3 - 2009

Пакет прикладных программ для автоматизированного расчета и проектирования железобетонных конструкций

Евгений Стрелец-Стрелецкий, Роман Водопьянов

Наряду с крупными программными комплексами, такими как «Лира» и «Мономах», на современном рынке программного обеспечения широкой популярностью пользуются программы-спутники. Такие программы предоставляют инженеру и исследователю возможность выполнять компьютерные расчеты множества частных задач, возникающих в процессе работы над проектом сооружения и обычно не вписывающихся в структуру больших программных комплексов. Необходимость в решении указанных задач появляется как при выработке расчетной модели конструкции, так и при анализе результатов расчета целостной модели сооружения, как при экспертной оценке проектов, так и при техническом надзоре за возведением здания, а также во многих других случаях, имеющих место при проектировании и строительстве. Программы-спутники нужны инженеру в повседневной работе и оказывают помощь в принятии оптимального конструктивного решения.

Оболочка. Подбор арматуры

 

Оболочка. Подбор арматуры

Оболочка. Подбор арматуры

Полная конфигурация Пакета прикладных программ (далее — ППП) версии 3.2 включает более 60 программ, которые тематически структурированы по разделам. В каждом разделе содержатся программы, выполняющие расчетные и справочные функции. В какой-то мере ППП можно сравнить с широко известным (и давно не переиздававшимся) расчетно-теоретическим справочником проектировщика.

Далее представлены 13 программ, относящихся к разделу «Железобетонные конструкции».

Характеристики бетона

Программа содержит справочные данные по нормативным и расчетным сопротивлениям бетона для расчета по предельным состояниям первой и второй групп.

Сортамент арматуры

Программа содержит справочные данные о расчетной площади и теоретической массе погонного метра арматуры в зависимости от количества и диаметра стержней. Она снабжена расчетной функцией определения соответствия между количеством стержней и их диаметром для заданной площади арматуры.

Анкеровка арматуры

Программа предназначена для определения необходимой длины заведения арматурного стержня, при которой обеспечивается восприятие действующих в рассматриваемом сечении усилий. Расчет производится в соответствии с нормами ДСТУ 3760-98. «Прокат арматурный для железобетонных конструкций».

Длина анкеровки вычисляется как для отдельных, так и для сдвоенных стержней. В качестве защитного слоя для углового арматурного стержня выбирается меньшее из двух значений — вертикальное или горизонтальное. Расчет выполняется методом последовательного приближения на основании шага и диаметра распределительной арматуры

Расчет сечений железобетонных элементов

Программа предназначена для подбора арматуры в сечениях по первому и второму предельным состояниям в соответствии с различными нормативными документами: СНиП 52-01-2003, СНиП 2.03.01-84*, Еврокод 2, ТСН-100*, ДСТУ 3760-98.

Реализован подбор армирования для стержневых элементов прямоугольного, таврового, уголкового, крестового, круглого, кольцевого и коробчатого сечений.

Допускаются все виды напряженного состояния — центральное сжатие, изгиб, плоское внецентренное сжатие-растяжение, косой изгиб, а также общий случай напряженного состояния. Учитывается конструктивное назначение стержней.

Расчет армирования железобетонной оболочки, Расчет армирования железобетонной балки-стенки, Расчет армирования железобетонной плиты

Данные три программы предназначены для подбора арматуры в пластинчатых железобетонных конструкциях с изгибом, а также c плоским и сложным напряженным состоянием по первому и второму предельным состояниям в соответствии с различными нормативными документами.

При определении армирования пластин по отечественным нормативам используется теория, изложенная в трудах академика Н.И. Карпенко, а по нормам Еврокод — теория Вуда.

Подбор продольной арматуры осуществляется с обеспечением минимума суммарного расхода арматуры в направлениях X и Y при удовлетворении условий прочности и требований норм по ограничению ширины раскрытия нормальных трещин. Подбор арматуры в оболочках осуществляется с учетом работы арматуры по ортогональным направлениям. Исходя из максимальных усилий (действующих в направлении координатных осей, совпадающих с направлениями расположения стержней арматурной сетки), максимальные площади сечения арматуры вычисляются как для внецентренного сжатия-растяжения в одном направлении.

Далее проверяются условия прочности. Выбор условий прочности осуществляется в зависимости от положения расчетного сечения (сжатая грань вверху или внизу) и от схемы трещин. В случае необходимости сечение арматуры увеличивается с шагом 5% до соблюдения условий прочности. Полученные сечения арматуры принимаются в качестве начального приближения.

В дальнейшем по условиям прочности вычисляются площади арматуры, при которых обеспечивается минимальный суммарный расход стали. Для этого используется алгоритм координатного спуска с отталкиванием, разработанный для многомерных задач с большим числом ограничений.

После определения армирования по прочности выполняется проверка ширины раскрытия трещин.

Подбор поперечной арматуры осуществляется исходя из условий прочности по перерезывающей силе как для одноосного напряженного состояния при раздельном учете каждого из направлений усилий (Qx, Qy) в соответствии с нормами.

Первоначально определяется поперечное армирование независимо для направлений X и Y. Для стандартизации перехода к произвольному шагу поперечной арматуры реализован алгоритм побора поперечной арматуры при шаге 100 см.

В результате расчета выполняется подбор арматуры, и на экран выдается отчет с заданными исходными данными и результатами подбора арматуры.

Расчет неупругих прогибов

Программа предназначена для определения неупругих прогибов многопролетной неразрезной балки под произвольные длительно действующие и кратковременные нагрузки. Реализованы: СНиП 52-01-2003, СНиП 2.03.01-84*, Еврокод 2, ТСН-100*, ДСТУ 3760-98. Допускается до пяти пролетов с двумя консолями.

В результате выдается эпюра прогибов с их экстремальными значениями. Реализована возможность просмотра значений кратковременных прогибов (f1f2 + f3), прогибов от кратковременного действия полной нагрузки (f1), от длительного действия длительно действующей нагрузки (f2) и от кратковременного действия длительно действующей нагрузки (f3) по длине балки.

Продавливание по произвольному контуру

Программа предназначена для расчета плит перекрытия и фундаментных плит на продавливание от действия сосредоточенной силы и сосредоточенных моментов в двух плоскостях.

Форма контура продавливания определяется автоматически в зависимости от типа сечения колонны. Допускаются следующие сечения колонн: круглое, прямоугольное, тавровое, уголковое и крестовое. Размеры контура продавливания вычисляются в зависимости от задаваемого угла наклона граней пирамиды продавливания, который по умолчанию равен 45°.

Расчет неупругих прогибов

 

Расчет неупругих прогибов

 

Расчет неупругих прогибов

Расчет неупругих прогибов

Незамкнутый контур (наличие проема в плите или расположение колонны на краю плиты) создается при помощи отсечения от контура соответствующего участка. Участок отсечения моделируется прямой линией, проходящей через точку с заданными координатами и под заданным углом наклона к горизонтальной оси.

В расчете учитываются требования СНиП 52-01-03, 2.01.03-84*, положения научно-технического отчета ГУП НИИЖБ по договору № 709 от 01.10.2002, а также положения Еврокод 2.

Продавливание по произвольному контуру

 

Продавливание по произвольному контуру

Продавливание по произвольному контуру

В результате расчета определяется площадь необходимой поперечной арматуры с заданным шагом. По желанию пользователя на экран выводится вся промежуточная информация, полученная по ходу расчета.

Программа предназначена для расчета плит перекрытия и фундаментных плит на продавливание от действия сосредоточенной силы и сосредоточенных моментов в двух плоскостях.

Рассматриваются следующие расчетные ситуации. При взаимодействии плиты с прямоугольной колонной:

  • колонна внутри плиты (замкнутый контур);
  • колонна у края плиты, параллельного оси Х (незамкнутый контур);
  • колонна у края плиты, параллельного оси Y (незамкнутый контур);
  • колонна у угла прямоугольной плиты (незамкнутый контур);
  • колонна внутри плиты вблизи отверстия (незамкнутый контур).
  • При взаимодействии плиты со стеной:
  • торец стены внутри плиты (незамкнутый контур из трех участков);
  • торец стены у края плиты (незамкнутый контур из двух участков);
  • плита у угла стены (незамкнутый контур из трех участков).

В расчете учитываются требования СНиП 52-01-03 и положения научно-технического отчета ГУП НИИЖБ по договору № 709 от 01.10.2002 г.

Параметры контура продавливания вычисляются в зависимости от угла наклона граней пирамиды продавливания, по умолчанию равного 45°.

В результате расчета определяется площадь необходимой поперечной арматуры с заданным шагом. По желанию пользователя на экран выводится вся промежуточная информация, полученная по ходу расчета.

Несущая способность железобетонных сечений

Программа предназначена для оценки прочности железобетонных сечений при действии продольной силы и изгибающих моментов в соответствии со СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».

Для выбранного сечения с заданными характеристиками бетона и расположением арматуры определяется поверхность несущей способности (неправильный эллипсоид предельных усилий). Каждая точка поверхности такого эллипсоида соответствует одному из множества наборов усилий N, Mx, My, соответствующих предельному состоянию сечения. Для заданной точки (или серии точек) с конкретными усилиями строятся сечения поверхности (неправильные эллипсы), проходящие через заданную точку (точки) и параллельные соответствующим плоскостям системы координат N, Mx, My.

Несущая способность железобетонных сечений

 

Несущая способность железобетонных сечений

Несущая способность железобетонных сечений

Для заданных в таблице нагрузок можно вычислить коэффициенты запаса по несущей способности как отношение несущей способности сечения к заданным усилиям. Коэффициент запаса показывает, во сколько раз можно увеличить все заданные усилия до исчерпания несущей способности сечения.

Поверхность несущей способности отображается как в общем виде, так и на трех плоскостях проекции.

Определение главных и эквивалентных напряжений

Программа предназначена для вычисления главных и эквивалентных напряжений σ1, σ2, σ3 по заданным значениям тензора напряжений: σx, σy, σz, σxy, σxz, σyz.

Помимо главных напряжений для заданного класса бетона определяются предельные и эквивалентные напряжения по одному из заданных критериев прочности бетона, соответствующих теориям Гениева, Карпенко, Писаренко и Яшина. Кроме того, определяются значения главных деформаций, углы наклона главных напряжений к текущим осям, а также угол наклона плоскости трещины к оси X. По полученным результатам строится область прочности.

Проверка прочности железобетонных диафрагм

 

Проверка прочности железобетонных диафрагм

Проверка прочности железобетонных диафрагм

 

Применение режима проверки прочности позволяет получить предельно допустимые напряжения по двум главным площадкам, предельные нормальные и сдвиговые напряжения по октаэдрическим площадкам, коэффициент запаса прочности по второму предельному состоянию, а также параметр Лоде-Надаи.

Проверка прочности железобетонных диафрагм при сейсмических воздействиях

Программа предназначена для оценки предельной сдвиговой прочности железобетонных диафрагм при сейсмических и циклических воздействиях.

Реализован метод предельного равновесия в сочетании с эмпирическими методиками определения предельной прочности железобетонных диафрагм с трещинами:

  • методика UBC (Единый строительный код США);
  • зависимости Barda F., Hanson J., Corley G. (Американский институт бетона, Детройт);
  • зависимости Hernandez O.B., Zermeno M.E. (WCCE, Стамбул);
  • зависимости Tassios T., Lefas J., Lulurgas S. (Греция — СССР, совместные исследования);
  • зависимости Hirosawa M. (Токийский университет);
  • зависимости АТС-3 (Временные рекомендации по проектированию сейсмостойких зданий);
  • зависимости из «Пособия по проектированию жилых зданий к СНиП 2.08.01-85».

В расчете учитываются положения СНиП 2.03.01-84* и ЕКБ-ФИП.

Учет цикличности действия сейсмических воздействий принят по идеализированной модели гистерезиса железобетонных стен.

По результатам работы программы строится область прочности диафрагмы по зависимостям N~Q и N~M.

Представленный раздел ППП «Железобетонные конструкции» продолжает пополняться новыми программами. Расширяются функциональные возможности программ, учитываются предложения, пожелания и замечания пользователей. Программы пакета снабжены контекстной справкой. Реализована возможность одновременной работы в локальной сети нескольких пользователей.

Сопровождение ППП осуществляет группа специалистов высокой квалификации, имеющих многолетний опыт расчета конструкций и обеспечивающих поддержку пользователей по всем возникающим вопросам.

САПР и графика 3`2009