Введение к работе
Актуальность темы. Большое разнообразие объектов строительного проектирования, существенное различие в физико-механических свойствах строительных конструкционных материалов и вытекающее из этих особенностей разнообразие методов прочностного расчета конструкций в значительной мере затрудняет создание единой системы автоматизированного проектирования (САПР) объектов строительства. Подавляющее большинство созданных к настоящему времени как зарубежных, так и отечественных интегрированных программных комплексов позволяют выполнять все необходимые расчеты и выпуск рабочих чертежей по отдельным классам конструкций и сооружений. Практически отсутствуют программные средства по автоматизации расчета и проектирования конструкций из древесины. Опыт строительства в нашей и ряде зарубежных стран показал целесообразность использования древесины как строительного материала. Конструкции из дерева обладают множеством преимуществ по отношению к стальным и железобетонным, в некоторых случаях они незаменимы.
Широко распространенными несущими конструкциями из древесины являются гнутоклееные трехшарнирные арки прямоугольного поперечного сечения. Относительно высокая деформативность древесины и характер распределения внутренних усилий в арочных конструкциях приводят к необходимости учета влияния деформаций на величину внутренних усилий.
Современная вычислительная техника позволяет использовать в практике проектирования методы расчета, адекватно учитывающие реальную работу конструкции под нагрузкой. Кроме то-
4 го, при использовании ЭВМ появляется возможность организации поиска оптимальных проектных решений, учитывающих как технологические требования, так и конструкционные ограничения.
Все это определяет актуальность разработки программных средств по автоматизации расчета и проектирования деревянных конструкций.
Цели исследований:
разработка методики и построение эффективного алгоритма деформационного расчета арок в физически и геометрически нелинейной постановке, позволяющих оценивать их несущую способность и решать задачи устойчивости;
анализ действительной работы деревянных арок на основе численного моделирования;
разработка программного средства по комплексной автоматизации проектирования деревянных трехшарнирных арок, включающего выбор оптимального (по критерию минимальной стоимости) проектного решения и автоматизацию создания рабочих чертежей.
Методы исследования. При построении алгоритма деформационного расчета арок использовались численные методы, базирующиеся на фундаментальных принщшах строительной механики и позволяющие адекватно учитывать деформационные свойства древесины. При разработке программного комплекса осуществлен системный подход к автоматизации проектирования.
Достоверность проведенных исследований и полученных численных результатов подтверждается решением тестовых задач, имеющих точное аналитическое решение, и сопоставлением результатов расчета с известными теоретическими и экспериментальными данными.
5 Научная новизна:
разработана общая методика деформационного расчета арок в физически и геометрически нелинейной постановке, позволяющая определять критический параметр произвольно заданной нагрузки;
создано программное средство, позволяющее численно моделировать действительную работу арочных конструкций;
исследовано влияние различных факторов на напряженно-деформированное состояние и несущую способность стрельчатых арок;
разработан программный комплекс, системно решающий задачу автоматизации проектирования трехшарнирных деревянных арок;
при реальном проектировании использованы методы расчета, в значительной мере учитывающие действительную работу конструкций.
Практическая ценность работы состоит в том, что программный комплекс может быть непосредственно применен в реальном проектировании деревянных арочных покрытий, причем достигается рациональное использование материала. Разработанные алгоритм деформационного расчета и соответствующее программное средство могут быть эффективно использованы при. исследовании действительной работы арок из различных материалов.
На защиту выносятся:
методика деформационного расчета трех- и двухшарнирных арок из нелинейно упругого материала;
результаты численного исследования влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние и несущую способность стрельчатых деревянных арок;
- программное средство по комплексной автоматизации проектирования деревянных арок.
Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре пе-чатны9 работы.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на 27-ой научно-технической конференции в Пензенском ИСИ, 1993 г.; на международном семинаре "Применение персональных компьютеров в строительном проектировании" в Санкт-Петербургском ЭВЦКП, 1993 г.; на 51-ой научной конференции в Санкт-Петербургском ГАСУ, 1994 г.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, включающего 148 наименований. Полный объем диссертации 127 стр., включая 38 рисунков и 5 таблиц.