В данной статье рассмотрены вопросы применения систем автоматизированного проектирования для автоматизации оценки состояния несущих конструкций машиностроительных цехов.
Несущие конструкции машиностроительных цехов (подкрановые пути, колонны и т.д.) испытывают воздействие постоянных и циклических нагрузок, а также различных других факторов (температурного воздействия, колебаний грунта и т.д.), что приводит к постепенной потере прочности и разрушению. Отсюда следует, что для предотвращения возможных чрезвычайных ситуаций необходимо осуществлять постоянный мониторинг состояния и оценку устойчивости и прочности данных конструкций. Специалисты ООО «Ремэкс» проводят визуально-измерительные обследования несущих конструкций цехов различных производств (кузнечно-прессового, литейного, механосборочного и т.д.), по результатам которых можно оценить степень изношенности на качественном уровне. Наиболее частым видом повреждений являются трещины. Пример такого повреждения приведен на рис. 1:
Рис. 1. Пример трещины в бетонной колонне
Однако для того, чтобы оценить устойчивость и прочность конструкции одного только качественного обследования мало – необходимо его определить расчетным путем. Основные теоретические положения, касающиеся расчетов таких конструкций изложены в теории упругости [2] и сопротивлении материалов [1]. Ввиду большого объема вычислений возникла необходимость в приобретении пакета САПР, позволяющего проводить данные виды расчетов.
После анализа программных продуктов, предлагаемых отечественными и зарубежными поставщиками, выбор был остановлен на системе прочностного анализа Structure CAD Office. Система SCAD Office представляет собой набор программ, предназначенных для выполнения прочностных расчетов и проектирования строительных конструкций различного вида и назначения. Данная система была выбрана, прежде всего, потому, что она сертифицирована Госстроем РФ и Госатомнадзором РФ на соответствие нормативной документации, регламентирующей проведение работ в данной области.
В состав SCAD Office входят программы нескольких видов [3]:
· вычислительный комплекс Structure cad (SCAD), является универсальной расчетной системой конечно-элементного анализа конструкций и ориентирован на решение задач проектирования зданий и сооружений достаточно сложной структуры;
· вспомогательные программы, предназначенные для «обслуживания» SCAD и обеспечивающие форматирование и расчет геометрических характеристик различного вида сечений стержневых элементов (Конструктор сечений, КОНСУЛ, ТОНУС, СЕЗАМ), определение нагрузок и воздействий на проектируемое сооружение (ВеСТ), вычисление коэффициентов постели, необходимых при расчете конструкций на упругом основании (КРОСС), импорт данных из архитектурных систем и формирование укрупненных моделей (препроцессор ФОРУМ);
· проектно-аналитические программы (КРИСТАЛЛ, АРБАТ, ЗАПРОС, ДЕКОР, КАМИН, ОТКОС), предназначенные для решения частных задач проверки и расчета стальных и железобетонных конструкций в соответствии с требованиями нормативных документов (СНиП, СП), расчета элементов оснований и фундаментов, расчетов и проверок элементов каменных и армокаменных конструкций на соответствие требованиям СНиП;
· проектно-конструкторские программы (КОМЕТА, МОНОЛИТ), предназначенные для разработки конструкторской документации на стадии детальной проработки проектного решения;
· электронные справочники (КоКон, КУСТ).
Вычислительный комплекс SCAD включает развитые средства подготовки данных, расчета, анализа результатов и не имеет ограничений на размеры и форму проектируемых сооружений. Тем не менее, для инженера-проектировщика во многих случаях важными являются «простые» задачи, решение которых занимает заметную часть времени. К таким задачам можно отнести проверку сечений элементарных балок, сбор нагрузок на элементы конструкций, определение геометрических характеристик составных сечений. Для решения этих задач и разработаны дополнительные программы-сателлиты. Вместе с вычислительным комплексом они составляют систему SCAD Office.
При разработке программ-сателлитов разработчиками была предусмотрена общность в представлении данных, способах управления, используемых формах проверки нормативных требований и показе результатов таких проверок, документировании работы. При этом любая из программ, входящих в систему SCAD Office, может использоваться в автономном режиме.
В частности, для расчета несущих конструкций используется модуль КАМИН. Приведем пример оценки устойчивости и прочности колонны, представленной на рис. 1. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1 и на рис. 2.
Таблица 1
Исходные данные для расчета
|
Камень |
Кирпич глиняный пластич. прессования |
|
Марка камня |
35 |
|
Раствор |
цементный с минеральными пластификаторами |
|
Марка раствора |
4 |
|
Возраст кладки |
Более 5 лет |
|
Нормативный срок службы |
25 лет |
|
Механические повреждения конструкции |
Трещины с раскрытием до 2 мм, пересекающие не более восьми рядов кладки (длиной до 60-65 см). |
Рис. 2. Расчетная схема колонны
Ширина планки 50 мм
Шаг планок 400 мм
Толщина планки 6 мм
Уголок L63x6 (Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93)
Уголок из стали с расчетным сопротивлением Ry = 23445.464 Нм2.
Результаты расчета приведены в таблице 2, диаграмма взаимодействий приведена на Рис. 3.
Таблица 2
Результаты расчета конструкции.
|
Проверено по СНиП |
Проверка |
Коэффициент использования |
|
п. 5.38 Пособия к СНиП II-22-81, п. 5.45 Руководства к СНиП II-B-2-71 |
Устойчивость в плоскости эксцентриситета при внецентренном сжатии |
0.105 |
|
п. 5.38 Пособия к СНиП II-22-81, п. 5.45 Руководства к СНиП II-B-2-71 |
Устойчивость из плоскости эксцентриситета при центральном сжатии |
0.1 |
Рис. 3. Диаграмма взаимодействий
Согласно проведенным в модуле КАМИН расчетам и построенной диаграмме взаимодействий можно сделать вывод о том, что прочность и устойчивость колонны, приведенной на рис. 1 удовлетворителен. Для проверки точности полученных результатов аналогичные расчеты были проведены вручную, которые показали достаточно высокую сходимость результатов (около 85%), что вполне достаточно для выполнения технических расчетов.
Заключение. В период с 2005 по 2010 год специалистами ООО «Ремэкс» было обследовано большое количество несущих конструкций, работающих в самых различных условиях и применение систем автоматизированного проектирования полностью себя оправдало. Трудоемкость расчетов в среднем снизилась на 60%, что позволило более качественно производить экспертизу зданий и сооружений.
Библиографический список
1. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в 3-х томах/ под. ред. И.А. Биргера. – М.: Машиностроение, 1968 г.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособие для ВУЗов в 10 т. Т. VII. Теория упругости. – 5-e изд., стереот. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 264 с.
3. http://www.scadgroup.com.
