Лекция 10. Инженерная нелинейность

В силовом методе расчета прочности железобетонных элементов эпюру напряжений в предельном состоянии принимают прямоугольной. При этом не учитывается в прямом виде нелинейная диаграма деформирования бетона. Сейчас этот метод применяется для предварительного расчета и расчета простых, достаточно исследованных конструкций – например однопролетных балок. При расчете внецентренно сжатых элементов точность расчета ухудшанется.

В настоящее время правилами проектирования принят деформационный метод расчета, основывающийся на нелинейных диаграммах деформирования бетона и нелинейной эпюре напряжений в бетоне сжатой зоны. Реальные свойства учитываются при расчете армирования в сечениях, но не учитываются при расчете напряженно-деформированного состояния системы.

Расчет методом инженерной нелинейности позволяет приближенно учесть изменение жесткостей конечных элементов в процессе загружения и перераспределение усилий в системе. Расчетные площади арматуры выполняются с учетом перераспределения усилий.

Задание информации для расчета в системе "Инженерная нелинейность"

Основная идея инженерной нелинейности — выполнение расчета железобетонной конструкции в физически нелинейной постановке с предварительным подбором арматуры и последующим вычислением интегральных жесткостных характеристик элементов при “определяющем загружении”. При этом используются те же конечные элементы, что и при статическом расчете конструкции.

 

Такой подход позволяет выполнить более эффективное армирование железобетонных элементов и получить приближенные к реальным перемещения конструкции.

 

Расчет задач инженерной нелинейности выполняется в итерационном процессе и состоит из нескольких стадий:  

1. Статический расчет и вычисление внутренних усилий в элементах схемы.  

2. Автоматический подбор арматуры в элементах.  

3. Вычисление новых интегральных жесткосных характеристик элементов с учетом заданных диаграмм деформирования материалов, в результате которого стержневые элементы становятся стержневыми элементами с переменной жесткостью, а пластинчатые элементы приобретают свойства ортотропных оболочек. 

4. Выполнение статического расчета конструкции с новыми интегральными жесткостными характеристиками элементов.

Применение метода инженерной нелинейности дало увеличение армирования в колоннах на (1.55 – 1.49)/1.49х100 = 4%.

Армирование при расчете методом инженерной нелинейности – 1.92. Армирование только с учетом нелинейной работы бетона сжатой зоны, но линейной работы системы – 1.86%. Следовательно, применение метода инженерной нелинейности в рассмотренной задаче приводит к увеличению армирования ригелей на (1.92 – 1.86)/1.86х100 = 3%. Необходимо продолжить исследование метода инженерной нелинейности в направлении поиска области эффективности его применения.

Лекция 11. Лекция 11. Расчетно-графическая система монтаж плюс

При возведении зданий могут изменяться прочность бетона, каменной кладки, происходить замораживание-оттаивание.

Устройство и удаление временных креплений.

НДС несущей системы может меняться в зависимости от того, рассматриваем систему целиком или учитываем последовательность появления несущих конструкций.

Номер стадии соответствует номеру истории нагружения.

Допускается наличие в одной и той же стадии монтируемых и демонтируемых элементов. При этом один и тот же элемент не может входить в оба списка.

Здесь задается информация о группах элементов, монтируемых на текущей стадии возведения. При этом имеется в виду, что всем элементам текущей группы присущи одинаковые изменения характеристик железобетона – прочности и модуля деформации.

В этом окне располагается счетчик номеров групп элементов, а также поле ввода для номеров элементов, входящих в группу и таблица для задания коэффициентов к модулю деформации K_E и к прочности железобетона K_Rb для каждой группы.

!!! Коэффициенты K_E и K_Rb не могут от стадии к стадии принимать убывающие значения.

Дополнительные загружения это загружения, которые могут быть приложены как при возведении, так и после возведения сооружения. По умолчанию они могут отсутствовать

Если обозначить количество стадий возведения M (количество загружений также равно M), то нумерация дополнительных загружений должна начинаться с номера M+1. Суммарное количество загружений (КС) равно количеству стадий возведения (M) плюс количество дополнительных загружений (D), то есть КС = M + D. Дополнительные загружения (D) могут быть приложены как на стадии возведения сооружения (D1), так и на завершенное сооружение (D2). То есть, D = (D1) + (D2).

Для каждой стадии заполняется таблица Коэффициентов учета дополнительных загружений. Коэффициенты могут принимать нулевые, положительные и отрицательные значения.

По умолчанию коэффициенты для всех дополнительных загружений равны нулю.

Ненулевое значение коэффициента означает, что данное дополнительное загружение учитывается при монтаже-демонтаже .

Одно и то же дополнительное загружение может входить в разные стадии с разными коэффициентами – на одной стадии приложено (положительный коэффициент), а на другой стадии удалено (отрицательный коэффициент).

Для задач монтажа-демонтажа допускается вычисление РСУ.

При заполнении таблицы РСУ должны соблюдаться следующие правила.

1. Суммарное количество загружений (КС) равно количеству стадий возведения (M) плюс количество дополнительных загружений (D). KC = M + D. 

2. Дополнительные загружения (D) могут быть приложены как на стадии возведения сооружения (D1), так и на завершенное сооружение (D2).

То есть, D = (D1) + (D2).

Эти загружения могут отсутствовать.

3. Первые M загружений задаются как постоянные взаимоисключающие (вид загружения 0).

4. Дополнительные загружения, приложенные на стадиях возведения (D1), задаются как неактивные (вид загружения 9).

5. Загружения на завершенное сооружение (D2) задаются по обычным правилам задания РСУ.

Сооружение считается завершенным на стадии M.

 

Внимание!  В меню Моделирование нелинейных загружений по закладке Доп. загружения вызывается таблица с номерами (D) загружений, в которой все коэффициенты по умолчанию заданы равными нулю. Для загружений типа (D1) эти коэффициенты могут принимать любые значения. Для загружений типа (D2), приложенных на завершенное сооружение, коэффициенты сочетаний должны остаться равными нулю.

Лекция 12. Методика численного эксперимента в исследованиях конструкций

Лекция 13. Методика разработки инновационного проекта

Итогом разработки инновационного проекта служит документ, включающий в себя подробное описание инновационного продукта, обоснование его жизнеспособности, необходимость, возможность и формы привлечения инвестиций, сведения о сроках исполнения, исполнителях и учитывающий организационно-правовые моменты его продвижения.

Реализация инновационного проекта — процесс по созданию и выведению на рынок инновационного продукта.

Опытное внедрение небольшой партии продукта, например для проверочного внедрения результатов научно-исследовательской работы выведением на рынок и полной инновацией еще не является, а только базой инновации.

Цель инновационного проекта — создание новых или изменение существующих систем — технической, технологической, информационной, социальной, экономической, организационной и достижение в результате снижения затрат ресурсов (производственных, финансовых, человеческих) коренного улучшения качества продукции, услуги и высокого коммерческого эффекта.

Примером переноса затрат из материальной области в интеллектуальную является развитие методов проектирования на базе современных программных средств автоматизированного анализа и проектирования конструкций. Например, проектирование несущих систем зданий методом численного эксперимента. Проблемы широкого продвижения на рынок – не достаточная полнота разработки и отсутствие рекомендательно-нормативной базы. Перспективы – очень широкие. Окупаемость, например ПК ЛИРА-САПР (5000 долларов) – расчет одного не типового 12-этажного четырехподъездного здания в сейсмическом районе.

Разработка инновационного проекта включает в себя две основные стадии : 1. Прединвестиционная. Поиск и обоснование жизнеспособности инновационной идеи. Научные и маркетинговые исследования и разработка технико-экономического обоснования. 2. Инвестиционная. Вложение денег и материальное воплощение проекта.

1. Поскольку выведение на рынок инновационных продуктов, как правило, требует инвестирования, необходимо обосновать целесообразность вложения денег и возможность получения прибыли от инновации. Важная задача исследовательской части проекта - доказать, что идея не только является инновационной, но и будет принята рынком.

Пример. При расчете несущих систем зданий в сейсмических районах в отдельных зонах и конструкциях возникают концентрации усилий и армирования Например, узлы сопряжения колонн и ригелей, особенно при ригелях в двух направлениях. Расчетная арматура не размещается в узле с обеспечением надежного бетонирования. Снижается качество строительства.