Система автоматизированного проектирования и расчета
Вход /
Регистрация
   

Изменения и дополнения в ПК ЛИРА 10.12 R2.1

Изменения и дополнения в ПК ЛИРА 10.12 R2.0

Расчетно-графическая среда

Добавлены эквивалентные стержни и оболочки, с помощью которых стало возможным армирование объемных тел

При формировании расчетной схемы здания или сооружения определенные конструкции могут быть смоделированы как стержневыми, так и пластинчатыми или объемными конечными элементами. Каждый из этих типов элементов имеет свои преимущества и недостатки. Иногда конструкцию сложной формы невозможно посчитать стержнями или пластинами, и корректный расчет можно произвести только объемными элементами. С другой стороны, в отличие от стержней и пластин, для объемных элементов отсутствует подбор и проверка конструирования по нормативным документам. Для стержня может быть посчитана точечная и распределенная арматура, а для пластины только распределенная. Учитывая преимущества и недостатки моделирования схемы разными типами элементов, в ПК ЛИРА 10.12 добавлены эквивалентные элементы, которые позволяют из пластин и объемников собирать усилия на эквивалентные элементы более низкого порядка с целью подбора и проверки конструирования по выбранным нормам.

Концепция эквивалентных элементов основана на том, чтобы суммарные усилия в центре эквивалентного элемента соответствовали сумме узловых сил и моментов в элементе, с которых мы собираем усилия. Под узловыми силами и моментами здесь подразумеваются нагрузки, приводящие к возникновению напряжений в элементе. Для отдельного стержневого эквивалентного элемента в сбор усилий попадают те узлы, которые размещены между нормальными плоскостями, проходящими через два узла эквивалентного элемента. Для пластин собираются те узловые нагрузки, которые лежат на нормалях к эквивалентной пластине, проходящих через узлы эквивалентного элемента. Этот факт для пластин нужно учитывать, чтобы не потерять нагрузки в узлах, которые не проецируются в узлы эквивалентной пластины.

Создание в программе эквивалентных элементов выполняется либо с помощью автогенерации, либо путем построения их вручную, как обычных элементов, с изменением типа элемента на соответствующий.

Чтобы автоматически сгенерировать элементы эквивалентной пластины, нужно выбрать объемные элементы, с которых необходимо собрать усилия, а также выбрать узлы, которые будут принадлежать эквивалентной оболочке. Далее, находясь в режиме «Эквивалентные элементы», выбираем «Добавить пластинчатые элементы» и «Добавить эквивалентный элемент». На рисунке ниже данная процедура выполняется для плиты ребристого перекрытия.

Чтобы автоматически сгенерировать эквивалентный стержень, нужно выбрать пластинчатые или объемные элементы, с которых необходимо собрать усилия, а также выделить два узла, которые будут началом и концом эквивалентного стержня. Далее, находясь в режиме «Эквивалентные элементы», выбираем «Добавить стержневой элемент» и «Добавить эквивалентный элемент».

Для создания эквивалентного элемента в ручном режиме необходимо задать стержень – для эквивалентного элемента стержня, пластину – для эквивалентного элемента пластины, а затем назначить соответствующий тип (610 – для эквивалентного стержня и 642, 644 – для эквивалентной пластины). Затем выделить эквивалентные элементы и обычные элементы, с которых будут собираться усилия, и, находясь в режиме эквивалентных элементов, нажать кнопку «Изменить список элементов» / «Пополнить список элементов» в зависимости от того, что нужно сделать.

На рисунке приведен пример ребристого перекрытия, построенного объемными элементами, который можно рассматривать, как стержневые элементы (тавры) и оболочечные части (плиты). Эквивалентные элементы в МКЭ-расчете не участвуют. После МКЭ-расчета усилия из основной расчетной схемы собираются на заданные эквивалентные стержни и оболочки, для которых уже возможно выполнить соответствующие конструирующие расчеты (подбор и проверку железобетонных, сталежелезобетонных, металлических и деревянных конструкций).

В качестве показательного примера ниже приведено два варианта моделирования примыкания колонны к фундаментной плите. В одном варианте (справа) колонна жестко связана с фундаментной плитой через АТТ по месту контакта, а в другом (слева) место контакта смоделировано объемными элементами, что более точно отображает напряженно-деформированное состояние модели и дает сглаженный результат. Усилия с объемных элементов собираются в эквивалентный стержневой элемент.

При использовании АТТ наблюдаются пики усилий, из-за которых при расчете армирования получаем пики значений армирования.

Ниже приводится сравнение полученных значений поперечной арматуры.

Результаты в местах концентрации значительно отличаются как по усилиям, так и по посчитанному по этим усилиям армированию. При этом, не создавая новой модели с использованием эквивалентного элемента в точке стыковки колонны с фундаментной плитой, можно подбирать армирование с учетом продавливания.

При использовании связки элементов более высокого порядка и эквивалентных элементов получаются более адекватные усилия в местах концентрации и, соответственно, более точные результаты конструирующего расчета.

Реализован вывод графической информации по результатам нелинейного расчета для поперечных сечений физически нелинейных стержней

Нелинейный расчет стержней реализован в ПК ЛИРА давно. В версии ПК ЛИРА 10.12 реализован вывод графической информации по поперечным сечениям стержней для анализа результатов. Как и раньше, для нелинейного расчета необходимо задать дробление сечения стержня на ячейки, по которым производится расчет.

В версии ПК ЛИРА 10.12 в режиме разрушения при клике мышью на стержень появляется результат расчета по каждой ячейке.

Поскольку нелинейный расчет стержня проходит только по нормальным напряжениям, для просмотра доступно напряжение и деформация. Если считается железобетонное сечение, то доступны для просмотра также напряжения и деформации в арматуре.

Дополнена выводимая графическая информация по результатам нелинейного расчета для сечений физически нелинейных пластин

При нелинейном расчете толщина пластины разбивается на 21 слой по высоте.

Для просмотра результатов расчета по каждому слою необходимо зайти в режим разрушений и кликнуть на пластину. Можно смотреть напряжения и деформации по осям выравнивания, главные напряжения и деформации. Если значения деформации по верхнему и нижнему слою имеют разные знаки, то отображается также положение нейтральной оси по каждому направлению.

Если рассчитывается армированный железобетон, то просмотр напряжений и деформации доступен также и для армирующего материала.

Для линейных стержневых КЭ (в том числе и с переменным по длине сечением) реализован вывод нормальных, касательных, главных и эквивалентных напряжений

В версии ПК ЛИРА 10.12 в режиме «Главные и эквивалентные напряжения» для линейных стержневых элементов (в том числе и с переменным по длине сечением) по установленному флажку «Напряжения в сечении элемента» добавлена возможность вывода более подробной информации по указанному элементу:

* нормальные и касательные напряжения и деформации,

* главные напряжения,

* эквивалентные напряжения.

Как дополнение, имеется также возможность задать усилия, выбрав в раскрывающемся списке «Номер сечения» элемент «Задать усилия».

Для линейных оболочечных КЭ (в том числе и многослойных) реализован вывод нормальных, касательных, главных и эквивалентных напряжений

В версии ПК ЛИРА 10.12 в режиме «Главные и эквивалентные напряжения» для линейной пластины (в том числе и многослойной) по установленному флажку «Напряжения в сечении элемента» добавлена возможность вывода более подробной информации по указанному элементу:

* доступные напряжения и деформации по направлениям,

* главные напряжения и деформации,

* эквивалентные напряжения.

Как дополнение, имеется также возможность включить флажок «Задать усилия» и задать усилия в пластине вручную.

В режиме "Изображение с экрана" реализованы пользовательские шаблоны для автоматического формирования динамических изображений

Программный комплекс ЛИРА 10.12 предоставляет пользователям возможность создания шаблонов с автогенерацией изображений для анализа и документирования результатов расчёта. В шаблон сохраняются данные о номере загружении и типе результатов.

Для создания шаблонов используется режим «Изображение с экрана». В раскрывающемся списке с вариантами сохранения следует выбрать «Динамическое изображение» и скопировать изображение с экрана с нужными данными. Нажать правой кнопкой мыши на полученное изображение или несколько выделенных изображений и выбрать «Добавить в шаблон». В результате данные изображения сохраняются в списке «Шаблоны общие» в нижней области окна, где их можно перемещать, переименовывать и применять как шаблоны для другого вида данной схемы или другой задачи. Также в этом списке можно создавать папки и применять все шаблоны, находящиеся в ней, одним нажатием.

Примеры использования

Шаблон 1 «Перемещение по UX _ ЛСК [1... Статическое загружение]»

Полученное изображение из шаблона 1 для Вида 1

Шаблон 2 «Усилие Mx [1... Статическое загружение]»

Полученное изображение из шаблона 2 для Вида 2

Реализованы РСУ по Еврокодам (с сохранением и визуализацией коэффициентов, с которыми загружения входят в РСУ)

В расчетной практике используются два похожих, но принципиально отличающихся способа решения одной и той же задачи – вычисления наиболее опасных комбинаций загружений: расчетные сочетания усилий (РСУ) и расчетные сочетания нагрузок (РСН). В отличие от РСН, где получают показатели НДС расчетной схемы, на которую одновременно действуют несколько загружений, РСУ занимается поиском невыгодной комбинации для каждого проверяемого элемента или каждого сечения стержневого элемента. Для n-загружений, без наложенных логических связей, будем иметь (2n-1) комбинаций загружений. При реальных значениях параметра n количество возможных комбинаций становится настолько большим, что решение задачи прямым перебором вариантов оказывается нереальным.

Вычисление РСН широко распространено в странах Европы и Америки. При реализации в ПК ЛИРА 10.12 нормативных документов EN 1990:2002, СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011 и ДСТУ-Н Б В.1.2-13:2008 (далее Еврокод 0) возник вопрос, что первым реализовывать. Выбор остановили на РСУ, т.к. в общем случае НДС критерием определения опасной комбинации служит экстремум упругого потенциала в какой-либо точке тела при действии на него усилий от многих загружений. В такой постановке легко учитываются особенности напряженного состояния конечных элементов различного типа. Это позволяет значительно сократить количество рассматриваемых комбинаций, не утратив наиболее опасные из них. Для стержневых элементов задача выбора комбинаций сводится к нахождению экстремальных значений нормальных и касательных напряжений, вычисленных в характерных точках сечения. Поэтому и критериями здесь являются экстремальные напряжения в этих точках сечения.

Согласно Еврокод 0, рассматриваются следующие предельные состояния:

– критические (комбинации воздействий, указанные в выражениях (6.10) – (6.12b), следует использовать при расчетах по 1-му предельному состоянию);

– по эксплуатационной пригодности (комбинации воздействий, указанные в выражениях (6.14b) – (6.16b), следует использовать при расчете по 2-му предельному состоянию).

В версии ПК ЛИРА 10.12 при выборе нормативных документов для РСУ/РСН добавлен EN 1990:2002.

При нажатии на кнопку «Коэффициенты переменных воздействий по EN 1990:2002 появляется диалог для корректировки/задания коэффициентов ψ для зданий, выбора между формулами (6.10) или (6.10а) и (6.10b) для группы В (для групп А и С всегда используется формула (6.10)), использование для аварийных расчетных ситуаций ψ1,1 или ψ2,1, а также выбора таблиц для основных комбинаций (постоянных или переходных расчетных ситуаций).

Выбор таблиц реализован в виде флажков, чтобы была возможность выполнить проектирование элементов конструкций, для которых необходимо принимать во внимание геотехнические воздействия и взаимодействие с грунтом (необходимо использовать один из трех подходов, описанных в Ерокоде 0).

При выборе норм EN 1990:2002 для РСУ/РСН в загружениях задаются:

для постоянных – вид воздействия, коэффициенты к нормативным и расчетным для предельных состояний по несущей способности для постоянных и переходных расчетных ситуаций;

для предварительного натяжения – вид воздействия, коэффициенты к нормативным и расчетным для предельных состояний по несущей способности для постоянных и переходных расчетных ситуаций;

для временных – вид воздействия, коэффициенты к нормативным и расчетным для предельных состояний по несущей способности для постоянных и переходных расчетных ситуаций, коэффициенты ψ для зданий;

аварийных – вид воздействия, коэффициент к нормативным;

сейсмических – вид воздействия, коэффициент к нормативным;

После выполнения расчета таблица результатов вычисления расчетных сочетаний выглядит следующим образом.

В таблице даны ссылки на формулы, по которым были выполнены вычисление, номера таблиц из приложения А, Еврокода 0, из которых брались коэффициенты, и коэффициенты, с которыми загружения вошли в сочетание.

Добавлено суммирование форм для кратных частот

Бывают случаи, когда конструкция имеет формы колебаний с очень близкой частотой. Такое обязательно произойдет, если модель имеет близкое распределение массы и жесткости по разным горизонтальным направлениям или если две одинаковые конструкции в модели не имеют между собой никакой связи. Кроме этого, может быть и много других факторов, по которым здание имеет ряд близких частот колебаний.

С одной стороны, суммарное воздействие от двух отдельных форм суммируется по какому-то правилу – чаще всего это квадратный корень из суммы квадратов или полная квадратичная комбинация. Однако, с другой стороны, две близкие формы могут в реальности действовать как одна, и эти правила могут подпортить более реалистичное поведение конструкции. Несмотря на то, что по результатам обычного модального анализа мы получаем разные формы с близкой частотой, эти формы можно в постпроцессоре объединить в одну, и затем для нее получать инерционные силы, усилия и перемещения при решении динамических задач. Начиная с версии ПК ЛИРА 10.12, появилась возможность выполнить эту процедуру автоматически. Для этого в параметрах динамического загружения, решаемого модальным способом (сейсмика, пульсация ветра, импульсное воздействие, ударное воздействие), нужно активизировать флажок «Суммировать формы с кратными частотами».

Дополнительно, в параметрах расчета можно выставить процент отклонения значений частот при суммировании форм, когда частоты считаются кратными.

В результатах расчета мы уже сможем анализировать результаты по одной форме, т.к. наборы форм с близкими частотами будут сложены. На рисунке ниже приведен пример списка двух загружений в результате расчета. В первом загружении было использовано суммирование кратных частот, где 1-4, 5-8, 9-12 формы были сложены соответственно в формы 1, 2, 3. Во втором загружении приведен список по формам без учета суммирования кратных частот.

Реализована возможность выполнять расчет на несогласованных сетях

Регулярно возникает такая ситуация, когда некоторые части модели должны быть связаны между собой, но их элементы в точках контакта не имеют общих узлов. Раньше приходилось переразбивать и сшивать сетку отдельных областей или связывать пары узлов через объединение перемещений или АТТ, что приводило к очень заметному снижению точности МКЭ-расчета или это занимало много времени, чтобы обеспечить удовлетворительную невязку.

Начиная с версии ПК ЛИРА 10.12, появилась альтернативная возможность связать части модели, используя согласование сетей. Иными словами, узел одной сети связывается с элементом другой сети. Между собой могут быть связанны все виды элементов, как линейные, так и нелинейные. Формально в ПК ЛИРА 10.12 связаны могут быть даже сетки, которые не имеют областей пересечения. Точность решения при этом практически совпадает со случаем, когда узлы сетки массива элементов идеально совпадают.

Принцип согласования базируется на следующих положениях:

1) Из выбранного пользователем массива узлов и элементов ищутся пары узел-элемент, которые ближе всего между собой расположены.

2) Зная пару узел-элемент, на элементе ищется точка (фиктивный узел элемента), которая ближе всего расположена к узлу. Между этой точкой и узлом накладывается объединение перемещений по выбранным пользователем степеням свободы. При МКЭ-расчете результаты в данной точке аппроксимируются с результатами узлов элемента.

Для того чтобы согласовать сети, должен быть задан узел и элемент, к которому узел привязывается. Если узлы точно попадают в элементы, то в программе можно автоматически сгенерировать связь массивов узлов/элементов. Также задаются степени свободы, по которым идет согласование: 3 линейных направлений, 3 угловых, депланация, температура, фильтрация. По невыбранным направлениям перемещений пара узел-элемент будет работать, как идеальный шарнир.

При назначении согласования – связки визуализируются. Связанными по выбранным степеням свободы могут быть даже сетки, которые не имеют точек пересечения. Ниже на рисунке приведены примеры.

Ниже на картинке показано сравнение двух деталей: слева – сетка с объемниками, полностью связанная регулярная, справа – деталь связана из двух отдельных массивов объемных регулярных сетей. По результатам видно, что в зоне связки нет ярких пиков концентраций напряжений, что говорит о хорошей точности согласования при разумном использовании данного метода.

На другом примере сравниваем две модели Т-образного соединения по перемещениям от приложенного равномерного давления на стенку: в одной сетка регулярная, во второй связка состоит из двух отдельных пластин с кардинально разной сеткой и использовано согласование сетей. По перемещениям видно, что результаты очень близки, что тоже говорит об удовлетворительности использования функции согласования.

Добавлены эксцентриситеты масс для модального анализа и ДИНАМИКИ+

Ряд нормативных документов при расчете на динамические воздействия рекомендует учитывать эффекты случайного кручения здания, обусловленного неопределенностью распределения масс в реальной эксплуатируемой конструкции.

В ПК ЛИРА 10.12 имеется возможность учитывать данные эффекты при расчете динамических задач, решаемых модальным способом (сейсмика, пульсация ветра, гармоническое воздействие, импульсное воздействие, ударное воздействие) и прямым интегрированием в Динамике+. Для каждого выбранного пользователем набора элементов (этажей) могут быть назначены свои уникальные эксцентриситеты масс по каждому горизонтальному направлению. Также случайные эксцентриситеты масс могут быть назначены ко всей модели в целом.

В ПК ЛИРА 10.12, чтобы назначить случайные эксцентриситеты масс выбранным этажам, эти группы этажей необходимо создать во вкладке «Группы элементов». Группы элементов для каждого этажа можно создавать вручную, а также имеется возможность автоматической генерации по выделенным элементам с введением минимальной высоты между перекрытиями.

Чтобы назначить случайные эксцентриситеты, нужно зайти в динамическое загружение и установить флажок «Учет эксцентриситетов масс». Далее значение эксцентриситетов для горизонтальных направлений X, Y по выбранным этажам или для всей модели в целом можно записать, нажав кнопку «Редактировать…».

После решения динамической задачи для каждого выбранного пользователем динамического загружения во вкладке «Анализ нагрузок» можно посмотреть результаты по созданным группам этажей (массы, центры жесткости, центры масс).

На рисунке ниже слева приведен сравнительный пример результатов перемещений некоторого здания с учетом случайных эксцентриситетов масс, а справа – без учета. Видно, что для формы с максимальным вкладом модальной массы стал явно заметен эффект кручения.

Также заметно некоторое отличие в результатах модального анализа. Ниже приведена сравнительная таблица для рассматриваемого здания.

Реализованы сечения пластин с различными видами ребер и волн

С целью повышения жесткости конструкции, уменьшении ее массы или по эргономическим соображениям, в строительстве принято использовать пустотные плиты, плиты, укрепленные ребрами, элементы волнистого профиля и т.п. Такие элементы нельзя назвать оболочкой, но если их профиль имеет некую периодичность, то массовые и жесткостные свойства таких элементов с определенной точностью можно усреднять и принимать их в расчете как пластины.

В версии ПК ЛИРА 10.10 для такого рода задач появилась возможность использовать коэффициенты редуцирования жесткости, когда жесткости некоторого периодичного профиля можно было посчитать вручную и привести жесткость пластины к этим значениям. Начиная с версии ПК ЛИРА 10.12, появилась возможность использования самого распространенного ряда готовых наборов сечений периодичного профиля с автоматическим расчетом приведенных жесткостей. На данный момент можно использовать плиту тавровую с ребрами в одном и в двух направлениях, плиту крестовую с ребрами в одном и в двух направлениях, плиту коробчатую с ребрами в одном и двух направлениях, пустотную плиту с круглыми отверстиями, балочную клетку, волнистый профнастил, трапециевидный профнастил, перекрытие по металлическому профнастилу.

Для того чтобы использовать такие виды сечения, нужно зайти в редактор сечений и во вкладке «Пластины» выбрать подходящий вид профиля, назначив ему требуемые размеры. Можно также посмотреть усредненную мембранную, изгибную и сдвиговую матрицу жесткости приведенной оболочки, которая будет использоваться в КЭ-расчете.

Расчет армирования для пластин периодического профиля напрямую не реализован, но подобный анализ можно проводить с использованием эквивалентных стержней, собирая усилия с выбранных пластин специального сечения и считая арматуру для них.

Добавлен лавинообразный выбор для стержней/пластин/солидов

Лавинообразный выбор реализован для того, чтобы выбирать узлы и элементы связанной поверхности по критерию угла между соседними гранями (для пластин и объемных элементов) или стержнями (для стержней). Примерный алгоритм этого выбора приведен на рисунке ниже. Изначально мы выбираем один элемент. На первой итерации программа ищет все элементы, которые имеют общий узел (для стержней) или общую кромку (для пластин и объемников). Если угол между выбранным элементом и его «соседями» меньше заданного, то соседний элемент попадает в выделенный массив. На второй итерации мы уже проверяем по этому условию элементы, которые были добавлены в выделенные на прошлой итерации, и т.д. Если на какой-то итерации в выделенный массив не добавилось ни одного элемента, то выполнение алгоритма прекращается.

По такому принципу существенно ускоряется работа с выделением массивов элементов. Так, например, за один клик можно выделить фундаментную плиту, обратившись лишь к одному ее элементу. Возможность задавать максимальный угол сопряжения позволяет выделять поверхности сложной формы. Ярким примером может быть выбор патрубка трубчатого соединительного узла.

Для объемных элементов выбираются элементы, принадлежащие поверхности. При этом выбираются только те узлы, которые лежат на этой поверхности, а не все узлы, которые принадлежат выделенным элементам. Такое выделение, например, может быть полезно для назначения нагрузок на грань объемного элемента, для генерации эквивалентных оболочек и т.п.

Во вкладке «Лавинообразный выбор» можно выбрать элемент по индексу (для объемного элемента нужно указать номер грани) и нажать кнопку «Выбрать» или же просто кликнуть мышкой на нужный элемент на самой модели. Для лавинообразного выбора стержней и пластин может быть задан запрет ветвления – если более трех элементов имеют общий узел (для стержней) или грань (для пластин), то такие элементы не будут считаться «соседними». Угол сопряжения – это угол, на который один элемент отклоняется от плоскости соседнего элемента. Имеется флажок, при установке которого мы можем выбирать узлы на поверхности. Если установлен флажок «Отмечать внешнюю кромку», то будут выделены все пластины в выбранном массиве, которые имеют кромку, не принадлежащую другим элементам. Если при этом установлен флажок «Отмечать узлы», то по свободным кромкам также будут выделены узлы.

Реализован пластинчатый КЭ нелинейной упругой связи (КЭ 290)

Пластина неупругой связи позволяет моделировать нелинейное поведение стыков. Можно задать линейное и нелинейное поведение стыка по трем продольным и трем вращательным направлениям. Длина элемента вдоль оси ортотропии Y считается равной одному метру. Пластина может быть использована во всех видах статического и динамического анализа с нелинейностью.

Элементы диалогового окна

Диалоговое окно задания жесткостей представлено на рис. 2.

Область 1.

Имя и описание

* Имя — поле, содержащее имя сечения, по умолчанию задается программно. Имя отображается в таблице «Сечений» и служит для идентификации сечения. Предусмотрена возможность при необходимости задать имя самостоятельно, для этого необходимо снять соответствующий флажок и вписать новое имя.

* Описание — поле, содержащее описание сечения, которое будет отображаться в таблице жесткостей элементов, служит для облегчения идентификации. Не является обязательным.

Область 2.

Погонная жесткость связи на растяжение-сжатие вдоль глобальных осей.

Если флажки «Rx упруго», «Ry упруго» и «Rz упруго» установлены, то нужно ввести значения в поля ввода, расположенные под ними.

Если же данные флажки скинуты, задайте требуемые параметры графика "реакция-деформация" в таблицах ниже.

Область 3.

Погонная жесткость связи на поворот вокруг глобальных осей.

Если флажки «Rux упруго», «Ruy упруго» и «Ruz упруго» установлены, то нужно ввести значения в поля ввода, расположенные под ними.

Если же флажки скинуты, необходимо задать требуемые параметры графика "реакция-деформация" в таблицах ниже.

Новый режим «Пользовательские результаты»

В процессе анализа и документирования результатов расчета нестандартного объекта может возникнуть необходимость отобразить и задокументировать изополя или эпюры расчетных данных, которые еще не реализованы в программе, но которые не сложно получить путем вычисления, опираясь на уже реализованные данные. Именно для таких случаев в ПК ЛИРА 10.12 реализован режим «Пользовательские результаты».

Режим состоит их 3 логических частей:

Блок задания и редактирования скриптов.

Для задания скрипта нужно выбрать, с какими объектами он будет работать (узлы, стержни, пластины, объемные или специальные КЭ), указать настройки единиц измерения, которые будут использоваться при вычислениях, а также задать сам скрипт (в окне для редактирования текста) c использованием языка программирования C#.

Скрипт может использовать стандартные математические методы, а также дополнительные методы, позволяющие применять в вычислениях свойства узлов или элементов и результаты расчетов, доступные в ПК ЛИРА. Состав дополнительных методов зависит от того, с какими объектами будет работать скрипт.

* Для узлов доступны:

  o номер узла;

  o координаты;

  o значение перемещений от загружения или РСН;

  o значение реакций в связях от загружения или РСН;

  o значение инерционных сил для динамических загружений;

  o значение температуры для задач системы Теплопроводность.

* Для стержней доступны:

  o номер элемента;

  o координаты центра тяжести элемента;

  o номера назначенных сечения и материала;

  o физические свойства материала;

  o геометрические характеристики сечения;

  o значение усилий от загружения или РСН;

  o значение температуры и плотности температурного потока для задач системы Теплопроводность.

* Для пластин доступны:

  o номер элемента, количество узлов в элементе;

  o координаты центра тяжести элемента;

  o номера назначенных сечения и материала;

  o физические свойства материала;

  o толщина сечения;

  o значение усилий от загружения или РСН;

  o значение главных напряжений и деформаций (в верхнем, среднем и нижнем слоях) от загружения или РСН;

  o значение температуры и плотности температурного потока для задач системы Теплопроводность.

* Для объемных элементов доступны:

  o номер элемента, количество узлов в элементе;

  o координаты центра тяжести элемента;

  o номера назначенных сечения и материала;

  o физические свойства материала;

  o значение усилий от загружения или РСН;

  o значение главных напряжение и деформаций от загружения или РСН;

  o значение температуры и плотности температурного потока для задач системы Теплопроводность.

* Для специальных конечных элементов доступны:

  o номер элемента, количество узлов в элементе;

  o координаты центра тяжести элемента;

  o номера назначенных сечения и материала;

  o значение реакций от загружения или РСН;

Блок визуализации графиков с перебором шагов или моментов времени.

Для осей абсцисс и ординат отдельно задаются номера узла или элемента и скрипт для вычисления соответствующей координаты графика. График получается в результате перебора шагов нелинейного загружения или моментов времени для задач системы Динамика+.

Блок визуализации графиков по узлам и элементам.

При построении графика по оси ординат откладываются значения, полученные в результате работы заданного скрипта для заданного набора узлов или элементов, а по оси абсцисс откладываются заданные координаты узлов или элементов в соответствии с заданной сортировкой.

Для физически нелинейного расчета добавлена возможность использовать сечения из стального проката

В предыдущих версиях ПК ЛИРА 10 возможность выполнять нелинейные расчеты стержневых элементов с сечениями из металлопроката напрямую отсутствовала. Можно было только заменить сечение металлопроката подходящим параметрическим сечением с приблизительными параметрами и выполнить расчет.

В версии ПК ЛИРА 10.12 появилась возможность проводить нелинейные расчеты для стержневых элементов с металлическими сечениями без преобразования в параметрические, что позволяет существенно сократить время на подготовку расчетной модели.

Сечения из металлопроката могут назначаться следующим физически нелинейным стержневым конечным элементам: 204, 210, 410, 504, 510.

Для расчета могут использоваться 11, 13 и 14 законы нелинейного материала.

Перед расчетом производится автоматическая триангуляция металлического сечения. При этом для полученной сетки элементов сечения выполняется гипотеза плоских сечений. Матрица жесткости физически нелинейного конечного элемента формируется на основании переменных интегральных жесткостей, вычисляемых в точках интегрирования конечного элемента на каждом шаге решения.

После расчета, помимо перемещений и усилий, доступны напряжения по шагам в каждом элементе сечения.

Добавлены новые физически нелинейные элементы интерфейса (контакта) (КЭ 268 и КЭ 269). Сделана автогенерация этих элементов в режиме "Добавить элемент"

Современные нормативные документы, регламентирующие расчет зданий и сооружений совместно с грунтовым основанием, зачастую требуют обеспечить учет того, что деформации основания и конструкций на их контакте могут быть несовместны. В расчетах необходимо учитывать возможность отлипания или сдвига на контакте "конструкция - грунт".

Для моделирования работы грунта в областях контакта с ограждающими конструкциями в ПК ЛИРА 10.12 реализованы специальные КЭ интерфейса (контакта) (268, 269). Для решения плоских задач реализован прямоугольный КЭ контакта (268), а для решения пространственных задач — пространственные треугольные и четырехугольные призмы (269).

Для описания параметров деформирования интерфейсных элементов, кроме параметров, описывающих работу примыкающего элемента грунта, задается виртуальная толщина интерфейса (вдоль оси Z1) – Hf, а также прочность интерфейса Riner (в диапазоне 0 - 1).

На рисунке показано, как, используя интерфейсные элементы (серые), можно соединять между собой и элементы грунта (коричневые), и конструкции (синие). При использовании трехузловых/четырехузловых элементов грунта соответствующие интерфейсные элементы определяются двумя парами узлов, в то время как шестиузловым/восьмиузловым элементам грунта соответствуют интерфейсные элементы, определяемые тремя парами узлов. На рисунке интерфейсные элементы показаны как имеющие определенную (реальную) толщину, однако эта толщина не влияет на работу самих интерфейсных элементов (учитывается значение Hf) и может быть очень малой. При этом местная ось X1 (зеленая) должна быть расположена параллельно ребру примыкающего элемента конструкции.

При реализации использовалась теория, изложенная в пособии: Фадеев А. Б. «Метод конечных элементов в геомеханике.» – М.: Недра, 1987г. стр.168 – 174.

Реализовано табличное редактирование параметров модели

В программном комплексе ЛИРА 10.12 реализовано табличное редактирование следующих параметров модели:

* координаты и закрепления узлов;

* топология и свойства конечных элементов (КЭ);

* геометрия и свойства архитектурных элементов (АЭ);

* параметры упругого основания стержней и пластин для КЭ и АЭ.

Режим «Табличное редактирование» находится в меню «Схема», либо на панели инструментов «Добавить фрагмент», либо во вкладке ленты «Добавить».

В окне «Табличное редактирование» можно создавать новые узлы в разделе «Узлы: координаты». Для этого вводятся значения координат и направления связей или вставляются табличные данные из других источников. При этом нумерация новых узлов выполняется автоматически.

Для КЭ и АЭ доступно только редактирование уже существующих элементов. Если флажок «Редактировать заданные» не установлен, для внесения правок указывается номер элемента. Если флажок установлен, то появится таблица с уже заданными параметрами и вносить изменения нужно непосредственно в эту таблицу.

После внесения изменений в таблице необходимо нажать кнопку «Применить».

Для 7 типа КЭ реализовано определение составляющих момента кручения (свободного и стесненного кручений)

При решении задач с учетом депланации стержней, для определения напряжений во всех точках сечения необходимо знать составляющие момента чистого (свободного) кручения Mxt, иногда называемого крутящим моментом Сен-Венана, и момента стесненного кручения (изгибно-крутильного момента) Mxw. Это компоненты, на которые можно разложить полный внешний момент кручения Mx = Mxt + Mxw. Момент стесненного кручения и момент чистого кручения в аналитическом виде находятся из зависимостей:

Начиная с версии ПК ЛИРА 10.12, появилась возможность получать эпюры этих составляющих кручения Mxt и Mxw для стержней с учетом депланации (тип КЭ 7). Соответствующие эпюры можно отобразить в результатах для стержней.

На рисунке ниже приведен пример сравнения расчета в программе и аналитическое решение консоли, подверженной кручению с изгибом. По условиям задачи длина стержня L = 2 м, высота полок швеллера H = 12.5 см, ширина швеллера B = 19 см, толщина сечения 1 см. Модуль упругости материала E = 2?1011 Па, коэффициент Пуассона 0.25. Нагрузка Р = 1 кН, приложенная к углу швеллера, создает крутящий момент Mx= 95 Нм. Нужно найти составляющие моментов кручения Mxt и Mxw.

Аналитическое решение аналогичной задачи приведено в источнике [Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: Учебное пособие. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 560 с., стр. 357-358].

При решении задачи в ПК ЛИРА 10.12 стержень был разбит на 5 элементов, использовано по 5 промежуточных сечений. Получили следующие эпюры составляющих момента кручения:

Ниже приведена таблица сравнения результатов, полученных аналитически и в ПК ЛИРА 10.12 в 6 точках стержня, которые практически совпадают. Что свидетельствует о корректности решения данного класса задач с использованием ПК ЛИРА 10.12.

Реализован расчет нестационарной задачи теплопроводности

Для моделирования сложных и разнообразных процессов теплопереноса, конвективного теплообмена все большую популярность приобретают численные методы. Преимущества численных методов заключаются в том, что они позволяют получить искомый результат с учетом реальных свойств материалов и геометрии всех входящих в расчетную область тел. Одним из таких методов является метод конечных элементов, используемый для решения дифференциальных уравнений с частными производными, возникающих при решении задач прикладной физики.

В матричном виде нестационарное уравнение теплопроводности записывается в виде

где [K] – положительно определенная симметричная матрица коэффициентов теплопроводности, или просто матрица теплопроводности, [C] – матрица теплоемкости, {T} и {F} – вектора температуры и правой части соответственно.

В ПК ЛИРА 10 используется неявная схема интегрирования

где Δτ – шаг по времени (шаг дискретизации), Ti, Ti+1 – вектора температур в текущий и следующий моменты времени, Fi – вектор правой части в текущий момент времени.

При задании исходных данных реализованы четыре типа новых задач:

1. Линейная задача с нестационарной теплопроводностью и динамикой во времени

2. Линейная монтажная задача с нестационарной теплопроводностью и динамикой во времени

3. Нелинейная задача с нестационарной теплопроводностью и динамикой во времени

4. Нелинейная монтажная задача с нестационарной теплопроводностью и динамикой во времени

Расширены нагрузки в загружениях «Динамики во времени» «Динамическая нагрузка (узловые силы)»:

Заданная температура в узле с равномерным шагом,

Заданная температура в узле с произвольным шагом,

Сосредоточенный тепловой поток с равномерным шагом,

Сосредоточенный тепловой поток с произвольным шагом,

Температура окружающей среды с равномерным шагом,

Температура окружающей среды с произвольным шагом,

и «Динамическая нагрузка (правая часть)»:

добавлены все нагрузки стационарной теплопроводности, за исключением заданной температуры в узле.

В результатах расчета для нестационарной теплопроводности можно просмотреть изменение температуры в узлах и элементах, изменение теплового потока по проекциям, как в выбранный момент времени, так и в виде графика на всем временном диапазоне.

При задании архитектурных элементов добавлен «Динамический ввод»

В программный комплекс ЛИРА 10.12 добавлена возможность динамического ввода для задания архитектурных элементов.

При наведении курсора мыши на узел схемы появляется окно «Динамический ввод» с координатами X, Y, Z (рис. 1) и длиной L (рис. 2), куда можно вписывать необходимые значения для построения элемента.

Чтобы переключиться между вводом координат и вводом длины, нужно нажать на клавиатуре PageUp/PageDown или стрелку вверх/вниз. А для перехода между координатами используется клавиша Tab. После задания параметров нужно подтвердить ввод клавишей Enter.

Железобетонные конструкции

Расчет с/ж/б сечений с жесткой арматурой.

Реализован расчет круглых и прямоугольных с/ж/б сечений. Габариты с/ж/б сечения определяются параметрически или по заданному внешнему профилю. Как внешний профиль с/ж/б сечения может использоваться круглая или прямоугольная труба.

Для сечений без внешнего стального профиля реализованы проверки на трещиностойкость.

Реализованные типы с/ж/б сечений с жесткой арматурой:

Все типы доступны для задания как с внешним стальным профилем так и без него.

Реализация возможности задания различных характеристик для арматурных включений

Появилась возможность задавать разные классы арматуры в одном расчетном сечении. Для каждого класса арматуры есть возможность задать свои конструктивные коэффициенты.

Связь арматуры заданной в конструировании и арматурных включений заданных в сечении происходит через индексы материалов продольной арматуры.

Деревянные конструкции

Добавлена база данных деревянных материалов

В ПК ЛИРА 10.12 добавлена редактируемая база данных деревянных материалов (рис. 1). Реализованы следующие виды материалов, применяемые для деревянных стержневых элементов:

* хвойная, клееная древесина, LVL, хвойное сортовое дерево (СП 64.13330.2017);

* хвойная, листовая, клееная древесина, LVL, фанера, OSB, ЦСП (ДБН В.2.6-161:2017);

* хвойное сортовое дерево (СНиП II-25-80).

Рис. 1

Для расчета деревянных конструкций добавлено 4 типа поперечных сечений стержневых элементов

В версии ПК ЛИРА 10.12 реализован расчет деревянных стержневых элементов в соответствии с нормами СП 64.13330.2017, EN 1994-1-1, ДБН В.2.6-161:2017 и СНиП II-25-80.

Выполняется расчет и конструирование деревянных стержневых элементов для:

* сплошных – прямоугольного и круглого сечений (СП 64.13330.2017, СНиП II-25-80, EN 1994-1-1 и ДБН В.2.6-161:2017 (рис. 1));

* составных – коробчатого и двутаврового (EN 1994-1-1 и ДБН В.2.6-161:2017 (рис. 2, рис. 3)).

Реализован расчет деревянных конструкций по нормативам СССР, Украины, Российской Федерации и Евросоюза

Реализованы проверки деревянных стержневых элементов на прочность по нормальным, тангенциальным напряжениям и на общую устойчивость. Основная проверка по нормальным напряжениям для сжатых, изогнутых и работающих на косой изгиб элементов производится по формулам косого изгиба. Проверка отличается в зависимости от значения приведенной гибкости.

Идентичная ситуация с расчетом растянутых элементов, которые подвержены косому изгибу. Прочность элементов, где присутствует растяжение, проверяется по следующим формулам:

На рис. 1 показан пример расчета по ДБН В.2.6-161:2017 стержневого элемента с поперечным сечением в виде бруса.

Для сравнения на рис. 2 показан пример расчета идентичного стержневого элемента по СП 64.13330.2017.

Проверка на общую устойчивость по нормам EN 1994-1-1 и ДБН В.2.6-161:2017 выполняется для сжатых элементов на изгибную и изгибно-крутильную формы потери устойчивости, для сжато-изгибаемых и изгибаемых – на плоскую форму изгиба.

По такому же принципу ведется расчет по нормальным напряжениям для стержневых элементов по нормам СП 64.13330.2017 и СНиП II-25-80. Расчет внецентренно растянутых и растянуто-изгибаемых элементов по нормальным напряжениям следует выполнять по формуле:

Расчет на прочность по нормальным напряжениям внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов выполняется по формуле:

По нормам СП 64.13330.2017 и СНиП II-25-80 реализован расчет и проверка на устойчивость. Принцип универсальной формулы сохранен, так как при нулевых значениях одного из видов усилий проверка осуществляется только по второму слагаемому формулы. Так, при отсутствии изгибающих усилий проверка на общую устойчивость проводится исключительно по изгибной форме, при нулевых значениях сжимающих усилий выполняются по формуле плоской формы изгиба:

Аналогичная проверка выполняется по ДБН В.2.6-161:2017 и ЕN 1994-1-1:

Рис. 3 иллюстрирует графу результатов расчетов, в частности механические характеристики материалов. В данном примере рассмотрена хвойная древесина, класс древесины С20.

Грунты

Система ГРУНТ, при определении осадки фундаментов мелкого заложения и вычислении коэффициентов постели С1 и С2, дополнена нормативами EN 1997-1:2004 и СН РК EN 1997-1: 2004/2011

В Еврокоде 7 отсутствует единый подход в определении осадок фундаментов. Для определения значений осадок фундамента представлены общие требования и рекомендации. Выбор способа расчета осадки и допустимых величин оставляется на усмотрение проектировщика или национального нормотворческого органа. Использование конкретных методов оговаривается в Национальных приложениях к Еврокоду 7. В версии ПК ЛИРА 10.12 реализованы EN 1997-1:2004 и СН РК EN 1997-1:2004/2011 (НТП РК 07-01.4-2012).

Общая мгновенная осадка фундамента определяется (согласно DIN 4019) с использованием метода расчета, основанного на модели упругого полупространства с условным ограничением сжимаемой толщи (метод послойного суммирования) по формуле:

Вертикальные напряжения грунта ?z на глубине z рассчитываются на основе подхода Буссинеска и принципа суперпозиции.

При расчете учитываются дополнительные напряжения, вызванные нагрузкой на фундамент, вплоть до глубины сжимаемой толщи Hc. В соответствии с EN 1997-1:2004, Hc принимают из условия, что эффективные напряжения от фундамента составляют 20% напряжений от собственного веса грунта. Соотношение может корректироваться пользователем коэффициентом глубины сжимаемой толщи в закладке «Общие».

Осадка консолидации по нормам СН РК EN 1997-1: 2004/2011 (Приложение Д, НТП РК 07-01.4-2012):

Программа позволяет ввести в расчёт влияние консолидации. Для этого необходимо задать следующие параметры консолидации: время действия приложенной нагрузки t и коэффициенты фильтрации kф для слоев грунта

Рис. 1. Указание промежутка времени действия нагрузок Pz на подошву фундамента основания в «Параметрах расчета осадки консолидации»

Рис. 2. Коэффициент фильтрации kф в таблице «Характеристики грунтов»

Осадка консолидации для времени t определяется по формуле:

Осадка консолидации по нормам EN 1997-1:2004:

Расчет производится после установки флажка и заполнения параметров консолидации: времени строительства tс, времени действия t эксплуатационных нагрузок Pz, коэффициента фильтрации kф.

Рис. 3. Задание продолжительности строительства и эксплуатации объектов строительства в «Параметрах расчета осадки консолидации»

Программой определяются границы консолидированного слоя грунта и направление фильтрации воды из этого слоя (вверх, вниз, в обоих направлениях). Если отток происходит в одном направлении, траектория оттока воды равна толщине консолидированного слоя, в случае оттока в двух направлениях – половине толщины слоя.

На расчёт консолидации влияют факторы времени, которые зависят от траектории оттока.

Программа позволяет создать график осадки консолидации во времени, который дает возможность оценить развитие осадки водонасыщенных грунтов во времени, а также ее стабилизацию.

Рис. 4. График осадки консолидации для элемента фундаментной плиты

Реализовано определение осадки одиночной сваи по нормативам EN 1997-1:2004 и СН РК EN 1997-1: 2004/2011

Метод расчета осадки одиночных свай в ПК ЛИРА 10.12 основан на использовании линейно-упругого метода Поулоса и Дэвиса, описанного в книге Pile Foundations Analysis and Design (H. G. Poulos et. E. H. Davis, 1980). При этом методе грунт основания описывается модулем упругости E и коэффициентом Пуассона ?. Осадка одиночной сваи определяется с помощью комплекса поправочных коэффициентов.

В расчете приняты следующие допущения:

1) свая и грунт изначально свободны от напряжений;

2) в свае нет остаточных напряжений, возникающих в результате ее установки;

3) перемещения сваи и прилегающего грунта равны.

Осадка одиночной сваи от действия осевой нагрузки Pz определяется по формуле:

Коэффициентом влияния осадки I программа регулирует:

для сваи на жестком основании (сваи-стойки):

влияние осадки пяты сваи (зависит от длины сваи и размеров ствола и пяты сваи);

сжимаемость сваи (зависит от коэффициента жёсткости сваи и отношения длины к диаметру сваи);

жесткость несущего слоя (зависит от отношения модулей упругости сваи и секущего модуля деформации грунта под сваей, а также от отношения окружающего грунта к коэффициенту жёсткости сваи – для разных отношений длины и диаметра сваи);

влияние понижения коэффициента Пуассона ? в окружающем сваю грунте на понижение значения осадки сваи при постоянном модуле упругости грунта (зависит от коэффициента Пуассона окружающего грунта и коэффициентов жёсткости сваи).

для висячей сваи:

влияние осадки пяты сваи;

сжимаемость сваи;

влияние несжимаемого грунта под пятой сваи (зависит от отношения длины сваи к диаметру сваи и отношения длины сваи к толщине сжимаемого слоя над несжимаемым слоем);

влияние понижения коэффициента Пуассона ? грунта.

Расчет свай по нормам EN 1997-1:2004 выполняется в редакторе «Сечений/Жесткостей» и в редакторе «Грунт». Их моделирование возможно как конечным элементом 57, так и цепочкой стержней эквивалентной жесткости.

а)

б)

Рис. 1 Установка норм и параметров расчета одиночной сваи по EN 1997-1:2004:

а) в редакторе «Сечений»; б) в редакторе «Грунта»

Результатом расчета является величина осадки s и погонная жесткость сваи Rz (вдоль глобальной оси z).

а)

б)

Рис. 2. Результаты расчета одиночной сваи по нормам EN 1997-1:2004

а) в редакторе «Сечений»; б) в редакторе «Грунта»

Добавлено определение расчетного сопротивления грунта

Определение расчетного сопротивления грунта основания является одним из важнейших расчетов зданий и сооружений по второму предельному состоянию. Ключевая предпосылка к применению методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта, заключается в том, что среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания: Pz?R. Для предварительных расчетов величина R используется в определении габаритов фундамента.

В версии ПК ЛИРА 10.12 для определения величины R реализованы положения нормативных документов: СНиП 2.02.02-83*, СП 50-101-2004, СП 22.13330.2011, СП 22.13330.2016, ДБН В.2.1-10-2009, где приводится формула:

Несмотря на целый ряд допущений, заложенных в эту формулу, определение параметра расчетного сопротивления грунта основания R при проектировании фундаментов мелкого заложения является обязательным. С учетом принятых коэффициентов формулу можно использовать при проектирования практически любых фундаментов мелкого заложения.

Рис. 1. Создание плитного фундамента для вычисления расчетного сопротивления грунта

В ПК ЛИРА 10.12 для определения расчетного сопротивления грунта основания необходимо объединить элементы фундамента в группу (см. рис. 1), задать расчетные параметры фундамента, а также назначить среднее давление Pz под подошвой фундамента для передачи на расчет в редактор «Грунта». Впоследствии возможно уточнение коэффициента использования по расчетному сопротивлению грунта по результатам полученного среднего давления под подошвой фундамента.

Рис. 2. Результаты вычисления расчетного сопротивления грунтов основания

в редакторе «Грунта»

По результатам расчета грунтового основания в редакторе «Грунта» предусмотрена возможность проведения поэлементного сравнительного анализа между расчетным сопротивлением грунтов R и средним давлением под подошвой фундамента Pz (см. рис. 2).

а)

б)

Рис. 3. Анализ модели: а) расчетное сопротивление грунтов основания R; б) коэффициент использования по R

Оценка грунтовых условий площадки строительства, а также напряжений под подошвой фундамента модели объекта строительства в ПК ЛИРА 10.12 осуществляется в режиме «Анализ модели». Результаты расчета визуализируются в виде мозаик расчетного сопротивления грунтов основания R и коэффициентов использования по R (см. рис. 3).

Реализована проверка прочности подстилающего слоя в основании фундаментов

Одним из важнейших факторов проектирования оснований и фундаментов является прочность подстилающих слоев основания Rz. В версии ПК ЛИРА 10.12 для определения величины Rz реализованы положения нормативных документов: СНиП 2.02.02-83*, СП 50-101-2004, СП 22.13330.2011, СП 22.13330.2016, ДБН В.2.1-10-2009. Проверка подстилающих слоев основания является развитием проверки прочности несущего слоя грунта. Если под несущим слоем, в пределах сжимаемой толщи, на какой-либо глубине z залегает менее прочный грунт, то производится проверка напряжения, передаваемого на кровлю подстилающего слоя грунта по условию:

Расчет на прочность подстилающего слоя производится в редакторе «Грунта». При несоблюдении условия прочности подстилающего слоя грунта программа реагирует сообщением с перечнем элементов, под которыми прочность грунтового основания недостаточна:

Рис. 1. Сообщение о недостаточной прочности подстилающего слоя в ПК ЛИРА 10.12

При успешном выполнении анализ результатов расчета по прочности подстилающего слоя производится в редакторе «Грунта» в поле «Результаты расчета». Закладка «Расчетное сопротивление» предназначена для анализа соотношения между расчетным сопротивлением подстилающего слоя Rz на глубине z от подошвы фундамента и суммарным давлением на грунт ?z в этом слое.

Рис. 2. Анализ результатов расчета прочности подстилающего слоя в редакторе «Грунта»

Металлические конструкции

Сечения металлических конструкций дополнены сквозными сечениями с 3 ветвями

В программном комплексе ЛИРА 10.12 появилась возможность рассчитывать единым стержневым элементом сквозные трёхветвевые сечения. Расчёты выполняются как в режиме подбора, так и в режиме проверки по 1-му и 2-му предельным состояниям в соответствии с действующими строительными нормами СП 16.13330.2017 (Россия), ДБН В.2.6-198:2014 (Украина), а также СНиП II-23-81*, который ещё действует в некоторых странах бывшего Советского Союза.

В отличии от двухветвевых, все три ветви такого сечения принимаются из одного профиля, образуют правильный треугольник и ориентированы главными осями симметрично относительно центра сечения. Принимается, что местная ось каждой ветви Yв направлена по касательной к окружности, проходящей через центры тяжести ветвей (кольцевое направление). Местная ось Zв каждой ветви направлена от центра сечения наружу (радиальное направление).

Рис. 1. Общий вид трехветвевого сечения

В качестве соединительных элементов может быть геометрически неизменяемая решётка, или планки. Все три плоскости соединительных элементов принимаются одинаковыми как по виду соединительных элементов, так и по очертанию решётки и их сечениям. (Картинка решётки, если смотреть снаружи, одна и та же для всех трёх граней.)

Программа предлагает широкий выбор трёхветвевых сечений с различными профилями ветвей, видами решётки и планок. Многие из таких сечений не нашли широкого освещения в литературе, но хорошо зарекомендовали себя в проектировании и строительстве. Они достаточно жёсткие, экономичные за счёт снижения количества ветвей и граней решётки по сравнению с четырёхветвевыми, не нуждаются в дополнительных диафрагмах жёсткости. Трёхветвевые сечения хорошо работают на кручение, и наша программа может выполнять расчёт таких элементов с учётом кручения.

Рис. 2. Типы трёхветвевых сечений

Следует отметить, что сечение типа У (СП) с ветвями из смалкованных уголков в настоящий релиз не входит из-за отсутствия технических нормалей, определяющих размеры уголков после малкования, и, соответственно, отсутствия их геометрических характеристик. Однако именно такие сечения изображены в действующих нормах СП, ДБН, СНиП, а также и в EN 1993-3-1:2006, разд. 1.7 (schifflerized angle). Поэтому в настоящее время мы уже определились с решением указанных вопросов, нашли все геометрические характеристики смалкованных уголков, и в ближайшем релизе такие сечения появятся.

Рис. 3. Виды соединительных элементов

Рис. 4. Пример трёхветвевых сечений с ветвями из швеллеров и соединительными элементами в виде решётки из уголков и в виде планок из швеллеров

Задание сечения:

Рис. 5. Задание трёхветвевого сечения в редакторе сечений

В редакторе «Сечения» нужно задать геометрические размеры и профили, входящие в состав трёхветвевого сечения. Кроме того, выбрать тип (решётка или планки) и вид решётки по очертанию.

Следует отметить, что здесь, как и в двухветвевых сечениях, сталь для ветвей задаётся в редакторе «Материалы» и назначается традиционным способом, через «назначение элементам сечений, материалов и параметров конструирования». Сталь же для соединительных элементов назначается при задании сечения непосредственно в редакторе «Сечения». При таком способе имеется возможность задания различных сталей для ветвей и для соединительных элементов.

Рис. 6. Задание трёхветвевого сечения

Задание конструирования:

Рис. 7. Задание конструирования трёхветвевого сечения

Здесь, как и для любой конструкции, задаются общие показатели – класс конструкции по напряжённо-деформированному состоянию, коэффициент надёжности по ответственности. После чего нужно задать основные параметры для расчёта по первому и второму предельному состоянию как для всего элемента, как единого стержня, так и для отдельных элементов, входящих в состав этого сечения – для ветвей, для раскосов и распорок, для планок. Это такие показатели, как коэффициенты условий работы, расчётные длины и предельные гибкости в главных направлениях и другие.

Результаты расчёта:

Для каждого элемента (или конструктивного элемента) трёхветвевого сечения выводится до четырёх строк, отображающих результаты различных проверок.

Для трёхветвевого сечения с решёткой:

строка 1 – результаты различных проверок элемента, как единого стержня;

строка 2 – результаты различных проверок ветвей;

строка 3 – результаты различных проверок раскосов решётки;

строка 4 – результаты различных проверок распорок (стоек) решётки, если выбрана схема решётки с распорками.

Для трёхветвевого сечения с планками:

строка 1 – результаты различных проверок элемента, как единого стержня;

строка 2 – результаты различных проверок ветвей;

строка 3 – результаты различных проверок планок.

Рис. 8. Результаты расчёта трёхветвевого сечения

Реализована утилита расчета листа настила и обшивки бункера

В программном комплексе ЛИРА 10.12 появилась утилита расчёта стального настила.

Рассматривается работа тонкой пластины, шарнирно опёртой, или жёстко заделанной по двум сторонам. Опоры принимаются линейно неподвижными в обоих направлениях. Именно такая схема работы предлагается во всей учебной и справочной литературе по строительным стальным конструкциям. Расчёт даёт достаточно точный результат также для пластины, опёртой по четырём сторонам при соотношении сторон не менее 3 для свободно опёртой пластины и не менее 2 для пластины с защемлёнными сторонами. Нагрузка принимается равномерно распределённой по площади и вызывает в пластине изгиб от момента и растяжение от распора. Утилита может быть использована для расчёта плоского стального настила ходовых площадок, для расчёта обшивок бункеров с плоскими стенками, обшивок под гидростатическое давление, и т. д.

Рис. 1. Схема работы настила.

Расчёт производится по книге С. П. Тимошенко «Сопротивление материалов», том 2, изд. «Наука», Москва, 1965 г. В учебной и справочной литературе приведены приближённые решения этого вопроса, представленные в виде графиков, таблиц, приближённых формул. В нашей программе использовано точное решение уравнений (77), стр. 72 и (79), стр. 73 вышеуказанного источника, предложенное канд. физ.-мат. наук Кукановым Н. И. (Ульяновский государственный технический университет).

Предельно допустимый прогиб настила по умолчанию принимается по п. 2 таблицы предельных прогибов в действующих нормах по нагрузкам и воздействиям (СП 20.13330.2016, ДБН В.1.2-2:2006, СНиП 2.01.07-85), но пользователь, по желанию, может поставить своё значение как в миллиметрах, так и в долях пролёта.

Рис. 2. Результат расчёта настила в режиме проверки для шарнирного и для жёсткого опирания.

Утилита работает как в режиме проверки, так и в режиме подбора и имеет удобный и понятный интерфейс. С помощью настроек ПК ЛИРА можно выбрать удобные для расчётчика единицы измерения, а также удобный язык интерфейса (русский, украинский, английский). Заполняем нужные поля – считаем – получаем результат.

Импорт и экспорт

Реализована связка с Advance Steel

Формат DWG (Drawing – чертеж) – бинарный формат файла, применяется для хранения двухмерных (2D) и трёхмерных (3D) моделей при работе с такими САПР, как AutoCAD, Advance Steel, CorelCAD, BricsCAD и др. В ПК ЛИРА 10.12 появилась возможность импорта/экспорта моделей из данного формата.

* Плагин позволяет осуществлять импорт/экспорт между ПК ЛИРА 10 и Advane Steel, реализован для Advance Steel 2020 и Advance Steel 2021.

* На основную ленту Advance Steel была добавлена вкладка ЛИРА 10 с кнопками импорта и экспорта модели и кнопкой, запускающей синхронизацию баз данных сечений стального проката.

*

* Импорт и экспорт осуществлен для основных структурных типов элементов, которые хранятся в файлах DWG-формата, а также их сечений и материалов.

* Форма синхронизации баз данных стальных сечений осуществляет импорт и экспорт таблиц в базу данных AstorProfiles. Реализовано для AstorProfiles 2020 и AstorProfiles 2021. Поддерживает импорт, экспорт, замену и объединение таблиц.

Выполнена связка с Renga

* Плагин, позволяющий осуществлять экспорт BIM-модели из Renga в ПК ЛИРА 10, реализован для актуальной версии Renga.

* На основную панель программы добавлена кнопка экспорта модели в файл FEP-формата.

* Создана форма с информацией о прогрессе процесса экспорта. Экспорт осуществляется для основных структурных типов элементов.

Существенно расширены возможности плагина для Autodesk Revit

1. Реализован экспорт результатов проверки МК. Настройка отображаемых результатов происходит через “дерево” проверок. Результаты отображаются в виде эпюр стержневых аналитических элементов.

2. Добавлена возможность учета арматурных сеток, заданных на пластинчатые элементы Autodesk Revit. Для этого нужно установить флажок “Учитывать установленную арматуру”. При установленном флажке выбор арматурных включений отключается и для построения мозаики используется суммарная продольная арматура.

3. Реализовано назначение собственного веса по материалам. Список материалов, загружения и коэффициенты собственного веса можно задать в форме “Мастер импорта”, нажав кнопку “Настройки” в блоке “Собственный вес”.

4. Расширены свойства аналитических элементов Autodesk Revit. Это позволяет импортировать элементы колонн как сваи. Задавать приложение нагрузок на поверхность, не привязанных к элементу. Указывать, будут ли создаваться АТТ при триангуляции.

5. Пересмотрен UI экспорта результатов. Отдельная форма-диалог заменена на всплывающий элемент интерфейса, что позволяет быстрее настраивать и отображать результаты. Загрузка результатов происходит один раз – по нажатию на кнопку “Обновить”.

6. Реализован экспорт результатов расчета продавливания в виде контура продавливания и подобранной поперечной арматуры.

7. Отображение шарниров на 3D-модели Autodesk Revit.

8. Добавлено создание арматурных сеток в пластинчатых элементах по результатам подбора арматуры. Корректировать положение создаваемых арматурных сеток можно с помощью параметров:

* Фоновая арматура – определяет минимальное значение подобранной арматуры, для которого нужна установка дополнительного элемента армирования.

* Максимальное расстояние между узлами (конечно-элементной модели) – определяет расстояние, по которому результаты конечных элементов будут объединяться в группы для построения элементов арматуры.

* Минимальная площадь армирования – позволяет ограничить создание арматурных элементов для маленьких площадей.

Список прочих новшеств

Графическая часть и расчетный процессор

1 В шкале для однотипных результатов добавлена синхронизация используемых типов визуализации

2 Для значений результатов без единиц измерения добавлена возможность корректировки количества знаков после запятой

3 Для режима "Сочетания" при выводе экстремальных значений факторов добавлены номера загружений и сочетаний

4 Ускорено выполнение модального анализа для загружений с одинаковым распределением масс

5 Реализована работа с архитектурными элементами в системе МОНТАЖ

6 Свойство "Игнорировать элементы в устойчивости" добавлено для архитектурных элементов

7 Элементы экранирующего слоя реализованы в фильтрации (КЭ178, КЭ172-174)

8 Добавлена возможность управлять параметрами нелинейных загружений в задачах ДИНАМИКА+

9 В режиме "Добавить элемент" реализована функция скругления пересекающихся элементов

10 Добавлено вычисление центра масс в задачах динамики во времени

11 Реализованы размерные линии, не привязанные к узлам расчетной схемы

12 Добавлена проверка на повторяемость архитектурных элементов в режиме "Контроль схемы"

13 Реализованы команды выделения по сечению-материалу-конструированию

14 При назначении горячих клавиш добавлена возможность использовать кнопки Del и Esc

15 В нагрузке на расчетную схему, прикладываемую к стержням, добавлен выбор ориентации стержней

16 Реализовано преобразование нагрузок на модель в узлы/элементы без запуска на расчет

17 Добавлена возможность управлять объектами залипания курсора

18 В режиме "Локальные оси пластин" реализована возможность сонаправлять оси Z1 на точку

19 Добавлена таблица исходных данных для архитектурных элементов

20 В функции печати таблиц реализована печать ячеек с картинками и ячеек с несколькими строками

21 Добавлен экспорт модели из командной строки для любого доступного формата

22 Ускорена отрисовка при зуммировании колесом мыши

23 Реализован вывод эпюры периметров поперечных сечений стержневых элементов

24 В режиме "Добавить узел" реализовано добавление центра окружности по трем точкам

25 В экспорте результатов добавлено сохранение мозаик в csv-файл

26 Отображение визуальных атрибутов для объемных КЭ перенесено на видимую грань (раньше было в геометрическом центре)

27 Существенно сокращен размер файла модели на диске в задачах с большим количеством проекций и "живых" картинок

28 Реализовано отображение мозаик расчетных длин для стержневых и пластинчатых элементов

29 Добавлен учет специальных КЭ в задачах теплопроводности и фильтрации

30 В контроле масштабирования деформаций добавлена возможность настраивать визуализируемые деформации в диапазоне от 0 до 2 (умалчиваемый коэффициент равен 1)

31 Добавлены кнопки быстрой фрагментации специальных элементов

32 Реализованы кнопки быстрой фрагментации эквивалентных стержней и пластин

33 В режиме закреплений добавлена информация об уже назначенных закреплениях узлов

34 Ускорено создание фрагментов модели с использованием инструментов перемещения и вращения образующей

35 Во всех редакторах добавлено сохранение положения сплиттера и ширины столбцов

36 Ускорена работа в режиме групп объединения перемещений

37 При пакетном расчете реализована возможность отключать расчет конструирования

Железобетонные конструкции

1 Реализованы проверки слабоармированных сечений по 1-му предельному состоянию

Металлические конструкции

1 Расширен список сечений по нормативам Евросоюза

Грунт

1 Добавлена возможность задания и редактирования скважин в системе ГРУНТ по координатам и глубине слоев через таблицу Excel

2 В утилиту расчета коэффициентов постели добавлены нормативы Евросоюза

3 Утилита расчета одиночной сваи дополнена нормативами Евросоюза

Импорт / Экспорт

1 В импорте из 3D DXF реализована возможность в названии слоя указывать дополнительные данные по материалам/сечениям/нагрузкам (аналогично импорту поэтажных планов из DXF)

2 В экспорте для PLAXIS добавлены жесткие вставки, жесткие тела, объединения перемещений и переменные сечения стержней