ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнение НИР.

Система САПР высотных сооружений включает в себя следующие этапы: постановка задачи, математические модели, алгоритмы и программный комплекс, в котором реализована Система и предназначена для исследования таких высотных сооружений, как высотные сквозные башни, трубы, мачты с растяжками и другие сооружения, выполняемые из различных материалов.

Программное обеспечение позволяет для существующих и про­ектируемых высотных сооружений провести автоматизированные сбор нагрузок, расчет усилий и перемещений от статических и динамических нагрузок, расчет на устойчивость, на свободные ко­лебания, проверку на резонанс, позволяющие исследовать работу элементов высотных сооружений с установлением действительного напряженно-деформированного состояния, конструктивный и оп­тимизационный расчеты.

В Систему входит несколько исполняемых модулей, реализующих отдельные этапы проектирования:

- определение геометрических параметров расчетной схемы и ее элемен­тов;

- определение топологических и физико-механических характеристик уча­стков расчетной системы;

- сбор статических узловых нагрузок;

- расчет на устойчивость, свободных колебаний, динамических нагрузок, усилий в элементах системы и перемещений от статических, динамиче­ских и результирующих нагрузок;

- определение напряжений в сечениях элементов и оценка их несущей способности;

- конструктивный расчет;

- оптимизация по массе металлоконструкции.

Управление расчетными модулями осуществляется с помощью менедже­ра, обеспечивающего ввод исходной информации, организующего хранение и работу файлов с исходными, промежуточными и выходными данными. В решении прямой задачи (конструктивном расчете) процесс проектирования но­сит итерационный характер и отражает последовательность решения обратной задачи при заданных характеристиках сечений элементов и векторе внешней нагрузки. В ходе итераций сечения элементов уточняются, исходя из условия прочности.

С достаточной степенью точности получаемых результатов заданная система сооружения представляется в виде консольного стержня либо шарнирно заделанного у основания (в случае мачт), переменной жесткости с действующей на него продольной (гравитационной) и поперечной (ветровой) нагрузками (рис. 1). Мачты рассматриваются как балки на упругих опорах.

Рис. 1 Рассматриваемые объекты и заданная система

Рассмотрим каждый из модулей системы подробнее.

В расчете на устойчивость и колебания использован энергетический метод. Расчетная схема описывается в дискретной форме с учетом изменения масс по высоте, с жесткостями, кусочно-постоянными по участкам расчетной системы (рис. 2). В качестве математического аппарата использована матрич­ная алгебра. Составление и формирование основных и вспомогательных мат­риц полностью автоматизировано. В определении динамических добавок к усилиям и перемещениям используется полный спектр "п" старших частот и соответствующие им координаты форм свободных колебаний. В определении единичных и других перемещений учитываются деформации сдвига, что повышает точность расчета. Выходными данными расчета являются внутренние усилия и перемещения от ста­тических и динамических воздействий в стержне ствола конструкции по участ­кам расчетной схемы.

Расчет геометрических параметров. Здесь вычисляются длины элементов конструкции (поясов, раскосов, распорок, диафрагм) и соответствующие им требуемые из условия предельной гибкости радиусы инерции. Моделируется расчетная схема (ее структура, топология).

Сбор статических узловых нагрузок и расчет масс. Продольные на­грузки и массы определяются по известным технологическим нагрузкам и се­чениям элементов конструкции. Модель расчета ветровой нагрузки полностью отражает требования СНиП "Нагрузки и воздействия". Для этого использует­ся соответствующая нормативная база данных. Путем индексации каждого элемента конструкции единым алгоритмом реализуется нахождение аэроди­намических показателей каждого из них, по которым затем определяются ко­эффициенты лобового сопротивления участка расчетной схемы и, наконец, уз­ловая ветровая нагрузка (рис. 3).

Оценка несущей способности элементов конструкции проводится на осно­вании результатов статического и динамического расчета. Расчетный участок для расчета усилий в элементах конструкции показан на рис.4. Усилия опреде­ляются способом вырезания узлов.

Рис. 3 Расчетный участок для расчета исходных данных

Конструктивный расчет. Исполняется только при решении прямой задачи строительной механики. Здесь происходит подбор сечений из условий пре­дельной гибкости и прочности с помощью автоматического обращения к элек­тронной базе данных сортамента металлических профилей.

Оптимизация по массе конструкции. Степень развития системы предпола­гает возможность проведения оптимизационного расчета, где критерием каче­ства является масса элементов конструкций. Основными варьируемыми пара­метрами являются ширина и высота грани панели башни. Результатом расчета являются такие габариты панели башни, при которых усилия, возникающие в элементах конструкции, а, следовательно, и требуемая площадь поперечного сечения и масса минимальны.

Применение программного комплекса, в котором реализована предлагае­мая Система, позволяет значительно снизить временные и трудовые затраты при оценке напряженно-деформированного состояния реконструируемых со­оружений, их усилении, проектировании новых сооружений. Информация ЭВМ представляется в виде таблиц или в другой простой форме и является доступной для понимания. Представляется возможность пользователю прово­дить поиск и анализ различных вариантов проектного решения при измене­нии отдельных параметров расчетной схемы, не изменяя всей исходной ин­формации, а также проводить оптимизационные расчеты. Программное обес­печение может быть внедрено в учебный процесс при подготовке специали­стов строительных специальностей: в проведении лабораторных и практиче­ских занятий по исследованию работы строительных конструкций, в курсовом и дипломном проектировании. С использованием рассматриваемого комплекса успешно проводились исследования по оценке напряженно-деформированного состояния несущих конструкций телевизионной башни г. Брянска и телевизи­онной мачты г. Унеча Брянской области.