Библиографическое описание:

Жуков А. Н. Результаты конечно-элементного моделирования конструкций восстановления работоспособности железобетонных консолей колонн // Молодой ученый. — 2013. — №4. — С. 65-68.

Использование современных систем автоматизированного инженерного анализа (Computer Aided EngineeringCAE) является на сегодня одним из наиболее эффективных способов оценки прочности, прогнозирования долговечности и оптимизации конструкций и технологических процессов их производства. Среди систем автоматизированного инженерного анализа широкое применение получили следующие программные комплексы: SCAD [1], Lira [2], ANSYS [3], NASTRAN [4] и др. Моделирование конструкций восстановления работоспособности осуществлялось с помощью программно-вычислительного комплекса ANSYS. Программа ANSYS является одной из наиболее эффективных CAE-систем, позволяющая получить высокоточные результаты.

ANSYS (ANSYS, Inc) — многоцелевая программа, предназначенная для решения задач механики деформируемого твердого тела, механики жидкости и газа, теплопереноса, электромагнетизма, оптимизации, а также связанных задач механики деформированного твердого тела и электромагнетизма, теплопереноса и электромагнетизма [5].

Численное моделирование конструкций восстановления работоспособности железобетонных консолей колонн, как и физический эксперимент [6], проводилось в 3 этапа:

  • моделирование консоли колонны с арматурой;

  • моделирование балансирного устройства;

  • моделирование сталетрубобетонной обоймы.

Первый этап — моделирование консоли колонны с арматурой заключался в построении геометрии консоли, задание свойств материалов, разбиение на конечные элементы и определение граничных условий решения. Соединение арматуры и бетона производилось через уравнения связей, закрепления — по нижней и верхней вертикальным граням колонны. Приложение нагрузки в размере 13,125 МПа выполнено с помощью команды Pressure (давление), область нагружения аналогична физическому эксперименту. На рисунках 1–2 представлены результаты расчета.

Рис. 1. Напряжения по оси У


Рис. 2. Перемещения по оси У


Второй этап — моделирование восстановления работоспособности консоли колонны с помощью балансирных устройств — выполнялся в двух вариантах: с центратором без усиления и с центратором, усиленным пластинами. Приложение нагрузки в размере 2746,8 гН (центратор без усиления) и 2943 гН (усиленный центратор) выполнено с помощью команды Force (сила), область нагружения аналогична физическому эксперименту. В ходе конечно-элементного моделирования были решены контактные задачи с помощью расширенного метода Лагранжа, который представляет итеративный ряд штрафных корректировок при поиске точечных множителей (коэффициентов) Лагранжа (т. е. контактных сил сцепления) [7]. Контакт накладывался в области пересечения объемных элементов конструкции. На рисунке 3 представлены результаты расчета балансирных устройств с центратором без усиления, а на рисунке 4результаты расчета балансирных устройств с усиленным центратором.

Рис. 3. Напряжения по оси У на балансирном устройстве


Рис. 4. Напряжения по оси У на балансирном устройстве с усиленным центратором


Третий этап — моделирование сталетрубобетонных обойм. В процессе численного моделирования была решена контактная задача методом внутренних многоточечных связей, в котором добавляются уравнения, ограничивающие движение деталей и их взаимное перемещение в зоне контакта. На рисунках 5–6 представлены результаты расчета.

Рис. 5. Напряжения в сталетрубобетонной обойме по оси У


Рис. 6. Перемещения сталетрубобетонной обоймы У


Выводы:

  1. Анализ результатов расчета консоли колонны показывает, что характер разрушения и напряженно-деформированное состояние аналогичны данным, полученным в ходе физического эксперимента.

  2. Анализ результатов расчета восстановления работоспособности консолей колонн с помощью балансирных устройств показывает, что характер разрушения и напряженно-деформированное состояние сопоставимы с физическим экспериментом. Разница напряжений в контрольных точках не превышает 12 %. Максимальные деформации не превышают 5,4мм.

  3. Замена поперечного сечения центратора на коробчатое позволяет снизить напряжения на элементах конструкции от 10 % до 206 %.

  4. Анализ результатов расчета восстановления работоспособности консолей колонн с помощью сталетрубобетонных обойм показывает, что характер разрушения и напряженно-деформированное состояние сопоставимы с физическим экспериментом. Разница напряжений в контрольных точках не превышает 11 %. Максимальные деформации не превышают 2мм.


Литература:

  1. SCAD Structure — программы для проектирования стальных и железобетонных конструкций [Электронный ресурс] URL: http://www.scadgroup.com/ (дата обращения 18.11.2012)

  2. ПК ЛИРА-САПР, МОНОМАХ-САПР. Системы Автоматизированного проектирования и расчета зданий [Электронный ресурс] URL: http://www.rflira.ru/ (дата обращения 18.11.2012)

  3. ANSYS — Simulation Driven Product Development [Электронный ресурс] URL: http://www.ansys.com/ (дата обращения 18.11.2012)

  4. NEi Nastran в России и СНГ — Система конечно-элементного анализа CAD/FEA/CAE http://www.nenastran.ru/ (дата обращения 18.11.2012)

  5. Морозов Е. М., Муйземнек А. Ю., Шадский А. С. — ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. Изд. 2-е, испр. М.: ЛЕНАНД, 2010. — 456с.

  6. Результаты экспериментального исследования по восстановлению работоспособности железобетонных консолей колонн теплоэлектроцентрали [Текст]/ А. Н. Жуков, К. К. Нежданов, Булавенко В.О // Академический Вестник УралНИИПроектРААСН. — 2012,№ 3, с.69–74.

  7. Решение контактных задач в Ansys 6.1- Cadfem/ М.:Cadfem, 2003. — 138 с.

Основные термины: консолей колонн, работоспособности консолей колонн, восстановления работоспособности, железобетонных консолей колонн, работоспособности железобетонных консолей, конструкций восстановления работоспособности, восстановлению работоспособности консолей, восстановления работоспособности железобетонных, восстановления работоспособности консолей, расчета восстановления работоспособности, результаты расчета, балансирных устройств, моделирование консоли колонны, нагружения аналогична физическому, область нагружения аналогична, применением трубобетонных конструкций, аналогична физическому эксперименту, результатов расчета восстановления, помощью балансирных устройств, восстановления работоспособности консоли

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle