Детерминированный анализ металлических каркасов
Введение
Основные этапы развития моделей нелинейных систем
Методы решения уравнений движения
Моделирование нелинейной работы элементов конструкций
Методы определения напряжений и деформаций упругопластического тела
Основные направления исследований нелинейных систем
Вывод уравнений движения для нелинейной системы
Формирование матрицы масс
Формирование матрицы коэффициентов затухания
Задание динамической нагрузки
Формирование расчетных динамических моделей
Сокращение несущественных степеней свободы
Сокращение поступательных степеней свободы
Моделирование грунтового основания
Расчетные модели сейсмоизолированных систем
Расчетная модель составного металлического стержня
Основные положения теории пластичности
Функция упрочнения
Определение жесткостных характеристик
Определение модуля упругости замещающей системы
Критерии разрушения
Общая схема решения
Наборы элементов
Используемые алгоритмы
Жесткость элемента в упругой линейной постановке
Построение матриц жесткости стержня в упругой стадии работы
Учет геометрической нелинейности
Алгоритм расчета стержневой системы на статические нагрузки
Алгоритм детерминированного динамического анализа
Определение оптимального количества конечных элементов
Верификация программы в упругой стадии
Верификация блока определения усилий и перемещений
Верификация блока динамики
Исследования трубчатых образцов
Балка-стенка в условиях чистого изгиба
Экспериментальные исследования фрагментов стальной рамы
Сравнение с методикой А. В. Геммерлинга
Двухмассовая система виброизолированного объекта
Соударение двух зданий
Расчет двухярусной стальной рамы на сейсмические нагрузки
Исследование стальной рамы на воздействие одиночного импульса
Девятиэтажное панельное здание
Исследование стальной рамы на одиночный импульс
Реакция каркаса под вибростол в переходном режиме
Исследование влияния продольного изгиба стоек
Двухмассовая система
Десятиэтажное рамно-связевое здание
Исследование системы железобетонный каркас
Здание с гибким нижним этажом
Жесткое здание с гибкими этажами
Пространственный стальной каркас3
Численное исследование элементов сейсмоизоляции
Сейсмоизоляция с сухим трением
Сейсмоизоляция с демпферами вязкого трения
Заключение

Детерминированный анализ металлических каркасов

Введение

Ответственные сооружения и высокие здания в сейсмических районах выполняются в основном в металлических конструкциях. Другие виды экстремальных нагрузок связаны в основном с производственной деятельностью, а производственные сооружения выполняются, как правило, в металле. Все чаще металлические конструкции находят применение в гражданском и даже в жилищном строительстве. По своим технико-экономическим показателям металл является наиболее эффективным материалом. Поэтому разработка методов, позволяющих численно исследовать стержневые металлические конструкции на любые динамические воздействия высокой интенсивности, является в настоящее время актуальной задачей.

Традиционно расчет строительных конструкций, в том числе и металлических каркасов, ведется в два этапа. На первом этапе определяют усилия в элементах каркаса исходя из предположения упруго-линейной работы. На втором этапе производят расчет сечений элементов с учетом продольного изгиба и неупругого поведения материала. При проектировании металлических каркасов на эксплуатационные нагрузки, когда неупругие деформации незначительны, эта методика дает удовлетворительные результаты, но даже и в этом случае недостатки такого подхода очевидны.

Кроме эксплуатационных нагрузок, при действии которых материал конструкции находится в основном в упругой стадии работы, существуют особые нагрузки. Это прежде всего сейсмические воздействия, а также всевозможные аварийные (взрывные, ударные и пр.) нагрузки. Основной особенностью этих нагрузок является их динамический характер. Как правило, особые нагрузки характеризуются высокой интенсивностью и малой вероятностью возникновения в период жизненного цикла конструкции. От действия особых нагрузок в конструкциях допустимы значительные пластические деформации и даже частичные разрушения. В связи с развитием значительных неупругих деформаций меняются динамические характеристики конструкции. Изменение динамических характеристик ведет к изменению характера и величины отклика (реакции) конструкции на воздействие. В связи с этим зависимость между перемещениями и усилиями приобретает существенно нелинейный характер.

В настоящее время для анализа динамической реакции зданий и сооружений применяются два принципиальных подхода: детерминированный и вероятностный. Выбор метода зависит от способа определения нагрузки. Детерминированный метод применяется, когда изменение нагрузки во времени хорошо известно, даже если она является нерегулярной и носит случайный характер. Анализ динамической реакции в детерминированном методе, как правило, выполняется на всем временном интервале. Такой анализ может быть осуществлен как прямыми методами интегрирования уравнений движения, так и непосредственным интегрированием интеграла Дюамеля. В последнем случае уравнения колебаний преобразуются к нормальным (модальным) координатам.

В действующих нормах используется метод, основанный на спектральной теории. Расчет не ставит задачи исследования динамической реакции во времени. Вместо этого определяется вероятное максимальное значение динамической реакции в зависимости от основных динамических характеристик конструкции и нагрузки. Для тех видов конструкций, работа которых хорошо исследована, и типов воздействий, для которых накоплен большой статистический материал, такой подход вполне оправдан. Например, хорошо изучены последствия сильных землетрясений в отношении конструкций массового строительства [2, 5, 7, 30, 61, 102] и соответственно разработаны надежные рекомендации по оптимальному проектированию таких конструкций. Для новых конструктивных решений, ответственных сооружений и высоких зданий нормами сейсмостойкого строительства предписан расчет по акселеро-граммам землетрясений. При этом необходим учет возможности развития неупругих деформаций конструкций. То же самое относится к другим видам особых нагрузок. В то же время единой методики и рекомендаций по проведению временного детерминированного анализа в настоящее время не существует.

На протяжении последнего десятилетия благодаря появлению мощных ЭВМ успешно развиваются методы численного анализа строительных конструкций. Современный уровень развития МКЭ и возможности программных комплексов на его основе позволяют в принципе рассчитывать достаточно сложные конструкции. Тем не менее возможности этих комплексов в неупругой постановке весьма ограничены. Во многих случаях они неприменимы или дают недостоверные результаты. Поэтому существует необходимость разработки специализированных алгоритмов расчета, учитывающих специфические особенности некоторых классов конструкций (учет не только пластических деформаций, но и эффектов демпфирования при колебаниях, работы элементов сейсмозащиты, сил трения и т. д.). Для некоторых типов конструкций и видов воздействий разработаны методики, позволяющие учесть различные специфические факторы. При этом выбор той или иной методики проведения динамического анализа и интерпретация полученных результатов в значительной мере зависят от опыта и интуиции исследователя.

Значительный теоретический и экспериментальный материал по поведению металлических конструкций за упругим пределом их работы, существующий в настоящее время, позволяет создать универсальный метод расчета металлических каркасов на различные виды динамических воздействий с учетом специфических особенностей конструкций.



 
Яндекс.Метрика