Модули Физическая и Геометрическая нелинейность. Складское здание

23.04.2021 Модули Физическая и Геометрическая нелинейность. Складское здание
Автор: Шакиров Александр Юрьевич

В качестве практического задания было рассмотрено складское здание с этажеркой.

 Рисунок1.png

Рис.1.1.1. Общий вид здания

В качестве практического задания было рассмотрено складское здание с этажеркой. Здание складского типа, одноэтажное. Размеры по осям  17.700х42.750м. Высота до низа несущих конструкций покрытия – 11.900м.

Вертикальные несущие конструкции   –   железобетонные колонны с металлическими надколонниками из сварных двутавров. Несущие конструкции покрытия  –  стальные фермы с поясами из широкополочных двутавров и решеткой из профильной трубы. Геометрическая неизменяемость каркаса в плоскости рам обеспечивается самой рамой каркаса, из плоскости рам и по покрытию  –  распорками и диагональными связями. На отм.  +4.500  между осями  6-7  располагается этажерка из железобетона.

Задача: смоделировать здание, выполнить расчет в линейной постановке, выполнить сравнительный расчет отдельных элементов с учетом нелинейности.

Построим модель здания и назначим сечения элементов:

 Рисунок2.png

Рис.1.1.2. Принятые сечения элементов каркаса

Назначим материалы для элементов:

 Рисунок3.png

Рис.1.1.3. Материалы

Назначим линейные загружения и сочетания нагрузок:

 Рисунок4.png

Рис.1.1.4. Загружения и сочетания

Произведем линейный расчет:

 Рисунок5.png

Рис.1.1.5. Деформированная схема при основном сочетании

Рисунок6.png

Рис.1.1.6. Пример усилий в стержнях

 Рисунок7.png

Рис.1.1.7. Пример усилий в пластинах

Геометрическая нелинейность

Для проверки работы данного модуля создадим новый файл с пометкой «нелинейность». В загружениях оставим только те нагрузки, которые имеют ненулевую долю длительности. Список загружений:

 Рисунок8.png

Рис.1.1.8. Нелинейные загружения

Зададим автоматический выбор шага для каждого загружения:

 Рисунок9.png

Рис.1.1.9. Шаги нелинейного загружения

Анализировать будем перемещения стальной фермы по оси 5.

 Рисунок10.png

Рис.1.1.10. Схема фермы

Разобьем элементы фермы на большее количество частей, нежели в линейном расчете – 6-7 и более. Назначим элементам фермы тип конечного элемента – 310 КЭ, универсальный геометрически нелинейный стержень.

 Рисунок11.png

Рис.1.1.11. Тип конечного элемента

В файле с линейным расчетом создадим аналогичное РСН для сравнения:

 Рисунок12.png

Рис.1.1.12. Сравнительное РСН линейной задачи

Получим результаты. Линейная задача – перемещения от РСН по Z:

 Рисунок13.png

Рис.1.1.13. Перемещения по Z. Линейная задача

Нелинейная задача – перемещения по Z:

 Рисунок14.png

Рис.1.1.14. Перемещения по Z. Нелинейная задача

Как видно по схемам, перемещения отличаются, но отличия незначительные. Однако, они есть. Таким образом, при анализе более гибких систем (тросы, оттяжки, мачты) или же систем с большей нагрузкой неиспользование данного модуля может существенно сказаться на результатах задачи.

Для примера увеличим нагрузку от собственного веса металлоконструкций в 10р в линейной и нелинейной задачах. Получим результаты:

 Рисунок15.png

Рис.1.1.15. Перемещения по Z c увеличением нагрузки в нелинейной постановке

 Рисунок16.png

Рис.1.1.16. Перемещения по Z c увеличением нагрузки в линейной постановке

Соотношение перемещений 27.406/27.339=1,002 раза в первом случае

Соотношение перемещений 55.204/54.946=1.005 раза во втором случае

Физическая нелинейность

Для исследования работы физически нелинейных элементов рассмотрим безбалочную плиту перекрытия складского здания. Произведем смену конечного элемента пластин плиты. Назначим тип элемента 442.

 Рисунок17.png

Рис.1.1.17. Типы конечных элементов плиты

Назначим нелинейный материал для элементов плиты.

 Рисунок18.png

Рис.1.1.18. Нелинейный материал бетона

 Рисунок19.png

Рис.1.1.19. Нелинейный материал арматуры

Изменим сечение ж/б плиты так, чтобы оно соответствовало нелинейному расчету. Пусть плита заармирована по усилиям из линейного расчета и полученный диаметр арматуры - 20мм. Арматура в сечении располагается с шагом 200мм, т.о. площадь арматуры данного диаметра на 1м составит 15.7см2/м (5 стержней). Тогда на миллиметр условной сетки – 0.0157см2/мм.

 Рисунок20.png

Рис.1.1.20. Назначение сечения для нелинейного расчета

Историю загружений примем из расчета по рассмотрению геометрической нелинейности:

 Рисунок21.png

Рис.1.1.21. Нелинейные загружения

Для сравнения линейного и нелинейного расчетов рассмотрим деформации плиты по оси Z.

Линейная задача:

 Рисунок22.png

Рис.1.1.22. Перемещения в линейной постановке

Нелинейная задача:

 Рисунок23.png

Рис.1.1.23. Перемещения нелинейной постановке

Для сравнения также приведем мозайки усилий, чтобы показать их распределения по плите.

Как видно характер распределения имеет несколько иной характер.

Нелинейный расчет

 Рисунок24.png

Рис.1.1.24. Му. Нелинейный расчет

 Рисунок25.png

Рис.1.1.25. Му. Линейный расчет

Таким образом можно сказать, что применение физически нелинейного расчета показывает иной, реальный характер работы конструкции. За счёт перераспределений усилий в теле плиты перемещения выросли в 1.7 раза, что может существенно повлиять на подбор арматуры по 2-му предельному состоянию относительно линейной задачи.

 


Инновации и сотрудничество: ЛИРА софт на международном семинаре в Satbayev University (г. Алматы, Казахстан)
ЛИРА софт приняла участие в знаковом событии - международном форуме, посвященный устойчивости зданий к сейсмическим угрозам в Satbayev University.
05 марта 2024
BIM-Факультет АСКОН ЛИРА 10: Конструкторские расчёты модели из Renga
Приглашаем принять участие в обучающем онлайн-проекте - BIM-факультет АСКОН. ЛИРА софт выступила одним из спикеров и партнеров проекта.
05 марта 2024
ЛИРА софт на Russian BIM Days: Навигатор по устойчивым конструкциям
Присоединяйтесь к ЛИРА софт на серии вебинаров Russian BIM Days, организованных ИЕСОФТ совместно с Академией Осознанного Проектирования.
22 февраля 2024
ЛИРА софт на BuildingSkinRussia 2024: Практики моделирования фасадных систем
Алексей Колесников, технический директор ЛИРА софт, выступит 29 февраля в 13:30 на площадке Amber Plaza в рамках конференции «IT в архитектуре и строительстве. Вызовы 2024».
20 февраля 2024
Все новости
Информационное моделирование и проектирование многоэтажного жилого здания с использованием российского программного обеспечения
Выполнено формирование информационной модели многоэтажного
жилого здания в BIM-системе Renga. Проведен экспорт модели и расчет конструктивной
системы здания в ПК Лира 10.12. Представлены результаты моделирования и
проектирования.
12 февраля 2024
Реализация модели контактного слоя при расчете адгезионного соединения с использованием метода конечных элементов
В большинстве опытов по испытанию адгезионных соединений измеряется средняя адгезионная прочность. Данная величина вычисляется как отношение разрушающей нагрузки к площади склейки. Подобный подход подразумевает равномерное распределение касательных напряжений. Исследователи давно обнаружили, что средняя адгезионная прочность соединения является сильной функцией геометрических [1] и физико-механических параметров модели и, следовательно, делает малоинформативными и несопоставимыми экспериментальные данные, выполненные на отличающихся образцах. Малочисленные результаты по измерению касательных напряжений по площади склейки с использованием преимущественно поляризационно-оптических методов [2] показывают, что распределение напряжений является нелинейной функцией. При этом наблюдается концентрация напряжений у торцов модели. В связи с этими фактами возникает необходимость детального изучения напряженно-деформированного состояния адгезионных соединений.
06 июня 2019
Оценка точности нелинейного статического метода анализа сейсмостойкости сооружений
В статье рассмотрено практическое применение методики нелинейного статического анализа сейсмостойкости зданий и сооружений. Произведен расчет одноэтажной стальной рамы нелинейным статическим и нелинейным динамическим методами. В результате анализа полученных результатов расчета показана значимость высших форм колебаний и необходимость анализа их влияния на реакцию системы.
06 февраля 2018
Напряженно-деформированное состояние коррозионно - поврежденных железобетонных элементов при динамическом нагружении
С помощью современного программно-вычислительного комплекса  ЛИРА 10.6 выполнена сравнительная оценка напряженно–деформированного состояния  не поврежденного и коррозионно-поврежденного железобетонного элемента при динамическом и статическом нагружении. Проанализировано   влияния ослабленного коррозией бетонного участка сжатой зоны на перераспределение напряжений в сечении.
25 января 2018
Все публикации
BIM-Практикум 2023. ЧАСТЬ 12 «BIM-МОДЕЛИ КМ И КМД: РАСЧЕТ И АНАЛИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ»
Покажем взаимодействие между ПК ЛИРА 10.12 при передаче данных в ПК Renga.
20 сентября 2023
Особенности работы в ПК ЛИРА 10.12 и ModelStudio CS при проектировании зданий промышленно-гражданского строительства
Участники вебинара узнают, как обмениваться данными и экономить время на создании расчетных моделей в ПК ЛИРА 10.12, используя уже существующие модели из ModelStudio CS.
04 сентября 2023
Разбор применения различных типов нагрузок в статических задачах
На вебинаре вы научитесь где и как правильно использовать тот или иной способ задания нагрузки. Будут рассмотрены полезные типы нагрузок, которые, возможно, вами никогда не использовались.
12 июля 2023
Разбор примеров из практики по расчету на сейсмические воздействия
Рассмотрим реальные примеры уже построенных или проектируемых объектов
22 марта 2023
Все записи вебинаров