ОПТИМИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА SCAD

Регулирование усилий и перемещений в элементах конструкций на различных стадиях их работы – одна из задач оптимального проектирования. Поскольку регулирование НДС применяют для улучшения качества конструкции, то его можно считать частичной оптимизацией.

Управление конструкциями имеет целью подчинение их НДС желаемым требованиям на различных стадиях функционирования. Концепция традиционного проектирования на самые невыгодные комбинации нагрузок и воздействий во многих случаях неэффективна. Управление НДС открывает новые качественные возможности для многих конструкций.

Задача регулирования НДС конструкций возникает в связи с необходимостью улучшить качество конструкций, повысить их эффективность, работоспособность, как в процессе создания новых сооружений, так и при усилении и реконструкции существующих сооружений.

Актуальность этих задач в настоящее время возросла в связи с тем, что большое число построенных зданий и сооружений подлежат реконструкции.

Регулирование НДС означает его улучшение за счет изменения или добавления некоторых параметров конструкции, которые называют параметрами регулирования (регуляторами).

Сегодня, в эру научно-технического прогресса, каждый человек имеет в своем распоряжении ПЭВМ, способную облегчить задачи регулирования. В данном докладе мы хотели бы рассказать о методе регулирования НДС конструкций, максимально удобном и простом для современного пользователя.

Рассмотрим регулирование напряженно-деформированного состояния конструкций при действии статических нагрузок. Для решения задачи регулирования НДС используем универсальный программный комплекс расчета конструкций SCAD (при этом могут быть использованы и другие программные комплексы, такие как LIRA, COSMOS, ANSYS, NASTRAN). Данные программные комплексы обладают огромным потенциалом для задач расчета конструкций. Синтез этих комплексов с методологией решения задач регулирования конструкций позволяет использовать их расчетные возможности для регулирования НДС различных сооружений и конструкций.

Данным методом нами были решены задачи регулирования НДС различных плоских стержневых систем, таких, как многопролетные балки, фермы и рамы различных форм и с различными нагружениями. Во всех случаях метод показал свою высокую эффективность.

Задача 1. Регулирование НДС четырехпролетной неразрезной бетонной балки.

Дано: четырехпролетная неразрезная бетоннаябалка постоянного двутаврового поперечного сечения (двутавр №60), которая находится под действием нагрузки P₁= P₂ =200 кН. Материал балки бетон тяжелый класса В30.

Рисунок 1.1. Расчетная схема

Задача регулирования заключается в уменьшении максимального момента в балке путем выравниваня его с моментами над промежуточными опорами.

Решение.

Результат расчета балки по ПК SCAD в виде эпюры изгибающих моментов

M(кН*м)

Рисунок 1.2. Эпюра изгибающих моментов

Как видно из эпюры, максимальный момент возникает в первом пролете под силой P(в узле № 2). Задача регулирования состоит в уравнивании этого момента с величиной момента над промежуточной опорой (моментом в узле 4).

В качестве регулятора ∆ выбираем вертикальное смещение (осадку) промежуточной опоры (узел 4).

После решения задачи отрегулированная эпюра изгибающих моментов выглядит следующим образом

(кН*м)

Рисунок 1.3. Конечная эпюра изгибающих моментов после регулирования

Вывод: из конечной эпюры видно, что цель регулирования достигнута, т. е. величины моментов в узле №2 и №4 уровнялись.

Задача 2. Регулирование НДС двухпролетной трехэтажной плоской рамы с жесткой заделкой.

Дано: двухпролетная трехэтажная плоская рама с жесткой заделкой. Сечение: ригель 20х20 см, колонна 20х20 см. Рама находится под действием симметричной снеговой нагрузки Q = 5 тонн. Материал: бетон B20.

Рисунок 2.1. Расчетная схема

Задача регулирования заключается в уравнивании величины момента в верхних ригелях.

Решение.

Результат расчета по ПК SCAD в виде эпюры изгибающих моментов

M (тм)

Рисунок 2.2. Эпюра изгибающих моментов

В качестве регулятора ∆ выбираем вертикальное смещение (осадку) центральной колонны.

После решения задачи отрегулированная эпюра продольных сил выглядит следующим образом

M_РЕГ(тм)

Рисунок 2.3. Конечная эпюра изгибающих моментов после регулирования

Вывод: из конечной эпюры видно, что цель регулирования достигнута, т.е. моменты верхних ригелей уравнялись.

Подводя итоги, можно сказать, что рассмотренный нами метод регулирования с помощью программного комплекса SCAD оправдал себя и показал высокую эффективность. Представленные нами задачи наглядно демонстрируют простоту и точность данного метода.

Список литературы:

1. Абовский Н.П., Енджиевский Л.В., Савченков В.И., Деруга А.П., Марчук Н.И., Стерехова Г.А., Палагушкин В.И., Андреев Н.П., Светашков П.А., Максимова О.М. Современные аспекты активного обучения. Строительная механика. Теория упругости. Управление строительными конструкциями. – Красноярск: Сибирский федеральный ун-т; Ин-т архитектуры и стр-ва, 2007. – 472с.