Анализ напряженного деформированного состояния в рамных конструкциях при различных законах деформации

Содержание

Введение 7

1 Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования……………………………………………………………………. 9

1.1 Аналитический обзор литературы по теме исследования………… 9

1.2 Обзор журнальной, учебной и нормативной литературы………… 9

1.3 Выводы по 1 разделу………………………………………………… 29

2 Анализ способов оценки НДС железобетонных конструкций……………………………………………………………………. 30

2.1 Способ локального сброса нагрузки……………………………….. 30

2.2 Физические методы…………………………………………………. 31

2.3 Методы компенсации……………………………………………….. 31

2.4 Процедура испытания………………………………………………. 32

2.5 Совершенствование методов……………………………………….. 33

2.6 Процедуры испытании……………………………………………… 34

2.7 Методы резки испытательных образцов…………………………… 35

2.8 Методы испытаний натурных конструкции………………………. 36

2.9 Результаты определения напряжений в натурных конструкциях... 38

2.10 Выводы по 2 разделу………………………………………………... 40

3 Расчет и анализ нелинейности железобетонной рамы с помощью программного комплекса RFEM (Dlubal Software)…………………………………………………………………. 42

3.1 Бетонная модель…………………………………………………….. 42

3.2 Стальная модель…………………………………………………….. 43

3.3 Структура программы………………………………………………. 46

3.4 Алгоритм решения………………………………………………….. 48

3.5 Анализ рамы………………………………………………………… 49

3.6 Результаты анализа…………………………………………………. 50

3.7 Выводы по 3 разделу ………………………………………………. 52

4 Расчет с применением программного комплекса ЛИРА САПР………………………………………………………………… 55

4.1. Расчетная схема……………………………………………………... 55

4.1.2 Максимальные усилия в колонне в линейной постановке………... 56

4.1.3 Максимальные усилия в балке в линейной постановке…………… 57

4.1.4 Максимальные усилия в плитах перекрытия в линейной постановке………………………………………………………………….. 58

4.2 Применение нелинейного закона №1………………………………. 60

4.2.1 Экспоненциальный закон деформирования……………………….. 60

4.3 Применение нелинейного закона №2………………………………. 65

4.3.1 Нелинейный закон деформирования бетона с ниспадающей ветвью (Еврокод 2)……………………………………………………… 65

4.4 Применение нелинейного закона №3……………………………… 66

4.4.1 Экспоненциальный закон деформирования для железобетонна…. 66

4.5 Анализ полученных результатов…………………………………… 67

4.6 Вывода по 4 разделу………………………………………………… 69

5 Применение модуля «Монтаж» для расчета железобетонного каркаса здания………………........................................................... 71

5.1 Методы……………………………………………………………….. 74

5.2 Результаты…………………………………………………………… 75

5.3 Выводы по 5 разделу………………………………………………… 82

Заключение………………………………………………………….. 83

Список использованной литературы……………………………. 86

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Астахова А.Я. Исследование напряженно деформированного состояния в кольцевых сферических оболочках за пределом упругости, том 1, №4, 2008г.

2. Айрумян Э. Л., Белый Г. И. Исследование работы стальной фермы из холодногнутых профилей с учетом их местной и общей устойчивости//Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 5. С. 41-44.

3. Анучкин А. П. Изыскание оптимальных форм балок и колонн из тонкостенных штампованных профилей/дисс. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец.: 05.23.01. М., 1949. 169 с.

4. Беленя, Е.И. Исследование совместной работы оснований, фундаментов и поперечных рам стальных каркасов промышленных зданий [Текст] / Е.И. Беленя, Л.В. Клепиков // Научное сообщение. – М., 1957. – Вып. 28. – 58 с.

5. Безделев В.В. Численное моделирование динамического напряженно деформированного состояния зданий при сейсмических воздействиях с помощью оптимизации параметров демпфирующих устройств, Том 4, №2, 2008г.

6. Белостоцкий А.М., Шаблинский Г.Э., Мсхалая И.Ж., Козырев О.А., Зубков Д.А. Конечноэлементный анализ динамических характеристик зданий и сооружений. Сравнение с данными натурными соединениями, Том 4, №2, 2008г.

7. Бычков Д. В. Расчет балочных и рамных стержневых систем из тонкостенных элементов. М.: Стройиздат, 1948. 208 с.

8. Горбунов Б. Н., Стрельбицкая А. И. Теория рам из тонкостенных стержней. М.: Гостехиздат, 1948. 198 с.

9. Беленя, Е.И. Исследование совместной работы оснований, фундаментов и поперечных рам стальных каркасов промышленных зданий [Текст] / Е.И. Беленя, Л.В. Клепиков // Научное сообщение. – М., 1957. – Вып. 28. – 58 с.

10. Катюшин, В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство) [Текст] / В.В. Катюшин. – М. : ОАО "Издательство "Стройиздат", 2005. – 656 с

11. Грибанов Я.И. Сравнительный анализ расчетных схем и результатов расчета пространственной рамы и каркаса здания при использовании разных программных комплексов «МОНОМАХ» и «SCAD OFFICE», Том 4, №2, 2008г.

12. Айрумян Э. Л., Белый Г. И. Исследование работы стальной фермы из холодногнутых профилей с учетом их местной и общей устойчивости//Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 5. С. 41-44.

13. Икрин В. А. Сопротивление материалов с элементами теории упругости и пластичности: Учебник для студентов, обучающихся по направлению 653500 «Строительство». М: Изд.АСВ, 2004. 424 с.

14. SCAD OFFICE. Формирование сечений и расчет их геометрических характеристик/Карпиловский В. С., Криксунов Э. З., Перельмутеp А. В., Перельмутер М. А. М: Издательство АСВ, 2004. 80с.

15. Карпиловский В. С., Криксунов Э. З., Маляренко А. А., Перельмутер А. В., Перельмутер М. А. Вычислительный комплекс SCAD. М: Издательство АСВ, 2007. 592с.

16. Константинов И. А. Строительная механика: учебник/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. М.: [Проспект]: [Кнорус], 2010. 425 с.

17. Константинов И. А. Строительная механика: Расчет стержневых систем с использованием программы SCAD: учебно-методический комплекс/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 449 с.

18. Константинов И. А. Строительная механика. Расчет стержневых систем с использованием программы SCAD: учебное пособие/Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008-2009. Ч.2: Учебно-методический комплекс. 2009. 227 с.

19. Лалин В. В., Колосова Г. С. Курс лекций по теории упругости: учеб. пособие; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 135 с.

20. Лалин В. В. Различные формы уточнения нелинейной динамики упругих стержней//Механика материалов и прочность конструкций. Труды СПбГПУ №489, СПб. Изд-во СПбГПУ, 2004, С.121-128

21. Лалин В. В., Колосова Г. С. Численные методы в строительстве. Решение одномерных задач методом конечных элементов: Учеб.пособие; СПбГТУ. Санкт-Петербург. Изд-во СПбГТУ, 2001. 72 с.

22. Лалин В. В., Рыбаков В. А. Конечные элементы для расчета ограждающих конструкций из тонкостенных профилей//Инженерно-строительный журнал. 2011. №8(26). С. 69-80.

23. Сливкер В. И. Строительная механика. Вариационные основы. Учебное пособие. М.:Изд-во АСВ, 2005.736 с.

24. Сурьянинов Н. Г. Обобщение метода граничных элементов к расчету стержней, пластин и оболочек/дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н. Спец.: 01.02.04. Луцк, 2010.

25. Тананайко О. Д., Шварц М. А. Смешанный метод расчета стержневых систем на прочность, колебания и устойчивость//Тр. ЛИИЖТ. 1976. Вып. 40. С. 23-28. 86.

26. Тимошенко С. П. Об устойчивости плоской формы изгиба двутавровой балки//Изв. С Петербургского политех. института. 1905. т.4.вып.3-4.,1906.т.5. вып. 1-4.

27. Тимошенко С. П. Об устойчивости упругих систем//Изв. Киевского политехнического института. 1910. Кн.4. 182 с.

28. Тимошенко С.П. История науки о сопротивлении материалов: с краткими сведениями из теории упругости и теории сооружений: Пер. с англ./Под ред. А.Н. Митинского. Изд. 2-е, стереотипное. М.: КомКнига, 2006. 536с.

29. Леденев В.В., Кузнецов И.Н. Влияние несовершенств на напряженно деформированное состояние стальных рам// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2009. № 2 (14). С. 51-57.

30. Нужный С.Н. Оценка напряженно деформированного состояния рамных констуркций с Х-образными опорами и определением их материалоёмкости// Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова . 2013. № 2. С. 17-20.

31. Агафонкин В.С., Исаева Л.А. Новые конструктивные решения полужестких узлов рамных конструкций и особенности их работы// Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 2 (32). С. 130-136.

32. Вехтель Р.Р., Исаева А.В., Закиров Р.А. Экспериментальное исследование напряженно деформированного состояния стальных рам// Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 2 (32). С. 137-148.

33. Гордеева Т.Е., Ястребова Е.В. Влияние дефектов на напряженно деформированное состояние стойки рамного каркаса// Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Cтроительство. Самарский государственный архитектурно-строительный университет. Самара, 2016. С. 357-360.

34. Иванова Н.В., Николаева А.Г. Влияние процента армирования на напряженно деформированное состояние вертикальных элементов рамных каркасов// Актуальные направления научных исследований: перспективы развития. Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. В 2-х томах. Редколлегия: О.Н. Широков [и др.]. 2017. С. 269-272.

35. Петров В.А., Лунев К.В. Резервы прочности железобетонных рамных конструкций при сейсмических воздействиях// Вестник гражданских инженеров. 2017. № 4 (63). С. 139-145.

36. Гайджуров П.П., Арустамян К.Г. Конечно-элементный анализ напряженно деформированного состояния рамно-связевого каркаса с учетом последовательности возведения// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2018. № 4 (200). С. 92-97.

37. Тарасов А.В. Экспериментально-теоретическое исследование рамных констуркций из стальных тонкостенных холодногнутных профилей// дисс. на соиск. учен. степ. д.т.н. Спец.: 05.23.01. Томск, 2013.

38. Устименко Е.Е., Скачков С.В. Использование тензодатчиков при определении напряженно деформированного состояния шарнирно-стержневой рамы// Инженерный вестник Дона. 2019. № 3 (54). С. 50.

39. Бочкарева С.А., Люкшин Б.А., Попович С.И. и Реутов А.И. Оценка надежности объкта, конструкции и прочего начинается с анализа его назначения, режима работы и условий эксплуатаций// Безопасность и живучесть технических систем. Труды IV Всероссийской конференции. В 2-х томах. 2012. С. 104-109.

40. Кукарцева А.С. и Кравчук В.А. Рамные каркасы с использованием предварительно напряженных элементов// Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ. 2011. Т. 2. С. 88-92.

41. Шварцман Б. С. Экстраполяционный метод нахождения численных решений с заданной точностью//Строительная механика и расчёт сооружений. 1992. С. 157-162.

42. Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1969. 424с.

43. Kacianauskas R., Samofalov M. Semi-analitical finite elements for the stability analysis of thin-walled beams/R. Kacianauskas//Conference on Computational Mechanics. June 26-29, 2001 Cracow. Poland

44. Semenov A.S., Melnikov B.E., Gorokhov M.Yu., Ulbricht, V. Prevention of cyclic instability at the modeling of elasto-plastic deformation at large strains under proportional and non-proportional loading//Proc. of 9th International Workshop on Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. Poland. Nanodesign, Technology, and Computer Simulations. Proc. of SPIE. Washington. 2007. Vol. 6597. Pp. 6597101-6597118.

45. Перельмутер А. В., Сливкер В. И., Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. М: Изд-во СКАД СОФТ, 2010. Том 2. 672 с.

46. Перельмутер А.В., Сливкер В.И., Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. т. 3/А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. М: Изд-во СКАД СОФТ, 2011. 388 с.

47. Мельников Б. Е., Семенов А. С., Семенов С. Г. Многомодельный анализ упругопластического деформирования материалов и конструкций. Современное состояние//Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. №53. С. 48-57

48. Ватин Н. И., Рыбаков В. А. Расчет металлоконструкций: седьмая степень свободы//Журнал «СтройПРОФИль». 2007. № 3(57). С.32-35.

49. Якубовский В.Б., Ермолаев Н., Акридин Д., Испытания бетонных конструкций и сооружений. Высшая школа. Москва. 2005. С.27-41

50. Сухарев И.П., Экспериментальные методы исследования деформаций и прочности, Машиностроение, Москва. 2007. С.57-62

51. Павлов П.А., Диссертация. Кандидат технических наук. Москва. 2011. С.72-84

52. Злочевский А.Б., Экспериментальные методы в строительной механике, Стройиздат, Москва. 2003. С.91-110

53. Коршунов Д.А., Сидоренко М., Ялов Г., Бетон и железобетон 3, 15 Санкт-Петербург. 2017. С.17-24

54. Финк К. Измерение напряжений и деформаций. Москва. Машгиз. 2001

55. Феодосиев В.И., Сопротивление материалов. Наука. Москва. 2008

56. Варламов А.А., Известия КГАСУ №29, С.19-26.

57. Шумейко В.И., Кудинов О.А. Об особенностях проектирования уникальных, большепролётных и высотных зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона. 2013. № 4. 

58. Войлоков И.А. Развитие рынка сборных железобетонных конструкций и его перспективы // Инфстрой. 2008. № 1/2 (37/38). С. 50–53. 

59. Packer J.A., Wardenier J., Zhao X., Van der Vegte A., Kurobane Y. Design Guide for Rectangular Hollow Section (RHS) Joints. Second Edition. Toronto, 2009. 149 p. 

60. Calavera J. Manual for Detailing Reinforced Concrete Structures to EC2. London, 2012. 495 p. 

61. Мордич А.И., Белевич В.Н., Симбиркин В.Н., Навой Д.И. Опыт практического применения и основные результаты натурных испытаний сборно-монолитного каркаса БелНИИС // Бюллетень строительной техники. 2004. 

62. Перельмутер А.В. Беседы о строительной механики. М.: АСВ, 2014. 251 с. 

63. Поветкин М.С. Напряжённо-деформированное состояние усиленных под нагрузкой железобетонных изгибаемых преднапряжённых элементов: Дис. … канд. техн. Наук: 05.23.01. Курск, 2009. 187 с. 

64. Скобелева Е.А. Деформирование преднапряжённых железобетонных изгибаемых элементов составного сечения: Дис. … канд. техн. Наук: 05.23.01. Орёл, 2008. 208 с. 

65. Кабанцев О.В., Карлин А.В. Расчёт несущих конструкций зданий с учётом истории возведения и поэтапного изменения основных параметров расчётной модели // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 7. С. 33–35

66. Кабанцев О.В., Тамразян А.Г. Учёт изменений расчётной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5. С. 15–28. 

67. Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. Киев: Факт, 2007. 394 с. 

68. Городецкий А.С., Батрак Л.Г., Городецкий Д.А., Лазнюк М.В., Юсипенко С.В. Расчёт и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона. Киев: Факт, 2004. 106 с. 

69. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчётные модели сооружений и возможность их анализа. Киев: Изд-во «Сталь», 2002. 600 с. 

70. Kim H.S., Shin A.K. Column Shortening Analysis with Lumped Construction Sequences // Procedia Engineering. 2011. Vol. 14. Pp. 1791-1798. 

71. Pan B., Li G. Finite element simulation of cantilever construction structure // International Conference on Innovations in Electrical and Civic Engineering (ICIECE 2012) Phuket, 2012. Pp. 181–186. 

72. Shi Q., Lu A., Zhao H., Wu A. Development and application of the adaptive mesh technique in the three-dimensional numerical simulation of the welding process // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 121. № 2-3. Pp. 167–172. 

73.   Capriccioli A., Frosi P. Multipurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation // Fusion Engineering and Design. 2009. Vol. 84. № 2–6. Pp. 546–553. 

74. Song J.Y. Simulation and analysis of construction process of Juancheng Yellow River Highway // Journal of Harbin Institute of Technology. 2010. Vol. 42. No. 1. Pp. 266–269. 

75. Ates S. Numerical modeling of continuous concrete box girder bridges considering construction stages // Applied Mathematical Modeling. 2011. Vol. 35. № 8. Pp. 3809–3820. 

76. Mitsui K., Kanemitsu T. Construction process analysis for structure by genetic algorithm // Proceedings of the 40 Anniversary Congress “Shell and Structures: From recent Past to the next Millennium”. Madrid, 1999. Pp. 31–36. 

77. Aoyama H. Design of Modern Ighrise Reinforced Concrete Structures. London, 2001. 462 p. 

78. Горпинченко, В.М., Егоров, М.И. Мониторинг эксплуатационной пригодности особо ответственных, сложных и уникальных сооружений. // Промышленное и гражданское строитель-ство, 2004. – №10.

79. Дорофеев, В.М., Катренко, В.Г., Назьмов, Н.В. Автоматизированная станция мониторинга технического состояния несущих конструкций высотных зданий. Уникальные и специальные технологии в строительстве (UST-Build 2005). М.: ЦНТСМО, 2005. – С. 66–67.

80. Городецкий Д.А., Барабаш Р.Ю., Водопьянов В.П., Титок Е.А., ЛИРА САПР. Пособие. 2013.-С.376-382

Анализ известных методов показал, что при незначительной модификации локального метода подъема груза можно избавиться от многих недостатков этого метода и расширить его область применения. Для этого необходимо нанести вывод датчиков на поверхность железобетонной конструкции.
Сделать надрезы вокруг каждого датчика с образованием призматического образца и извлечь полученный образец с наклеенным на него датчиком. Из результатов испытаний Варламова А., Римшина В и Тверского С. было получено, что даже при достаточно глубокой ране влияние массива на образец сохраняется. И только полное извлечение образца с помощью датчика дает гарантии об устранении влияния массива структуры на деформацию образца.
Удаление образца из массива дает и другие преимущества. При испытании образца мы получаем не только прямую пр