Компьютерный анализ отклика на внешние воздействия нелинейно деформируемых зданий и сооружений и их оптимизация

Abstract

Разработана конечно-элементная модель системы типа «Каркас здания – свайный фундамент – основание». Предложена модель взаимодействия свайного куста с грунтовым массивом. В модели использованы: линейные элементы типа Rod, работающие на растяжение (сжатие), для описания арматуры в колоннах, ригелях и сваях; элемент Gap, предназначенный для моделирования зазоров или натягов в контактных задачах; твердотельный, пространственный элемент Solid типа Brick для описания железобетонных элементов каркаса, свай и основания. Выполненный анализ указанной многопараметрической системы позволил получить основные параметры, необходимые для оценки напряженно-деформированного состояния системы: максимальные и минимальные напряжения в арматуре и бетоне, эквивалентные напряжения по гипотезе энергии формоизменения в объемных КЭ, перемещения узлов по направлениям координатных осей. Показана количественная и качественная картина распределения напряжений в грунте. Конечно-элементная модель системы позволяет получить достоверную оценку НДС при всевозможных изменениях физико-механических характеристик материалов каркаса и основания. Модель позволяет реализовать и возможные включения (слои) в основании с особыми механическими характеристиками. Обозначены пути поиска рациональных конструктивных решений. Разработаны и усовершенствованы методы и методики расчета линейно и нелинейно деформируемых стержневых систем, шпунтовых стенок. Разработанная теория нелинейного деформирования применена к расчету изгибаемых физически нелинейных балок, гибких стенок. Решены контактные, в том числе и нелинейные, задачи для шпунтовых стен на/в упругом основании. Разработаны новые модели конечных элементов. Теоретические разработки доведены до практической реализации на основе компьютерных технологий с использованием интегрированных общематематических программных продуктов, проектно-вычислительных комплексов и разработанных авторских программных пакетов. Внедрение полученных результатов осуществлено при проектировании и расчете реальных объектов: вантового покрытия зрелищно-спортивного комплекса «Минск-Арена», линии минского метрополитена и других объектов.