Программа дисциплины (syllabus) (стр. 3 )

• вспомогательные программы, предназначенные для «обслуживания» ВК SCAD и обеспечивающие формирование и расчет геометрических характеристик различного вида сечений стержневых элементов (Конструктор сечений, КОНСУЛ, ТОНУС, СЕЗАМ), определение нагрузок на проектируемое сооружение (ВЕСТ), вычисление коэффициентов постели основании (КРОСС), препроцессор ФОРУМ, используемый для формирования укрупненных моделей и при импорте данных из архитектурных систем, программы ЗАПРОС и ОТКОС для расчета оснований и фундаментов;

  Комплекс SCAD используется при расчете и проектировании конструкций различного вида и назначения. Имея в своем составе развитые средства подготовки данных, расчета и анализа результатов, он не накладывает практических ограничений на размеры и форму проектируемых сооружений. Вместе с тем для инженера-проектировщика не менее важными являются «простые» задачи, решение которых занимает у него заметную часть времени. Проверка сечений элементарных балок, сбор нагрузок на элементы конструкции, определение геометрических характеристик составных сечений - вот далеко не полный перечень такого рода рутинных проектных задач. Указанные обстоятельства стимулировали разработку серии «малых» программ-сателлитов ВК SCAD, ориентированных на решение массовых задач проектирования. Вместе с вычислительным комплексом они составляют единый пакет SCAD Office.

2) Основные этапы расчета напряженно-деформированного состояния строительных конструкций в ПВК SCAD. Приведем основные этапы работы по линейному расчету напряженного состояния стержневой системы на примере программы SCAD.

Этап 1. Запуск программы SCAD и подготовка к созданию расчетной схемы

Этап 2. Создание расчетной схемы стержневой системы для МКЭ

Геометрическое изображение расчетных схем плоских ферм, рам и балок, встречающихся в заданиях, указанных в предисловии, в программе SCAD может быть выполнено двумя способами:

а) использованием типовых схем плоских стержневых систем;

б) последовательным вводом сначала узлов элементов расчетной схемы, а затем изображением самих элементов. Возможна и комбинация этих способов.

Этап 3. Загружение расчетной схемы МКЭ. Загружением в программе SCAD называют систему одновременно действующих нагрузок. Одна и та же стержневая система может быть рассчитана от нескольких вариантов загружений. Поэтому предусмотрена их нумерация. Программа SCAD позволяет сразу выполнить расчет от нескольких вариантов загружений и от любых их комбинаций. В соответствии с видом нагрузок, которые встречаются в учебных работах, приводятся: задание сосредоточенных сил и моментов, действующих в узлах расчетной схемы и в любой точке по длине элемента типа 2, и равномерно распределенной нагрузки, приложенной по длине элемента типа 2. В программе предусмотрена процедура дробления стержней на участки для выбора точек (интервалов) приложения нагрузки. В общем вид процедура загружения расчетной схемы включает: Задание узловой нагрузки. Задание нагрузки на элемент. Сохранение загружения. Печать или сохранение расчетной схемы с созданным загружением.

Этап 4. Выполнение линейного расчета и представление его результатов

а) Выполнение линейного расчета, в котором реализуется алгоритм решения задачи МКЭ по определению перемещений узлов (в общей для стержневой конструкции системе координат) и усилий в намеченных для расчета сечениях элементов (в местной системе координат).

б) Представление полученных результатов расчета стержневой системы в виде эпюр усилий в ее элементах и картины перемещений узлов. Их сохранение и печать.

в) Представление полученных результатов расчета стержневой системы в виде таблицы с усилиями в намеченных сечениях элементов и таблицы перемещений узлов расчетной схемы. Их сохранение и печать.

Запуск программы SCAD и подготовка к созданию расчетной схемы. Окно – Загрузка программы, разделы - Проект, Опции, Справка. Окно - Создание нового проекта. Дерево проекта – Исходные данные, Расчет, Результаты, Конструирование. Типы конечных элементов в SCAD. Общая и местная система координат, правило знаков. Фильтры отображения и визуализации расчетной схемы. Нумерация узлов и элементов в схеме.

3) Создание расчетной схемы стержневой системы для МКЭ. Графическое представление расчетной схемы в общей системе координат. Геометрическое изображение расчетных схем плоских ферм, рам и балок, встречающихся в заданиях, указанных в предисловии, в программе SCAD может быть выполнено двумя способами:

- использованием типовых схем плоских стержневых систем;

- последовательным вводом сначала узлов элементов расчетной схемы, а затем изображением самих элементов (вводом элементов). Возможна и комбинация этих способов. Характеристика процедур ввода узлов и элементов, назначения типа и жесткости элементов. Особенности назначения жесткости элементов при расчетах статически определимых и статически неопределимых систем в зависимости от целей расчета – определение усилий и перемещений. Назначение опорных связей, шарниров в узлах элементов.

Загрузка расчетной схемы. Печать или сохранение расчетной схемы.

4) Процедуры расчета статических определимых балочных систем в ПВК SCAD. Реализация общей процедуры расчета: запуск программы – создание расчетной схемы стержневой системы – загрузка расчетной схемы – выполнение линейного расчета и представление его результатов для однопролетных и многопролетных балочных конструкций. Расчет балок на грунтовом основании по модели Винклера.

5) Процедуры расчета статических определимых ферменных и рамных систем в ПВК SCAD. Реализация общей процедуры расчета: запуск программы – создание расчетной схемы стержневой системы – загрузка расчетной схемы – выполнение линейного расчета и представление его результатов для ферменных и рамных конструкций. Пример.

6) Процедуры расчета статических неопределимых рамных конструкций в ПВК SCAD. Реализация общей процедуры расчета: запуск программы – создание расчетной схемы стержневой системы – загрузка расчетной схемы – выполнение линейного расчета и представление его результатов для статически неопределимых рамных конструкций в условиях плоской и пространственной задач. Иллюстрация примера.

7) Расчет плоских систем в условиях плоского напряженного и деформированного состояний. К этой категории относят плоские конструкции (например, стеновая панель, диафрагма жесткости, подпорная стенка, фрагменты наружных и внутренних стен, откосы котлованов и насыпей и др.). При расчете плоских элементов конструкция разбивается на совокупность конечных элементов (прямоугольные, треугольные) в которых непрерывная функция перемещений аппроксимируется на каждом элементе полиномом, который определяется с помощью узловых значений этой функции. Расчеты производятся с учетом особенностей графического представления расчетной схемы, процедур ввода узлов и элементов, назначения типа и жесткости элементов, назначения жесткости элементов, назначения опорных связей. Загрузка расчетной схемы. Печать или сохранение расчетной схемы. Вывод и анализ результатов расчета напряженно-деформированного состояния конструкции в условиях плоской задачи (компоненты напряжений и деформаций). Иллюстрация примера расчета прямоугольной балки-стенки на действие внешней нагрузки.

8) Расчет плит. В промышленных и гражданских зданиях часто встречаются железобетонные элементы призматической или цилиндрической формы, высота (толщина) которых мала по сравнению с другими размерами. Их называют плитами. Эти конструкции обычно рассчитывают по теории тонких плит, если h/lmin ≤ 1/5, где h – толщина плиты; lmin – наименьший размер плиты в плане. Для их расчета МКЭ используют треугольные, прямоугольные, четырехугольные изгибаемые конечные элементы (КЭ), описанные в библиотеке конечных элементов. При реализации расчета в программе SCAD особенностью создания расчетной схемы является использование на инструментальной панели диалогового окна «ГЕНЕРАЦИЯ ПЛАСТИНЧАТОЙ СИСТЕМЫ». В данном окне с использованием кнопок «тип элемента» и «жесткость» выбирается конкретный тип КЭ и их жесткости – класс бетона, толщина плиты. Далее в окне «ГЕНЕРАЦИЯ ПЛАСТИНЧАТОЙ СИСТЕМЫ» задаются размеры и число выбранных КЭ. Используя раздел «Назначения» устанавливаются опорные связи в узлах пересечения КЭ. Края плиты могут иметь опоры типа «свободный край», «шарнирное опирание», «защемление». После создания расчетной схемы в разделе «Загружение» выполняется приложение заданной нагрузки, выполняется линейный расчет и анализ его результатов – напряженно-деформированное состояние плиты. Иллюстрация конкретного примера.

9) Использование препроцессора «ФОРУМ» для создания расчетной схемы. В отличие от обычной процедуры создания расчетной схемы, где в качестве «кирпичиков» выступают конечные элементы в препроцессоре «ФОРУМ» используются укрупненные элементы (объекты), максимально приближенные по своему назначению и наименованию к функциональным составным реального сооружения. В их число входят такие наиболее часто используемые объекты, как колонны, балки, стены, перекрытия и крыши. Группы объектов могут быть объединены в более крупные подсистемы сооружения — блоки. Как правило, объединение выполняется по позиционному принципу, при котором в один блок входят элементы, моделирующие один этаж сооружения или одну секцию многосекционного здания, хотя возможны и другие условия группировки (например, блоком можно объявить все колонны здания). Такой подход создает предпосылки к переходу от архитектурной модели к расчетной и в какой-то мере упрощает создание геометрии расчетной схемы, для которой архитектурная модель может служить подосновой. Очевидным преимуществом укрупненных моделей является их относительная простота по сравнению с соответствующими им конечноэлементными моделями, что значительно упрощает контроль больших схем. Наличие укрупненной модели, состоящей из объектов, позволяет автоматизировать процесс объединения конечных элементов в конструктивные элементы. Конструктивные элементы используются в комплексе SCAD при проверке и подборе арматуры в элементах железобетонных конструкций, проверке сечений элементов стальных конструкций, а также в некоторых проектирующих программах системы SCAD Office. Кроме того, по тем же признакам, что и конструктивные элементы, при переходе от укрупненной модели к конечноэлементной автоматически создаются группы элементов. Переход от укрупненной модели к расчетной схеме комплекса SCAD выполняется путем автоматического или управляемого пользователем преобразования элементов модели в конечные элементы. Пример общего плана: Запуск программы. Создание расчетной схемы. Назначение колонн. Назначение стен. Назначение балок. Назначение плит перекрытия. Назначение отверстий в стенах и плитах перекрытий с помощью программы КОНСУЛ. Копирование этажей. Загрузка проекта в программу SCAD для выполнения расчета. Иллюстрация конкретного примера.