Введение к работе
Актуальность темы. Большинство задач расчета строительных конструкций связаны с проблемами учета совместной работы стержневых систем и континуальных областей. В практике строительного проектирования часто встречаются задачи расчета фундаментных балок (рандбалок) под "висячие" стены, балок на упругом основании, перемычек, рам с заполнением, задачи расчета подкреплений отверстий элементами работающими как стержневые конструкции и элементов многослойных подкреплений отверстий. Многие задачи инженерной практики приводят к необходимости расчета конструкций, находящихся в упругой среде (анкерные плиты, конструкции типа «стена в фунте» и т.п.)
В связи с достаточно сложной математической базой исследования напряженно-деформированного состояния пластинчато-стержневых систем (ПСС), получено большое количество аналитических и полуаналитических решений для ограниченного класса частных задач. В то же время, в научной и нормативной литературе, устанавливающей порядок расчета подобных конструкций, отсутствуют единый подход и единая методика расчета (способы и методы решения, используемые гипотезы, идеализация связей в расчетной схеме и т.п.). Таким образом, разработка единой методики расчета ПСС представляется актуальной проблемой.
Практически все задачи, связанные с учетом совместной работы пластин и стержней достаточно сложно рассчитывать с использованием метода конечных элементов (МКЭ), поскольку для двух- и трехмерных задач теории упругости точность решения по МКЭ во многом зависит от степени дискретизации области. Последнее десятилетие интерес ученых все больше привлекает метод граничных элементов (МГЭ), как эффективное средство решения задач теории упругости.
На сегодняшний день, многими исследователями признано, что МГЭ и МКЭ нельзя рассматривать как альтернативные методы, а наоборот, необходимо извлекать пользу из специфических особенностей и достоинств каждого из них. МГЭ, используемый для моделирования сплошных тел, в комбинации с МКЭ, используемым для моделирования стержневой системы, представляет достаточно мощный инструмент для расчета ПСС. Очевидно, что необходимость разработки алгоритмов расчета и вычислительных программных комплексов, реализующих МГЭ в комбинации с МКЭ для расчета ПСС, исследования и разработка рекомендаций по использованию указанного метода в инженерной практике достаточно актуальная проблема.
Задачам расчета ПСС комбинированным методом конечных и граничных элементов посвящено настоящее исследование.
Цель диссертации- разработка методики и алгоритма расчета плоских пластинчато-стержневых строительных конструкций на основе комбинации методов граничных и конечных элементов.
В связи с этим, сформулированы следующие задачи настоящего исследования:
анализ особенностей работы строительных конструкций из пластин и стержней;
анализ существующих методов исследования напряженно-деформированного состояния пластинчато-стержневых конструкций;
построение расчетных схем ПСС строительных конструкций с учетом их особенностей;
построение теоретических основ, разработка эффективного алгоритма и методики расчета ПСС на основе синтеза методов конечных и граничных элементов;
разработка программного комплекса для анализа напряженно-деформированного состояния ПСС строительных конструкций на основе предлагаемого алгоритма;
исследования предлагаемых алгоритма и методики расчета строительных конструкций из пластин и стержней (плоская задача) на основе анализа напряженно-деформированного состояния различных пластинчато-стержневых конструкций;
внедрение разработанного программного комплекса в практику строительного проектирования.
Научная новизна. Получены следующие новые результаты.
-
Разработан алгоритм расчета плоских пластинчато-стержневых систем на основе синтеза метода конечных и граничных элементов, позволяющий учитывать совместную работу пластин и стержней.
-
Разработана методика расчета пластинчато-стержневых конструкций на основе предлагаемого алгоритма.
-
С помощью разработанного программного комплекса, реализующего предложенные алгоритм и методику расчета, изучено поведение различных типов пластинчато-стержневых систем. Получены новые результаты, отражающие реальное поведение рандбалок с различными конструктивными особенностями, стержней в упругой среде, рам с заполнением.
Практическое значение работы состоит в следующем:
- разработанные алгоритм и методика позволяют производить расчет
широкого класса ПСС строительных, машиностроительных и других конст
рукций;
разработанный программный комплекс по расчету строительных конструкций методом граничных элементов и комбинированным методом граничных и конечных элементов может быть рекомендован для практического использования в проектной практике и научных исследованиях;
проведенные исследования по расчету рандбалок, рам с заполнением и стержней в упругой среде могут быть использованы при пересмотре нормативных документов по расчету указанных конструкций.
Достоверность полученных результатов и предлагаемого алгоритма обеспечивается применением математически обоснованных численных алгоритмов, сравнением результатов большого количества численных экспериментов, выполненных автором, с известными аналитическими и численными решениями.
Апробация работы. Программный комплекс по расчету троительных конструкций, разработанный автором, внедрен и применяет-я в Государственном научно-производственном предприятии СТРОЙЙИП" в г. Магадане для расчета свайных ростверков и стен зда-
[ИЙ.
Результаты работы вошли в отчет по теме № 9/6 ДВ Государственной іаучно-технической и социальной программы "Дальний Восток России" за 993, 1994, 1995, 1996 г.г. Регистрационный номер темы - 0195000395.
Основные результаты, полученные в работе, докладывались и обсуж-(ались на следующих конференциях:
конференция "Прогрессивные строительные конструкции для усло-!ий Дальнего Востока", Хабаровск, ХГТУ, 1995;
ежегодная научно-практическая конференция "Научно-технический ірогресс и политехническое образование на Северо-Востоке России", Ма-адан, Магаданский филиал ХГТУ, 1993 - 1997;
I международная научно-практическая конференция "Международ-гое сотрудничество и образование молодежи на Севере", Магадан, Между-іародньїй педагогический университет, 1995;
конференция "Расчетные методы механики деформируемого твер-юго тела", Новосибирск, Сибирская государственная академия путей со-)бщения, 1995;
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 пе-іатньїх работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из зведения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Эбщий объем работы состоит из 159 страниц машинописного текста, 76 ри-:унков и 5 таблиц.