Материал: Информационная система расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах
ω2 - круговая частота.
Единственной неизвестной переменной остается круговая частота.
Но т.к. нахождение ее первого приближения для дальнейших расчетов весьма трудоемко, запускается цикл от 0 до числа настолько большого, чтобы однозначно захватить все возможные моды колебаний конструкции и параметр цикла подставляется в матрицу как значение круговой частоты.
Корнями заданной системы уравнений будут такие круговые частоты, при которых определитель составленной матрицы будет равен нулю.
Для вычисления определителя матрицы использовалась функция RMatrixDet(A: TReal2DArray; N: AlglibInteger):Double из библиотеки ALGLIB.
Для каждого значения параметра цикла находилось значения определителя матрицы и как только произведение (n-1)-ого значения определителя на n-ое получалось меньше нуля, значит на интервале значений параметра от (n-1) до n есть корень и его необходимо уточнять.
Большее распространение в сравнении со всеми остальными получил метод хорд. Преимуществом является то, что берутся хорды, которые соединяют конечные точки каждого интервала. Метод основывается на известной теореме о законченном приросте функции: если функция, которая задана графически, и ее первая производная непрерывные, то в любом интервале хорда, которая стягивает данную дугу, параллельна касательной к кривой, по крайней мере, в одной точке, которая лежит в середине этого интервала.
Его я и выбрала для уточнения корней системы уравнений в своем дипломном проекте.
Поэтому, как только произведение двух соседних значений определителя меньше нуля, значения круговых частот соответствующих этим значениям определителя передаются в функцию MetXord, которая находит такое значений круговой частоты, при котором определитель равен нулю (или близок к нулю с заданной точностью).
ж) Генерация отчета
По окончании расчета открывается файл MS Word с данными полученными в ходе расчета.
Если перед началом расчета был выбран только модальный анализ, то отчет будет содержать только значения собственных частот колебаний из ANSYS и расчета по СНиП, а также их сравнение в процентах.
Если был выбран и спектральный анализ, то в отчет добавляются значения сейсмических усилий, значения максимальных перемещений и напряжения в узлах и номера узлов.
Отчет можно просто просмотреть и закрыть, а можно сохранить стандартным способом сохранения документов Word.
Внешний вид отчета при выборе модального и
спектрального анализа:
Рис. 11 - Отчет с результатами расчета
з) Создание руководства пользователя
Основой многих справочных системы являются chm-файлы. Chm-файл представляет собой компилированный HTML-документ, полученный путем компиляции (объединения) файлов, составляющих HTML-документ, в том числе и файлов иллюстраций.
Создать chm-файл можно при помощи
утилиты Microsoft HTML Help Workshop.
Рис. 12 - Подготовка HTML-файла
для элемента содержания «О руководстве»
Содержание справочной системы принято изображать в виде иерархического списка. Элементы верхнего уровня соответствуют разделам, а подчиненные им элементы - подразделам и темам.
Чтобы во вкладку «Содержание» добавить элемент,
соответствующий разделу справочной системы, нужно щелкнуть на кнопке «Вставить
заголовок.
Рис. 13 - Создание элементов
содержания для руководства программы
После того как будут определены файлы, в которых находится справочная информация и подготовлена информация для формирования вкладки «Содержание», можно выполнить компиляцию - преобразовать исходную справочную информацию в файл справочной системы (chm-файл).
Результатом компиляции является файл справочной
системы (chm-файл) «Руководство пользователя».
Рис. 14 - Скомпилированный
HTML-файл
Файл «Руководство пользователя» содержит необходимую информацию по использованию программы: инструкцию для начала работы, описание программы, основных элементов меню, необходимых для работы данных, и структуры итогового отчета.
Глава
3. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ
3.1 Тестовый пример
В качестве тестового примера была конструкция со следующими параметрами:
Ширина здания - 12 м;
Длина здания - 30 м;
Количество этажей - 6 шт.;
Высота этажа - 3 м;
Ширина колонны - 0.1 м;
Длина колонны - 0.1 м4
Количество колонн - 4 шт.;
Модуль упругости материала колонны - 2.7E+10 Н/кв.м;
Коэффициент Пуассона материала колонны - 0.3;
Плотность материала колонны - 2500 кг/куб.м;
Толщина плиты перекрытия - 0.1 м;
Модуль упругости материала плиты перекрытия - 2.7E+10 Н/кв.м;
Коэффициент Пуассона материала плиты перекрытия - 0.3;
Плотность материала плиты перекрытия - 2500 кг/куб.м;
Дополнительные массы на этаже - 200 кг;
(Все этажи однотипные).
При запуске программы первым будет открыто окно,
сообщающее о необходимости ознакомиться с руководством пользователя. Если Вы
уже ознакомлены с основами работы с программой, то нажмите
"Отказаться", иначе нажмите "Ознакомиться". Автоматически
будет открыто Руководство пользователя. После этого откроется главное окно
программы.
Рис. 15 - Стартовое окно
программы
При открытии главной формы будет предложено
выбрать директорию для сохранения результатов расчетов или файлов моделей.
Рис. 16 - Выбор директории для
работы
Далее можно по отдельности можно заполнять
данные для каждого этажа. Но если хоть раз была использована опция «Файл» →
«Сохранить форму», то можно просто отредактировать сохраненный файл (изменить
сохраненные параметры здания на новые) и загрузить его в программу Файл» →
«Открыть форму».
Рис. 17 - Загрузка файла с
сохраненными данными
Рис. 18 - Окончание загрузки
данных
Когда все параметры зданий заполнены или загружены, необходимо задать категорию грунта по сейсмическим свойствам, сейсмичность района и тип сооружения.
Чтобы появилась возможность запустить расчет,
необходимо задать конфигурацию расчета: выбрать либо только модальный анализ,
либо и модальный, и спектральный. Существует возможность сохранения текстовых
файлов с моделями (файлы содержат команды на языке APDL для создания моделей
конструкции и их расчета в программе ANSYS).
Рис. 19 - Выбор опций расчета
При нажатии кнопки «Расчет» запускается непосредственно расчет конструкции.
При успешной передачи данных и их обработке в программе ANSYS на экран будет выведено сообщение «ANSYS ».
В случае отсутствия установленного комплекса
ANSYS на компьютере или наличии других сбоев, будет выведено сообщение об
ошибке, а расчет остановлен.
Рис. 20 - Запуск расчета
Когда расчет окончен, будет сгенерирован и
открыт сравнительный отчет полученных в результате расчета данных в Word.
Рис. 21 - Вывод отчета
Таким образом, расчет конструкции размерами 30х12 м в 6 этажей по 3 м занимает примерно 5 минут (без учета времени на ввод данных) на ПЭВМ: 2,81 ГГц, 1Гб ОЗУ, ANSYS32 версии 12.0.
3.2 Анализ результатов
Расчет по формулам СНиП в программе дает следующие результаты:
№п/п Частота, Гц
0.1077
0.6875
1.9479
3.7644
5.6062
Для сравнения результатов (перемещения вдоль оси x) был проведен модальный анализ аналогичного стержня в программе ANSYS:
- первая форма собственных
колебаний по расчетам ANSYS (рис. 22).
Рис. 22 - Первая форма
собственных колебаний из ANSYS
- вторая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 23).
Рис. 23 - Вторая форма
собственных колебаний из ANSYS
третья форма собственных
колебаний по расчетам ANSYS (рис. 24).
Рис. 24 - Третья форма
собственных колебаний из ANSYS
- четвертая форма собственных
колебаний по расчетам ANSYS (рис. 25).
Рис. 25 - Четвертая форма
собственных колебаний из ANSYS
- пятая форма собственных
колебаний по расчетам ANSYS (рис. 26).
Рис. 26 - Пятая форма
собственных колебаний из ANSYS
После модального анализа пространственной модели конструкции в ANSYS получаем следующие данные:
перемещения
Перемещения пространственной конструкции вдоль большей оси, вдоль меньшей оси, а также кручение.
интенсивность напряжений
Интенсивность напряжений определяется как
наибольшая из абсолютных значений σ1
- σ2,
σ2
- σ3
или σ3
- σ1:
Интенсивность напряжений связана с максимальным
напряжением сдвига:
Файл модального анализа:
/SOLU,modal ! типа анализа,SUBS,150 ! выбор метода анализа
/SOLU,modal,on ! выбор вида
анализа,150,,,yes,0.005 ! определение количества мод для записи
Рис. 27 - Первые 3 формы
собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения)
Рис. 28 - Первые 3 формы
собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность
напряжений)
Рис. 29 - Следующие 3 формы
собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения)
Рис. 30 - Следующие 3 формы
собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность
напряжений)
Из-за пространственности конструкции в расчетах
ANSYS на каждой форме колебаний появляются частоты, которые соответствуют
собственным частотам колебаний перекрытий.
Рис. 31 - Первые 2 формы
собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS
(перемещения и интенсивность напряжений)
Рис. 32 - Следующие 2 формы
собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS
(перемещения и интенсивность напряжений)
В этом главное преимущество пространственной конструкции, т.к. в одномерной конструкции в виде стержня о подобных частот не может идти речи, а значит, полученные результаты не в полной мере описывают конструкцию.
Но для сравнения результатов расчетов конструкций возникает необходимость группировки частот по формам колебаний.
При сравнении значений частот из расчета по формулам СНиП и сгруппированных по формам значений частот из ANSYS получаем:
Первая форма - Разница между частотами 0.1077 и 0.1817 равна 40.73%
Вторая форма - Разница между частотами 0.6875 и 0.6414 равна 7.19%
Третья форма - Разница между частотами 1.9479 и 1.5203 равна 28.13%
Четвертая форма - Разница между частотами 3.7644 и 3.5969 равна 4.66%
Пятая форма - Разница между частотами 5.6062 и 5.9894 равна 6.40%
Следующим элементом анализа является спектральный анализ конструкции, который может быть для четырех различных типов функций отклика: перемещений, скоростей, ускорений и сил
Файл спектрального анализа:
/SOLU,spectr ! типа анализа,sprs,150,yes ! выбор типа анализа,1,1,0 ! определение направления внешнего воздействия,2 ! тип возмущения в опорах: 0-скорости, 1-силы, 2-ускорения, 3-перемещения,0.5,200 ! набор частот спектра возмущений,,4.0,4.0 ! значение спектра в заданных частотах
/SOLU,spectr,0.001,disp ! метод контроля
суммарного отклика конструкции
Цель спектрального анализа:
. формирование дополнительных динамических реакции в опорах за счет сейсмической нагрузки, которая необходима для расчета фундамента.
В данном примере сейсмическая нагрузка составляет примерно 1% от собственного веса конструкции.
. анализ НДС в элементах конструкции за
счет сейсмической нагрузки (рис. 33, 34).
Рис. 33 - Максимальные
перемещения конструкции в ANSYS
Рис. 34 - Максимальные
напряжения конструкции в ANSYS
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения дипломного проекта была автоматизирована методики расчета строительных объектов в соответствии со СНИП II-7-81* [1] и методическими рекомендациями по строительству зданий в сейсмоопасных регионах на основе программного комплекса ANSYS, а также решены следующие задачи:.
ü изучены возможности современных пакетов МКЭ по проведению анализа на сейсмические воздействия;
ü выполнены расчеты строительных объектов в сейсмоопасных регионах с помощью формул СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS;
ü на их основе разработана информационную систему расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах на основании СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS.
В итоге был создан программный комплекс по расчету строительных объектов в сейсмоопасных регионах с учетом пространственности.
Данный комплекс позволяет уменьшить время расчетов, не сказываясь при этом на их качестве, а использование пространственной конструкции в качестве исходной модели для расчетов позволяет получать результаты, которые в большей мере соответствуют реальным конструкциям и характеру сейсмического воздействия на них.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП II-7-81*. «Строительство в сейсмических районах».- М.: Стройиздат, 1982 г.;
. Пособие к СНиП II-7-81. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах.- М.: Стройиздат, 1984 г.;
. СП 31-114-2004 «Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах».- М.: 2004г.;
. Рекомендации по определению расчетной сейсмической нагрузки для сооружений с учетом пространственного характера воздействия и работы конструкций. М., ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1989 г.;
. Уздин А.М., Сандович Т.А. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. - С. -Петербург: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1993г.;
. Егупов В.К. Расчет зданий на сейсмические воздействия. - М.: Стройиздат, 1967 г.;
. Николаев И.И. Проектирование железобетонных конструкций зданий для строительства в сейсмических районах: Учеб. пособие для студ. - Т.: Укитувчи, 1990 г.;
. А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева ANSYS в руках инженера. - Едиториал УРСС, 2003 г.;
. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций ЛИРА версия 9.0 Руководство пользователя. - КИЕВ: НИИАСС, 2002;
. http://www.sapr.ru/article.aspx?id=8327&iid=335 5.03.12 г. 20:43
. http://www.ansys.ru/sites/default/files/primenimost_programmnogo_obespecheniya_ansys_inc._pri_raschetah_konstrukciy_na_seysmicheskie_vozdeystviya.pdf 9.03.12 г. 14:57
. http://www.buildsoft.ru/shop/group_594/item_182/ 9.03.12 г. 15:02
. http://www.solidarnost.info/index.php?option=com_content&task=view&id=95 4.03.12 г. 20:41
. http://stereoshnur.ru/transport/gaskin_v_v___ivanov_i_a__sejsmostojkost'_zdanij_i_transportnykh_sooruzhenij__-_irkutsk___2005__-_76_s.html 5.03.12 г. 21:02
15. http://www.ansys.ru/sites/default/files/primenimost_programmnogo_obespecheniya_ansys_inc._pri_raschetah_konstrukciy_na_seysmicheskie_vozdeystviya.pdf 9.03.12 г. 14:57
. http://www.lira.com.ua/products/what_new/index.php?PAGEN_2=2#nav_start_2 13.03.12г. 20:44
. http://delphiworld.narod.ru/_all_articles_.html 10.03.12г. 10:00
. http://www.cyberforum.ru/delphi/
20.03.12г. 20:00
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Файл модели стержневой конструкции:
! Присвоение значений переменным
*SET,d,0.1
*SET,w,0.1
*SET,s,d*w
*SET,iz,(w*d**3)/12
*SET,iz2,(d*w**3)/12
/PREP7
! Выбор типа элемента,1,BEAM4
! Создание ключевых точек,1,,2,0,3,3,0,6,,4,0,9,,5,0,12,,6,0,15,,7,0,18,
! Создание линий на основе ключевых точек,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7
! Задание реальных констант материала,1,s,iz,iz2, , , ,
! Задание свойств материала,EX,1,9782608695200.67,PRXY,1,0.3,DENS,1,2500
! Разбиение элементов,1,1,1,,5,,ALL,ALL
! Задание условий
закрепления,1,ALL,,,2,MASS21,2,1,0,2,2,0,2,3,4,EX,2,2.7E+10,PRXY,2,0.3,DENS,2,2500,2,90500,,2,2,2,0,,2,3,90500,,2,2,3,0,,7,4,90500,,2,2,4,0,,12,5,90500,,2,2,5,0,,17,6,90500,,2,2,6,0,,22,7,90350,,2,2,7,0,,27