1 ПРИМЕРЫ УЧЕТА НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ В РАСЧЕТАХ КОНСТРУКЦИЙ А.Н.Бамбура, А.Б.Гурковский – НИИСК, г.Киев

2 Проектирование современных сооружений всегда связано с необходимостью реализации все более сложных архитектурных решений. При этом перед проектировщиком возникает вопрос выбора конструктивных схем, материалов и их сочетаний, которые позволили б максимально полно и экономически эффективно отобразить архитектурные решения, обеспечить достаточную надежность сооружений. Постоянный поиск новых конструктивных решений позволяет выявить наиболее острые недостатки в существующих нормативных документах, определять направления их развития. Такие задачи являются полезными и для разработчиков современных программных комплексов по расчету и проектированию зданий, сооружений и их конструкций, поскольку их решение может служить критерием и источником развития.

3 1. Современные нормы на расчет и проектирование железобетонных конструкций не дают возможности достаточно четко, на инженерном уровне, решать задачи возникающие при проектировании сложных железобетонных конструкций. Это, в первую очередь, касается отсутствия четких указаний по назначению жесткостных характеристик элементов при расчете сложных пространственных систем, недостаточного учета влияния сложного напряженного состояния на прочностные и деформативные характеристики бетона, отсутствия нормированных характеристик диаграмм деформирования бетона и стали. 1. Современные нормы на расчет и проектирование железобетонных конструкций не дают возможности достаточно четко, на инженерном уровне, решать задачи возникающие при проектировании сложных железобетонных конструкций. Это, в первую очередь, касается отсутствия четких указаний по назначению жесткостных характеристик элементов при расчете сложных пространственных систем, недостаточного учета влияния сложного напряженного состояния на прочностные и деформативные характеристики бетона, отсутствия нормированных характеристик диаграмм деформирования бетона и стали. 2. Современные программные комплексы позволяют решать указанные задачи с необходимой точностью лишь с наложением многочисленных дополнительных условий, что возможно только при достаточной квалификации исполнителей. Такое положение вещей является угрожающим, поскольку необходимость в сложных расчетах с каждым годом увеличивается, к ним привлекается все большее количество инженеров, однако четких указаний по их выполнению не существует. Каждый из разработчиков программных комплексов решает проблему подготовки пользователей самостоятельно. Однако они не могут гарантировать, что каждый из пользователей будет иметь достаточный уровень подготовки, а программный комплекс предупредит ошибку. 2. Современные программные комплексы позволяют решать указанные задачи с необходимой точностью лишь с наложением многочисленных дополнительных условий, что возможно только при достаточной квалификации исполнителей. Такое положение вещей является угрожающим, поскольку необходимость в сложных расчетах с каждым годом увеличивается, к ним привлекается все большее количество инженеров, однако четких указаний по их выполнению не существует. Каждый из разработчиков программных комплексов решает проблему подготовки пользователей самостоятельно. Однако они не могут гарантировать, что каждый из пользователей будет иметь достаточный уровень подготовки, а программный комплекс предупредит ошибку. 3. Выполненные расчеты широкого спектра зданий и сооружений подтвердили несогласованность действующих нормативных документов – на расчет и проектирование бетонных и железобетонных конструкций, металлических конструкций, оснований и фундаментов, на нагрузки и воздействия, на проектирование в сейсмических районах и в сложных инженерно-геологических условиях. Такая несогласованность является недопустимой с точки зрения гарантий безопасности проектируемых объектов, поскольку дает возможность получать неоднозначные решения при использовании разных нормативных документов. 3. Выполненные расчеты широкого спектра зданий и сооружений подтвердили несогласованность действующих нормативных документов – на расчет и проектирование бетонных и железобетонных конструкций, металлических конструкций, оснований и фундаментов, на нагрузки и воздействия, на проектирование в сейсмических районах и в сложных инженерно-геологических условиях. Такая несогласованность является недопустимой с точки зрения гарантий безопасности проектируемых объектов, поскольку дает возможность получать неоднозначные решения при использовании разных нормативных документов.

4 Диаграммы деформирования материалов Диаграмма деформирования бетона при кратковременном сжатии Нелинейная диаграмма деформирования материала (для моделирования работы бетона) в среде Лира- Windows

5 Диаграммы деформирования материалов Диаграмма деформирования арматурной стали с физической площадкой текучести Диаграмма деформирования материала (для моделирования работы арматуры) в среде Лира- Windows

PP Расчетная схема Графики «момент- прогиб 1 – экспериментальная кривая; 2 – линейный расчет; 3 - нелинейный расчет по Лире – Windows (экспоненциальная зависимость - бетона); 4 – кривая, полученная на основе использования реальной диаграммы - бетона

7 Диаграммы деформирования материалов Диаграммы деформирования бетона при длительном действии нагрузки Диграмма деформирования бетона при режиме кратковременное загружение – длительное действие нагрузки – кратковременное догружение

8 Изменение напряжений в бетоне сжатой зоны балки режиме кратковременное загружение – длительное действие нагрузки – кратковременное догружение Зависимость Момент- кривизна при режиме кратковременное загружение – длительное действие нагрузки – кратковременное догружение М, кНхм б) М, кНхм, м -1

9

10 Стилобатная часть

11 16/1 А4 Р1Р1 Схема расположения колонн и монолитных стен в стилобатной части

12 Эпюры усилий в колоннах, расположенных возле монолитных стен, от собственного веса несущих конструкций при упругом расчете

13 Изополя изгибающих моментов и перерезывающих сил в плите перекрытия 20 тс.м/м

14 График зависимости N- для круглой колонны диаметром 1100 мм N, МН

15 График зависимости М – æ для сечения плиты перекрытия М, кНм æ

16 Вычисление фиктивного модуля деформации по методике НИИСК На каждом шаге вычисляется жесткость В=М/ æ На каждом шаге вычисляется жесткость В=М/ æ При упругом расчете жесткость равна При упругом расчете жесткость равна Таким образом, приравнивая жесткости, находим Таким образом, приравнивая жесткости, находим

17 Усилия от собственного веса несущих конструкций при нелинейном расчете Эпюры усилий в колоннах Изополя изгибающих моментов в плите перекрытия 3,3 тс.м/м -3,7

18 Вид фрагмента здания

19 Конструктивная схема здания и фрагменты компьютерной модели

20 Конструктивная схема здания и фрагменты компьютерной модели

21 Діюче навантаження 1 – модуль неизменный, 2 – модуль изменен в 2 раза, 3 – модуль изменен в 4 раза Диаграмма «М - 1/r» фундаментной плиты в осях 3/109 Схема изменения модуля деформирования

22 Результаты расчета Изополя изгибающих моментов в фундаментной плите При линейном расчете При нелинейном расчете

23 Результаты расчета Изополя напряжений под подошвой фундамента

24 Результаты расчета пространственной модели узла (упругой) Напряжения на вертикальных площадках Напряжения на горизонтальных площадках

25 Результаты расчета пространственной модели узла (нелинейной) Распределение вертикальных напряжений

26 Результаты расчета плоской модели узла Направления главных площадокПодобранная арматура

27 b N ПРИМЕР РАСЧЕТА УСИЛЕНИЯ КОЛОННЫ Диаграмма деформирования сечения до усиления Диаграмма деформирования обоймы усиления Уровень нагрузки до усиления Несущая способность после усиления