4 создание универсального расчета железобетонных

4 СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассматривая в совокупности расчет конструктивной системы методом конечных элементов и расчет отдельных железобетонных элементов по прочности с использованием моделей сечений и каркасно-стержневых моделей, можно отметить следующее.

Метод конечных элементов является универсальным методом расчета любых конструктивных систем, содержащих любые железобетонные конструкции (балки, колонны, плиты, стены).

Методы расчета прочности железобетонных конструкций не имеют универсального характера, используют различные расчетные модели для различных отдельных железобетонных конструкций и остаются весьма несовершенными.

Методы расчета прочности железобетонных конструкций плохо вписываются и сочетаются с общим расчетом статически неопределимых, сложных, неразрезных пространственных конструктивных систем методом конечных элементов.

При расчете конструктивных систем методом конечных элементов усилия в конечных элементах определяются по нормальным сечениям линейных элементов (при моделировании стержнями) и по нормальным сечениям плоских элементов (при моделировании оболочечными элементами), в то время как при расчете прочности используются модели наклонных и пространственных сечений, в которых рассматривается равновесие внешних и внутренних сил не в нормальных, а в наклонных и пространственных сечениях. В результате приходится создавать сложный и неоднозначный переход от усилий в нормальных сечениях к усилиям в наклонных и пространственных сечениях, в котором не могут полностью учитываться особенности расчета по наклонным и пространственным сечениям, либо создавать отдельные расчетные блоки для оценки прочности при действии поперечных сил и крутящих моментов. То же самое относится и к каркасно-стержневым моделям.

Для создания общего и универсального расчетного аппарата представляется целесообразным принять в общем случае моделирование железобетонных конструкций объемными элементами, то есть моделирование линейных железобетонных конструкций (балок, колонн) по длине и по площади (высоте и ширине) поперечного сечения этих конструкций, а моделирование плоских железобетонных конструкций (плит, стен) — по площади и по толщине этих конструкций.

Такое моделирование позволит отказаться от использования весьма условных и несовершенных методов расчета прочности железобетонных конструкций по нормальным, наклонным и пространственным сечениям и каркасно-стержневым моделям.

Вместо этих моделей прочность железобетонных конструкций будет оцениваться исходя из прочности отдельных, в общем случае объемных, конечных элементов, подвергающихся воздействию по боковым сторонам нормальных и сдвигающих сил.

Безусловно, это может увеличить общий объем конечных элементов в конструктивной системе. Однако такое увеличение конечных элементов для существующих конструктивных систем может оказаться не слишком велико. Балочные элементы, в основном, рассчитываются на действие изгибающих моментов и поперечных сил, так что для них могут быть использованы плоские (оболочечные) конечные элементы, распределяющиеся по высоте и длине балки. Да и количество самих балочных элементов в существующих конструктивных системах, состоящих, в основном, из колонн, стен и плоских плит перекрытий, может быть не слишком велико. Для плит и стен могут, как обычно, применяться плоские (оболочечные) конечные элементы, за исключением участков плоских плит около колонн, где взамен расчета на продавливание по наклонной поверхности следует применять объемные конечные элементы. Для колонн, рассчитываемых на действие продольных сил и изгибающих моментов, могут, как обычно, применяться стержневые (линейные) конечные элементы, а для стен, как обычно, плоские конечные элементы. Таким образом, проблемы перехода на более полное моделирование взамен расчета прочности по наклонным сечениям будет в основном относиться к балочным железобетонным конструкциям и только в отдельных случаях — к остальным железобет. онным
конструкциям.

Следует также отметить, что увеличение объема конечных элементов в конструктивной системе может быть перекрыто растущей мощностью компьютеров.

Необходимость перехода на моделирование линейных железобетонных элементов плоскими конечными элементами диктуется и следующими обстоятельствами.

В настоящее время в практических расчетах балки моделируются стержневыми конечными элементами, а балки-стенки — плоскими (оболочечными) элементами. В результате для балок и балок-стенок применяются разные схемы моделирования и, соответственно, разные методы расчета прочности с различными конечными результатами при отсутствии какой-либо определенной границы между балками и балками-стенками. Часто даже балки-стенки моделируются стержневыми элементами, что дает совершенно искаженные результаты при использовании расчета прочности по нормальным и наклонным сечениям.

То же самое относится к единообразному моделированию колонн и пилонов плоскими (оболочечными) конечными элементами, между которыми, очевидно, также нет четкой границы, как и между пилонами и стенами.

Кроме того, при моделировании колонн стержневыми элементами возникают проблемы с определением усилий в плитах около колонн.

Плоские тонкие плиты обычно моделируются плоскими (оболочечными) элементами. Однако проблемы возникают при моделировании ребристых плит в зоне расположения ребер, для которых применяются различные, весьма условные приемы, не дающие надежных результатов. В этом случае, очевидно, необходимо применять более точное моделирование. То же самое относится к плитам с капителями.

Имеются и многие другие случаи, где требуется более точное моделирование (узловые сопряжения элементов, консоли колонн, приопорные зоны балок с расположением сосредоточенных нагрузок вблизи опор и т. п. ).