Анализ напряженно-деформированного состояния различных вариантов моделирования узла сопряжения стен

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ напряженно-деформированного состояния различных вариантов моделирования узла сопряжения стен

Дарья Александровна Шокур

Андрей Сергеевич Михайлов

Павел Иванович Егоров

Абстракт

проектирование сопряжение монолитный стена

При моделировании стен в расчетных схемах методом конечных элементов используются пластинчатые элементы. В местах сопряжения стен при обычном моделировании не учитываются их толщины, что приводит к изменению напряженно-деформированного состояния. Переход на проектирование с использованием пространственных конечных элементов в настоящее время не представляется возможным ввиду ограничения расчетных способностей современной техники. Для учета геометрических параметров стен возможно при использовании абсолютно жестких тел, таких которые используются при моделировании колонн и плит перекрытия. В статье приведен анализ результатов расчета разными вариантами моделирования методом конечных элементов сопряжения монолитных стен для определения возможности использования упрощенной схемы при проектировании зданий.

Ключевые слова: метод конечных элементов, монолитные стены, узел сопряжения

Analysis of the stress-strain state of various options for modeling the junction of walls

Abstract

When modeling walls in design schemes by the finite element method, plate elements are used. In the places where walls join, conventional modeling does not take into account their thicknesses, which leads to a change in the stress-strain state. The transition to design using spatial finite elements is currently not possible due to the limited computational capabilities of modern technology. To take into account the geometric parameters of the walls, it is possible to use absolutely rigid bodies, such as those used in modeling columns and floor slabs. The article analyzes the results of calculation by different variants of modeling by the finite element method of interface of monolithic walls to determine the possibility of using a simplified scheme in the design of buildings.

Keywords: finite element method, monolithic walls, interface node

Постановка проблемы

При моделирование расчетной схемы здания с использованием метода конечных элементов стены принято создавать пластинчатыми конечными элементами. Сопряжение данных конструкций обычно осуществляется посредством жестких улов. При таком моделировании не учитывается толщина стен в местах сопряжения, и считается, что такие схемы приводят к неверному завышенному армированию.

За адекватную модель при которой считаем, что напряжения и перемещения приближены к реальности принята схема из объемных конечных элементов, позволяющая учитывать толщину стен. Второй вариант моделирования принят по «классической» схеме из пластинчатых конечных элементов, в месте сопряжения не учитывающая толщину стен. Третьим вариантом принята схема из пластинчатых конечных элементов с установкой в месте сопряжения абсолютно жестких тел в каждом сечении.

Для исследования, расчетная схема принята в виде двух стен, первая стена длиной 3,3 м высотой 2 м., вторая стена длиной 4 м высотой 2 м. Разбивка конечных элементов принята по 100 мм, толщина стен принята, для продольной 400 мм, для поперечной 600 мм. Модуль упругости принят для бетона класса В25. Общий вид трех схем (рис. 1, 2, 3). Для проведения сравнения результатов горизонтальные и вертикальные нагрузки приложены на верхних крайних точках стен. Нагрузки приложены таким образом, что создают кручение конструкции. Ниже представлены результаты расчета по перемещениям и напряжениям в виде графиков и в табличной форме для характерных узлов. В первом варианте результаты брались для сравнения по срединной линии.

Таблица 1. Перемещения по Х в дальних точках от места стыка стен

Таблица 2. Перемещения по Y дальних точках от места стыка стен

Таблица 3. Перемещения по Z в крайних точках

По результатам анализа перемещений в сопряжении стен по трем направлениям, по всем вариантам, можно сделать вывод, что моделирование стен без использования абсолютно-жестких тел дает большую сходимость в результатах в сравнении с моделью из объемных конечных элементов.

Далее приведены мозаики нормальных напряжений в сечении элементов.

По результатам сравнения нормальных напряжений и соответственно требуемого армирования в элементах установлено, что расхождение значений напряжений незначительное, требуемое расчетное армирование одинаково для разных вариантов моделирования сопряжения стен.

В результате выполненных расчетов можно сделать вывод, что наиболее приемлемый вариант моделирования сопряжения стен методом конечных элементов без использования абсолютно жестких тел. Данный вариант наиболее приближен по деформациям к пространственной модели и имеет минимальное расхождение в значениях напряжений с вариантом с абсолютно жесткими телами.

Размещено на Allbest.ru