ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ Постановка задач и приемы решения с использованием SCAD

Содержание

Слайд 2

Схема изложения:
Общие сведения и немного теории
Проверка общей устойчивости здания
Выпучивание вспомогательных элементов
О расчетных

Схема изложения: Общие сведения и немного теории Проверка общей устойчивости здания Выпучивание
длинах
Применение оболочечных элементов
Проверка устойчивости стенки резервуара
Проверка устойчивости железобетонной оболочки

Проверка устойчивости

Слайд 3

Проверка устойчивости

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И НЕМНОГО ТЕОРИИ

Проверка устойчивости 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И НЕМНОГО ТЕОРИИ

Слайд 4

Проверка устойчивости

Проверка устойчивости равновесия в эйлеровом смысле сводится к анализу уравнений состояния

Проверка устойчивости Проверка устойчивости равновесия в эйлеровом смысле сводится к анализу уравнений
системы в окрестности положения равновесия, когда перемещения получают малые возмущения δZ
[K – λKN]δZ = 0.
Здесь K – матрица жесткости; KN – геометрическая матрица жесткости («толкающая») зависящая от продольных сил N; λ – параметр интенсивности нагружения.

Слайд 5

Проверка устойчивости

Условие потери устойчивости
[K – λKN]δZ = 0, δZ ≠ 0
может

Проверка устойчивости Условие потери устойчивости [K – λKN]δZ = 0, δZ ≠
быть выполнено если параметр λ обретет такое значение λ*, что det[K – λ*KN]δZ = detK(λ*) = 0.

Удерживающая часть Толкающая часть

Умножая слева на δZт переходим к энергетической формулировке:
δZт K(λ*) δZ = 0
δZтK1(λ*)δZ > 0, δZтK2(λ*)δZ < 0

Слайд 6

Проверка устойчивости

Если в момент потери устойчивости системы в целом продольное усилие в

Проверка устойчивости Если в момент потери устойчивости системы в целом продольное усилие
каком-то элементе (критическое) было равно N*, то по формуле
L0 = π(EJ / Ν*)1/2.
вычисляется расчетная длина по Ясинскому, т.е. длина такого шарнирно опертого стержня, который теряет устойчивость при том значении продольной силы N*, при котором происходит потеря устойчивости рассматриваемой системы.

Слайд 7

Проверка устойчивости

В комплексе SCAD проверка устойчивости равновесия выполняется в классическом Эйлеровом смысле

Проверка устойчивости В комплексе SCAD проверка устойчивости равновесия выполняется в классическом Эйлеровом
для упругой системы.
Режим проверки устойчивости может дать ответ на три вопроса:
каков коэффициент запаса устойчивости, т.е. во сколько раз нужно увеличить нагрузку, чтобы произошла потеря устойчивости;
какова форма потери устойчивости;
чему равны расчетные длины стержневых элементов.
Кроме того имеется возможность увидеть энергетическую картину и понять какие части системы относятся к толкающим, а какие – к удерживающим.

Слайд 8

Если коэффициент запаса превышает эту величину, то его поиск прекращается

Кроме заказанных здесь

Если коэффициент запаса превышает эту величину, то его поиск прекращается Кроме заказанных
результатов в протоколе будет указан элемент, на котором реализуется «местная» потеря устойчивости при полностью нулевом собственном векторе (неподвижных узлах системы)

Проверка устойчивости

Слайд 9

Проверка устойчивости
1. Результат проверки имеет глобальный характер, т.е. полагается, что система в

Проверка устойчивости 1. Результат проверки имеет глобальный характер, т.е. полагается, что система
целом либо устойчива, либо неустойчива.
2. Если фактическое значение коэффициента запаса не найдено (оно выше заданной границы поиска), то формы потери устойчивости не определяются

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Слайд 10

2. ПРОВЕРКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗДАНИЯ

Проверка устойчивости

2. ПРОВЕРКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗДАНИЯ Проверка устойчивости

Слайд 11

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

При проверке общей устойчивости высотных зданий до сих пор используется методика

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ При проверке общей устойчивости высотных зданий до сих пор используется
Ханджи, разработанная более 35 лет тому назад с использованием ряда упрощений для ручного счета. Она пригодна только для зданий простой параллелепипедной конфигурации.
Комплекс SCAD позволяет выполнить такую проверку для сооружения произвольной формы.

Проверка устойчивости

Слайд 12

РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ

Проверка устойчивости

РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ Проверка устойчивости

Слайд 13

ОБЩАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЗДАНИЯ

K= 2,14. Форма потери устойчивости изгибно- крутильного вида. Такие формы в

ОБЩАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЗДАНИЯ K= 2,14. Форма потери устойчивости изгибно- крутильного вида. Такие
старой литературе не исследовались.

Оценка возможностей по локальному выпучиванию

Проверка устойчивости

Слайд 14

Проверка устойчивости

В проектной практике часто используется оценка устойчивости по рекомендациям книги В.В.

Проверка устойчивости В проектной практике часто используется оценка устойчивости по рекомендациям книги
Ханджи Расчет многоэтажных зданий со связевым каркасом.— М.: Стройиздат, 1977. Там в основу положена модель тонкостенного стержня.

Для этого примера по рекомендациям В.В. Ханджи было получено значение коэффициента запаса k=4,728

СОПОСТАВЛЕНИЕ С ТРАДИЦИОННОЙ ОЦЕНКОЙ

Слайд 15

Проверка устойчивости

Расчет по программе СКАД дал значение k=10,66. Расхождение объясняется учетом изгибной

Проверка устойчивости Расчет по программе СКАД дал значение k=10,66. Расхождение объясняется учетом
жесткости перекрытий, которые стесняют депланацию тонкостенного стержня.

СОПОСТАВЛЕНИЕ С ТРАДИЦИОННОЙ ОЦЕНКОЙ

Если перекрытия присоединены шарнирно, то k=4,01

Слайд 16

3. ВЫПУЧИВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Проверка устойчивости

3. ВЫПУЧИВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Проверка устойчивости

Слайд 17

В расчетной практике часть используется прием замены некоторой подсистемы другой конструкцией с

В расчетной практике часть используется прием замены некоторой подсистемы другой конструкцией с
аналогичными статико-кинематическими характеристиками.

При решении задач устойчивости здесь следует проявлять осторожность и внимательно анализировать результат.

МОДИФИКАЦИЯ СХЕМЫ

Проверка устойчивости

Слайд 18

Пример анализа устойчивости потерпевшего аварию складского здания в Домодедовском районе Московской области.

Проверка

Пример анализа устойчивости потерпевшего аварию складского здания в Домодедовском районе Московской области. Проверка устойчивости
устойчивости

Слайд 19

Проверка устойчивости

Проверка устойчивости

Слайд 20

Проверка устойчивости

При имитации покрытия крестовыми связями k=0,2 даже от действия собственного веса.

Проверка устойчивости При имитации покрытия крестовыми связями k=0,2 даже от действия собственного

Отказ от такой замены дал k=1,27

Слайд 21

Проверка устойчивости

Проверка устойчивости

Слайд 22

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Если в расчетную схему были включены вспомогательные элементы для сбора нагрузок (как

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Если в расчетную схему были включены вспомогательные элементы для сбора нагрузок
правило – малой жесткости), то при проверке устойчивости они могут показать очень малую величину коэффициента запаса за счет локального выпучивания.
Удалите такие элементы из расчетной схемы и задайте нагрузку другим способом, если вы хотите использовать режим проверки устойчивости.

Проверка устойчивости

Слайд 23

Локальное выпучивание связей может исказить ожидаемые результаты расчета. Ведь конструктор может заведомо

Локальное выпучивание связей может исказить ожидаемые результаты расчета. Ведь конструктор может заведомо
ориентироваться на то, что некоторые элементы системы выключаются из работы, что, например, имеет место при использовании гибких крестовых связей.
В тех случаях, когда требуется проигнорировать возможность локальной потери устойчивости некоторого элемента его следует специально задать с повышенной изгибной жесткостью или задать ему тип 4 .

ПОЛЕЗНЫЙ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИЕМ

Проверка устойчивости

Слайд 24

Тип 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Проверка устойчивости

Тип 4 ПРИМЕР РАСЧЕТА Проверка устойчивости

Слайд 25

4. О РАСЧЕТНЫХ ДЛИНАХ

Проверка устойчивости

4. О РАСЧЕТНЫХ ДЛИНАХ Проверка устойчивости

Слайд 26

Проверка устойчивости

Детальный неупругий анализ обычно относят к стандартному элементу расчетной схемы в

Проверка устойчивости Детальный неупругий анализ обычно относят к стандартному элементу расчетной схемы
виде прямого стержня с шарнирно опертыми концами. Предполагается, что все отличия такого стандартизированного объекта от фактического элемента содержатся только в формулировке граничных условий и эти отличия учитываются «правильным» назначением расчетной длины.

РОЛЬ РАСЧЕТНОЙ ДЛИНЫ

Слайд 27

Проверка устойчивости

Было замечено, что формы потери устойчивости можно рассматривать как различные участки

Проверка устойчивости Было замечено, что формы потери устойчивости можно рассматривать как различные
дуги одной и той же синусоиды

Но все это относится только к плоским схемам деформирования. Только для них расстояния между точками перегиба изогнутой оси можно принимать в качестве расчетной длины.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ИНТРПРЕТАЦИЯ

Слайд 28

Проверка устойчивости

В пространственных схемах изогнутая ось стержня даже будучи плоской кривой может

Проверка устойчивости В пространственных схемах изогнутая ось стержня даже будучи плоской кривой
не принадлежать ни одной из главных плоскостей инерции

НЕСТЫКОВКИ

Слайд 29

Проверка устойчивости

100 Τ

100 Τ

100 Τ

Что дают развороты главных осей

Меняется форма потери устойчивости

Проверка устойчивости 100 Τ 100 Τ 100 Τ Что дают развороты главных
и свободные длины

Слайд 30

Проверка устойчивости

K = 0.972

K = 1.573

K = 2.471

Казалось бы, что нужно делать

Проверка устойчивости K = 0.972 K = 1.573 K = 2.471 Казалось
два расчета: один с EIx= , а другой с EIу= Но и этот прием не может учесть закручивание стержня.

8

8

НЕСТЫКОВКИ ПРОДОЛЖАЮТСЯ

Слайд 31

μ = 1,68

μ = 5,23

Наличие недогруженных элементов приводит к большим расчетным длинам.

μ = 1,68 μ = 5,23 Наличие недогруженных элементов приводит к большим
Их использование для проверки устойчивости закономерно, но проверку гибкости проводить не рекомендуется.

Проверка устойчивости

ПРОВЕРКА ГИБКОСТИ - ПРОБЛЕМА

Слайд 32

Ограничение предельной гибкости ориентировано на регулирование местной деформативности стержня под действием случайных

Ограничение предельной гибкости ориентировано на регулирование местной деформативности стержня под действием случайных
поперечных нагрузок. Приближенный способ такого учета был предложен еще в 1975 году А.Р.Ржаницыным.

Уравнивая стрелки прогиба в стержне рамы и в шарнирном стержне с гибкостью λ получим приведенную гибкость рамного стержня λр как
λр = λ[(1 – 1/k)(f/fo)]1/2
k – коэффициент запаса общей устойчивости.

Проверка устойчивости

ПРОВЕРКА ГИБКОСТИ - РЕШЕНИЕ

Слайд 33

У подхода, основанного на использовании понятия расчетной длины, по сути, нет ясного

У подхода, основанного на использовании понятия расчетной длины, по сути, нет ясного
теоретического обоснования. Однако много задач по этому методу получают вполне удовлетворительное решение, а его всеобщее присутствие в нормах проектирования не опорочено отказами и авариями конструкций.
По этому поводу в одной интернет-публикации сказано: «Чем же можно объяснить столь широкое распространение данной методики? Во-первых, отсутствием альтернативы. Во-вторых, виртуозным умением проектировщиков трактовать нормы в свою пользу, обеспечивая при этом необходимую надежность работы конструкций».

Проверка устойчивости

ПЕССИМИСТИЧЕСКИЙ ВЫВОД

Слайд 34

5. ПРИМЕНЕНИЕ ОБОЛОЧЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Проверка устойчивости

5. ПРИМЕНЕНИЕ ОБОЛОЧЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Проверка устойчивости

Слайд 35

При проектировании высоких составных балок возникает проблема оценки устойчивости плоской формы изгиба

При проектировании высоких составных балок возникает проблема оценки устойчивости плоской формы изгиба
и местной устойчивости. Рекомендации СНиП II-23-81* не всегда пригодны, например, для балок переменной высоты или для балок с гофрированной стенкой.
В этом случае можно воспользоваться такой возможностью SCAD, как оценка устойчивости систем, составленных из оболочечных элементов.

Проверка устойчивости

Слайд 36

М.Лазнюк выполнил детальное исследование устойчивости гофрированных стенок стальных балок.

Проверка устойчивости

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

М.Лазнюк выполнил детальное исследование устойчивости гофрированных стенок стальных балок. Проверка устойчивости ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Слайд 37

ПРИМЕР РАСЧЕТА - СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ

Балочная конструкция заменяется набором плоских оболочечных конечных

ПРИМЕР РАСЧЕТА - СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ Балочная конструкция заменяется набором плоских оболочечных
элементов, например, таким образом:

Проверка устойчивости

Слайд 38

ПРИМЕР РАСЧЕТА - СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ

Основные проблемы.
Необходимое число дроблений стенки и пояса

ПРИМЕР РАСЧЕТА - СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ Основные проблемы. Необходимое число дроблений стенки

следует исходить из того, что ожидаемая форма потери устойчивости (включая и локальные эффекты) должна быть хорошо представлена конечноэлементной моделью.
Лучше перестараться и предусмотреть достаточно мелкий шаг сетки. Наилучшей проверкой является сопоставление решения с результатом, полученным на сгущенной сетке.
2. Аккуратное моделирование внешних раскреплений необходимо продумать, являются ли раскрепляющие элементы жесткими, чтобы их можно было представить в виде узловых связей.
Если есть сомнения, то лучше установить податливые связи.

Проверка устойчивости

Слайд 39

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА

К = 0,778 < 1,5

Проверка устойчивости

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА К = 0,778 Проверка устойчивости

Слайд 40

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

Локальная форма потери устойчивости. Необходимо либо

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ Локальная форма потери устойчивости. Необходимо
увеличивать толщину стенки, либо устанавливать ребра

Для оценки обстановки анализируем форму потери устойчивости

Проверка устойчивости

Слайд 41

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ

Кроме того, анализируем распределение энергии при деформировании

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ Кроме того, анализируем распределение энергии при
по форме устойчивости
(синяя шкала отрицательных значений показывает элементы, ответственные за потерю устойчивости)

Проверка устойчивости

Слайд 42

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА

К = 0,801 < 1,5

Дополнительное ребро

Проверка устойчивости

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА К = 0,801 Дополнительное ребро Проверка устойчивости

Слайд 43

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

Крутильная форма (потеря устойчивости плоской формы

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ Крутильная форма (потеря устойчивости плоской формы изгиба). Проверка устойчивости
изгиба).

Проверка устойчивости

Слайд 44

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ

Ответственность за потерю устойчивости несут почти все

РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ Ответственность за потерю устойчивости несут почти
элементы - усиление должно быть глобальным.
Для исключения крутильной формы необходимо увеличивать ширину и/или толщину поясов.

Проверка устойчивости

Слайд 45

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА

Ширина поясов увеличена на 20%, толщина увеличена

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА Ширина поясов увеличена на 20%, толщина
до 26 мм

К = 1,476 < 1,5

Проверка устойчивости

Слайд 46

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

Местная форма потери устойчивости

Проверка устойчивости

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ Местная форма потери устойчивости Проверка устойчивости

Слайд 47

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ

Несмотря на то, что форма потери устойчивости

РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАСЧЕТА – АНАЛИЗ ЭНЕРГИИ Несмотря на то, что форма потери
указывала на проблемы в двух панелях, энергетический анализ показывает, что дополнительное ребро стоит ставить только в одной из них

Проверка устойчивости

Слайд 48

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА

К = 1,59 > 1,5 !

Проверка устойчивости

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО РАСЧЕТА – КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА К = 1,59 > 1,5 ! Проверка устойчивости

Слайд 49

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

Форма потери устойчивости комбинированная – нарушение

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО РАСЧЕТА – ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ Форма потери устойчивости комбинированная –
плоской формы изгиба и локальное выпучивание стенки.
Коэффициент запаса достаточный, но при конструировании можно было бы учесть вид формы потери устойчивости и внести дополнительные коррективы.

Проверка устойчивости

Слайд 50

6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА

Проверка устойчивости

6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА Проверка устойчивости

Слайд 51

Проверка устойчивости

ДЕЙСТВИЕ ВАКУУМА

Для тонкостенных стальных листовых конструкций проверка устойчивости с использованием элементов

Проверка устойчивости ДЕЙСТВИЕ ВАКУУМА Для тонкостенных стальных листовых конструкций проверка устойчивости с
оболочечного типа попросту не имеет альтернативы.

Слайд 52

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА

Зона ремонта

Температурные воздействия, имитирующие деформацию усадки сварных швов

Проверка устойчивости

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА Зона ремонта Температурные воздействия, имитирующие деформацию усадки сварных швов Проверка устойчивости

Слайд 53

ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ

Выпучивание стенки

Проверка устойчивости

ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ Выпучивание стенки Проверка устойчивости

Слайд 54

7. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОБОЛОЧКИ

Проверка устойчивости

7. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОБОЛОЧКИ Проверка устойчивости

Слайд 55

Проверка устойчивости

Была проверена гипотеза о потере устойчивости, как о причине аварии СОК

Проверка устойчивости Была проверена гипотеза о потере устойчивости, как о причине аварии
«Трансвааль-Парк»

Основные проблемы были связаны с моделированием упругих свойств бетона и с учетом влияния ползучести. Оба эти фактора учитывались приближенно.

Слайд 56

Разбивка на зоны по уровню напряжений

Проверка устойчивости

МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА – ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Разбивка на зоны по уровню напряжений Проверка устойчивости МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА – ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Слайд 57

Е = 3,52е+06
Kуст = 2,772

Е = 1,07е+06
Kуст = 0,842

Бетон В35
Влажность 40-75%
Φb,cr =

Е = 3,52е+06 Kуст = 2,772 Е = 1,07е+06 Kуст = 0,842
2,3

ПРИМИТИВНЫЙ УЧЕТ ПОЛЗУЧЕСТИ

Проверка устойчивости

Слайд 58

Проверка устойчивости

ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ – ВЛИЯНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ

Необратимые прогибы, вызванные ползучестью

Оказалось, что коэффициент

Проверка устойчивости ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ – ВЛИЯНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ Необратимые прогибы, вызванные ползучестью Оказалось,
запаса устойчивости равен 0,637 (!).
Имя файла: ПРОВЕРКА-УСТОЙЧИВОСТИ-Постановка-задач-и-приемы-решения-с-использованием-SCAD.pptx
Количество просмотров: 271
Количество скачиваний: 0