Расчет железобетонных конструкций в SW Simulation

[Alex V6 0]

Уже долго зрел вопрос по поводу расчета несложных ж/б конструкций в Cosmos.

У меня есть конкретная задача по расчету пролетного строения моста, которое представляет из себя армированный блок

Поскольку я механик, у меня нет навыков по строительным расчетам и более менее сносно я считаю пока только в Cosmos, поэтому прошу с терпением отнестись к моим элементарным вопросам.

1. Как лучше представить арматуру, в виде обьемной фигуры или стержней/балок?

2. Как задать материал бетона класса В30? насколько я понимаю нужно учитывать специфику столь хрупкого материала. Может существуют уже готовые базы материалов с бетонами

3. Как описать контакты бетона и арматуры?

4. Есть ли какие то специализированные модули для подобных расчетов? Я встречал информацию про StructureWorks, но проэкт наверное заглох

Мне не требуется углубленный расчет, учитывать трещины, просто прочность в лоб, но если такое вдруг возможно то с готовностью поизучаю...

Изменено 24 февраля 2011 пользователем Alex V6

[Fedor 1 597]

"1. Как лучше представить арматуру, в виде обьемной фигуры или стержней/балок?

2. Как задать материал бетона класса В30? насколько я понимаю нужно учитывать специфику столь хрупкого материала. Может существуют уже готовые базы материалов с бетонами

3. Как описать контакты бетона и арматуры?

4. Есть ли какие то специализированные модули для подобных расчетов?

Мне не требуется углубленный расчет, учитывать трещины, просто прочность в лоб, но если такое вдруг возможно то с готовностью поизучаю..."

Никак. Просто бетон это бетон, а железобетон это не бетон. Находите моменты и подбираете по ним арматуру. Модуль упругости бетона разделите на пи и этим учтете трещины.

Почитайте W. H. Mosley - Reinforced Concrete Design to Eurocode 2

Критерий по трещинам придумали чтобы ограничить деформации. Просто так удобнее мерять щупами.

[a_a_a+ 11]

Ну, вообще, беда, когда "без навыков по строительным расчётам" мосты проектируют. Где он такой стоять-то будет, чтоб от него подальше держаться?

1. Если есть предварительный натяг арматуры - Вам не в COSMOSWorks!

2. Если учитывается нелинейность бетона в виде микротрещин и собственно железобетона из-за нарушения сплошности между арматурой и бетоном - Вам не в COSMOSWorks! Тем более про ситуацию с пластичностью арматуры, макротрещинами и тд.

3. Хрупкие и "столь хрупкие" материалы отличаются назначаемыми пользователем (!) критериями прочности. Посмотрите, есть ли в числе имеющихся в программе критериев подходящий. В любом случае в COSMOSWorks нет критериев для оценки прочности анизотропных материалов (ну, за исключением, понятно критериев максимальных напряжений/главных напряжений/деформаций - они неявно есть везде). Так что если интересует состояние конструкции после появления в хрупокм материале микротрещин, см. пункт 2.

COSMOSWorks нет дела до "класса" бетона. Там есть перемещения, деформации, напряжения. Как Вы их интерпретируете, Ваши личные проблемы. За исключением того, что присутствует несколько критериев прочности для изотропных материалов, определяющих переход в пластическое состояние или (для хрупких) момент возможного начала разрушения вне зон сингулярности (трещин, внутренних углов, концов арматуры! ...). Что будет после начала разрушения - см. пункт 2.

Если всё-таки нужна прикидка того, можно ли ехать по имеющемуся мосту, то можно железобетон (его фрагменты с одинаковой схемой армирования) моделировать однородно-анизотропной средой. Тогда Вы (в COSMOSWorks для этого нет прямых инструментов - есть косвенные, т.е. требющие определённых навыков) должны струкутрно-неоднородную среду привести (посредством нахождения эффективных характеристик) к однородной.

Можно "в лоб" сымитировать структуру изделия с учётом арматуры и среды. Но для объёмно-армированной системы это мутное (и вычислительно-затратное) дело. Для армированных (без натяга!) плит в пеервом приближении можно арматуру представить стержнями, а собственно бетон плиты - оболочкой).

В первом приближении это дело (в тч и расчёт эффективных характеристик) описано в относительно популярном виде (применительно к COSMOSWorks) в книжке

<noindex>http://books.dore.ru/bs/f1bid8865.html</noindex>

Полистай, и реши, надо тебе это? Или, как неспециалисту, лучше подыскать подходящие формулы, excel-таблицы и пр. не такие, уж, бесполезные штучки?

[Fedor 1 597]

В вашей ситуации надо найти интегральные характеристики сечения . Разложить на растяжение и чистый изгиб относительно точки на половине высоты сечения. Силу растяжения в сечении перехватить арматурой, так как не работает бетон на растяжение, и проармировать изгиб в области растяжения. Тогда точно выдержит. Если есть предварительное напряжение, то относительно той же точки тоже вычислить силу сжатия и момент и их вычесть из тех которые получены ранее. Так обычно колонны находятся в предварительном сжатии, а горизонтальные балки иногда догружают натянутыми стержнями чтобы бетон в основном работал в области сжатия, тогда на пи можно и не делить, так как трещин не будет, хотя вопрос тонкий, ползучесть то никуда не денется...

"вообще, беда, когда "без навыков по строительным расчётам" мосты проектируют" - все когда-то бывает в первый раз. Жить захочешь не так раскорячишься :)

[Солнцеворот 207]

Ну, вообще, беда, когда "без навыков по строительным расчётам" мосты проектируют. Где он такой стоять-то будет, чтоб от него подальше держаться?

Судя по величине пролета - какая-то микроречка в окрестностях Днепропетровска.

Тоже требую озвучить назначение конструкции и место на карте.

[Fedor 1 597]

Да это же классическая конструкция из книги Зенкевича :)

Посчитать растягивающую силу через напряжения в нижней полке по напряжениям и ее перехватить арматурой в середине полки , а остальные мелочи и конструктивно можно заармировать . Куда это все денется, будет стоять лет 200 :)

Видели бы Вы как разбираются строители в механике, держались бы подальше от зданий

[Alex V6 0]

Спасибо за детальные ответы, буду читать/искать...

Ну, вообще, беда, когда "без навыков по строительным расчётам" мосты проектируют. Где он такой стоять-то будет, чтоб от него подальше держаться?

Я мосты не строю, я просто хочу решить поставленную задачу имеющимися средствами. Можете не беспокоится, эту конструкцию будут считать профессионалы.

Интересует упрощенная задача, не учитываются трещины и состояние бетона, модель и сетка упрощается максимально, арматура без "натяга", не интересуют изломы (макротрещины). Это конструкция проектируется по уже существующему прототипу, только модернизируется с учетом некоторых нюансов. Вот тут и вопрос, можно оставить изначальную арматуру или упрочнять с учетом современных повышенных нагрузок.

Просто хочу узнать запас прочности.

Начну конкретнее со свойств бетона, задал следующее:

Тип можели: Линейный упругий изотропный... или все же ортотропный?

Модуль упругости: 429 000 кгс/кв.см

Коэффициент Пуассона: 0,2

Модуль сдвига: 171 600 кгс/кв.см

Предел прочности при растяжении: 25 кгс/кв.см

Предел прочности при сжатии: 393 кгс/кв.см

Предел текучести: что собственно с этой строкой делать?

Изменено 25 февраля 2011 пользователем Alex V6

[Fedor 1 597]

Модуль упругости слишком большой, у B60 меньше, да еще его надо на пи разделить если хотите более-менее реальные результаты по прогибам иметь с учетом ползучести.

Раз нагрузки выросли, то и моменты, а следовательно и арматура.

[Alex V6 0]

Брал параметр модуль упругости бетона при сжатии и растяжении из СНиП 2.06.08-87, возможно я запутался с размерностями. Подскажите в каких пределах он должен быть?

Без предела текучести материал не хочет создаваться, это как то можно обойти или задать условный предел текучести?

Назрел еще один вопрос за это время, как лучше представить конструкцию - сборкой или многотельной деталью?

[Fedor 1 597]

Для B25 - 30000 МПа начальный , а для учета ползучести и прочего еще стоит разделить на пи. Детали в английской книжке. Что-то аналогичное и в СП есть. Называется эффективный модуль упругости

[Alex V6 0]

Решил, как говорится, пока потренироваться на кошках. Сделал примитивную деталь чтоб отработать саму процедуру анализа

Задал свойства материала (приблизительные пока что),

задал всю арматуру стержнями

В соединениях "Глобальный контакт: связанные",

Задал нагрузку,

Создал сетку средней плотности

Жму на решение - пишет: Определите набор связанных контактов между балкой и твердым телом оболочкой

Вношу исправления и задаю контакты вручную. Для этого воспользовался функцией "Найти контактные зазоры...", проверяю - вроде все контакты обозначились "Наборами соприкасаний" правильно.

Расчет начинается... и на "Установке матрицы жесткости" пишет Stiffness matrix diagonal coefficient is zero at equation: 52988

Что я делаю не так?

[a_a_a+ 11]

Сетку покажите, которая на стержнях получилась (перед этим скройте бетон).

Вполне возможно, там полно вырожденных элементов.

Есть, кстати, команды для оценки качества сетки.

[Alex V6 0]

Да, действительно не доглядел, сетка строилась без приреканий, но в итоге строилась она только на бетонной части, а на арматуре не строилась вовсе. Странно но построить ее так и не смог, пришлось выбрать при задании арматуры не стержни а балки. Сетка построилась вроде правильно на обеих деталях, даже без введения дополнительных поправок.

При этом расчет прошел до конца , разложение матрицы жесткости длилось довольно долго. В итоге показываются эпюры напряжений только для бетона,

Если выбрать только арматуру то ее просто не отображают, для нее есть эпюры только на деформации и перемещения, но они некоректные (значения не изменяются по длине)

Даже не знаю в каких данных ошибка, наверное контакты?

[a_a_a+ 11]

Арматура (балки) не "приклеилась" к бетону.

Чтобы её соединить, нужно поставить условие "связанные" между каждой арматуриной и отверстием (гранью) в теле, которое "избражает" бетон. Но корректность этого приближения исключительно на Вашей совести.

[Alex V6 0]

На первом рисунке прошлого поста можете присмотреться - все так и делал.

Отдельно каждая арматурка связанна с каждым отверстием.

[a_a_a+ 11]

На первом рисунке прошлого поста можете присмотреться - все так и делал.

Отдельно каждая арматурка связанна с каждым отверстием.

Когда напряжения отображаешь, в панели есть выбор - в балках их рисовать, или в телах!

[Alex V6 0]

Что то начинаю путаться, у меня все выставлено так

а какие установки нужны?

[Fedor 1 597]

Этак запаришься домик этажей на двадцать с аритектурными выдумками армировать, да и не поверит ни один эксперт. Кто же в середку балки арматуру кладет? <noindex> Садовник изобретатель железобетона </noindex> так делал.

Вообще интересно, интегральное исчисление придумали, чтобы винные бочки мерять, железобетон рождением тоже бочкам обязан

Вообще надо написать Историю Бочки и ее роль в цивилизации :)

[Alex V6 0]

Интересный экскурс в историю :)

Я понимаю, что это все извращение редкое, но тут уже вопрос принципа. Хотелось бы все таки поставить точку в вопросе контактов, тут уже не суть важно где располагается так называемая арматура...

Хочу чтоб он все таки все вместе прогнулось, все отобразилось и выдало данные результатов (о вменяемости их уже говорить не приходится).

Как то так выходит, что там где контакт простой или маленькая поверхность контакта считается все нормально, а в данном случае что то не сходится.

[Fedor 1 597]

Так Вы не гладкую арматуру ставьте, а рифленую :)