Формат SDNF (Steel Detailing Neutral File — нейтральний файл деталізування металоконструкцій) застосовується для імпорту/експорту 3D-моделей при роботі з такими САПР, як AutoCAD, Bocad-3D, Tekla Structures та ін. В ПК ЛІРА 10.10 з’явилась можливість імпорту/експорту моделей з такого формату.

Формат SDNF описує такі конструктивні елементи, як стержні й пластини, а також навантаження на них, інформацію про матеріали і т.д. Можливість роботи з SDNF-форматом реалізовано як для версії SDNF 2.0, так і для більш сучасної — SDNF 3.0.

• Плагін, що дозволяє здійснити імпорт/експорт між ПК ЛІРА 10 та Revit, реалізований для Revit 2019 і Revit 2020.
• Додано можливість збереження та завантаження результатів підбору арматури, перенесених у Revit. До інформації, що зберігається, крім ізополів/епюр входять налаштування легенди.
• Кнопки, що запускають функції плагіну, перенесені з розкривного списку “Зовнішні інструменти” на стрічку Revit.

Реалізоване збереження даних, що вводяться, при імпорті поповерхових планів. Зберігаються обрані одиниці вимірювань для всіх категорій, а також масштабний множник.

Додатковий аналіз імені шару, котрий був реалізований для файлів поповерхових планів, тепер реалізований також для окремо стоячих файлів формату *.dxf. В додатковий аналіз входять усі види навантажень, геометрія перерізів і матеріали.

З метою досягнення необхідної точності динамічного розрахунку будівель та споруд дуже важливим є правильне врахування сил згасання, які мають значний вплив на загальний коливальний процес. При розрахунку будівельних конструкцій на динамічні впливи велике значення має вибір моделі, що описує внутрішнє тертя в матеріалі.

У загальному вигляді матриця демпфування у ПК ЛІРА 10.10 записується у вигляді

(1)

де

– матриця зосереджених демпферів,

матриці мас і жорсткості розрахункової моделі,

множники до матриць мас і жорсткості розрахункової моделі,

кількість скінченних елементів з ненульовими множниками до матриць мас і жорсткості елементу,

матриці мас і жорсткості -го скінченного елементу

множники до матриць мас і жорсткості -го скінченного елементу.

Множники i до матриць мас і жорсткості розрахункової моделі задаються в завантаженні “Демпфування”, в якому також можуть бути призначені зосереджені демпфери для матриці .

Множники і до матриць мас і жорсткості -го скінченного елементу задаються в Редакторі матеріалів.

Спеціальні скінченні елементи не мають множників і .

Миттєву відмову (вихід з ладу) одного з елементів несучої конструкції зазвичай пов’язують з проблемою прогресуючого (лавиноподібного) обвалення. Виникнення терміну “прогресуюче обвалення” пов’язане з трагічною подією, що сталася в Лондоні 16 травня 1968 р. У 22-поверховому будинку Роунан-Пойнт (Ronan Point), який було збудовано за системою Ларсон-Нільсен, стався вибух побутового газу. В результаті вибуху було зруйновано несучу торцеву стіну і ненесучу зовнішню стіну кутової квартири на 18 поверсі. Торцеві стіни та перекриття верхніх поверхів, втративши опору, обрушилися, а вплив ваги та удару падаючих елементів викликало руйнування стін і перекриттів кута будівлі до найнижчого поверху.

Розрахунок на стійкість проти прогресуючого обвалення виконується в квазістатичному або динамічному ставленні. На практиці, в більшості випадків, використовується квазістатичний розрахунок з коефіцієнтом динамічності, що дорівнює двом. Така величина коефіцієнту динамічності виходить з теоретичного рішення одномасової пружної системи без демпфування на постійне навантаження.

Раптове руйнування елементу відповідає, наприклад, дії вибуху, пожежи або аварійного перевантаження, при цьому слід враховувати динамічну реакцію конструкції на пошкодження. Миттєва відмова моделюється заміною реакцій зруйнованих елементів на протилежний напрямок, враховуючи високу швидкість відмови, залежність сили від часу можна прийняти білінійною.

В ПК ЛІРА 10.10 для захисту від прогресуючого обвалення при локальному руйнуванні несучих елементів конструкції було реалізовано наступну можливість. Для монтажної динамічної задачі, як лінійної, так і нелінійної, для останньої стадії монтажу вказують елементи, які будуть демонтуватися в динамічному ставленні.

Для динамічного завантаження задається графік зміни прикладених з протилежним знаком реакцій елементів, що демонтуються.

Після завершення розрахунку є доступною вся гама результатів в будь-який момент часу для проміжку, що досліджується. Крім цього, реалізовано можливість аналізу графіків зміни у часі прискорень, швидкостей, переміщень, зусиль, напружень і т.д.

На підставі введених коефіцієнтів коригуються жорсткісні характеристики, що використовуються розрахунковим процесором при створенні матриці жорсткості розрахункової моделі. Ця можливість, зокрема, дозволяє врахувати рекомендації нормативних документів, а саме розділу 6, СП 52-103-2007 “Залізобетонні монолітні конструкції будівель” по зниженню жорсткості плит і колон.

Для стержнів задаються коефіцієнти до кожної з семи жорсткостей (EF, EIY, EIZ, GKR, GFY, GFZ, EIW), на котрі вони помножуються при побудові матриці жорсткості та врахуванні температурних навантажень.

Для пластин задаються коефіцієнти, на котрі помножуються (при побудові матриці жорсткості та врахуванні температурних навантажень) елементи матриць пружності плоского напруженого стану, згину та зсуву.

Коефіцієнти до жорсткостей показують, у скільки разів обчислені значення жорсткісних характеристик відрізняються від значень, які підуть у розрахунок. За замовчуванням коефіцієнти до жорсткостей прийняті рівними 1.0.

Шарніром позначають податливе примикання елементу до вузла конструкції. Пружним або лінійним будемо називати шарнір, у якого жорсткість податливої в’язі не залежить від зусиль в елементі. У ідеального шарніру, що є окремим випадком пружного, жорсткість податливої в’язі дорівнює нулю. Алгоритм реалізації пружних шарнірів оснований на жорданових виключеннях і детально викладений у [1], Додаток А.

Для нелінійного шарниру задається залежність між переміщенням та зусиллям у податливій в’язі, що задовільняє умові

жорсткість податливої в’язі дорівнює .

Пружно-пластичні шарніри можуть використовуватися для моделювання нелінійної роботи елементів конструкції, моделювання механізмів руйнування конструкції, розрахунку на граничне навантаження, розрахунку на стійкість від прогресуючого обвалення, для виконання Pushover аналізу, а також для аналізу динамічної поведінки конструкції.

Передбачається, що матеріал самого стержневого скінченного елементу працює у пружній стадії, тобто пружно-пластичні шарніри реалізовані в початковому і кінцевому перерізах 7 і 10 скінченних елементів. Для нелінійних шарнірів можливо задавати пружно-пластичну зі зміцненням та пружно-ідеально-пластичну (рис. 1) діаграми роботи.

Рисунок 1. Пружно-ідеально-пластична діаграма роботи

На рис. 1 наведено діаграму, що відповідає дії згину. На ній: — граничний момент поперечного перерізу стержня, — кут повороту, що відповідає граничному моменту

У більшості випадків нелінійні шарніри задаються тільки за кутовим ступенем свободи, але в загальному випадку можливо використання шарніру пластичності зі складовими для нормальної сили, крутного моменту, поперечних сил та згингальних моментів у двох площинах.

Рисунок 2. Задання діаграми роботи нелінійного шарніру елементам розрахункової схеми

Задача с нелінійними шарнірами вирішується ітераційним методом [2]. Врахування податливості вузлів може значним чином впливати на напружено-деформований стан конструкції за рахунок перерозподілу зусиль.

1. Перельмутер А. В. Розрахункові моделі конструкцій і можливість їх аналізу / А. В. Перельмутер, В. И Слівкєр. – К: Сталь, 2002. – 597 с.
2. Горбовець А. В. Наближені схеми для стаціонарних і нестаціонарних задач з односторонніми обмеженнями / А. В. Горбовець, І. Д. Євзеров // Обчислювальні технології. – 2000. – Т. 5, №6. – С. 33-35.

Для врахування пружної основи вздовж стержня до функціоналу потенційної енергії для стержня додається складова

де — периметр області контакту, — коефіцієнт пружної основи вздовж стержня.

Для пластин додається складова

де і — коефіцієнти пружної основи, відповідно, вздовж місцевих осей пластини та .

Додані складові мають такий же самий вигляд, як і стандартна пружна основа і реалізуються (при побудові матриці жорсткості й обчисленні реакцій) аналогічно.

Врахування пружної основи вздовж стержня потрібно для коректного моделювання паль ланцюжком стержнів, таке моделювання стало можливим у версії ПК ЛІРА 10.10.

Для доданих компонент пружної основи реалізоване завдання, контроль та відображення призначених величин.

Багатошарові пластини і оболонки мають широке застосування в різних областях промисловості та будівництва. Це елементи космічногї, авіаційної, кораблебудівної техніки, захисні споруди АЕС, резервуари та цистерни для хімічних виробництв, конструкції промислового, цивільного та транспортного будівництва, обладнання енергетичного машинобудування і т.д.

У зв’язку з широким застосуванням у інженерній практиці багатошарових оболонок, велику актуальність набуває дослідження напруженого стану окремих шарів. У поточній реалізації забезпечується спільність роботи всього багатошарового пакету составної конструкції. Для кожного шару (допускається не більше 10 шарів) задаються: товщина, щільність, модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона та коефіцієнти температурного розширення.

Усі необхідні для розрахунку величини визначаються інтегруванням по товщині, при цьому передбачається, що навантаження прикладаються до серединної поверхні перерізу. Коефіцієнти температурного розширення обчислюються як середні значення по перерізу.

У попередніх версіях програмного комплексу зусилля в стержневих елементах обчислювалися виключно в головних осях поперечного перерізу стержня. В ПК ЛІРА 10.10 для стержневих елементів додано можливість задавати осі обчислення зусиль. Система координат для обчислення зусиль в стержнях використовує правило: місцева вісь , як завжди, має напрямок від першого вузла до другого, користувач задає вектор, паралельний до місцевої осі , яка може не співпадати з головною віссю інерції, місцева вісь утворює праву трійку з осями і . В цій системі координат задаються шарніри, жорсткі вставки та місцеві навантаження.

Таблиці результатів по стержневих елементах у новій версії ПК ЛІРА 10.10 можна отримати як в осях вирівнювання зусиль, так і в головних осях інерції.

Розклад Холецького вперше було запропоновано французьким військовим геодезистом польского походження Андре-Луї Холецьким в кінці Першої Світової війни, незадовго до його загибелі в бою у серпні 1918 р. Ідею розкладу було опубліковано в 1924 р. Бенуа (товаришем по службі Холецького). Вперше розклад було використано поляком Т. Банашевічем у 1938 р. У радянській математичній літературі він також зветься методом квадратного кореня; назва пов’язана з характерними операціями, відсутніми у схожому розкладі Гауса.

Для розріджених матриць розклад Холецького широко використовується у якості прямого методу розв’язання лінійних систем.

У версії ПК ЛІРА 10.10 реалізовано метод розкладу, який використовує стислий формат розріджених стовпців (Compressed Sparse Column, CSC-format): зберігаються тільки ненульові елементи матриці та їхні координати (номери рядків і стовпців). Така схема збереження ставить мінімальні вимоги до пам’яті та в той же час виявляється дуже зручною для операцій над розрідженими матрицями.

На рисунку можна побачити подання матриці в форматі CSC.

Дана реалізація суттєво прискорила розклад матриці жорсткості розрахункової схеми. Так, для процесоров Intel (R) Core(TM) i7 8700 CPU @ 3.20GHz, 6 фізичних ядер, 12 логічних ядер, з кеш-пам’ятью третього рівня 12 МБ, ОЗП 16 ГБ прискорення становить від 1.3 до 5 раз.

Так, наприклад, процедура розкладу матриці жорсткості каркасної будівлі (3,661,779 невідомих) з використанням вказаного вище комп’ютеру зайняла меньше 2 хвилин.

Модальна маса — це доля маси споруди , що бере участь в динамічній реакції за визначеною формою коливань

де

— матриця мас розрахункової схеми,

— -а форма власних коливань,

— вектор напрямків сейсмічного руху основи по вузлах.

У попередніх версіях програмного комплексу ЛІРА 10 для врахування форм коливань в динамічній реакції будівлі або споруди внесок в модальні маси відповідної власної форми мав бути не менше ніж 1%.

У версії ПК ЛІРА 10.10 користувачі мають можливість вказувати мінімальний відсоток внеску в модальні маси, після подолання якого форму власних коливань буде враховано в динамічній реакції будівлі або споруди.

У версії 10.10 програмного комплексу ЛІРА реалізоване обчислення розрахункових сполучень навантажень (РСН) для системи МОНТАЖ. Для формування доступні як користувацькі, так і автоматичні сполучення.

При формуванні Автоматичних сполучень накладається одне обмеження:

в історії зведення тільки одна стадія зведення може мати ненульовий коефіцієнт.

Програмний комплекс ЛІРА 10.10 надає користувачам можливість розрахунку будівель і споруд на пальовій основі. Це може бути як обчислення узагальнених характеристик паль (СЕ 57), так і моделювання паль ланцюжком стержнів (архітектурний одновузловий елемент “Паля”).

Для архітектурного одновузлового елементу “Паля” призначається переріз “Паля (пружна в’язь)”, в параметрах якої з’явилась можливість задавати розставлення арматури для подальшого її підбору.

Після призначення перерізу “Паля (пружна в’язь)” архітектурним одновузловим елементам “Паля” вони відображаються з довжиною, заданою в перерізі, а при відображенні з урахуванням призначених перерізів — ще й із заданою конфігурацією контуру перерізу.

Моделювання паль ланцюжком стержнів можна реалізувати двома способами:

• методом “пружних опор”;
• • методом “пружного стержня”.

Ідея методу “пружних опор” полягає в тому, що у вузлах стержня створюються пружні в’язі (СЕ 56) з жорсткостями в горизонтальних і вертикальному напрямках. Жорсткості за напрямками отримують як добуток коефіцієнтів постелі ґрунтової основи на відповідну площу: для горизонтальних напрямків — площа опирання перерізу на ґрунт, для вертикального — половина площі бічної поверхні примикаючих елементів. Крім цього, під вістрям палі для вертикального напрямку до жорсткості додається величина, що дорівнює добутку жорсткості основи на площу перерізу палі.

Ідея методу “пружного стержня” полягає в тому, що ділянки стержнів палі моделюються стержнями на пружній основі. Коефіцієнти постелі ґрунтової основи за горизонтальними напрямками розраховуються згідно з Додатком В, СП 24.13330.2011 Пальові фундаменти. В вертикальному напрямку робота палі забезпечується спротивами по бічній поверхні шарів ґрунту основи і створенням на вістрі палі пружного шарніру з жорсткістю, що дорівнює по вертикальному напрямку додатку жорсткості основи на площу перерізу.

У версії ПК ЛІРА 10.10 було реалізовано ідею методу “пружного стержня”, оскільки цей метод не залежить від кроку розбивки на скінченні елементи і дозволяє отримати гладкі епюри поздовжних і поперечних сил, що краще відповідають дійсній роботі палі, ніж результати по методу “пружних опор”.

Для коректного моделювання паль ланцюжком стержнів в ПК ЛІРА 10.10 реалізовано врахування пружної основи вздовж стержня, тобто у функціонал потенційної енергії для стержня додано складову

де — периметр області контакту, — коефіцієнт пружної основи вздовж стержня. При моделюванні роботи на горизонтальне навантаження врахування ґрунтової основи здійснюється за допомогою коефіцієнтів пружної основи і .

Якщо вказати архітектурним одновузловим елементам “Паля”, що характеристики основи треба уточнювати по моделі ґрунту, значення коефіцієнтів пружної основи призначаються автоматично у відповідності з шарами, які прорізує паля.

Реалізовані два способи визначення коефіцієнтів ґрунтової основи вздовж стержня:

• за результатами польових випробувань;
• за результатами обчислення несучої здатності та осідання.

При використанні архітектурних одновузлових елементів “Паля” в результатах розрахунку будуть отримані епюри зусиль (, , , , ) по довжині палі.

І якщо для паль задані параметри конструювання, то є можливість виконати перевірку чи підбір армування.

В розрахунковій схемі одночасно можуть бути присутні як одиночні палі, так і пальові кущі, та умовні фундаменти, створені з СЕ 57 або архітектурних одновузлових елементів “Паля”.

У версії ПК ЛІРА 10.10, крім “Забивних, вдавлюваних усіх видів та паль-оболонок, які занурюють без виймання ґрунту”, додано розрахунок “ Набивних, бурових та паль-оболонок, які занурюють з вийманням ґрунту” прямокутного або круглого поперечного перерізу, з уширенням п’яти основи або без.

Додано візуалізацію мозаїки коефіцієнту постелі ґрунтової основи вздовж палі , а також периметру палі (актуально для паль з уширенням п’яти).

Реалізовано Додаток Б “Розрахунки несучої здатності паль, які взаємодіють зі скельними та полускельними ґрунтами по бічній поверхні”.

Виконано визначення несучої здатності для забивної палі, палі-оболонки, набивної та буронабивної паль, що спираються на скельний ґрунт, тобто для свай-стійок.

В нову версію внесені положення змін №2 і №3 до СП 24.13330.2011 Пальові фундаменти.

Реалізовано жорстке і шарнірне примикання оголовка палі до фундаментної плити, як для СЕ 57, так і для ланцюжку стержнів.

Для завдання та обчислення статичної компоненти вітрового навантаження для будівель та споруд різних типів у ПК ЛІРА 10.10 було додано розрахунок вітрового навантаження на поверхню. На даний час у програмі реалізовано схему з окремо стоячими плоскими суцільними конструкціями. В залежності від випадку, вітрове навантаження може бути передане на модель конструкції через вузли, стержні або пластинчасті елементи. Значення навантаження при цьому може варіюватися від параметрів: аеродінамічний коефіцієнт, коефіцієнт надійності, рівень поверхні землі (z), поточна висота прикладання навантаження (zi).

В ПК ЛІРА 10.10 реалізовані наступні розрахункові нормативні вимоги: СНиП 2.01.07-85. Навантаження та впливи. Аеродінамічний коефіцієнт визначається за схемою 1 додатку 4. СП 20.13330.2016 (зі зм. 1, 2). Навантаження та впливи. Аеродінамічний коефіцієнт визначається за додатком В.1.1. ДБН В.1.2-2:2006 (зі зм. 1). Навантаження та впливи. Аеродінамічний коефіцієнт визначається за схемою 1 додатку I. EN 1991-1-4:2005. Єврокод 1. Вплив на будівельні конструкції. Частина 1-4. Основні впливи. Вітрові навантаження. Аеродінамічний коефіцієнт визначається за п. 7.4. ДСТУ-Н Б EN 1991-1-4:2010. Єврокод 1. Вплив на конструкції. Частина 1-4. Основні впливи. Вітрові навантаження (EN 1991-1-4:2005, IDT+NA:2013). Аеродінамічний коефіцієнт визначається за п. 7.4.

Розрахунковий тиск може бути поданий і в більш абстрактному вигляді, коли задані параметри візуалізуються за допомогою графіка. Таким чином, користувач може встановити усі необхідні йому параметри і знайти значення навантаження на заданій висоті, не використовуючи основну схему.

Для всіх місцевих навантажень на пластини, крім температурних, задається ексцентриситет їх прикладання відносно серединної площини. Це дозволяє врахувати моменти від сил, що діють в площині пластини.

В ПК ЛІРА 10.10 розширені можливості задання статичних навантажень, що прикладаються до архітектурних елементів. Навантаження можуть задаватися як зосередженими, так і розподіленими на частину або на весь елемент. Також реалізоване навантаження, розподілене по лінії, що прикладається до архітектурної пластини. Точки, до яких прив’язані навантаження, не приймають участі в триангуляції архітектурних елементів, що дозволяє генерувати якісні скінченно-елементні сітки навіть у разі задання великої кількості таких навантажень.

ПК ЛІРА 10.10 дозволяє імпортувати або створювати розрахункові моделі, застосовуючи або скінченно-елементні сітки, або архітектурні елементи, або їх комбінацію. Використання архітектурних елементів суттєво спрощує процес варіантного проектування і дозволяє достягти результату в найкоротші терміни. В ПК ЛІРА 10.10 реалізовано функцію, що дозволяє перетворити виділену область скінченно-елементної сітки в архітектурні елементи для подальшого редагування геометрії та розрахунку. В процесі перетворення можуть утворюватися як стержневі або пластинчасті архітектурні елементи, так і архітектурні елементи, що моделюють роботу паль. У разі об’єднання СЕ в архітектурні можуть бути враховані вже призначені перерізи, матеріали, параметри конструювання, а також інформація про включення СЕ в групи об'єднання.

Під час роботи з великими розрахунковими схемами автозбереження задачі може займати доволі значний час. Для виключення негативних ефектів, пов’язаних із несподіваним “завмиранням” інтерфейсу, реалізовано можливість вимикати автозбереження при досягненні певного обсягу файлу вихідних даних.

У разі тривалої роботи, особливо з великими задачами, на диску може накопичитися доволі велика кількість файлів із вже не потрібними результатами розрахунків. Очищення диску “вручну” може зайняти дуже багато часу.

У версії ПК ЛІРА 10.10 реалізовано функцію швидкого перегляду розрахунків, що зберігаються у вкладених папках заданого каталогу, із сортуванням за об’ємом простору, що вони займають на диску, та можливістю безповоротного видалення всіх файлів результатів для обраних розрахункових моделей. При цьому файли, що описують вихідні дані, не постраждають.

З метою поліпшення підсумкової якості сітки скінченних елементів з використанням чотирикутних СЕ реалізовано ітераційний алгоритм Laplacian smoothing для внутрішніх вузлів тріангуляції.

У новій версії ПК ЛІРА покращено взаємодію з утілітою визначення розрахункових довжин: користувачу більше не потрібно запам’ятовувати або копіювати багатозначні величини моментів інерції, оскільки ПК ЛІРА 10.10 в діалоговому вікні визначення розрахункових довжин дозволяє вибрати момент інерції перерізу, створеного в цій задачі.

Кнопки виклику діалогового вікна вибору переріза для задання моменту інерції

Діалоговое вікно вибору переріза для задання моменту інерції

ПК ЛІРА 10.10 аналізує тип переріза, що конструюється, в також вже створені в задачі перерізи. За наявності відповідностей ПК ЛІРА 10.10 формує перелік з перерізів, у протилежному випадку кнопка виклику діалогового вікна буде відсутньою.

Перелік перерізів, доступних для вибору при визначенні розрахункових довжин

Для задания начальных несовершенств реализована возможность корректировки геометрии конечно-элементной модели в соответствии с деформированной схемой (от загружения или РСН) или формой потери устойчивости.

Для найбільш повного охоплення норм СП 63.13330.2012 та СП 63.13330.2018 в програмі реалізовано можливість розрахунку пластинчастих елементів у відповідності до глави Розрахунок площинних залізобетонних елементів плит і стін за міцністю.

В нормах описано процедуру перевірки арматури в елементах оболонок, плит і стін. Розрахунок виконується відповідно до пп.8.1.53-8.1.59 СП. Розрахунок за тріщиностійкістю (щодо утворення і розкриття тріщин, нормальних до продольної осі елементу) здійснюється згідно розділу 8.2.

У ЛІРА 10.10 реалізовано новий нормативний документ СП 63.13330.2018 Бетонні та залізобетонні конструкції.

У відповідності до актуалізованої редакції СП 63.13330.2018 виконується розрахунок по підбору та перевірці заданого армування у стержневих і пластинчастих елементах заданого перерізу.

Для зручності виведення графічної інформації за результатами підбору:

-поздовжньої арматури

-поперечної арматури

-ширини розкриття тріщин

як в пластинчастих, так і в стержневих залізобетонних елементах конструкції, додано прапорець суми. Встановлений прапорець дозволяє відображати суму виділеної арматури або ширини розкриття тріщин на елементах схеми, як зображено на прикладах:

Встановлений прапорець дозволяє відбражати суму виділених параметрів для відображення результатів перевірки:

- за міцністю, на зусилля N, M, Qx, Qy, Mx (стержні)

- за шириною розкриття тріщин, від дії навантажень тривалої та нетривалої дії:

В програмному комплексі ЛІРА 10.10 реалізовано розрахунок сталевих елементів змінного перерізу згідно норм СНиП, СП, ДБН. Доступні для розрахунку зварні двотаврові перерізи (симетричні або несиметричні), а також зварні коробки. При цьому прийнято, що висота стінки та ширина полиць змінюються за лінійним законом, причому в одному перерізі можуть змінюватися і стінки, і полиці.

Малюнок 1. Однопролітна традиційна рама з елементами змінного перерізу.

Висота стінки змінюється за лінійним законои, пояси постійного перерізу

Малюнок 2. Двопролітна рама з елементами змінного перерізу.

Висота стінки змінюється по лінійному закону, пояси постійного перерізу

Малюнок 3. Однопролітна двосхила рама з елементами змінного перерізу.

Стінка постійного перерізу, ширина поясів змінюється по лінійному закону

ᅠ

Основною проблемою при розрахунку таких елементів у відповідності до норм СНиП, СП, ДБН є визначення розрахункової довжини при первірці загальної стійкості стиснуто-зігнутих елементів по згинальній і згинально-крутильній формі.

В програмному комплексі ЛІРА 10.10 реалізовано розрахунок загальної стійкості елементів змінного перерізу, виходячи з припущення їх змінної розрахункової довжини.

Кожний переріз такого елементу в розрахунковій схемі характеризується не тільки своїми зусиллями, але й своєю розрахунковою довжиною.

Якщо відомо значення розрахункової довжини елементу (базове) при певному значенні моменту інерції , то розрахункова довжина елементу в будь-якому іншому місці з поточною координатою х (в місцевих осях стержня) може бути визначена:

– при постійній поздовжній силі N в межах елементу змінного перерізу, що розглядається, з формули:

– для елементів, у яких стискуюча сила N змінюється по довжині, відношення розрахункових довжин в різних перерізах елементу буде:

Таким елементом, наприклад, є похилий ригель або балка, в яких скатна складова розподілених вертикальних навантажень дає безперервну зміну поздовжної стискуючої сили N по довжині елементу.

Для задання змінного перерізу користувач задає розміри перерізу на початку та в кінці елементу.

Малюнок 4. Вибір сталевих перерізів змінної жорсткості.

Проміжні значення визначаються лінійною інтерполяцією.

Малюнок 5. Задання сталевого перерізу змінної жорсткості

При заданні конструювання користувач повинен задати розрахункову довжину в обох головних площинах:

Малюнок 6. Конструювання сталевого перерізу змінної жорсткості

При цьому проектувальник має вибір: задати постійну по всій довжині елемента розрахункову довжину або скористатися змінною розрахунковю довжиною. В останньому випадку слід привести базову розрахункову довжину і вказати місце, де ця величина є справедливою. В якості розрахункового місця можуть бути вказані:

Малюнок 7. Задання місця базової розрахункої довжини

Для визначення базової розрахункої довжини в деяких стандартних випадках може бути використана довідкова література, наприклад формула (48) [1], або екстраполяція таблиці 6.1 [2]. В цьому випадку базова розрахункова довжина приводиться в місці максимальної жорсткості.

Ми ж рекомендуємо для визначення розрахункових довжин користуватися підсистемою «Стійкість». Це універсальний спосіб, котрий можна застосовувати для будь-яких, в тому числі й нестандартних розрахункових схем. В цьому випадку розрахункова довжина видається всередині змінного елементу.

Література:

1. В.В. Катюшин. Будівлі з каркасами із сталевих рам змінного перерізу (розрахунок, проектування, будівництво). Москва, Стройіздат, 2005.

2. В.В. Горєв, Б.Ю. Уваров, В.В. Філіппов та ін. Металичні конструкції. В 3 томах. Том. 1. Елементи конструкцій, том 2. Конструкції будівель. Підручник для будівельних вишів. – 3-е вид., стер. Висша школа, Москва, 2004.

Для перерізів з несиметричних двотавров реалізовано можливість розрахунку конструкцій з гнучкою стінкою. Якщо фактична гнучкість стінки перевищує допустиму згідно з п. 9.4.2, 9.4.3 СП 16.13330.2011, дозволяється виключити частину стінки з роботи і виконати основні перевірки міцності та загальної стійкості за зменшеним (редукованим) перерізом. Розрахунок виконується за вказівкми п. 9.4.6 і п. 7.3.6.

Мал. 1

В цьому випадку програма видає попередження (див. мал. 1), а у вказаних перевірках замість фактичної площі А використовується редукована Ad, що визначається за формулам (31), (34) вказаних норм (див. мал. 2).

Мал. 2

В ПК ЛІРА 10.10 реалізовані вимоги Eurocode для сталевих конструкцій у відповідності до EN 1993-1-1 і EN 1993-1-5.

Матеріали реалізовані у відповідності до номенклатури Eurocode (мал. 1.2). У порівнянні з національними нормами графи «Нормативний спротив прокату» та «Розрахунковий спротив прокату» відсутні. В даних таблицях виводяться тільки характеристичні значення спротиву матеріалу, оскільки перехід на розрахункове значення виконується безпосередньо в кожній окремій перевірці.

Малюнок 1.2. Матеріал з бази даних

Несуча здатність елементів за стійкістю перевіряється по згинальній, крутільній та згинально-крутильній формам і по плоскій формі згину (мал. 1.4). Стиснуто-зігнуті (позацентрово стиснуті) елементи постійного перерізу підлягають перевірці на загальну стійкість у відповідності до формул 6.61 і 6.62:

(6.61)

(6.62)

Малюнок 1.4. Виведення результатів

Якщо заглиблюватися в особливості розрахунку, варто відзначити, що дана формула є універсальною для перевірки стійкості за всіма існуючими перевірками, оскільки у разі наявності одного доданку та рівності нулю коефіцієнтів ми отримаємо основні формули по всіх існуючих формах втрати стійкості. Обчислення даних коефіцієнтів наведено в додатках EN 1993-1-1. Існують два альтернативних методи для обчислення вказаних коефіцєнтів. Для двотаврових, коробчатих та інших симетричних перерізів рекомендується застосовувати перший метод (Додаток А). Оскільки несиметричні перерізи на даний момент знаходяться у розробці, другий метод також не представлений в цьому релізі.

Малюнок 1.5. Розрахунок за Eurocode

Розрахунок елементів, переріз яких відноситься до 4-го класу, представлений в EN 1993-1-5. Даний нормативний документ, як було вказано раніше, реалізований. У відповідності до теоретичних основ, при розрахунку перерізів 4-го класу повинні враховуватися редуковані площі перерізів. Для більш точного результату розрахунку було реалізоване врахування запізнювання зсуву. При наявності перерізу 4-го класу, для двотаврових перерізів часто необхідно використовувати поперечні ребра жорсткості, для даного випадку розрахунок виконується у відповідності до норм.

В програмному комплексі ЛІРА 10.10 моделювання паль (СЕ57) поповнилось наступними типами:

• за способом заглиблення у ґрунт до висячих забивних та вдавлюваних паль додано набивні, бурові та палі-оболонки, що занурюються із вийманням ґрунту і такі, що заповнюють бетоном (класифікація відповідає таблиці 7.6 СП 24.13330.2011);
• до розрахункових методів визначення несучої здатності додано палі-стійки та буронабивні палі. При розрахунку несучої здатності висячі палі, що спираються на скельний ґрунт, вважаються палями-стійками

В програму внесено зміни 1-3 до СП 24.13330.2011, завдяки яким розрахунок несучої здатності висячих паль та паль-стійок дозволяється виконувати при взаємодії зі скельними ґрунтами по бічній поверхні.

При розрахунку одиночної палі в локальному розрахунку та редакторі ґрунту класифікація ґрунту поповнена скельними ґрунтами та їх розрахунковими опорами по бічній поверхні та під вістрям палі. За наявності скельних ґрунтів розрахунок реалізує положення глави 7.2 та додатку Б СП 24.13330.2011.

При розрахунку в Редакторі ґрунту були доповнені характеристики ґрунтової основи задля можливості розрахунку буронабивних паль і паль-стійок, в тому числі з частковим зануренням та опиранням на скельні ґрунти.

За результатами розрахунку одиночної палі додано можливість документування результатів:

Утіліта дає можливість зчитувати дані, а потім візуалізувати їх за допомогою графику. Користувач також може отримати спектр реакції та перетворення Фур’є із вхідної сейсмограми/акселерограми, а весь отриманий результат при цьому може бути імпортований як у візуальному вигляді, так і у вигляді числових даних.

Малюнок 1.2. Використання програми Utils

Малюнок 1.2. Конвертер величин

В Utils також є можливість виконати розрахунок жорсткості одиночної палі, в якому користувач може вказати характеристики палі, спосіб її занурення, тип конструкції, до якої вона належить, та інші необхідні параметри (мал. 1.1).

На вкладці «Геологія» користувач задає шари ґрунту і відповідні до них характеристики, а на вкладці «Параметри» — норми і параметри розрахунку палі: сейсмічність/повторюваність, глибину занурення палі в ґрунт, коефіцієнти надійності, вертикальне і горизонтальне навантаження та ін.

Малюнок 1.1. Обчислення жорсткості одиночної палі

Також в ПК ЛІРА 10.10 з’явилась можливість виконувати локальний розрахунок коефіцієнтів постелі для фундаментальних плит (С₁ і С₂) (мал. 56.1).  За фізичним змістом ці коефіцієнти визначають величину зусилля в тонна-силах, котрі необхідно прикласти до 1 м² поверхні основи, щоб остання осіла на 1 м.

При розробці утіліти було враховано вимоги наступних нормативних документів:

• СНиП 2.02.01-83. Основи будівель та споруд.
• СП 50-101-2004. Проектування і влаштування основ та фундаментів будівель та споруд.
• СП 22.13330.2016. Основи будівель та споруд.
• ДБН В.2.1-10:2009. Основи та фундаменти споруд.

Малюнок 1.1. Розрахунок коефіцієнтів постелі С1 і С2

Утіліта Локальний розрахунок з/б стержня призначена для визначення площі арматури в стержневих елементах. Розрахунок виконується у відповідності до наступних нормативних вимог:

• СНиП 2.03.01-84*. Бетонні та залізобетоні конструкції;
• СП 63-13330-2012 (СНиП 52-01-2003). Бетонні та залізобетоні конструкції. Основні положення;
• СП 63-13330-2018. СНиП 52-01-2003 Бетонні та залізобетоні конструкції. Основні положення;
• СП 295.1325800.2017. Конструкції бетонні, армовані полімерною композитною арматурою. Правила проектування;
• Єврокод 2. Проектування залізобетоних конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила і правила для будівель;
• ДБН В.2.6-98:2009. Бетонні та залізобетоні конструкції. Основні положення;
• ДСТУ Б.В.2.6-156:2010. Бетонні та залізобетоні конструкції з важкого бетону. Правила проектування;
• ДСТУ-Н Б.В.2.6-185:2012. Настанова з проектування та виготовлення бетонних конструкцій з неметалевою композитною арматурою на основі базальто- і склоровінгу;
• ACI 318-11. Будівельний кодекс. Вимоги до залізобетону;
• Єврокод 2 (Білорусь) (ТПК EN 1992-1-1-2009*);
• Єврокод 2 (Казахстан) (СН РК EN 1992-1-1:2004/2011).

Утіліта Локальний розрахунок з/б пластини призначена для визначення площі арматури в пластинчастих залізобетонних елементах із складним напруженим станом. Розрахунок здійснюється у відповідності до нормативних вимог:

• СНиП 2.03.01-84;
• СП 63-13330-2012 (СНиП 52-01-2003);
• СП 63-13330-2018;
• СП 295.1325800.2017;
• Єврокод 2;
• ДБН В.2.6-98:2009, ДСТУ Б.В.2.6-156:2010;
• ДСТУ-Н Б.В.2.6-185:2012; ACI 318-11;
• Єврокод 2 (Білорусь) (ТПК EN 1992-1-1-2009*);
• Єврокод 2 (Казахстан) (СН РК EN 1992-1-1:2004/2011).

В Локальному розрахунку з/б пластини можна багаторазово змінювати параметри перерізу, геометричні характеристики елементу, перезадавати розташування арматури, матеріали, зусилля/сполученя та здійснювати підбір армування.

Підбір арматури (окремо поздовжньої і поперечної) виконується при врахуванні дії заданої кількості сполучень (погонних): Nx, Ny, Txy, Mx, My, Mxy, Qx, Qy — для оболонок; Mx, My, Mxy, Qx, Qy – для плит.

Для задання розташування арматури і задання логічних груп арматурних включень, реалізовано два типи армування: За замовчуванням, Користувацьке. Вибір «За замовчуванням» дозволяє виконати підбір арматури при її розташуванні, що зустрічається найчастіше, де реалізоване двохрівневе армування (нижнє та верхнє) з осередненою для кожного рівня прив’язкою центра ваги.

Утіліта Локальний розрахунок з/б пластин спирається на нормативну базу, в якій містяться розрахункові та нормативні характеристики матеріалів конструктивних елементів.

При розрахунку армування пластинчастих елементів за всіма нормативними документами використовуються розрахункові методи: аналітичний, еквівалентних моментів Wood&Armer, СП 63.13330.2012/СП 63.13330.2018 (для СП 63.13330.2012/СП 63.13330.2018). Підбір арматури здійснюється з урахуванням роботи арматури по ортогональним напрямкам.

Для перевірки загальної стійкості за згинальною та згинально-крутильною формами необхідно використовувати розрахункову довжину колони. Дана утіліта дозволяє автоматично визначати значенння розрахункової довжини колони у відповідності з нормативними та довідковими документами для наступних розрахункових випадків:

• Колони постійного перерізу (таблиця 31 СП 16.13330.2017).
• Ступінчасті колони (таблиця 28 «Посібники до СНиП II-23-81*»).
• Колони з неповною в'яззю (за класичною теорією на основі методу переміщень з використанням функцій впливу).
• Гілки двогілкових колон (п. 10.1.2 СП, таблиця 26 «Посібники до СНиП II-23-81*»).

Малюнок 1.1. Утіліта визначення розрахункової довжини колон постійного перерізу

Малюнок 1.2. Утіліта визначення розрахункової довжини ступінчастих колон

Малюнок 1.3. Утіліта визначення розрахункової довжини колон з неповною в'яззю

Малюнок 1.4. Утіліта визначення розрахункової довжини гілок двогілкових колон