Введение

На современном рынке САПР существует множество программных продуктов для расчета и анализа строительных конструкций. Одним из наиболее распространенных является Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2014. Этот продукт компании Autodesk предоставляет проектировщикам полный набор инструментов для расчета и анализа конструкций зданий любого размера и сложности, позволяет организовать непрерывный рабочий процесс и обеспечивает взаимодействие с Autodesk Revit Structure, расширяя применение технологии информационного моделирования зданий (BIM) и давая инженерам возможность быстрее выполнять комплексные расчеты и анализ конструкций.

Методика моделирования аварий

Очень часто при проектировании встает вопрос о том, каким образом возможно учесть «живучесть» строительных конструкций. Под «живучестью» понимают свойство конструкции сохранять общую несущую способность при локальных разрушениях, вызванных природными и техногенными воздействиями в течение некоторого времени.

Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2014 позволяет выявлять наиболее нагруженный элемент и моделировать его отказ, полностью или частично выводя его из строя. В результате может быть получена конструкция с перераспределением усилий. Вводя в расчеты временной и вероятностный факторы, можно смоделировать на компьютере аварию.

Ниже приведена методика моделирования возможных вариантов обрушений лучевой-хордовой арки [1] в Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2014. Лучевая-хордовая арка — это стропильная конструкция (рис. 1), элементы которой соединены между собой системой затяжек.

Рис. 1. Схема стропильной конструкции с пролетом L, высотой H, стрелой подъема f
Рис. 1. Схема стропильной конструкции с пролетом L, высотой H, стрелой подъема f

Исходными для анализа будут служить следующие данные: пролет L = 18 м, стрела подъема H = 5 м, нагрузка на каждый узел F = 1 кН (рис. 1).

Для создания в программном комплексе расчетной схемы сначала необходимо посчитать координаты характерных точек конструкции (рис. 2).

Рис. 2. Геометрические параметры расчетной схемы для программного комплекса
Рис. 2. Геометрические параметры расчетной схемы для программного комплекса

Модель расчетной схемы задается с помощью команд Узлы и Стержни путем описания координат точек и соединения их с помощью стержней (рис. 3).

Рис. 3. Расчетная схема в программном комплексе
Рис. 3. Расчетная схема в программном комплексе

С помощью команды Опоры выполняется назначение опор: левая — шарнирнонеподвижная (запрещаются перемещения UX и UZ), правая — шарнирноподвижная (запрещаются перемещения UZ). С помощью команды Сечение стержня стержням самой арки из базы назначаются ДШ 20×1 по СТО АСЧМ 20−93, затяжкам — КРУГ 30 по ГОСТ 2590–88. В Свойствах стержней нужно изменить материал — Сталь С245 и определить необходимые защемления каждого стержня. Далее, переходя в раздел Нагрузки, необходимо создать новые загружения: Собственный вес и Единичное загружение (рис. 4).

Рис. 4. Нагружение схемы
Рис. 4. Нагружение схемы

После задания всех параметров необходимо выполнить расчет полученной схемы. Его результаты показаны на рис. 5.

Рис. 5. Эпюра усилий N (кН) от единичного загружения
Рис. 5. Эпюра усилий N (кН) от единичного загружения

Далее путем исключения из схемы наиболее нагруженных затяжек моделируются аварии (рис. 5). Полученные результаты перераспределения работы элементов конструкции представлены в табл. 1.

Вид схемы Предполагаемые обрушенные стержни (рис. 1) Эпюра усилий N (кН)
1 № 27
2 № 27, 17
3 № 27, 17, 20
4 № 27, 17, 20, 26
5 № 27, 17, 20, 26, 25
6 № 27, 17, 20, 26, 25, 24

Благодаря полученным результатам о распределении усилий при возможных локальных обрушениях от единичной нагрузки можно запроектировать конструкцию таким образом, чтобы при разрушении каких-либо элементов не происходило полное обрушение системы. Анализ полученных результатов свидетельствует, что конструкция лучевой-хордовой арки «живуча». В дальнейшем планируется решение задачи по оптимизации этого рода систем с помощью упомянутого выше расчетного комплекса.

Заключение

С помощью подобного рода методики можно смоделировать любую аварию как в реальных, так и в проектируемых системах, а благодаря удобной и быстрой работе программного продукта Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2014 сделать это достаточно просто.

Литература

  1. Ибрагимов А.М., Кукушкин И.С., Анализ «живучести» лучевой арки // Промышленное и гражданское строительство, № 8, 2013, с. 63−65.
  2. Ибрагимов А.М., Кукушкин И.С., Стропильная конструкция — лучевая-хордовая арка // Промышленное и гражданское строительство, № 9, 2013 (в печати).
  3. Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях [Текст] // Строительная механика и расчет сооружений, № 4, 2009, с. 5−9.
Игорь Кукушкин,
специалист CSoft Иваново,
аспирант Ивановского государственного
политехнического университета
Тел.: (4932) 33−3698
E-mail: