Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Лекция 7. Управление допускаемыми повреждениями в рамной несущей системе



Рассмотрены возможности учета перераспределения усилий и управление им в модели с несущей системой рамной конструктивной схемы при сейсмическом воздействии.

Применены возможности ПК ЛИРА-САПР по преобразованию линейных жесткостей в нелинейные с учетом расчетного армирования и преобразования инерционных сил в загружение. Это позволило выполнить нелинейный расчет с учетом сейсмических сил.

Выполнен расчет и анализ несущей способности исследуемой модели при различном уровне армирования. Разработаны рекомендации по проектированию.

 

 

Одна из проблем современного проектирования – конструирование элементов здания по результатам расчета несущей системы методом конечных элементов. При линейном расчете несущих систем зданий наблюдается концентрация усилий и армирования в отдельных зонах расчетной модели. Чаще всего эта проблема происходит при расчете на сейсмическое воздействие. Требуемое по расчету количество арматуры невозможно разместить в сечении или надежно пробетонировать.

При оптимизации армирования следует анализировать допускаемые повреждения. Локальные повреждения элементов конструкций такой степени, что они не могут привести к обрушению конструкции и поврежденная конструкция может быть восстановлена с включением ее в работу системы.

Выводы:В результате анализа современного состояния проектирования зданий в сейсмических районах выявлены противоречия и несовершенства норм проектирования и методики моделирования конструкций:

- не разработана методика размещения вертикальных элементов жесткости, нормы ограничиваются общими указаниями;

- нет методики анализа допустимости локальных повреждений конструкций и учета образования пластических шарниров в расчетной модели;

- не разработана методика допустимого перераспределения усилий и армирования в зонах концентрации с учетом пластических деформаций и допустимых повреждений;

- не обоснован в рамках требований норм учет податливости основания и его влияние на динамические характеристики и НДС расчетной модели.

 

 

Проблемно надежное бетонирование конструкции. Несущая способность обеспечивается, но расчетная площадь (процент армирования) арматуры такова, что армирование не возможно по технологическим условиям (рис. 1.2). Условия: размещение арматуры с требуемым расстояние между стержнями, обеспечение принятого в расчете плеча пары сил между центром тяжести растянутой арматуры и равнодействующей в сжатой зоне.

 

 

 

Объект исследований – Рамный каркас.

Предмет исследований – изменение НДС, процесс накопления повреждений и перераспределение усилий в конструкциях при сейсмическом воздействии.

 

 

Если развитие повреждений и разрушение во всех элементах системы будут происходить при одной и той же нагрузке, то перераспределения не будет. Это может происходить в том случае, если фактическое армирование элементов будет равно расчетному армированию во всех элементах. Это возможно только теоретически и не возможно практически в силу подбора арматуры с площадью ближайшей к расчетной с некоторым запасом и, особенно, унификации армирования. Фактически элементы системы не будут иметь равнопрочности в отношении нагрузки на систему. Следовательно, будет происходить перераспределение с элементов и зон с большим уровнем напряжений на элементы и в зоны с меньшим уровнем напряжений. Перераспределение будет достигаться за счет снижения жесткости отдельных элементов за счет нелинейных свойств бетона, текучести арматуры, при образовании трещин и пластических шарниров. Эти повреждения допустимы если конструкции не обрушаются и могут быть отремонтированы.

Проблемы. Концентрация армирования, размещение и анкеровка арматуры. Перерасход арматуры, обусловленный унификацией и не учитываемый в расчете.

Целевая функция. Минимум армирования.

Граничные условия. Перекос этажа. Предельная нагрузка с требуемым запасом.

 

 

Последовательность моделей и операций

Общая последовательность

Стержневой конечный элемент

Плоская рама

Плоская рама усиленная связями

Пространственная рама

Пространственная рама усиленная связями

Сравнительный анализ моделей

Рекомендации по проектированию

Обратная связь – верификация моделей по предшествующим. Сравнение унифицированного армирования.

1. Стержневой конечный элемент

1.1. Стальной элемент (М; Q)

1.2. Железобетонный элемент (М; Q)

1.3. Циклическая нагрузка (М; Q)

2. Плоская рама

2.1. Расчет армирования

2.2. Преобразование инерционных сил в загружение

2.3. Расчет армирования с замещением сейсмики загружением из инерционных сил

2.4. Верификация

2.5. Унификация армирования

2.6. Исключение сейсмики

2.7. Преобразование жесткостей в нелинейные

2.8. Испытание нелинейной модели

2.9. Регулирование армирования

3. Сравнительный анализ и верификация моделей

3.1. Модели внутри блоков исследований

3.2. Сравнение между блоками исследований

3.3. Сравнение подобной модели с результатами физического эксперимента

4. Рекомендации по проектированию

4.1. Алгоритм проектирования

4.2. Технико-экономический анализ

4.3. Пример проектирования

 

 

Рис.2.3. Расчетная схема рамы


Для исследований принимаем четырёхэтажную трёхпролётную железобетонную раму (рис.2.3), где высота этажа H=3м, пролёт B=6м. Расчётная схема была построена в ПК «ЛИРА».

Здание трёхэтажное с рамным каркасом. Колонны размером 400х400мм, ригеля 400х400мм, перекрытия монолитные железобетонные толщиной 200мм.

Расчет выполнен на следующие загружения:

загружение 1 - статическое загружение

загружение 2 - динамическое (по оси Х)

В качестве статического загружения принята суммарная вертикальная равномерно распределённая нагрузка на ригеля 60 кН/м (рис.2.4).

 

 

Рис.3.1 Инерционные силы (1-я форма колебаний)

В результате расчета на сейсмическое воздействие получены узловые инерционные силы (рис.3.1), которые в дальнейшем будут преобразованы во внешнее загружение. Необходимость этого вызвана следующим. Расчет на сейсмику является итерационным математическим процессом (метод последовательных приближений). В дальнейшем мы предполагаем исследовать нелинейную модель. Но это также итерационный процесс (триста итераций на каждом шаге).

Учитываем первую форму колебаний (83% модальной массы).

 

 

 

Выполняем операцию «преобразовать инерционные силы в нагрузки (загружение 4»). Сейсмическое загружение в таблице управления РСУ объявляем не активным (вид 9). Армирование после преобразования инерционных сил первой формы колебаний в загружение (рис.3.6). не отличается существенно от вычисленного с учетом сейсмического воздействия по спектральному методу с учетом высших форм колебаний (см. рис. 3.5).

 

 

Выполним технологическую унификацию элементов (рис.3.8), состоящую из 5 унифицированных групп и детальную унификацию (рис 3.7) (максимально приближенную к теоретическому армированию) состоящую из 15 групп.

 

 

На рис.3.9 видно, что предельная нагрузка при технологической унификации практически на 10% выше чем при теоретическом армировании. Результаты армирования при детальной и технологической унификациях представлены на рис.3.10-3.11.

 

 

Для дальнейших исследований был выполнен расчет армирования унифицированной модели в Лир – Арм и обратный экспорт модели в Лир – Визор, с заменой жесткостей на нелинейные.

При моделировании нелинейных загружений был задан суммарный коэффициент к сейсмической нагрузке – 1,8. Статическая нагрузка разбита на 10 равномерных шагов (рис.3.12), сейсмическая нагрузка - на 100 равномерных шагов. При расчетном унифицированном армировании расчетный процессор останавливается на 99 шаге (уровень сейсмической нагрузки равен 1.78) (рис.3.15). На 71 шаге (рис.3.13) наблюдается образование пластических шарниров в сжатых элементах, на 79 шаге – в изгибаемых элементах (рис.3.14). Перемещение верха последнего этажа составило 404 мм.

 

 

При расчетном унифицированном армировании расчетный процессор останавливается на 99 шаге (уровень сейсмической нагрузки равен 1.78) (рис.3.15). На 71 шаге (рис.3.13) наблюдается образование пластических шарниров в сжатых элементах, на 79 шаге – в изгибаемых элементах (рис.3.14). Перемещение верха последнего этажа составило 404 мм.

Максимальная площадь арматуры в верхней зоне опорных сечений ригелей (УГ 31), As = 7.12х4 = 28.36 см2. Уменьшим армирование до 4ø25 с s = 4.91х4 = 19.63см2. Уменьшение армирования в УГ31 составило ≈ 30%. Загружение аналогично предыдущей модели.

 

 

После приложения статической нагрузки (рис. 3.16) наблюдается появление трещин в растянутой зоне. При уровне сейсмической нагрузки 0.79 наблюдается образование пластических шарниров в изгибаемых элементах (рис. 3.17). Образование пластических шарниров в сжатых элементах происходит при уровне сейсмической нагрузки 1.26 (рис. 3.18). При дальнейшем приложении нагрузки наблюдается накопление повреждений. При уровне нагрузки 1.48 (рис. 3.19) расчетный процессор останавливается (разрушение). Перемещение верха последнего этажа составило 409 мм.

Судя по накоплению повреждений (образованию пластических шарниров) можно говорить о перераспределении усилий в системе.

Графики зависимости перемещения верха рамы от уровня нагрузки приведены на рис. 3.20.

 

модель 1 – модель с детальной унификацией, максимально приближенной
к теоретическому армированию;

модель 2 – модель с технологической унификацией;

модель 3 – модель с уменьшенным армированием на 30%.

По результатам расчета моделей с различными уровнями армирования в верхней зоне опорных сечений ригелей был построен график зависимости уровня предельной сейсмической нагрузки от уровня армирования (рис.3.21). По полученному графику можно определить допустимо минимальное снижение армирования в верхней зоне опорных сечений ригелей, задавшись интегрированным коэффициентом безопасности системы. Пример использования графика приведен в п. 4.5.

 

 

По результатам расчета моделей с различными уровнями армирования в верхней зоне опорных сечений ригелей был построен график зависимости уровня предельной сейсмической нагрузки от уровня армирования (рис.3.21). По полученному графику можно определить допустимо минимальное снижение армирования в верхней зоне опорных сечений ригелей, задавшись интегрированным коэффициентом безопасности системы. Пример использования графика приведен в п. 4.5.

Вывод: По результатам исследований можно говорить о том, что модель при унифицированном армировании обладает большим запасом прочности. При уменьшении армирования исследуемой группы унификации на ≈30% уровень разрушающей нагрузки уменьшается практически на 17%. По количеству разрушенных КЭ в моделях с различным уровнем армирования можно говорить о перераспределении усилий в системе.

 






Читайте также:

  1. I. Местное самоуправление в системе институтов конституционного строя. История местного самоуправления
  2. Абсцисса минимума кривой совокупных затрат, полученных путем сложения все указанных затрат, даст оптимальное значение количества складов в системе распределения.
  3. Авторские и смежные права в системе интеллектуальной собственности
  4. Административно-процессуальное право: предмет, метод и задачи. Источники административно-процессуального права. Система а-п права. Административно-процессуальные нормы в системе норм права.
  5. АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРАВО В ПРАВОВОЙ СИСТЕМЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
  6. Безопасность в системе «человек - среда обитания».
  7. В ЛЕКСИКО-СЕМАНТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ЯЗЫКА
  8. В СИСТЕМЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ
  9. Взаимосвязи в системе «бизнес-организация»
  10. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЯЗЫКА И МЫШЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ЯЗЫКОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ
  11. Выделение потенциальных узких мест в информационной системе
  12. Глава 1. МЕСТО СОЦИАЛЬНОЙ ПСИХОЛОГИИ В СИСТЕМЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 65; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.094 с.) Главная | Обратная связь