Коянкин Александр Александрович, канд. техн. наук, доцент
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Aleksandr A. Koyankin, PhD, A/Professor
79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk
Актуальность. Расчёты в программных комплексах, в основе которых заложен метод конечных элементов, выполняемые с учётом генетической нелинейности, т. е. с учётом процесса монтажа, для ряда строительных задач являются невыполнимыми. В частности, в зданиях и сооружениях из сборно-монолитного железобетона происходит поэтапное вовлечение в процесс деформирования и восприятия внешней нагрузки сборного и монолитного бетонов. В реконструируемых зданиях и сооружениях в процессе наращивания сечения элемента (например, устройство железобетонной «рубашки» или металлической «обоймы») также в разное время включаются в процесс деформирования и восприятия внешней нагрузки материал усиления и усиливаемая часть элемента. В итоге в «старой» части элемента к моменту устройства и набора необходимой прочности «новой» частью присутствуют начальные напряжения и деформации. В то же время в материале усиления или монолитной части сборно-монолитного элемента напряжённо-деформированное состояние является нулевым до приложения дополнительной нагрузки.Таким образом, при выполнении расчётов требуется изменение жёсткости конечного элемента, однако в программных комплексах, в основе которых заложен метод конечных элементов, отсутствует конечный элемент, способный менять (увеличивать) жёсткость. Обозначенное выше определяет актуальность разработки алгоритма расчёта реконструируемых и сборно-монолитных зданий и сооружений в программных комплексах с использованием метода параллельного элемента.Цель настоящей работы – усовершенствование метода параллельного элемента и разработка на его основе алгоритма расчёта, позволяющего выполнять расчёт в программных комплексах, в основе которых заложен метод конечных элементов.Результаты. На основании уточнённого метода параллельного элемента предложен алгоритм выполнения расчёта реконструируемых и сборно-монолитных зданий и сооружений в программных комплексах, в основе которых заложен метод конечных элементов. Алгоритм позволяет учесть конструктивные особенности реконструируемых и сборно-монолитных зданий и сооружений, включая поэтапное вовлечение в процесс деформирования разновозрастных материалов. С использованием предложенного алгоритма выполнен пример расчёта реконструируемой системы, в рамках которой осуществляется замена конечного элемента. При этом происходит одновременная смена шарнирного сопряжения элементов на жёсткое.
Calculations in software systems based on the finite element method (FEM), performed with account for genetic nonlinearity, i.e., assembling, are not feasible for a number of construction problems. In particular, in buildings made of factory-made and cast-in-place concrete, the latter is gradually involved in deformation and external load processes. In reconstructed buildings, during the increase in the element cross-section (e.g., reinforced concrete or metal casing), the reinforcing and reinforced materials are also involved in deformation and external load processes at different time. As a result, there are initial stresses and strains in the "old" part of the element by the time its "new" part installation and strength gain. At the same time, in the reinforcing material or cast-in-place element, the stress-strain state is zero until the additional load is applied.Thus, during the structural analysis, a change in the finite element stiffness is required. But FEM software systems have no finite element capable of changing (increasing) the stiffness. This determines the relevance of the developed algorithm for the structural analysis of factory-made and cast-in-place concrete buildings using the parallel FEM.Purpose: The aim of this work is to improve the parallel FEM and develop a calculation algorithm based on it.Research findings: Based on the parallel FEM, the calculation algorithm is proposed for factory-made and cast-in-place concrete buildings. The proposed algorithm accounts for the structural properties of such buildings, including the gradual involvement of different-aged materials in the deformation process. Using the proposed algorithm, the structural analysis is conducted for the reconstructed system, in which the finite element is replaced by the parallel element, and the hinge coupling of elements is simultaneously replaced by a rigid one.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.