Информационная система расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах

Информационная система расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

1.1 Статический метод расчета

.2 Спектральный метод расчета

.2.1 Понятие о спектральном методе расчета сооружений

.2.2 Нормирование сейсмических нагрузок по спектральной методике

.3 Динамические методы расчета

.3.1 Возможности динамических методов при оценке сейсмостойкости

.4 Современные программные комплексы

.4.1 ANSYS

.4.2 MicroFE

.4.3 ПК ЛИРА

.5 Выводы по главе

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ

2.1 Функциональные и эксплуатационные требования к системе

.2 Обоснование выбора программных и аппаратных средств

.3 Расчет на основе СНиП II-7-81*

.4 Расчет пространственной конструкции в ANSYS

.5 Сравнительный отчет

.6 Разработка информационной системы

Глава 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ

3.1 Тестовый пример

.2 Анализ результатов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Современные проблемы строительства зданий в сейсмических районах, повышенные требования к надежности возводимых сооружений и совершенствование технологий требуют развития методов расчета сооружения на различного рода динамические, в том числе и сейсмические нагрузки.

Анализ последствий разрушительных землетрясений в начале XX века показал, что сейсмическое воздействие на сооружение существенно зависит от его динамических характеристик: жесткости, определения масс, частот собственных колебаний и т.д. Приведение сложной пространственной конструкции здания к упрощенной расчетной модели в виде консольного стержня с сосредоточенными массами не может с достаточной достоверностью описать работу здания при сейсмических воздействиях.

Современные методы расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия основаны на нескольких подходах, область использования которых определяется полнотой исходной сейсмологической информации, степенью детальности учета жесткостных характеристик конструкций и выбором критериев, обеспечивающих надежную работу сооружений.

По мере накопления информации о параметрах сейсмических воздействий и поведении зданий и сооружений осуществляется переход к более полному учету несущей способности сооружений. Это позволяет разрабатывать более обоснованные методы проектирования и строительства, повышать экономичность зданий и сооружений при сохранении требуемого уровня надежности.

К настоящему времени появилось более сотни программных комплексов (ЛИРА, MicroFE, ANSYS и пр.), с помощью которых можно выполнить расчет пространственных конструкций, в том числе и на сейсмическое воздействие, но для работы с ними зачастую требуется знание компьютера на уровне профессионального пользователя, а также определенное количество времени.

Цель дипломного проекта - автоматизация методики расчета строительных объектов в соответствии со СНИП II-7-81*[1] и методическими рекомендациями по строительству зданий в сейсмоопасных регионах на основе программного комплекса ANSYS.

Актуальность темы дипломного проекта заключается в том, чтобы создать понятную и простую в использовании информационную систему для расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах, которая, опираясь на пространственную модель конструкции, давала бы достоверные результаты за минимально возможное количество времени.

Задачи, которые необходимо решить в ходе выполнения дипломного проекта:

ü  изучить возможности современных пакетов МКЭ по проведению анализа на сейсмические воздействия;

ü  выполнить расчеты строительных объектов в сейсмоопасных регионах с помощью формул СНиП II-7-81*[1] и комплекса ANSYS;

ü  разработать информационную систему расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах на основании СНиП II-7-81*[1] и комплекса ANSYS.

Глава 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

По мере развития теории сейсмостойкости зданий и сооружений использовались статический, спектральный и динамический методы их расчета.

1.1 Статический метод расчета

Первая попытка создать теоретические методы расчета и проектирования сейсмостойких зданий и сооружений была сделана в 1900 году японским ученым Омори. Для анализа сейсмических сил в сооружениях Омори проводил опыты с кирпичными столбиками, которые устанавливались на сейсмической платформе. Платформе сообщались гармонические колебания в горизонтальной плоскости. Увеличением интенсивности колебаний столбики доводили до разрушения, что давало возможность определять наибольшие ускорения и соответствующие им разрушающие инерционные силы.

На основании этих исследований Омори разработал методику определения сейсмических сил, получившую название статической теории сейсмостойкости. Этой теорией не учитывались деформации сооружения, его колебания сводились лишь к переносному движению всех точек сооружения вместе с основанием. В соответствии с этим методом сооружение и его основание рассматриваются как абсолютно жесткие. В соответствии с принципом Даламбера можно считать, что к каждой массе mi сооружения приложена инерционная нагрузка (сейсмическая сила) si:

                                                   (1)

где А - максимальное ускорение основания, выражаемое в долях силы тяжести g.

Сейсмические силы прикладывают как статические в центре тяжести каждой массы mi и на их действие производят расчет конструкции. Значение статической теории для развития теории сейсмостойкости состояло в том, что в ее рамках впервые удалось получить количественную, хотя и приближенную, оценку сейсмических сил, т.е. свести проектирование сейсмостойких сооружений к обычной инженерной задаче.

Однако очевидно, что статическая теория приближенно справедлива лишь для весьма жестких сооружений, деформации которых, по сравнению со смещением основания, пренебрежимо малы.

Существенным недостатком статического метода является невозможность учета в его рамках динамических свойств конструкции. Пренебрежение этими свойствами ведет к существенным ошибкам в расчетах сооружений, которые идут не в запас прочности.

1.2 Спектральный метод расчета

1.2.1 Понятие о спектральном методе расчета сооружений

Спектральный метод расчета конструкций на сейсмические воздействия является в настоящее время основным, как в нашей стране, так и за рубежом. Он занимает промежуточное место между статическим и динамическим методами. Как и статический спектральный метод расчета предполагает определение сейсмических инерционных нагрузок (сил) si, приложенных в центре тяжести массы mi, а затем конструкция рассчитывается на действие сил si, приложенных к конструкции статически. Динамические свойства конструкции учитываются при определении нагрузок si. Для этого движение системы раскладывается по формам колебаний, т. е. представляется как сумма некоторых движений (форм колебаний):

                  (2)

Здесь yi(t) - смещение массы тi, зависящее от времени t;

xij - коэффициент разложения движения по формам колебаний; (i-я компонента j-о собственного вектора системы);

ξj(t) - функция, определяющая изменение во времени перемещения по j-й форме колебаний;

yij(t) - смещение массы mi по j-й форме колебаний;

п - число степеней свободы системы.

Если рассмотреть движение всей системы по одной форме колебаний, то все точки будут смещаться синхронно и форма колебаний не меняется во времени (рис. 1).

Рис. 1 - Разложение движения по формам колебаний

Сейсмические нагрузки определяются по каждой форме колебаний:

сейсмостойкость строительный спектральный

                  (3)

где sij - сейсмическая нагрузка по j-й форме колебаний, действующая на массу mi;

β (Tj, γj) -коэффициент динамики, зависящий в общем случае от периода колебаний по j-й форме Tj, коэффициента неупругого сопротивления γj и вида воздействия (расчетной акселерограммы основания );

ηij - коэффициент формы, учитывающий распределение инерционных нагрузок по формам колебаний.

Формулы (1) и (3) отличаются друг от друга, во-первых, наличием коэффициентов динамики β и формы η, и, во-вторых, тем, что формула (3) применяется для каждой формы колебаний. По каждой форме колебаний проводится и статический расчет конструкции на действие сил sij, в результате чего определяются усилия в элементах конструкции по формам колебаний.

1.2.2 Нормирование сейсмических нагрузок по спектральной методике

Спектральная методика принята в настоящее время в качестве основной в нормативных документах на проектирование и строительство сейсмостойких сооружений. Эта методика регламентируется строительными кодами большинства стран и в частности СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»[1].

При разработке нормативного варианта спектральной методики в основу расчета положена формула определения инерционных сейсмических нагрузок (2.3). Однако входящие в нее параметры определены эмпирически на основе имеющегося опыта прошлых землетрясений.

В соответствии с действующим СНиП формула для определения инерционных сейсмических нагрузок sij на массу mi, по j-й форме колебаний имеет вид:

                                     (4)

В формулу (4) введены два дополнительных коэффициента:

Кк - конструктивный коэффициент;

K1 - коэффициент, названный при обосновании последней редакции норм коэффициентом предельных состояний.

Кроме того анализ записей землетрясений и повреждаемости сооружений, эксплуатируемых в различных грунтовых условиях, позволил дифференцировать зависимость βi (Tj) по грунтам I, II и III категорий (i - категория грунта). Соответствующие зависимости βi (Tj) приведены на рис. 2.

Рис. 2 - Нормативные кривые динамичности

Согласно имеющимся теоретическим разработкам коэффициент Kψ в общем случае должен приниматься различным для разных форм колебаний. Однако в настоящее время отсутствуют апробированные методы задания параметров затухания различных конструктивных элементов сооружений и основания. В связи с этим в действующих СНиП вводится осредненный коэффициент Кψ одинаковый для всех форм колебаний и назначаемый по опыту прошлых землетрясений.

Конструктивный коэффициент Кк вводится для сооружений, конструктивные особенности которых существенно отличают их работу при землетрясениях от работы сооружений массовой застройки (жилых и промышленных зданий средней этажности).

Оценивая в целом нормативную методику определения сейсмических нагрузок, следует отметить, что несмотря на обилие допущений при ее построении, эта методика удовлетворительно согласуется с имеющимся опытом прошлых землетрясений. Это обусловлено тем, что коэффициент динамичности β и другие расчетные коэффициенты назначены с учетом богатого опыта прошлых землетрясений.

1.3 Динамические методы расчета

С конца 70-х годов благодаря развитию вычислительной техники в расчетах сейсмостойкости сооружений начали применять динамические методы. При этом воздействие задается акселерограммой землетрясения ; значения перемещений, скоростей, ускорений и других факторов определяются для каждого момента времени t. Такого рода расчеты используются обычно при оценке сейсмостойкости АЭС, больших плотин и других ответственных сооружений. С 1978 г. возможность динамического расчета по акселерограммам землетрясений была предусмотрена в СНиП СССР.

Однако использование динамических расчетов сооружений при оценке их сейсмостойкости требует большой осторожности. Для правильного понимания и использования результатов динамических расчетов необходимо представлять три аспекта проблемы:

а) общеинженерный, характеризующей место и возможности динамических расчетов при оценке сейсмостойкости сооружений;

б) инженерно-технический, определяющий требования к заданию исходных данных и воздействия для динамических расчетов;

в) формально-математический, анализирующий методы численного решения уравнений динамики.

1.3.1 Возможности динамических методов при оценке сейсмостойкости

Как отмечалось ранее, спектральная методика оценки сейсмостойкости сооружений является основной в нормах большинства стран. Эта методика базируется на опыте прошлых землетрясений и обеспечивает необходимую сейсмостойкость сооружений путем использования при расчете эмпирической системы расчетных коэффициентов. Это позволяет по разному трактовать не только результаты, но и исходные посылки нормативной методики.

Динамические расчеты в полной постановке в основном выполняются лишь при анализе сейсмостойкости наиболее ответственных объектов: больших плотин, АЭС, взрывоопасных производств и т. п.

Для других сооружений применение динамических расчетов носит вспомогательный характер. Во всех случаях применения динамических методов расчета их результаты должны рассматриваться совместно с результатами нормативных расчетов (если такие возможны) и материалами экспериментальных исследований.

Обычно динамические расчеты применяются в исследованиях сейсмостойкости существенно нелинейных систем, например, сооружений на сейсмоизолированных фундаментах и при анализе работы конструкций за пределами упругости.

Для современного этапа развития теории сейсмостойкости характерна общая тенденция уточнения постановки расчетной задачи. Это предусматривает более полное и подробное описание сейсмического воздействия и требует привлечения более строгих методов расчета.

Весьма перспективной является теория сейсмического риска. В основу этой теории положена концепция о том, что любая конструкция в процессе эксплуатации неизбежно подвергается риску, и если этот риск слишком велик, конструкция может быть разрушена. Понятие “риск” позволяет оценить возможное отклонение от цели, ради которой принято данное решение. Применение этой теории может привести к экономии за счет обоснованного снижения расходов на антисейсмические мероприятия.

Актуальным является разработка методов расчета зданий и сооружений с учетом упругопластических свойств материала, что важно для оценки действительной несущей способности пространственных конструкций при сейсмических воздействиях.

1.4 Современные программные комплексы

В настоящее время существует более сотни программных комплексов, в той или иной степени ориентированных на расчет конструкций. Всех их объединяет реализация МКЭ в перемещениях.

Компьютерное моделирование прочности и динамики строительных конструкций основано на методе конечных элементов (МКЭ), реализованном в программных комплексах. В отличие от машиностроения, энергетики и аэрокосмической промышленности, где широко распространены так называемые тяжелые универсальные зарубежные пакеты (ABAQUS, ANSYS, NASTRAN, COSMOS), в промышленном, гражданском и транспортном строительстве расчеты, как правило, проводятся специализированными пакетами («Лира», MicroFE (Stark ES) и др.), разрабатываемыми в странах СНГ.

Несомненными достоинствами этих пакетов являются широкая практика применения, наличие сертификатов Госстроя, подтверждающих учет методик СНиП. Возможностей данных пакетов достаточно для решения типовых практических задач, применяемые в них алгоритмы прошли испытание временем.

Упомянутые пакеты примерно идентичны по своим возможностям. Сравнение их - дело сложное и неблагодарное, и определяющим фактором здесь нередко выступали вкусы или привычки пользователей либо специфика решаемых задач.

В то же время широкое распространение нетипового строительства и точечной застройки, повышение высотности зданий и строительство ряда большепролетных сооружений уникальной архитектуры привело к усложнению решаемых задач. Появилась необходимость учета следующих моментов, не получивших должного разрешения в специализированных пакетах:

·        большие размеры моделей (от 100 тыс. узлов) и необходимость поддержки многопроцессорных расчетов;

·        трудоемкость подготовки моделей и совершенствование алгоритмов автоматической генерации сеток;

·        геометрическая нелинейность поведения большепролетных сооружений;

·        учет физической нелинейности поведения железобетона (пластичность, ползучесть и т.д.);

·        необходимость совместного учета грунта и конструкции в нелинейной постановке;

·        сложный характер ветрового нагружения и его большая динамическая составляющая;

·        необходимость анализа нештатных ситуаций в высоконелинейной динамической постановке с учетом разрушения;

·        необходимость решения нетиповых задач теплообмена и вентиляции;

·        оптимизация проектных параметров нетиповых конструкций.

.4.1 ANSYS

Одним из популярных пакетов, используемых для расчета строительных конструкций и не только, является ANSYS.

Встроенный в ANSYS язык программирования APDL (напоминающий фортран) позволяет строить модели параметрически, создавать собственные типовые модели-примитивы, включать пользовательские алгоритмы. Поддерживаются параметры, массивы, запрос информации из баз данных, ввод-вывод в текстовые файлы, циклы, условные переходы, встроенные математические функции, макросы, шифрование и многое другое. Особенно эффективен он при обработке и анализе результатов. Рядом пользователей реализованы даже методики СНиП./CivilFEM разработан как дополнительный модуль ANSYS. Комбинация обеих программ (пакет ANSYS+CivilFEM) дает возможность инженерам-строителям производить расчеты на высоком научном уровне, с применением мощнейших современнейших вычислительных технологий, а также позволяет выполнять сейсмические расчеты, расчет нелинейной потери продольной устойчивости, проверку и проектирование железобетонных и металлических профилей и т.д., наглядно снижая время, необходимое для проектирования и расчетов, в той же мере, как и увеличивая качество проектов и эффективность новых строительных методик.

При расчете на сейсмические воздействия в ANSYS можно использовать как линейно-спектральный анализ, так и анализ переходных процессов.

При линейно-спектральном подходе используется исходное сейсмическое воздействие, за данное в виде спектра (зависимость ускорения от частоты) и включающее:

·        вычисление фактора участия каждой собственной частоты конструкции по результатам модального анализа;

·        нахождение максимальных ускорений для каждой формы собственных колебаний из за данного спектра отклика;

·        масштабирование перемещений, полученных из модального анализа, до физических форм, основанных на ускорении, факторе участия и круговых частотах;

·        сложение полученных результатов по принципу суперпозиции в окончательный результат.

Главным преимуществом линейно-спектральной теории является то, что лежащий в основе расчета спектр отклика может быть получен путем наложения и/или вероятностной обработки спектров, соответствующих многим реальным записям сейсмических колебаний грунта.

Таким образом, данный метод позволяет учесть опыт прошлых землетрясений, и чем больше их было рассмотрено при построении спектра, тем меньше вероятность того, что при новом землетрясении нагрузки на сооружение превысят ожидаемые. По мере получения новых данных спектр может дополнительно уточняться.

Линейно-спектральный анализ - это поиск вклада каждой формы собственных колебаний в результирующее возмущение от входного спектра отклика, поэтому для такого типа анализа предварительно требуется провести модальный анализ. Безусловным плюсом программного комплекса ANSYS является возможность проводить модальный анализ преднапряженных конструкций даже в нелинейной постановке.

При анализе переходных процессов для адекватного моделирования сейсмического воз действия используются кинематические нагрузки (зависимость перемещений от времени).

В отличие от линейно-спектральной теории при анализе переходных процессов возможен учет физической (нелинейная упругость, пластичность материалов и т.д.), геометрической (если в процессе движения системы ее характеристики из меняются вследствие больших перемещений) и контактной не линейности (изменяющийся статус контакта), что является существенным фактором в некоторых расчетах, например конструкций с вантовым покрытием или при учете взаимодействия конструкции с полуупругим основанием. Помимо этого при расчете конструкции во временной постановке решается так называемое уравнение Ньюмарка, то есть используется прямое пошаговое интегрирование уравнения движения по времени. На практике это означает, что инерционные силы в конструкции, вычисленные на предшествующем шаге, влияют на решение следующего. Несмотря на значительную ресурсоемкость таких расчетов, их выполнение позволяет более адекватно оценить работу несущих конструкций при сейсмических воздействиях.

Подводя итог, можно сказать, что программный комплекс ANSYS имеет в своем составе набор инструментов для решения широкого круга задач сейсмики независимо от характера исходных данных, требуемой точности решения и сложности расчетной схемы. Это дает пользователю возможность сознательно выбирать подход к решению той или иной задачи сейсмики.

1.4.2 MicroFE

Следующим по порядку, но не по значению рассмотрим ПК MicroFE&STARK-ES.

Эта программа как нельзя лучше подходит для выполнения прочностного расчета несущих конструкций зданий и сооружений, а также для оценки устойчивости и собственных колебаний.

В первую очередь, функцией MicroFE является расчет строительных конструкций при помощи метода конечных элементов. В него входят:

·        нелинейный и линейный статический расчет,

·        расчет строительных конструкций на устойчивость,

·        расчет на собственные колебания,

·        предельный жестко-пластический анализ,

·        спектральный анализ матрицы жесткости,

·        применение метода подконструкций для больших систем.

Рис.3 - Пример работы в ПК MicroFE

Быстродействующие алгоритмы для решения и составления систем уравнений Stark ES обеспечивают быструю работу и точные расчеты. Программа самостоятельно производит оценку точности расчета, в соответствии с заданными параметрами.

В список функций Stark ES также входит:

·        проверка прочности и расчет армирования элементов конструкций с учетом требований по трещинообразованию и трещиностойкости,

·        проверка прочности и устойчивости трубожелезобетонных элементов с заданны армированием,

·        возможность подбора сечений по напряжениям для прокатных элементов,

·        оценка прочности пластинчатых и стержневых элементов при динамических и статических воздействиях.

Оценка прочности при динамических и статических воздействиях производится на основе акселерограмм сейсмического движения грунта по п. 2.2,б СНиП II-7-81.

Одно из главных достоинств MicroFE это расчет строительных конструкций на сейсмические воздействия. Программа производит расчет в соответствии со СНиП II-7-81*[1], КМК 2.01.03-96 и «Рекомендациями по определению расчетной сейсмической нагрузки для сооружений с учетом пространственного характера воздействия и работы конструкций» ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.

Определение сейсмических нагрузок производится при помощи линейно-спектрального метода для произвольного направления сейсмического воздействия и произвольного спектра ответа. В расчете учитываются геометрическая и конструктивная нелинейности и взаимные перемещения опор пространственных и линейно-протяженных сооружений. Также, MicroFE определяет опасные направления динамических воздействий.предлагает следующие возможности моделирования:

·        используя библиотеку шаблонов ферм, рам, поверхностей заданных аналитически и поверхностей вращения;

·        высокоточные ортотропные и изотропные объемные и пластинчатые конечные элементы);

·        элементы для расчета толстых и тонких плит;

·        упругие и идеальные шарниры для стержневых и пластинчатых элементов;

·        упруго-податливые и жесткие опоры в произвольной системе координат, заданной пользователем;

·        обозначение осей растра как архитектурных осей здания, нанесение размерных линий между осями;

·        автоматическая генерация конечноэлементных моделей многоэтажных зданий;

·        при расчете железобетонных плит и стен учет физической нелинейности;

·        стержневые конечные элементы для пространственных и плоских задач, с учетом поперечного сдвига, а также специальные элементы для моделирования канатов и ребер жесткости;

·        определение расстояний между двумя произвольными точками;

·        одно- и двухпараметрические упругие основания;

·        формирование и расчет характеристик произвольных тонкостенных сечений;

Программа позволяет пофрагментно выполнить расчет строительных конструкций, а также учесть изменение расчетной схемы в процессе нагружения.

При этом учитываются:

·        отклонение осей стержневых элементов;

·        свойства конструкций и грунтов при динамических и статических воздействиях;

·        реальные условия работы конструкций в сопряжениях;

·        нагрузки предварительного напряжения и температурные воздействия;

·        геометрическая и конструктивная нелинейность в задачах статики, динамики и устойчивости.

1.4.3 ПК ЛИРА

И еще один из программных комплексов для расчетов - ЛИРА.

ПК ЛИРА - это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.

Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок, температурных, деформационных и динамических воздействий (ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия и т.п.) ПК ЛИРА автоматизирует ряд процессов проектирования: определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.

Программные комплексы семейства ЛИРА имеют более чем 40-летнюю историю создания, развития и применения в научных исследованиях и практике проектирования конструкций.

ПК ЛИРА предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической и геометрической нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа и демонтажа элементов.

При расчетах на сейсмические воздействия ПК ЛИРА позволяет применить метод спектра ответов. Расчет заключается в том, чтобы при заданной функции S0(ω), обычно кусочно-линейной, вычислить линейной интерполяцией значения S0(ωi).

Реализованы следующие модули расчета на динамические воздействия:

Модуль 20 - сейсмическое воздействие по СНиП II-7-81;

Модуль 30 - сейсмическое воздействие по СНиП II-7-81* [1] с изменениями на 01.01.1996 года;

Модуль 35 - сейсмическое воздействие по СНиП II-7-81** с изменениями на 01.01.2000 года;

Модуль 27 - сейсмическое воздействие по акселерограмме;

Модуль 32 - сейсмическое воздействие по СНРА II-2.02-94 (Армения);

Модуль 33 - сейсмическое воздействие по нормам КМК 2.01.03-96 (Узбекистан);

Модуль 40 - сейсмическое воздействие по NF P 06-013 (Франция);

Модуль 41 - сейсмическое воздействие по методу спектра ответов;

Модуль 42 - сейсмическое воздействие по IBC-2000 (США);

Изменения внесенные в последующие версии ПК ЛИРА (по сравнению с версией 9.0):

.2 - добавлены новые модули расчета на сейсмические воздействия - по нормам Украины, по пространственным моделям Ю.П. Назарова и В.К. Егупова;

.4 - добавлена система ВАРИАЦИЯ МОДЕЛЕЙ: позволяет варьировать жесткости, коэффициенты постели, граничные условия, нагрузки. Эта процедура в рамках одной задачи позволяет учитывать увеличение жесткости грунтового основания при кратковременных воздействиях (ветер, сейсмика и др.), решать задачи устойчивости к прогрессирующему разрушению на основе последовательного удаления наиболее ответственных элементов, учитывать пониженные модули деформации при температурных воздействиях, в удобном режиме выполнять вариантные расчеты и многое другое; модули расчета на сейсмические воздействия - по нормам Москвы, Казахстана, Туркменистана, Алжира, Еврокод ЕС, ДБН Украины с учетом кручения;

Текущие изменения в программе Лира 9.6:

Реализован расчет на сейсмическое воздействие по СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах (модуль динамики 51).

Изменение в таблице периодов - коэффициент распределения выводится для собственных форм, нормированных так, чтобы максимальная ордината собственной формы равнялась единице. Ранее коэффициент распределения выводился для форм, нормированных по матрице масс, что затрудняло ручную проверку результатов

Рис. 4 - Пример работы в ПК ЛИРА 9.0

.5 Выводы по главе

Исходя из всего вышеперечисленного, следует, что расчет строительных объектов на сейсмические воздействия в настоящее время можно выполнить 2 способами:

·        вручную по формулам СНиП, что довольно трудоемко, т.к. требует времени и сосредоточенности;

·        полностью запроектировав и рассчитав объект в одном из программных пакетов, что, в свою очередь, так же не просто, т.к. требует от пользователя определенных навыков владения компьютером и собственно программным комплексом, в котором будет выполнен расчет.

Т.к. современные программные комплексы дорогостоящи и достаточно трудоемки, в ходе выполнения своего дипломного проекта необходимо создать такой программный комплекс, который бы объединял в себе расчеты по СНиП с использованием стержневой модели и аналогичные расчеты в современных программах (ANSYS) на базе пространственной модели с последующим сравнением результатов.

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ

Информационная система расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах предназначена для анализа собственных частот и форм колебаний строительных конструкций, отклика конструкции на сейсмическое воздействие различного характера, НДС в различных элементах конструкции.

В основе информационной системы лежит:

.        Расчет стержневой модели конструкции на основе СНиП II-7-81* [1]

.        Расчет пространственной модели конструкции средствами ANSYS

.        Сравнительный анализ результатов.

2.1 Функциональные и эксплуатационные требования к системе

Программный продукт, разрабатываемый в рамках дипломного проекта должен удовлетворять следующему перечню:

Ø  функциональных требований:

o     унифицированный ввод параметров конструкции;

o   создание файлов моделей для ANSYS;

o   расчет конструкции по формулам СНиП II-7-81* [1];

o     расчет конструкции с помощью ПК ANSYS;

o     вывод сравнительного отчета в Word;

Ø  требований к надежности:

o     при наличии сбоев или ошибок (отсутствие программного обеспечения, необходимого для работы программы, неправильно введенные данные и т.п.) программа должна выводить сообщение с максимально возможным разъяснением возникшей проблемы;

Ø  эксплуатационных требований:

o     интуитивно понятный интерфейс программного продукта и отчета;

o   минимальное количество операций пользователя для расчета;

o     наличие руководства пользователя;

2.2 Обоснование выбора программных и аппаратных средств

Для выполнения дипломного проекта будет достаточно персонального компьютера в составе:

·        центральный процессор INTEL Celeron 2,8 GHz и выше;

·        оперативная память 512 Мb и выше;

·        свободное пространство на жестком диске 100 Mb;

·        CD-ROM;

·        монитор с разрешением не менее 1024x768;

·        клавиатура;

·        мышь;

·        принтер формата А4 (не обязательно);

Для написания дипломного проекта была выбрана интегрированная среда разработки Borland Delphi версии 7, которая позволяет достаточно быстро создавать приложения за счёт упрощения разработки визуальной части проекта, а так же имеет ряд других преимуществ:

·        Высокая производительность разработанного приложения;

·        Низкие требования разработанного приложения к ресурсам компьютера;

Работа программы осуществляется при наличии следующих программных средств:

·        операционная система Windows 98/2000/ХР/7;

·        ANSYS 12.0;

·        Мiсrоsоft Office;

·        среда программирования Delphi 7 и выше (не обязательно).

2.3 Расчет на основе СНиП II-7-81*

Рассматривается стержневая модель строительной конструкции (многоэтажное здание), где- массы этажей, сосредоточенные в точках на стержне (стержневая модель представлена на рис. 5).

Рис. 5 - Стержневая модель здания

Для вычисления собственных частот колебаний стержневой конструкции на основании СНиП необходимо решить систему уравнений:

                  (5),

где- массы этажей, сосредоточенные в точках на стержне;

Массы ai вычисляются в программе в зависимости от количества этажей, размеров и количества колонн и плит перекрытия и т.д. При этом пользователь вводит размеры конструкций и физические характеристики материала. Сосредоточенные параметры для формирования стержневой конструкции генерируются автоматически.- перемещение точек стержня от единичной силы, приложенной в n-ой точке;

Перемещения определяются с помощью ПК ANSYS. Проводится статический анализ стержневой модели: к каждой точке прикладывается единичная сила и значения перемещений записываются в матрицу для последующего использования в расчетах.

ω - круговая частота колебаний.

 - собственная частота колебания стержня, Гц.

Полученные значения f в дальнейшем сравниваются с данными модального анализа конструкции в ANSYS, где так же будет получен набор собственных частот колебаний для пространственной модели.

2.4 Расчет пространственной конструкции в ANSYS

Пространственная модель здания представляет собой конструкцию на четырех опорах, учитывающую ее протяженность в различных направлениях.

Базовыми конечными элементами конструкции являются:- стержни для конструкций колонн и ригелей;- для моделирования плит перекрытий.

Вертикальные стеновые панели учитываются путем добавления распределенных масс на элементы ригелей.

Параметры элементов:

–       BEAM4:

Геометрические характеристики:

AREA - площадь поперечного сечения;, IYY - моменты инерции поперечного сечения;- добавленная масса (отнесенная к единице длины балки).

Свойства материала:

EX - модуль упругости;- коэффициент Пуассона;- плотность материала.

–       SHELL63:

Геометрические характеристики:

ТК(1) - толщина в узле I;

Свойства материала:

EX - модуль упругости;- коэффициент Пуассона;- плотность материала.

По данным, введенным пользователем, формируется пространственная модель конструкции для обработки в ANSYS (пример модели конструкции приведен на рис. 6).

Рис. 6 - Пространственная модель конструкции в ANSYS

Пространственная модель конструкции для расчета на сейсмические воздействия значительно перспективней, т.к. позволяет уточнить формы колебаний и учесть сейсмические нагрузки, также появляется возможность проведения многофакторного анализа (со сдвигом фазы) в разных направлениях.

Для данной модели проводится модальный и спектральный анализ и генерируется файлы результатов.

На рис. 7 представлена визуализации результатов модального анализа.

Рис. 7 - а) изгибные колебания вдоль большей оси; б) изгибные колебания вдоль меньшей оси; в) крутильные колебания конструкции

2.5 Сравнительный отчет

В отчете приведены собственные частоты колебаний стержневой конструкции, определенные по СНиП, и собственные частоты пространственной конструкции из результатов модального анализа в ANSYS.

Так же приведена разница в процентах между полученными в двух вариантах расчета значениями частот.

При выборе опции спектрального анализа, в отчет выводятся значения сейсмических усилий и максимальные напряжения и перемещения в конструкции, а также номера узлов, в которых эти значения достигаются.

2.6 Разработка информационной системы

Работа с информационной системой предполагает интерактивный режим на основе различных форм управления.

а) Запуск программы

При запуске программы пользователю необходимо выбрать директорию для сохранения результатов расчетов и записи системных файлов при работе ANSYS (форма выбора директории представлена на рис. 8).

Имя директории и путь к ней не должны содержать кириллицу. Только латинские буквы (символы, цифры).

Рис. 8 - Окно выбора директории для работы

б) Ввод данных

Первоначальными входными данными модели являются размеры здания и его этажность.

После заполнения этажности здания откроется панель для заполнения параметров для каждого этажа (соответствующая форма представлена на рис. 9).

Т.е. с ее помощью можно отдельно для каждого этажа определить размеры и количество колонн на этом этаже, параметры плиты перекрытия, характеристики материалов колонн и плит. Дополнительные массы учитываются путем добавления их как распределенных на элементы ригелей.

Основными параметрами этажа являются:

высота этажа; ширина и длина колонны на этаже и их количество; модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность материала колонны; толщина плиты перекрытия; модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность материала плиты, а также дополнительные массы на этаже.

Рис. 9 - Главное окно программы

Т.к. редактируемые параметры являются числовыми, то для предотвращения ошибок ввода, во всех элементах LabeledEdit на форме для события OnKeyPress прописан следующий код:

…Key=',' then Key:='.';(key in ['0'..'9',decimalseparator,#8])=false then key:=chr(0);

…

Данный код запрещает водить в поля что-либо кроем цифр, а также автоматически преобразовывает системный разделитель.

Для такого параметра как «Модуль упругости», добавлена возможность вводить числа через экспоненциальный формат. Это реализуется добавлением одного символа в предыдущий код:

…(key in ['0'..'9',decimalseparator,'E',#8])=false then key:=chr(0);

…

Если параметры всех этажей одинаковы, то есть возможность упростить ввод, установив ключ «Все этажи однотипные».

После заполнения всех данных, можно сохранить их в текстовом файле, что позволяет упростить ввод и ускорить работу в последующем.

Предусмотрена и возможность загрузки сохраненного файла, что так же сокращает время, затрачиваемое на введение необходимых характеристик.

Чтобы кнопка «Расчет» стала активна, необходимо выбрать опции расчета: выполнить модальный анализ или выполнить и модальный, и спектральный анализ.

Но расчет не будет начат пока не заданы такие параметр, как категория грунта по сейсмическим свойствам (табл. 1), сейсмичность района и тип сооружения (табл. 2).

Таблица 1. Сейсмичность площадки строительства

Коэффициента сейсмичности района следует принимать равным 0,1; 0,2; 0,4 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов;

Таблица 2. Характеристика зданий и сооружений

В зависимости от конфигурации расчета итоговый отчет будет содержать разные выходные данные.

в) Генерация файлов моделей для ANSYS

Когда введены все данные, выбраны опции расчета и кнопка «Расчет» активна, можно запустить собственно расчет.

В самом начале происходить генерация файлов моделей для обработки их в ПК ANSYS.

По введенным пользователем данным формируются 2 файла моделей конструкции:

o   стрежневая

procedure CreateAnsysFileBeam создает в указанной рабочей директории файл стержневой модели конструкции с сосредоточенными в точках параметрами;

o   пространственная

Текстовые файлы моделей приведены в приложении А.

г) Программный запуск пакетного режима ANSYS

Пакетный режим полезен, когда не нужно взаимодействовать с программой напрямую, а можно просто передавать файлы команд в фоновом режиме и они при этом будут выполняться в несколько раз быстрее, чем при использовании графического интерфейса.

Поэтому именно такой вариант работы с ANSYS я использовала в своем дипломном проекте.

Строка параметров:

путь к исполняемому файлу

"<drive>:\Program Files\Ansys Inc\V110\ANSYS\bin\<platform>\<versionansys>" -b -i inputname -o outputname, где

Таблица 3. Описание параметров вызова программы ANSYS

В моем дипломном проекте рассматривается версия ANSYS 12.0, установленная на 32-битной системы Windows. Поэтому строка подключения будет выглядеть следующим образом:

"<drive>:\Program Files\Ansys Inc\V110\ANSYS\bin\intel\ansys120" -b -i inputname -o outputname

При необходимости перебора версий программного продукта или определения разрядности системы, возможна доработка программного комплекса.

Т.к. ANSYS работает через переменные среды и все переменные записаны как системные, то не составляет труда программно определять путь к исполняемому файлу ANSYS.

Функция GetPath, перебирая все системные переменные, ищет переменную ANSYS<номер версии> (в данном случаем, ANSYS120) по названию.

Как только совпадение найдено, к пути, который хранит эта переменная, дописывается стандартный путь иерархии папок в ANSYS.

После того, как эта функция отработала, ее результат и будет путем к исполняемому файлу ANSYS.

Но при запуске программ из DELPHI в некоторых случаях возможны ошибки: неправильный путь, отсутствие исполняемых файлов, ошибки при их открытии и мн. др.

Для отслеживания подобных нюансов используется процедура RUN.

procedure RUN(ExecuteFile,ParamString:PChar);

Параметрами этой процедуры являются путь к исполняемому файлу и строка передаваемых параметров.

Эта процедура отслеживает запуск исполняемого файла, и если программа запустилась, то отработала ли так, как нужно. И, если же все-таки возникли какие-либо сбой или ошибки при запуске или работе приложения, то пользователь будет об этом оповещен, а программа закрыта.

д) Подбор жесткости стержня

Для соответствия пространственной и стержневой моделей конструкций необходимо уточнить жесткость стержневой конструкции.

Жесткость стержня подбирается таким образом, чтобы перемещения стержневой и пространственной конструкций в верхних точках были равны.

Рис. 10 - Схема подбора жесткости стержня

,

где C - жесткость; k - коэффициент пропорциональности жесткости конструкции и модуля упругости материал.

где E - первоначальный модуль упругости стержня; P - единичная сила; δ - перемещения стержня с модулем упругости Е при воздействии единичной силы Р; δэт - перемещения пространственной конструкции при воздействии единичной силы Р; Eэт - модуль упругости для стержневой конструкции, при котором перемещения конструкций примерно равны.

После того как жесткость стержня подобрана, файл стержневой модели генерируется заново, но уже с обновленным параметром модуля упругости. Так же производится загрузка файла пространственной конструкции со всеми подключенными анализами конструкции.

После чего в рабочей директории сохраняются сгенерированные ANSYS файлы с собственными частотами колебаний (если подключен только модальный анализ), сейсмическими усилиями, значениями максимальных перемещений и напряжений (если подключен еще и спектральный).

е) Расчет стержневой конструкции по СНиП

Для решения системы уравнений, оговоренной в п. 2.1, необходимы значения трех типов переменных:

ai - массы этажей, сосредоточенные в точках на стержне (считаются в программе автоматически по введенным параметрам);- перемещение точек стержня от единичной силы, приложенной в n-ой точке (определяются после проведения статического анализа конструкции в ANSYS, сохраняются в сгенерированные файлы и считываются в матрицу в программе);

ω2 - круговая частота.

Единственной неизвестной переменной остается круговая частота.

Но т.к. нахождение ее первого приближения для дальнейших расчетов весьма трудоемко, запускается цикл от 0 до числа настолько большого, чтобы однозначно захватить все возможные моды колебаний конструкции и параметр цикла подставляется в матрицу как значение круговой частоты.

Корнями заданной системы уравнений будут такие круговые частоты, при которых определитель составленной матрицы будет равен нулю.

Для вычисления определителя матрицы использовалась функция RMatrixDet(A: TReal2DArray; N: AlglibInteger):Double из библиотеки ALGLIB.

Для каждого значения параметра цикла находилось значения определителя матрицы и как только произведение (n-1)-ого значения определителя на n-ое получалось меньше нуля, значит на интервале значений параметра от (n-1) до n есть корень и его необходимо уточнять.

Большее распространение в сравнении со всеми остальными получил метод хорд. Преимуществом является то, что берутся хорды, которые соединяют конечные точки каждого интервала. Метод основывается на известной теореме о законченном приросте функции: если функция, которая задана графически, и ее первая производная непрерывные, то в любом интервале хорда, которая стягивает данную дугу, параллельна касательной к кривой, по крайней мере, в одной точке, которая лежит в середине этого интервала.

Его я и выбрала для уточнения корней системы уравнений в своем дипломном проекте.

Поэтому, как только произведение двух соседних значений определителя меньше нуля, значения круговых частот соответствующих этим значениям определителя передаются в функцию MetXord, которая находит такое значений круговой частоты, при котором определитель равен нулю (или близок к нулю с заданной точностью).

ж) Генерация отчета

По окончании расчета открывается файл MS Word с данными полученными в ходе расчета.

Если перед началом расчета был выбран только модальный анализ, то отчет будет содержать только значения собственных частот колебаний из ANSYS и расчета по СНиП, а также их сравнение в процентах.

Если был выбран и спектральный анализ, то в отчет добавляются значения сейсмических усилий, значения максимальных перемещений и напряжения в узлах и номера узлов.

Отчет можно просто просмотреть и закрыть, а можно сохранить стандартным способом сохранения документов Word.

Внешний вид отчета при выборе модального и спектрального анализа:

Рис. 11 - Отчет с результатами расчета

з) Создание руководства пользователя

Основой многих справочных системы являются chm-файлы. Chm-файл представляет собой компилированный HTML-документ, полученный путем компиляции (объединения) файлов, составляющих HTML-документ, в том числе и файлов иллюстраций.

Создать chm-файл можно при помощи утилиты Microsoft HTML Help Workshop.

Рис. 12 - Подготовка HTML-файла для элемента содержания «О руководстве»

Содержание справочной системы принято изображать в виде иерархического списка. Элементы верхнего уровня соответствуют разделам, а подчиненные им элементы - подразделам и темам.

Чтобы во вкладку «Содержание» добавить элемент, соответствующий разделу справочной системы, нужно щелкнуть на кнопке «Вставить заголовок.

Рис. 13 - Создание элементов содержания для руководства программы

После того как будут определены файлы, в которых находится справочная информация и подготовлена информация для формирования вкладки «Содержание», можно выполнить компиляцию - преобразовать исходную справочную информацию в файл справочной системы (chm-файл).

Результатом компиляции является файл справочной системы (chm-файл) «Руководство пользователя».

Рис. 14 - Скомпилированный HTML-файл

Файл «Руководство пользователя» содержит необходимую информацию по использованию программы: инструкцию для начала работы, описание программы, основных элементов меню, необходимых для работы данных, и структуры итогового отчета.

Глава 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ

3.1 Тестовый пример

В качестве тестового примера была конструкция со следующими параметрами:

Ширина здания - 12 м;

Длина здания - 30 м;

Количество этажей - 6 шт.;

Высота этажа - 3 м;

Ширина колонны - 0.1 м;

Длина колонны - 0.1 м4

Количество колонн - 4 шт.;

Модуль упругости материала колонны - 2.7E+10 Н/кв.м;

Коэффициент Пуассона материала колонны - 0.3;

Плотность материала колонны - 2500 кг/куб.м;

Толщина плиты перекрытия - 0.1 м;

Модуль упругости материала плиты перекрытия - 2.7E+10 Н/кв.м;

Коэффициент Пуассона материала плиты перекрытия - 0.3;

Плотность материала плиты перекрытия - 2500 кг/куб.м;

Дополнительные массы на этаже - 200 кг;

(Все этажи однотипные).

При запуске программы первым будет открыто окно, сообщающее о необходимости ознакомиться с руководством пользователя. Если Вы уже ознакомлены с основами работы с программой, то нажмите "Отказаться", иначе нажмите "Ознакомиться". Автоматически будет открыто Руководство пользователя. После этого откроется главное окно программы.

Рис. 15 - Стартовое окно программы

При открытии главной формы будет предложено выбрать директорию для сохранения результатов расчетов или файлов моделей.

Рис. 16 - Выбор директории для работы

Далее можно по отдельности можно заполнять данные для каждого этажа. Но если хоть раз была использована опция «Файл» → «Сохранить форму», то можно просто отредактировать сохраненный файл (изменить сохраненные параметры здания на новые) и загрузить его в программу Файл» → «Открыть форму».

Рис. 17 - Загрузка файла с сохраненными данными

Рис. 18 - Окончание загрузки данных

Когда все параметры зданий заполнены или загружены, необходимо задать категорию грунта по сейсмическим свойствам, сейсмичность района и тип сооружения.

Чтобы появилась возможность запустить расчет, необходимо задать конфигурацию расчета: выбрать либо только модальный анализ, либо и модальный, и спектральный. Существует возможность сохранения текстовых файлов с моделями (файлы содержат команды на языке APDL для создания моделей конструкции и их расчета в программе ANSYS).

Рис. 19 - Выбор опций расчета

При нажатии кнопки «Расчет» запускается непосредственно расчет конструкции.

При успешной передачи данных и их обработке в программе ANSYS на экран будет выведено сообщение «ANSYS ».

В случае отсутствия установленного комплекса ANSYS на компьютере или наличии других сбоев, будет выведено сообщение об ошибке, а расчет остановлен.

Рис. 20 - Запуск расчета

Когда расчет окончен, будет сгенерирован и открыт сравнительный отчет полученных в результате расчета данных в Word.

Рис. 21 - Вывод отчета

Таким образом, расчет конструкции размерами 30х12 м в 6 этажей по 3 м занимает примерно 5 минут (без учета времени на ввод данных) на ПЭВМ: 2,81 ГГц, 1Гб ОЗУ, ANSYS32 версии 12.0.

3.2 Анализ результатов

Расчет по формулам СНиП в программе дает следующие результаты:

№п/п          Частота, Гц

                   0.1077

                   0.6875

                   1.9479

                   3.7644

                   5.6062

Для сравнения результатов (перемещения вдоль оси x) был проведен модальный анализ аналогичного стержня в программе ANSYS:

- первая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 22).

Рис. 22 - Первая форма собственных колебаний из ANSYS

- вторая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 23).

Рис. 23 - Вторая форма собственных колебаний из ANSYS

третья форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 24).

Рис. 24 - Третья форма собственных колебаний из ANSYS

- четвертая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 25).

Рис. 25 - Четвертая форма собственных колебаний из ANSYS

- пятая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 26).

Рис. 26 - Пятая форма собственных колебаний из ANSYS

После модального анализа пространственной модели конструкции в ANSYS получаем следующие данные:

перемещения

Перемещения пространственной конструкции вдоль большей оси, вдоль меньшей оси, а также кручение.

интенсивность напряжений

Интенсивность напряжений определяется как наибольшая из абсолютных значений σ1 - σ2, σ2 - σ3 или σ3 - σ1:

Интенсивность напряжений связана с максимальным напряжением сдвига:

Файл модального анализа:

/SOLU,modal ! типа анализа,SUBS,150 ! выбор метода анализа

/SOLU,modal,on ! выбор вида анализа,150,,,yes,0.005 ! определение количества мод для записи

Рис. 27 - Первые 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения)

Рис. 28 - Первые 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность напряжений)

Рис. 29 - Следующие 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения)

Рис. 30 - Следующие 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность напряжений)

Из-за пространственности конструкции в расчетах ANSYS на каждой форме колебаний появляются частоты, которые соответствуют собственным частотам колебаний перекрытий.

Рис. 31 - Первые 2 формы собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS (перемещения и интенсивность напряжений)

Рис. 32 - Следующие 2 формы собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS (перемещения и интенсивность напряжений)

В этом главное преимущество пространственной конструкции, т.к. в одномерной конструкции в виде стержня о подобных частот не может идти речи, а значит, полученные результаты не в полной мере описывают конструкцию.

Но для сравнения результатов расчетов конструкций возникает необходимость группировки частот по формам колебаний.

При сравнении значений частот из расчета по формулам СНиП и сгруппированных по формам значений частот из ANSYS получаем:

Первая форма - Разница между частотами 0.1077 и 0.1817 равна 40.73%

Вторая форма - Разница между частотами 0.6875 и 0.6414 равна 7.19%

Третья форма - Разница между частотами 1.9479 и 1.5203 равна 28.13%

Четвертая форма - Разница между частотами 3.7644 и 3.5969 равна 4.66%

Пятая форма - Разница между частотами 5.6062 и 5.9894 равна 6.40%

Следующим элементом анализа является спектральный анализ конструкции, который может быть для четырех различных типов функций отклика: перемещений, скоростей, ускорений и сил

Файл спектрального анализа:

/SOLU,spectr ! типа анализа,sprs,150,yes ! выбор типа анализа,1,1,0 ! определение направления внешнего воздействия,2 ! тип возмущения в опорах: 0-скорости, 1-силы, 2-ускорения, 3-перемещения,0.5,200 ! набор частот спектра возмущений,,4.0,4.0 ! значение спектра в заданных частотах

/SOLU,spectr,0.001,disp ! метод контроля суммарного отклика конструкции

Цель спектрального анализа:

.        формирование дополнительных динамических реакции в опорах за счет сейсмической нагрузки, которая необходима для расчета фундамента.

В данном примере сейсмическая нагрузка составляет примерно 1% от собственного веса конструкции.

.        анализ НДС в элементах конструкции за счет сейсмической нагрузки (рис. 33, 34).

Рис. 33 - Максимальные перемещения конструкции в ANSYS

Рис. 34 - Максимальные напряжения конструкции в ANSYS

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения дипломного проекта была автоматизирована методики расчета строительных объектов в соответствии со СНИП II-7-81* [1] и методическими рекомендациями по строительству зданий в сейсмоопасных регионах на основе программного комплекса ANSYS, а также решены следующие задачи:.

ü  изучены возможности современных пакетов МКЭ по проведению анализа на сейсмические воздействия;

ü  выполнены расчеты строительных объектов в сейсмоопасных регионах с помощью формул СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS;

ü  на их основе разработана информационную систему расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах на основании СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS.

В итоге был создан программный комплекс по расчету строительных объектов в сейсмоопасных регионах с учетом пространственности.

Данный комплекс позволяет уменьшить время расчетов, не сказываясь при этом на их качестве, а использование пространственной конструкции в качестве исходной модели для расчетов позволяет получать результаты, которые в большей мере соответствуют реальным конструкциям и характеру сейсмического воздействия на них.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.      СНиП II-7-81*. «Строительство в сейсмических районах».- М.: Стройиздат, 1982 г.;

.        Пособие к СНиП II-7-81. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах.- М.: Стройиздат, 1984 г.;

.        СП 31-114-2004 «Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах».- М.: 2004г.;

.        Рекомендации по определению расчетной сейсмической нагрузки для сооружений с учетом пространственного характера воздействия и работы конструкций. М., ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1989 г.;

.        Уздин А.М., Сандович Т.А. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. - С. -Петербург: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1993г.;

.        Егупов В.К. Расчет зданий на сейсмические воздействия. - М.: Стройиздат, 1967 г.;

.        Николаев И.И. Проектирование железобетонных конструкций зданий для строительства в сейсмических районах: Учеб. пособие для студ. - Т.: Укитувчи, 1990 г.;

.        А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева ANSYS в руках инженера. - Едиториал УРСС, 2003 г.;

.        Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций ЛИРА версия 9.0 Руководство пользователя. - КИЕВ: НИИАСС, 2002;

.        http://www.sapr.ru/article.aspx?id=8327&iid=335              5.03.12 г. 20:43

. http://www.ansys.ru/sites/default/files/primenimost_programmnogo_obespecheniya_ansys_inc._pri_raschetah_konstrukciy_na_seysmicheskie_vozdeystviya.pdf         9.03.12 г. 14:57

.        http://www.buildsoft.ru/shop/group_594/item_182/   9.03.12 г. 15:02

.        http://www.solidarnost.info/index.php?option=com_content&task=view&id=95         4.03.12 г. 20:41

. http://stereoshnur.ru/transport/gaskin_v_v___ivanov_i_a__sejsmostojkost'_zdanij_i_transportnykh_sooruzhenij__-_irkutsk___2005__-_76_s.html         5.03.12 г. 21:02

15. http://www.ansys.ru/sites/default/files/primenimost_programmnogo_obespecheniya_ansys_inc._pri_raschetah_konstrukciy_na_seysmicheskie_vozdeystviya.pdf         9.03.12 г. 14:57

.        http://www.lira.com.ua/products/what_new/index.php?PAGEN_2=2#nav_start_2         13.03.12г. 20:44

.        http://delphiworld.narod.ru/_all_articles_.html           10.03.12г. 10:00

.        http://www.cyberforum.ru/delphi/ 20.03.12г. 20:00

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Файл модели стержневой конструкции:

! Присвоение значений переменным

*SET,d,0.1

*SET,w,0.1

*SET,s,d*w

*SET,iz,(w*d**3)/12

*SET,iz2,(d*w**3)/12

/PREP7

! Выбор типа элемента,1,BEAM4

! Создание ключевых точек,1,,2,0,3,3,0,6,,4,0,9,,5,0,12,,6,0,15,,7,0,18,

! Создание линий на основе ключевых точек,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7

! Задание реальных констант материала,1,s,iz,iz2, , , ,

! Задание свойств материала,EX,1,9782608695200.67,PRXY,1,0.3,DENS,1,2500

! Разбиение элементов,1,1,1,,5,,ALL,ALL

! Задание условий закрепления,1,ALL,,,2,MASS21,2,1,0,2,2,0,2,3,4,EX,2,2.7E+10,PRXY,2,0.3,DENS,2,2500,2,90500,,2,2,2,0,,2,3,90500,,2,2,3,0,,7,4,90500,,2,2,4,0,,12,5,90500,,2,2,5,0,,17,6,90500,,2,2,6,0,,22,7,90350,,2,2,7,0,,27

Файл модели пространственной конструкции:

! Присвоение значений переменным

*SET,h,30

*SET,f,12

*SET,d,0.1

*SET,w,0.1

*SET,s,d*w

*SET,in,(w*d**3)/12

*SET,in2,(d*w**3)/12

/PREP7

! Выбор типа элемента,1,BEAM4

! Задание реальных констант материала,1,s,in,in2,,,,

! Задание свойств материала,EX,1,2.7E+10,PRXY,1,0.3,DENS,1,2500

! Создание ключевых точек,1,0,0,0,8,30,0,0,15,0,0,12,22,30,0,12,2,0,3,0,9,30,3,0,16,0,3,12,23,30,3,12,3,0,6,0,10,30,6,0,17,0,6,12,24,30,6,12,4,0,9,0,11,30,9,0,18,0,9,12,25,30,9,12,5,0,12,0,12,30,12,0,19,0,12,12,26,30,12,12,6,0,15,0,13,30,15,0,20,0,15,12,27,30,15,12,7,0,18,0,14,30,18,0,21,0,18,12,28,30,18,12

! Создание линий на основе ключевых точек,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,15,16,16,17,17,18,18,19,19,20,20,21,22,23,23,24,24,25,25,26,26,27,27,28,2,9,9,23,23,16,16,2,3,10,10,24,24,17,17,3,4,11,11,25,25,18,18,4,5,12,12,26,26,19,19,5,6,13,13,27,27,20,20,6,7,14,14,28,28,21,21,7,2,Shell63,2,0.1,,,,,,,2,1,0,EX,2,2.7E+10,PRXY,2,0.3,DENS,2,2500

! Создание площадей на основе линий,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,BELOW,AREA,2,2,2,0,ALL

! Разбиение элементов,1,1,1,ALL,,,5,ALL,ALL,2,2,2,,15,ALL,ALL,3,MASS21,3,1,0,3,2,0,3,3,4,3,50,,3,1,3,0,,2,33,64,95,4,50,,3,1,4,0,,7,38,69,100,5,50,,3,1,5,0,,12,43,74,105,6,50,,3,1,6,0,,17,48,79,110,7,50,,3,1,7,0,,22,53,84,115,8,50,,3,1,8,0,,27,58,89,120

! Задание условий закрепления,1,ALL,,,8,ALL,,,15,ALL,,,22,ALL,,