Математические модели и вычислительные технологии проектирования и реконструкции реальных строительных объектов

• Автор: Дыбрин, Андрей Алимович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов и существующих подходов к моделированию процессов деформирования н разрушения системы зданиефундаментоснование

1.1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов.

1.2 Основные причины и формы деформирования и разрушения многоэтажных зданий

1.3. Обоснование системного подхода к моделированию строительного объекта.

1.4. Анализ существующих моделей расчета здания совместно с фундаментом и основанием.
1.5 Аналитический обзор математических моделей описания механических свойств и критериев разрушения материалов системы зданиефуидаментоснование.
1.6 Обоснование выбора метода прочностного анализа зданий и сооружений и программною комплекса для его реализации

1.7. Обоснование состава и структуры частных задач исследования

1.8. Полученные результаты и выводы

1.9. Постановка цели и задач исследований
2. Создание базовой математической модели и ее численного аналога для прочностного анализа пространственной системы зданисфундаментосноваине
2.1. Применение метода конечных элементов для численной реализации математической модели прочностного анализа системы ЗФ
2.1.1. Разработка эффективного алгоритма построения конечноэлементной модели системы зданиефундаментоснование
2.1.2. Вариационная постановка метода конечных элементов для численной реализации линейных краевых задач
2.2. Разработка алгоритмов численной реализации нелинейных краевых задач
2.2.1. Алгоритм пошагового решения краевой задачи для упругохрупких материалов
2.2.2. Алгоритм метода последовательных приближений для упругопластичных материалов теории течения
2.3. Определение рационального коэффициента сдвига слоев в перевязанных швах кладки.
2.4. Разработка методики численного прогнозирования эффективных свойств кирпичной кладки модулей упругости, модулей сдвига и коэффициентов Пуассона
2.5. Исследование влияния упругих характеристик компонентов кирпича, раствора и металлических армирующих сеток на эффективные характеристики кладки.
2.6. Проведение численных экспериментов по исследованию процесса разрушения образца кирпичной кладки для построения полной диаграммы деформирования.
2.7. Полученные результаты и выводы.
3. Исследование границ применимости упрошенных расчетных моделей методом вычислительного эксперимента
3.1. Численная реализация базовой математической модели для расчета НДС пространственной системы ЗФО и анализ иракгической сходимости
3.1.1. Исследование сходимости решения и точности полученных результатов с помощью метода подмоделей
3.1.2. Тестирование используемой программы с помощью петчтеста
3.2. Численное моделирование, анализ качества решения и границ применения расчетной схемы здания в виде отдельной несущей стены
3.2.1. Оценка практической сходимости и точности полученных результатов
3.2.2. Учет структурного разрушения материалов кирпичной кладки и бетона при расчете несущей стены с оконными проемами
3.2.3. Сравнительный анализ границ применимости плоской и пространственной моделей.
3.3. Анализ возможности моделирования здания без оконных и дверных проемов
3.4. Исследование необходимости включения в расчет коробки здания при расчете фундамента.
3.5. Анализ возможности расчета фундамента по схеме плоской задачи и целесообразности учета нелинейных свойств грунта
3.6. Исследование влияния размеров грунтового массива и граничных условий на НДС здания в системе зданиефундаментоснованис
3.7. Полученные результаты и выводы.
4. Результаты внедрении разработанных математических моделей и вычислительных технологнй в процесс проектирования и реконструкции реальных строительных объектов.
4.1. Ретроспективный анализ причин деформирования и разрушения жилого пятиэтажного кирпичного здания с использованием разработанной математической модели
4.2. Разработка и применение вычислительной технологии решения пространственной задачи встраивания нового здания в существующую застройку
4.2.1. Численный анализ проекта фундаментной плиты под новое здание.
4.2.2. Исследование влияния нового здания на существующие
4.2.3. Численные исследования по усилению фундаментов соседних зданий.
4.3. Численные исследования возможности безопасной реконструкции существующего здания на закарстованной территории
4.3.1. Определение дополнительных осадок от пристраиваемых конструкций и анализ напряженнодеформированного состояния здания и фундамента.
4.3.2. Анализ напряженнодеформированного состояния здания
и фундамента с учетом возникновения карстовых воронок
4.3.3. Численный анализ конструкции усиления существующего здания.
4.4. О необходимости использования пространственной модели системы ЗФО для обоснования решения о возможной реконструкции здания, расположенного на площадке с уклоном.
4.5. Полученные результаты и выводы
Заключение.
Список литературы


Условия эксплуатации связаны с конкретным районом строительства с его климатическими параметрами, атмосферными, сейсмическими воздействиями, характеристиками грунтов и др. Все это учитывается при формулировке требований, которым должны удовлетворять здания и сооружения. В данной работе строительные объекты рассматриваются с точки зрения удовлетворения требованиям безопасности, т. До недавнего времени проблема безопасности не фиксировалась в нормативных документах РФ по проектированию и строительству зданий и сооружений, а косвенно решалась при использовании руководящего принципа прочностных расчетов строительных конструкций введен метода предельных состояний 2, базирующегося на исследованиях Стрелецкого 0, В. А. Балдина, В. М. Келдыша, И. И. Гольденблата 6 и др. В настоящее время расчет по предельным состояниям положен в основу стандарта ИСО 1 и системы Еврокодов 5, где он называется методом частных коэффициентов надежности, и где более четко определена формулировка I го предельного состояния, ведущего к полной непригодности объекта к эксплуатации, которая целиком относится к физикомеханическим явлениям и связана именно с безопасностью строительного объекта. На современном этапе в строительном проектировании происходит переход от основополагающего критерия несущей способности конструкций к критерию безопасности зданий и сооружений и предстоит большая работа по созданию и переработке целого ряда норм и стандартов , которые должны базироваться на теории, в соответствии с достигнутым уровнем знаний. Связано это с участившимися авариями строительных объектов, вызванными условиями, не предусмотренными при проектировании этих объектов непроектными условиями. Любой достаточно крупный город на определенной стадии своего развития сталкивается с проблемой дефицита свободных площадей под застройку, особенно в деловом центре. Проблемы площадей решаются за счет встраивания в тесную городскую застройку новых зданий, реконструкции и модернизации существующих зданий, устройством дополнительных этажей и мансард. Все эго вызывает дополнительные нагрузки на существующие объекты и в некоторых случаях их деформации или разрушения. Эти здания находятся на территориях с уже развитой жилищной инфраструктурой на престижных землях и очень привлекательны с экономической точки зрения для муниципальных властей и инвесторов. Центры многих Российских городов застроены трехпяти этажными кирпичными зданиями. Способы нормирования безопасности связаны с количественными и качественными требованиями. А для этого, по нашему мнению, требуется разработка системы оценок по целому комплексу показателей и критериев, важность которых определяется назначением, условиями работы конструкций, инженерной практикой и многими другими факторами. Правда, как справедливо отмечается в работа 8, нормы всегда будут преследовать, прежде всего, утилитарные цели, они всегда будут отличаться от теории и будут использовать собственные удобные для практики упрощения. Многокритериальная оценка безопасности конструкций может осуществляться по следующим параметрам запас прочности отношение предельных нагрузок к эксплуатационным надежность вероятность безотказной работы живучесть способность оказывать сопротивление внешним нагрузкам на стадии формирования и роста систем трещин или разрушения части элементов. Следует отметить важный аспект, отличающий понятие надежности от понятия безопасности. При рассмотрении надежности практически не рассматривается само состояние отказа, включая и аварийный отказ . Здесь важен сам факт его достижения или недостижения и вероятность такого события. В случае рассмотрения проблемы безопасности в целом, предметом исследования становится и сама авария. Аварии представляют собой частичное или полное разрушение конструкций. Анализ случившихся аварий 1, 1, 0, 8 свидетельствует о том, что они часто происходят в результате одних и тех же причин и ошибок, на которых мы остановимся ниже. Осознанное и целенаправленное использование понятия живучести впервые было сформулировано академиком А.