Всем привет. На связи Евгений Кондаков. К нам в техподдержку не раз поступали вопросы, связанные с алгоритмом проверки расчётных схем. Эту статью можно рассматривать как своеобразный чек-лист, который допустимо использовать для первоначальной проверки расчётных моделей, созданных в любом МКЭ-комплексе (SCAD, ЛИРА-САПР, STARK ES и т.д.)
Признак (тип) схемыСтарайтесь выбирать минимально возможный для Вашей задачи признак схемы. Это позволит получить более предсказуемый результат и снизит размерность задачи.
Конечно, для расчёта той же плоской рамы можно взять и пятый признак схемы, но не забудьте закрепить раму из плоскости, чтобы задача не «свалилась» в геометрическую изменяемость.
Геометрические размеры схемы
Часто такое встречается, что при импорте DXF из AutoCAD пользователь забывает отмасштабировать расчётную схему или же выставить автоопределение единиц измерения. В результате вместо 6 метров получает 6 километров и, как следствие, метровые перемещения.
Качество конечно-элементной сетки
Результаты расчёта, как известно, очень сильно зависят от качества конечно-элементной сетки. Особенно сильно это заметно в таких ответственных местах, как приопорные зоны. Расчётчик должен выбрать оптимальный размер пластинчатого КЭ для соблюдения баланса между точностью результата и размерностью задачи. Стоит помнить, что слишком большие размеры КЭ снижают точность, а слишком мелкие – ведут к накоплению погрешности и существенно увеличивают размерность задачи. Также стоит уделить внимание форме конечных элементов: трехузловой КЭ в идеале должен быть близок к равностороннему треугольнику, четырехузловой – к квадрату. Иногда в ответственных местах расчётной схемы приходится сгущать сетку для обеспечения более плавной картины усилий и корректной формы КЭ.
В некоторых программных комплексах (как например, в SCAD++) есть инструменты контроля качества и автоматического улучшения КЭ-сетки. Последними стоит пользоваться с осторожностью, так как возможны нежелательные смещения узлов в том случае, если пользователь забудет указать те узлы, которые смещать нельзя.
Граничные условия
Тут, я думаю, всё понятно. Не забывайте накладывать закрепления адекватно отвечающие работе опорных узлов конструкции. В ряде случаев логичнее будет принять упругое закрепление в виде специальных одноузловых КЭ (ограничение горизонтального перемещения фундамента, упрощенное моделирование сваи и т.д.).
А в случае с двухпараметрическим постоянным по площади упругим основанием по Пастернаку важно не забыть ввести законтурные элементы. Кстати, не часто, но мне встречались такие расчётные схемы, когда совсем начинающий пользователь устанавливал связи во все узлы примыкания конструкций (балка к колонне, например), объясняя это тем, что он так моделирует жёсткий узел сопряжения. В результате – нулевые перемещения по схеме. Не делайте так 😊
Сопряжения элементов (АЖТ, шарниры, объединения перемещений)
Есть подробное видео на тему различий в применении АЖТ, жёстких вставок и объединений перемещений.
Местные оси и оси выдачи усилий
На направление местных осей в стержнях пользователь ориентируется при назначении шарниров, раскреплений для прогибов, расчётных длин. Будет хорошо, если Вы возьмёте за правило: вертикальные стержни моделируем снизу вверх в положительном направлении оси Z, горизонтальные параллельные оси Х в положительном направлении глобальной оси Х, ну и по Y по тому же принципу.
Для пластин есть два вида местных осей (ну это я так называю для упрощенного усвоения слушателями на курсах). Первые – непосредственно тройка осей X, Y, Z. По ним мы отслеживаем направление оси Z. Это важно для правильного чтения армирования: если ось Z в плите будет повернута вниз, то есть риск нижнюю арматуру принять за верхнюю и наоборот.
Второй вид осей – для выдачи результатов. Именно их можно направлять под различными углами, в точку, параллельно какой-то линии и т.д. Они отвечают за выдачу изополей усилий и раскладку арматуры. В большинстве случаев, например, для плиты перекрытия по форме близкой к прямоугольнику эти оси совпадают с глобальными. Для стен можно принять направление такой оси X в направлении глобальной Z (как это сделано по умолчанию в SCAD).
Типы конечных элементов
Тип конечного элемента описывает его характер работы. Об этом можно подробнее почитать в справке к программе о библиотеке конечных элементов. Простой пример: тип КЭ «Плоская рама» с назначенными шарнирами на концах в направлении Uy будет эквивалентен типу КЭ «Плоская ферма».
Жёсткости
Часто встречающейся ошибкой при описании жесткостей является некорректное значение модуля упругости с использованием экспоненты. Пользователь может написать E=3060000 т/м2, а может – E=3.06e6 т/м2. И иногда пишет русскую «е», в результате получая E=3.06 т/м2 и километровые прогибы в лучшем случае или даже ошибки в протоколе расчёта из-за плохой обусловленности матрицы жёсткости, вызванной сильным разбросом в значении жёсткостей.
Характер и численное значение нагрузок
То, что нагрузки нужно прикладывать в соответствии с СП и таблицей сбора нагрузок, это и так понятно. Важно помнить, что некоторые программы дают возможность приложить как нормативное значение, так и расчётное (SCAD), а некоторые (ЛИРА-САПР, например) – только расчётное. Одна из самых частых ошибок, которую я из раза в раз вижу в расчетных схемах начинающих пользователей, — это несколько различных по природе нагрузок (например, снег и полезная) в одном загружении. Я думаю, что дело обстоит так: пользователь, задав полезную нагрузку и записав это загружение, решает вернутся в него и проверить, всё ли хорошо, всё ли правильно, но забывает снять это загружение, создав пустое, и продолжает задавать другие нагрузки в нем же.
Данные по сбору масс для динамики и характеристики динамического загружения
Здесь особо комментировать нечего. Важно правильно задать соответствующие коэффициенты для сбора масс при расчёте на пульсацию, сейсмику и др. динамические нагрузки.
Исходные данные для специальных расчётов (устойчивость, главные и эквивалентные напряжения, монтаж и т.д.)
Параметры модели грунта
При расчёте коэффициентов постели с использованием модулей ГРУНТ, КРОСС и т.д. следите за правильно выбранным нормативом, минимальной глубиной сжимаемой толщи, привязкой здания на плане и по высоте, выбранным методом расчёта упругого основания, характеристиками ИГЭ, составом скважин. В общем, важны все параметры.
Расчётные сочетания (комбинации) нагружений
Здесь надо отталкиваться от того, для чего Вы составляете эти комбинации: проверка вертикальных перемещений, крен, расчёт на устойчивость, опорные реакции и т.д.
Расчётные сочетания усилий
В таблице РСУ важно проверить опять же почти все параметры: вид загружения, коэффициент надежности, доля длительности, взаимоисключение, объединение, ограничение для кранов и тормозов. В некоторых случаях можно воспользоваться группами РСУ.
Данные для конструктивного расчёта (тип, бетон, арматура, доп. характеристики для стали, количество расчётных сечений, раскрепления для прогибов, объединение в группы конструктивных элементов, унификация и т.д.)
Про всё писать не буду. Есть хороший пример по работе с дополнительными характеристиками:
Есть балка, в которой присутствует как момент, так и продольное усилие сжатия, то есть элемент относится к сжато-изогнутому. Конечно же, надо посчитать mef, но просто так назначить ему в дополнительных характеристиках тип элемента «Балка» было бы слишком поспешно, т.к. такой вид расчёта проигнорирует продольное усилие в этом элементе и примет только момент и поперечную силу, в результате чего мы получим сечение не в запас надежности.
Протокол расчёта
Данный документ полезно проанализировать на возможные предупреждения и ошибки, посмотреть суммарную нагрузку на схему и т.д.
P.S. Максимально детально вопросы данной статьи разбираются в наших курсах по расчёту строительных конструкций в ПК ЛИРА-САПР, SCAD, STARK ES.
Автор: Евгений Кондаков, инженер компании БилдСофт
