13.Построение конечно-элементных моделей

Идеализация конструктивных решений во многих случаях связана с идеализацией геометрии. Однако, в ряде случаев она имеет самостоятельное значение. В природе не сушествует ни «чистых» шарниров, ни «абсолютно жесткого» соединения элементов. Поэтому, инженер должен принять решение о то, как идеализировать отдельные конструктивные узлы, чтобы максимально адекватно смоделировать их действительную работу.Важным вопросом идеализации является принятые решения о возможности расчета по деформированной схеме. Рамы, плиты, балки небольших пролетов, как правило, рассчитываются по недеформированной схеме. Тенты, мембраны, вантовые конструкции надо рассчитывать по деформированной схеме. Однако имеется целый ряд конструкций, для которых изменение геометрии может существенно повлиять на напряженно-деформированное состояние и инженер в этом случае должен принять соответствующее решение.Вообще, вопрос идеализации конструктивных решений очень многозначен, и невозможно охватить это многообразие. Важно, чтобы инженер всегда понимал, что осуществляя построение компьютерной модели он идеализирует конструкцию и всегда должен оценивать адекватность этой идеализации.Выбор типов конечных элементов и построение конечно-элементной сетки.При решении практических задач часто возникают вопросы, связанные с выбором типа элемента. Ведь для решения одной и той же задачи (например, изгиба плиты) существует целый набор конечных элементов, имеющих различные свойства.К сожалению, в программных комплексах могут встречаться конечные элементы, не имеющие сходимости (конечный элемент плиты Пшеменицкого, треугольник Зенкевича и др.), т. е. при сгущении сетки как будто бы имеется сходимость к какому-то решению, но это решение может отстоять очень далеко от точного. Поэтому при использовании какого-либо программного комплекса пользователь должен убедиться, что для всех КЭ этого комплекса проведены исследования и получены оценки порядка сходимости по перемещениям и напряжениям.

14. Стратификация расчетных моделей.

15. Фрагментация

16.Вопросы проектирования плоских монолитных ж.Б. Перекрытий.

Метод конечных элементов, на котором базируется большинство современных вычислительных комплексов, относится к приближенным методам расчета. Тем не менее, сгущая сетку конечных элементов (путем последовательных приближений), можно приблизиться к точному решению. В этом случае при определении напряженно-деформированного состояния учитываются все силовые факторы, которые возникают в плите: изгибающие и крутящий моменты, поперечные силы. В основе традиционного расчета по приближенной расчетной модели, которая базируется на методе предельного равновесия, лежит ряд упрощающих гипотез: • плиту в состоянии предельного равновесия рассматривают как систему плоских звеньев, соединенных друг с другом по линии излома пластическими шарнирами, которые возникают в пролете по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок; • упругое защемление контура плиты (между балками) заменяют жестким; • жесткое соединение ребер (между собой) заменяют упругим. В частности, это касается расчетной схемы поперечного ребра при расчете сборной ребристой плиты перекрытия, которое представляет собой балку на двух шарнирных опорах. В действительности от заданной нагрузки в продольных ребрах возникает крутящий момент. Из условий равновесия узлов крутящий момент в продольном ребре будет изгибающим для поперечного — тогда действительная эпюра моментов будет иметь вид, представленный на рис. 2. Естественно, в случаях, когда соотношение габаритных размеров плиты больше 4, величина опорного момента достаточно мала по сравнению с пролетным и им можно пренебречь. В то же время при меньших соотношениях (поскольку короткий стержень лучше оказывает сопротивление кручению) величина опорного момента в поперечном ребре становится сравнима с пролетным моментом и будет заметно влиять на величину усилия и, как следствие, на значение подобранной арматуры; • нагрузки на ребра принимают по гипотетической схеме (в виде треугольников или трапеций). Кроме того, необходимо подчеркнуть ограниченность класса задач, которые можно решить с помощью метода предельного равновесия (для плиты произвольного очертания неизвестна схема излома), принципиальную неприемлемость метода при комбинациях нагрузок, а также то, что данный метод абсолютно ничего не говорит о трещиностойкости плит. Все это касается плит, опертых по контуру, в которых соотношение сторон не превышает 3. Для так называемых балочных плит (в которых l1 / l2 >3 ) суть расчета состоит в том, что на поле плиты вырезают полосы шириной 1 м вдоль короткой стороны и расчетная схема плиты представляет собой многопролетную неразрезную балку. Поскольку плиту рассматривают между гранями балок, это позволяет уменьшить расчетные пролеты и, как следствие, пролетные моменты, опорные моменты и соответственно площадь подобранной арматуры. При расчете как балочных плит, так и плит, которые оперты по контуру, крутящий момент во внимание не принимается.

17. Монолитные ребристые перекрытия с балочными плитами Монолитные ребристые перекрытия состоят из плит, второстепенных балок и главных балок, которые бетонируются вместе и представляют собой единую конструкцию. Плита опирается на второстепенные балки, а второстепенные — на главные балки, опорами которых служат колонны и стены. Проектирование монолитного перекрытия включает в себя компоновку конструктивной схемы, расчет плит, второстепенных и главных балок, их конструирование. При компоновке выбирают сетку и шаг колонн, направление главных балок, шаг второстепенных балок. Это производится с учетом назначения сооружения, архитектурно-планировочного решения, технико-экономических показателей. Главные балки располагаются параллельно продольным стенам или перпендикулярно им и имеют пролет l1 = 6...8 м. Первое решение выгодно при необходимости лучшей освещенности потолка, второе целесообразно при больших оконных проемах и необходимости обеспечить жесткость здания в поперечном направлении. Пролет второстепенных балок l2=5...7м, плит l=1,5...3 м. ■Расчет и конструирование балочной плиты. Различают плиты монолитных перекрытийбалочныеиопертыепоконтуру. Вбалочных плитах, характеризуемых соотношением ly/lx>2, кривизна плиты и изгибающие моменты от нагрузки значительно больше в поперечном направлении, чем в продольном. Поэтому изгибом в продольном направлении пренебрегают. В плитах, опертых по контуру, необходимо учитывать изгиб в обоих направлениях. В ребристых перекрытиях наиболее часто встречаются балочные плиты. Для расчета таких плит выделяют полосу шириной 1 м и рассматривают ее как неразрезную балку, опертую на второстепенные балки и наружные стены. Расчет плиты производят с учетом перераспределения усилий, при этом в целях упрощения конструирования принимают : в первом пролете и на первой промежуточной опоре в средних пролетах и на средних опорах. Расчетная схема и армирование монолитных балочных плит Расчетное значение средних пролетов принимают равным расстоянию между гранями второстепенных балок l02 = l2—b, крайних пролетов (при свободном опирании одного конца плиты на стену) — расстоянию между гранью ребра балки и осью опоры на стене l01=l1—0,5b. В балочных плитах, окаймленных по контуру балками, горизонтальным смещениям опорных сечений препятствует распор Н, возникающий вследствие жесткости этих балок и повышающий несущую способность плиты. Учитывают это явление путем снижения моментов в средних пролетах и на средних опорах на 20%. Площадь арматуры в расчетных сечениях определяют как для прямоугольного сечения с одиночной арматурой шириной b=100 см и высотой hf. Расчет плит по наклонным сечениям не производят, так как практически всегда соблюдается условие. Армирование многопролетных балочных плит осуществляют, как правило, сварными рулонными сетками. При этом для плит с hf=6...10 см обычно применяют непрерывное армирование рулонными сетками с продольной рабочей арматурой (d≤5 мм), а для плит с hf>10 см — раздельное армирование плоскими или рулонными сетками с поперечной рабочей арматурой. При непрерывном армировании основную арматуру с площадью As подбирают по моменту ql/16, а в первом пролете и над первой опорой устанавливают дополнительную арматуру ΔAs, подбирая по моменту ΔM=ql/11-ql/16. При сложном форме плит, наличии неупорядоченных отверстий, реконструкции возможно применение вязаных сеток. ■Расчет и конструирование второстепенной балки. Торостепеннуюбалкурассчитывают какнеразрезнуюконструкцию, опирающуюся на главныебалкии наружныестенына равномернораспределеннуюнагрузку, передаваемуюплитойсполосы bf , и нагрузку от собственной массы g2 балки. Изгибающие моменты и поперечные силы при равных или отличающихся друг от друга в пределах 20% пролетах определяют с учетом перераспределения усилий по формулам: в первом пролете; на первой от края опоре; в остальных пролетах и над опорами; на первой промежуточной опоре справа и на всех остальных опорах. Для определения отрицательных моментов в пролетах и рационального размещения арматуры по длине второстепенной балки рекомендуется строить огибающие эпюры моментов. При этом учитывают разгружающее влияние главной балки, создающей дополнительное закрепление на опорах. Размеры сечения уточняют по моменту на первой промежуточной опоре. Затем унифицируют размеры и подбирают рабочую арматуру в расчетных нормальных сечениях: в первом и средних пролетах — как для таврового сечения, на первой промежуточной и средних опорах — как для прямоугольного шириной b. На действие отрицательного момента в средних пролетах расчет ведут как для прямоугольного сечения. Расчет поперечного сечения выполняют для трех наклонных сечений: у крайней свободной опоры и у первой промежуточной опоры слева и справа. Второстепенные балки армируют в пролете сварными каркасами, которые доводят до опор элемента и соединяют с каркасами следующего пролета стыковыми стержнями d1>0,5d, заводимыми за грани балки, в каждый пролет на длину не менее 15d1. На промежуточных опорах балки армируют узкими сетками или широкими сварными сетками с поперечной рабочей арматурой, раскатываемыми над главными балками. Если сеток две, то они в целях экономии стали смещаются друг относительно друга. ■Расчет иконструирование главныхбалок. На главную балку передаются постоянные и временные сосредоточенные нагрузки от второстепенных балок, равные их опорным реакциям. Кроме того, учитывается собственная масса главной балки, которую разрешается приводить к сосредоточенным грузам, приложенным в местах опирания второстепенных балок и равным массе участков главной балки между второстепенными балками. В расчетном отношении главная балка монолитного ребристого перекрытия рассматривается как неразрезная, загруженная сосредоточенными грузами. Изгибающие моменты и поперечные силы определяют с учетом перераспределения усилий. Размеры сечений главной балки уточняют по моменту у грани колонны, так как над главными балками располагается арматура плиты и сеток второстепенных балок. Расчетное сечение главных балок принимают в пролете — тавровое, на опоре—прямоугольное. В пролете главную балку армируют 2...3 плоскими каркасами, соединенными перед установкой в пространственный каркас. При наличии третьего каркаса его обычно не доводят до грани опоры, обрывая в соответствии с эпюрой моментов. На опоре главная балка армируется двумя самостоятельными каркасами с рабочей арматурой вверху. На главную балку нагрузка от второстепенной передается через сжатую зону последней. Эта нагрузка воспринимается поперечной арматурой главной балки, а при необходимости ставятся дополнительные сетки.