ANSYS Mechanical

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. СНиП 2.01.07– 85*., М., Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003

2.Строительные нормы и правила. Стальные конструкции. СНиП II-23−81*, Госстрой России, М., ГУП ЦПП, 2001

3.Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции.

СНиП 2.03.01–84*., М., Госстрой России, 1996

4.Рекомендации при защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях, МНИИТЭП, НИЦ СтаДиО (утв. Москомархитектурой). М., 2002

5.Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М., Мир, 1975, 539 с.

6.Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М., Стройиздат, 1982, 446 с.

7.Белостоцкий А.М. Прогнозное математическое моделирование состояния и техногенной безопасности ответственности объектов и комплексов мегаполиса. Вестник МГСУ, 3/2006, 20–61 с.

8.ПК Лира. Версия 9.4. Общее описание. Руководство пользователя. Киев, 2007

9.ANSYS/CivilFEM. Theoretical Manual, Madrid, Spain, Ingecyber, 2004

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Объемное представление

Приопорная зона конструкций покрытия. Удаленная колонна

Рис. 1 Общий вид пространственно-стержневой КЭ-модели отсека 4 (ANSYS)

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Общий вид

Зона разрушения

Рис. 2 ANSYS-модель с жесткими узлами. Локальное разрушение (удаление колонны). Перемещения с учетом физической и геометрической нелинейностей.

Максимальные вертикальные перемещения (прогибы) – 104,8 см

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Ферма ФС1, график “доля нагрузки - вертикальные перемещения (м)”. Максимальные перемещения – 0,97 м

Распорка Р5, график “доля нагрузки - горизонтальные перемещения (см)”. Максимальные перемещения – 7,2см

Рис. 3 ANSYS-модель с жесткими узлами. Локальное разрушение (удаление колонны). Перемещения с учетом физической и геометрической нелинейностей

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Продольные усилия N (тс) в прогонах П1

Изгибающие моменты My (тcм) в прогонах П1

Рис. 4 ANSYS-модель с жесткими узлами. Локальное разрушение (удаление колонны). Расчетные усилия с учетом физической и геометрической нелинейностей

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Продольные усилия N (тс) в прогонах П1

Изгибающие моменты My (тc) в прогонах П1

Рис. 5 ANSYS-модель с жесткими узлами. Вариант 3 усиления. Результаты нелинейного расчета на прогрессирующее обрушение

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

6. Конечноэлементный анализ динамических характеристик здания с висячей вантовой оболочкой. Сравнение с данными натурных измерений (2006 г)

6.1. Рассматриваемое здание питьевой галереи (рис. 1, 2) – круглое в плане с радиусом 30м и высотой 10м, одноэтажное с цокольным этажом и антресолью. Конструкция здания – сборно-монолитная с системой колонн, ригелей, несущих стен, перекрытий, наружного и центрального опорных колец, с висячим вантовым покрытием.

Рис. 1 Питьевая галерея г. Ессентуки с высоты птичьего полета

Колонны силового каркаса опираются на индивидуальные монолитные ж/б фундаменты по бетонной подготовке, с отметками подошвы от -5,14м до -3,3м, при этом фундаменты колонн сечением 0,7×0,4м, поддерживающие наружное железобетонное опорное кольцо покрытия, расположены по радиусу R=29,75м с шагом 15° и размерами 3×2,4м, а колонны внутренней части здания с сечением 0,4×0,4м опираются на фундаменты 1,5×1,5м. Несущие стены цокольного этажа опираются на ленточные сборно-монолитные фундаменты из блоков ФЛ и ФБ по песчаной подготовке на отметках от -5,14м до -2,0м.

Цокольный этаж здания с размерами в/о 7/8÷17/18 R=16,04м и в/о 17/18÷7/8 R=26,59м имеет отрезанные от стен ж/б полы по грунту на отметке -2,8м, за исключением сектора в/о 4÷7/8 с R=16,04м до R=26,59м и отметкой пола -4,5м. Стены цокольного этажа

– преимущественно из сборно-монолитных блоков ФБ.

Перекрытия цокольного этажа, в основном на отметке 0,0м, устроены из многопустотных панелей и монолитных участков, жестко связанных с внутренними колоннами каркаса и стенами, вне зоны цокольного этажа, в/о 7/8÷17/18 до R=26,59м – железобетонные полы по грунту с перепадом высоты в зоне от зимнего сада (R≈15,7÷19м) до отметки -1,3м.

Антресоль расположена на отметке 3,0м, имеет внешний радиус R=29,4м и переменную ширину: в/о 7/8÷17/18 – 7м, в/о 17/18÷20/21 – 13м, в/о 20/21÷4/5 – 3м, в/о 4/5÷7/8 – 13м. Перекрытие антресоли устроено из многопустотных панелей и монолитных участков, опирается на систему ригелей, жестко связанных с колоннами каркаса и кирпичных стен.

На отметке 9,53м колонны сечением 0,7×0,4м жестко связаны с наружным опорным ж/б кольцом покрытия сечением 0,7×0,7м. Покрытие представляет собой

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

сборную железобетонную висячую оболочку отрицательной Гауссовой кривизны, стрелой провиса 3,2м и выполняется без предварительного напряжения.

Наружное опорное кольцо состоит из сборных железобетонных элементов (М-300), замоноличенных в местах опирания на колонну. Центральное кольцо – стальной центрально растянутый элемент, состоящий из сварных швеллеров.

Оболочка состоит из сборных ж/б трапециевидных индивидуальных плоских плит (толщиной 60мм и 80мм), укладываемых на радиальные ванты с последующим замоноличиванием швов. Радиальная вантовая сеть состоит из 48 парных вант, соединенных в центре стальным кольцом d=14,3м. Ванты выполняются из арматурной стали 36 класса АIIIВ, упроченной предварительной вытяжкой

6.2. Представленные ниже результаты виброизмерений получены экспертами фирмы “Инжсстройсервис-1”. Для определения динамических характеристик здания виброизмерительные приборы на нем размещались по схеме, приведенной на рис. 3. Точки 5, 1, 4, 3, 13, 8, 9 размещены на одной оси, проходящей через колонны 20 и 9; точки 7, 6, 12, 14, 15, 10, 11 – на одной оси, проходящей через колонны 4 и 14. Точки 5, 7, 9, 11 расположены рядом со зданием на грунте. Точка 2 размещалась на внешнем кольце посредине между колоннами 19 и 20, точки 4 и 15 – посредине длины ванта между внешним и внутренним кольцами, точки 3, 12, 13, 14 – на внутреннем кольце.

Рис. 2 “Динамики-натурщики” на фоне питьевой галереи.

9

Рис. 3 Расположение измерительных точек

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

Записывались колебания здания, вызываемые общим вибрационным фоном (порывы ветра, движение транспорта) и специально создаваемыми импульсными воздействиями. При обработке записей выделялись собственные колебания здания. Для анализа форм колебаний велись синхронные записи одновременно в ряде точек.

Анализ всех записей колебаний здания позволил определить следующие частоты и формы его собственных колебаний:

1)низшая частота 1,6 – 1,8 Гц (среднее значение 1,7 Гц). Этой частоте соответствует первая симметричная форма колебаний вантовой оболочки;

2)частоте 2,7 Гц соответствуют изгибные деформации внешнего опорного кольца с двумя волнами в окружном направлении;

3)частота 3,6 Гц проявляет три вида деформаций: общие смещения внешнего кольца на колоннах; изгибные деформации кольца с 3-мя волнами в окружном направлении; первая кососимметричная форма колебаний вантовой оболочки;

4)выделена частота 4,7 Гц, соответствующую которой форму определить затруднительно.

Спектральные плотности при импульсном вертикальном воздействии посредине ванта: для вертикальных колебаний точки 12 (рис.4)– преобладающий пик на частоте 1,7 Гц и второй меньший при 2,6 Гц. Для вертикальных колебаний т. 13 – только один пик на частоте 1,7 Гц. Горизонтальные радиальные колебания т. 12 имеют высокий двугорбый пик с частотами 2,4 Гц и 2,6 Гц и еще один относительно высокий – при 1,7 Гц. Для горизонтальных радиальных колебаний т. 13 преобладает пик на частоте 2,4 Гц и менее высокие и равные пики при 2,6 Гц и 3,0 Гц.

т.12 – вертикальные колебания

т.12 – радиальные колебания

Рис. 4 Спектральные плотности смещений в точке 12 на внутреннем кольце здания при импульсном вертикальном воздействии посредине ванта

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 4 (опыт применения в проектной и экспертной практике)

т.6 – вертикальные колебания на внешнем кольце

т.6 – радиальные колебания на внешнем кольце

Рис. 5 Спектральные плотности смещений в точках 6 на внешнем кольце при импульсном вертикальном воздействии посредине ванта

6.3. Расчеты собственных частот и форм колебаний выполнены для вариантов ненапряженных и напряженных (под действием веса плит и кровли) вант на 3-х подробных оболочечно-стержневых конечноэлементных моделях системы “колонны – антресоль – оболочка” здания галереи по ПК ANSYS (таблица 1, рис.6–8):

1)модель 1 без учета жесткости стен под и над антресолью;

2)модель 2 с учетом жесткости стен под антресолью;

3)модель 3 с учетом жесткости стен под и над антресолью.

Предварительно решалась задача определения формы прогиба («цепной линии») вант. Кроме того, для вариантов напряженных вант – статическая геометрически нелинейная задача деформирования и напряжения конструкции под действием весовой нагрузки от плит и кровли.

В расчетах проявляется существенно более “богатый” (по сравнению с измеренным) спектр, за счет как форм поступательных и вращательного движений дискаоболочки на изгибаемых колоннах, так и многоволновых оболочечных форм колебаний. Последние, при числе волн по окружности n>0, обладают объяснимой кратностью 2 (sin nϕ, cos nϕ). Также теоретически осязаема выявленная зависимость частот оболочечных колебаний от натяжения вант: она тем слабее, чем больше в форме волн по окружности (см. таблицу 1).

По-видимому, наиболее близкие к измеренной натуре результаты получены для модели 3 в варианте естественного напряжения вант. Так, для этой модели, как и в “натуре”, не проявились формы движения оболочки как “жесткого диска”.