|
72 ставляется целесообразным далее выделить и решить следующие задачи: 1. Создать базовую математическую модель для анализа процессов деформирования и разрушения пространственной системы ЗФО при силовых и кинематических воздействиях и ее численный (конечно-элементный) аналог. Для реализации этой модели необходимо иметь обоснованный набор определяющих соотношений, описывающих механическое поведение материалов системы. Учитывая, что главным звеном в системе ЗФО является здание, именно его пригодность к эксплуатации представляет основной интерес, а вопросы прочности конструкций из кирпичной кладки при сложном напряженном состоянии с учетом накопления повреждений в настоящее время пока не нашли отражения ни в нормах РФ ни в нормах зарубежных стран, требуется разработка модели механического поведения кладки, учитывающей структурное разрушение и деформационное разупрочнение. 2. Для численной реализации модели механического поведения кирпичной кладки с учетом накопления повреждений требуются физико-механические характеристики реального структурно-неоднородного материала, которые в свою очередь зависят от деформационных и прочностных характеристик компонентов кладки (кирпича, раствора и армирующих сеток). Кроме того, для анализа резерва несущей способности конструкций, нужны полные диаграммы деформирования материала с учетом ниспадающей ветви. Их можно получить в результате натурного эксперимента, что связано с определенными трудностями создания нагружающей системы достаточной жесткости, или с помощью численного эксперимента, разработка методики проведения которого даст возможность получать полные диаграммы для любого вида напряженного состояния, что более предпочтительно в случае адекватности модели эксперименту. 3. Развитие научных основ прочностного анализа, включающего решение вопросов безопасности строительных объектов предполагает разработку системы оценок по целому комплексу показателей, важность которых определяется назначением, условиями работы конструкций, инженерной практикой, многими другими факторами. Эти оценки должны строиться на основе комплексного ана |
существующую застройку, изменение свойств грунта) требует исследования особенностей деформирования и разрушения зданий и сооружений с развивающимися трещинами и дефектами. Наиболее целесообразным, а во многих случаях единственно возможным способом для этого является математическое моделирования с применение численных методов и ЭВМ. Выявление качественных закономерностей и получение количественных зависимостей, позволяющих прогнозировать поведение объекта в аварийных ситуациях возможно лишь при наличии достаточно точных математических моделей описания геометрии, механических свойств материалов, процессов разрушения. Учитывая проведенный анализ современного состояния и подходов к решению этой проблемы, представляется целесообразным далее выделить и решить следующие задачи: 1. Создать базовую математическую модель для анализа процессов деформирования и разрушения пространственной системы «здание-фундаментоснование» при силовых и кинематических воздействиях и ее численный (конечно-элементный) аналог. Для реализации этой модели необходимо иметь обоснованный набор определяющих соотношений, описывающих механическое поведение материалов системы. Учитывая, что главным звеном в системе ЗФО является здание, именно его пригодность к эксплуатации представляет основной интерес, а вопросы прочности конструкции из кирпичнои кладки при сложном напряженном состоянии с учетом накопления повреждении в настоящее время пока не нашли отражения ни в нормах РФ ни в нормах зарубежных стран, требуется разработка модели механического поведения кладки, учитывающей структурное разрушение и деформационное * разупрочнение. 2. Для численной реализации модели механического поведения кирпичной кладки с учетом накопления повреждений требуются физико-механические характеристики реального структурно-неоднородного материала, которые в свою очередь зависят от деформационных и прочностных характеристик компонентов кладки (кирпича, раствора и армирующих сеток). Кроме того, для 69 анализа резерва несущей способности конструкций, нужны полные диаграммы деформирования материала с учетом ниспадающей ветви. Их можно получить в результате натурного эксперимента, что связано с определенными трудностями создания нагружающей системы достаточной жесткости, или с помощью численного эксперимента, разработка методики проведения которого даст возможность получать полные диаграммы для любого вида напряженного состояния, что более предпочтительно в случае адекватности модели эксперименту. 3. Развитие научных основ прочностного анализа, включающего решение вопросов безопасности строительных объектов предполагает разработку системы оценок по целому комплексу показателей, важность которых определяется назначением, условиями работы конструкций, инженерной практикой, многими другими факторами. Эти оценки должны строиться на основе комплексного анализа факторов, влияющих на характер процессов образования и развития дефектов (условия зарождения трещины, кинетики ее продвижения, резерва несущей способности конструкции влияния нагружающих систем и др.). Корректная оценка по совокупности показателей требует решения соответствующих краевых задач механики деформируемого твердого тела, для которых целесообразно использовать метод конечных элементов. При численной реализации МКЭ необходимо исследование практической сходимости и точности решения. 4. Обычно при изучении поведения сложной системы ее расчленяют на более простые подсистемы фрагменты сооружения в виде несущих стен, плит перекрытий, фундаментов и т.п., не исследуя при этом, насколько это обосновано и каковы границы применимости расчетных моделей таких подсистем. Наша задача, сравнить результаты расчетов, полученные по пространственным и упрощенным моделям, выявив границы применимости последних. 5. Конечной целью создания математических моделей и их численных аналогов является применение их в практических задачах проектирования 70 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Создана базовая математическая модель для анализа процессов деформирования и разрушения пространственной системы ЗФО при силовых и кинематических воздействиях и предложена эффективная методика построения конечно-элементной модели сооружения для проведения вычислительных экспериментов по исследованию НДС элементов конструкций с учетом нелинейного поведения материалов. Методика и алгоритм построения реализованы в виде программного комплекса на языке параметрического проектирования АРОЬ, встроенного в программный комплекс АЫ8У8. 2. Разработана обобщающая математическая модель механического поведения кирпичной кладки в условиях сложного напряженного состояния, учитывающая структурные разрушения и деформационное разупрочнение материала. Адекватность модели подтверждена сопоставлением с результатами натурных экспериментов. Установлены такие показатели оценки безопасности кирпичных зданий, как условия появления, процесс распространения трещин в несущих стенах зданий и резерв их несущей способности. 3. Создана методика численного прогнозирования эффективных деформационных и прочностных характеристик структурно-неоднородного материала кирпичной кладки. Получены новые зависимости влияния упругих характеристик компонентов (кирпича, раствора и армирующих сеток) на эффективные характеристики кладки, а также установлены соотношения этих характеристик, при которых в расчетах строительных конструкций необходимо учитывать анизотропию свойств кладки. 4. Установлено, что при разработке комплекса показателей оценки безопасности кирпичных зданий необходимо учитывать свойства нагружающих систем фундамента и основания. Разработаны алгоритмы и программы для проведения численного анализа и получены зависимости процесса разрушения несущей стены здания от механического поведения 256 |