных конструкций по различным нормам.

Результаты расчета висячего моста в SAP2000

Вывод результатов

SAP2000 предоставляет пользователю множество опций для отображения результатов расчета: трехмерные исходные и деформированные схемы, анимация перемещений, эпюры усилий, поля напряжений, вывод детальных результатов расчета по нажатию правой кнопки мыши на элементе, графики виртуальной работы, интегрирование напряжений в любом сечении конструкции, трехмерные поверхности взаимодействия усилий и многое другое.

Результаты расчета можно сохранить в отчет, автоматически создаваемый SAP2000. Структура отчета может быть полностью перестроена по желанию пользователя, с добавлением необходимой графики, пользовательского текста и оформления. Анимацию перемещений, в том числе с развитием во времени, можно сохранить в отдельный видеофайл.

Поля армирования, полученные в результате проектирования конструкций градирни в SAP2000

Связь с другими приложениями и Open API

Благодаря открытому прикладному пользовательскому интерфейсу (Open API) SAP2000 может быть связан с другими программами. Любые данные и результаты SAP2000 могут быть экспортированы в другие приложения. Преду­смотрена также возможность импорта.

В настоящее время реализована двусторонняя связь с программными комплексами Tekla Structures и Autodesk Revit, разрабатывается интерфейс для совместного расчета с программным комплексом PLAXIS (геотехнические расчеты). При этом пользователю доступно создание собственных приложений с применением Open API. Кроме того, все данные о модели могут быть экспортированы в Microsoft Excel. После правки в Excel данные можно импортировать обратно в SAP2000.

Форматы импорта/экспорта

В SAP2000 доступны следующие форматы импорта/экспорта:

• Microsoft Access;
• Microsoft Excel;
• SAP2000 text file (.*s2k);
• Export to Perform­3D;
• CIS/2, STEP, IFC;
• Steel detailing neutral file (SDNF)4
• AutoCAD (.*dxf/.*dwg);
• Frameworks;
• IGES;
• Prosteel;
• прочие текстовые файлы расчетных приложений (только импорт).

Локализация

В настоящее время ведется процесс интеграции российских норм проектирования, баз данных сечений и материалов в SAP2000, а также перевод интерфейса и документации SAP2000 на русский язык. В ближайшее время планируется выпуск приложения для импорта данных из SAP2000 в программу «ОМ СНиП Железобетон» с целью подбора армирования в элементах в соответствии с российскими нормами.

1 Под расчетом на предельную прочность понимается нелинейный расчет, основанный на последовательном повышении нагрузки на расчетную схему с образованием пластических шарниров в элементах и выходом их из строя вплоть до достижения предельного состояния всей расчетной схемы.

Источник: sapr.ru

Инженерная и физическая нелинейность

Смысл расчета инженерной нелинейности в автоматическом определении новых жесткостей заармированного и нагруженного сечения.

Для этого поперечное сечение элемента разбивается на элементарные площадки (для стержня, а для пластины на слои). Процессор вычисляет усилия от «определяющей комбинации», подбирает арматуру и пересчитывает жесткость сечения: в каждой элементарной площадке бетона и точечном включении арматуры находится новая «секущая» жесткость (в зависимости от того, в какую точку диаграммы мы попали). Если открывается трещина, то элементарные площадки бетона, которые в неё попали из расчета жесткости сечения исключаются.

Расчет железобетонных конструкций в нелинейной постановке

Сравнительный анализ объемов исходных данных для инженерной нелинейности и шагового нелинейного расчета: синим цветом что требуется от пользователя, черным – делает процессор

Расчет на эксплуатационные нагрузки (метод секущих)	Компьютерное моделирование процесса нагруженния (шаговый метод)
1. Составления определяющего нагружения (1 параметрическая таблица)	1. Задание нелинейных материалов
2. Расчет на определяющее нагружение	2. Расстановка армирования во всех нелинейных элементах
3. Итерационный расчет (подбор армирования/уточнение жесткостей), в итоге — определение секущих жесткостей	3. Формирование истории нагружения
4. Расчет на эксплуатационные нагрузки	4. Расчет на I-м шаге с жесткостью E0 на нагрузки P/n (n — к-во шагов)
5. Определения РСУ и РСН	5. Расчет на II-м шаге с жесткостями с соотв. изменениями полученными на I-м шаге
6. Конструирование (подбор армирования по усилиям от матрицы с переменными жесткостями)	6. Расчет на m шаге по касательным жестокостям соответсвующим усилиям получаемых на m-1 шаге Nm-1=△N1+△N2+. +△Nm-1 Um-1=△U1+△U2+. +△Um-1

Расчет по инженерной нелинейности отличается от линейного расчета только заданием одной таблицы, которая формирует определяющую комбинацию нагрузок

Сравнение результатов расчета линейного и инженерной нелинейности

а — линейный расчет
б — нелинейный расчет (инженерная нелинейность)

Источник: liraserv.com