CC BY
93
Висновки. Програмний модуль, створений на 0CH0Bi викладено! методики, е унiверсальним i може використовуватись для дослщження в першому наближеннi керованост будь-якого дволанкового рухомого складу.
У статп викладено теоретичнi положення прогнозування керованосп моделi автопо!зда, що враховуе конструктивы параметри (габаритнi розмiри, кшьюсть колiс та розподiл ваги по колесах), розподш кутiв повороту керованих колiс, стацiонарну нелiнiйнiсть зв'язку шин (зчеплення в контактних точках шини, кути вiдведення та стабiлiзувальнi моменти кожного з колю) i3 дорожньою поверхнею. Врахування ряду конструктивних параметрiв обмежено постановкою задачi у площиш. Отже, дана модель може використовуватися для попередньо! оцiнки керованостi автомобшя i е промiжною при виршенш питання у рамках плоско! задача
Унiкальнiсть та унiверсальнiсть моделi автопо!зда пiдкреслюеться представленням !! у матричному вигляд^ що е бiльш зручним для швидкост розрахункiв та програмування у середовищi MATLAB. Вiртуальна модель автопо!зда передбачае подальший !! розвиток та ускладнення, а саме - розгляд гальмiвно! динамiки, врахування реакци водiя та перерозподiлу ваги.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Литвинов А. С. Управляемость и устойчивость автомобиля. — М. : Машиностроение, 1971. — 416 с.
2. Эллис Д. Р. Управляемость автомобиля [Пер. с англ.]. — М. : Машиностроение, 1975. — 216 с.
3. Pacejka H. B. Tyre and vehicle dynamics. SAE, Warrendale, 2002. — 622 с.
4. Дячук М. В. Оптимизация конструктивных параметров неразрезной рулевой трапеции автомобиля / М. В. Дячук, А. С. Лиходей // Вюник Придшпровсько! державно! академи бущвництва та архтоктури. — Д. : ПДАБА, 2007. — № 12. — C. 42 — 49
5. Леви-Чевита Т., Амальди У. Курс теоретической механики. [Пер. с итал. Д. И. Кутилина]. — М. : Издательство иностранной литературы, 1951. — 326 с.
УДК 624.048
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ С УЧЕТОМ ОСНОВАНИЯ
Ю. А. Кожанов, к. т. н., доц., А. Г. Ефименко, студ., В. А. Загильский, студ.,
А. П. Якубенко, студ.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, конечноэлементная модель, объемные КЭ, коэффициенты постели, SCAD 11.5
Постановка проблемы. В современном проектировании встречаются случаи моделирования надземной части конструкции без учета реальных геологических условий. Вводится допущение, что основание является абсолютно жестким. Это упрощение обусловлено простотой реализации основания в расчетных комплексах. Но такой подход влечет за собой ряд ошибочных результатов, так как характер поведения конструкции на жестком основании и с учетом геологических особенностей основания существенно отличается.
Цель статьи. Путем варьирования способов учета основания в расчетном комплексе Structure CAD 11.5 оценить напряженно-деформированное состояние (НДС) железобетонной конструкции Узла бора Южно-Украинской АЭС.
Анализ публикаций. В последнее время проблеме учета основания в компьютерном моделировании конструкций уделяется значительное влияние. Анализ НДС железобетонных конструкций в системе «сооружение — основание» вызывает большой интерес среди отечественных и зарубежных специалистов. Этой теме посвящено большое количество публикаций, научных работ и литературных источников [1; 5; 7] .
Изложение материала. Создание наиболее точной расчетной модели, в частности, с учетом основания, является первоочередным фактором, влияющим на адекватность полученных результатов. Для зданий и сооружений АЭС учет основания имеет особое значение, ввиду высокой степени их ответственности. В соответствии с [6], расчетные модели
зданий и сооружений должны наиболее точно отражать характер их взаимодействия с грунтом основания. Модели оснований зданий и сооружений разрабатываются с учетом особенностей массива грунта (его слоистости, толщины и физико-механических свойств). Эффектом от учета грунтового основания целесообразно пренебречь в случае если конструкция расположена на скальном основании и имеет небольшую массу. Однако для конструкций, расположенных на слабом основании, тяжелых конструкций, высотных зданий и зданий повышенной категории ответственности учет основания необходим [7].
В практике проектирования часто применяются упрощенные модели основания. Самой простой является одноконстантная модель Винклера. В этой модели осадка точки основания пропорциональна давлению в этой точке. Коэффициент постели характеризует жесткость пружинки, установленной в каждом узле фундаментной плиты. При расчете плит основания пружинки распределяются равномерно по площади плиты. Деформации пружинок происходят независимо друг от друга, следовательно, модель не учитывает распределительную способность грунта. Для исправления недостатков простейшей модели Винклера было разработано множество ее модификаций - с двумя или тремя коэффициентами постели. В отечественной практике наиболее распространена модель Пастернака с двумя коэффициентами постели. [4]. Однако в современных расчетных комплексах имеет место также моделирование основания объемными конечными элементами. В настоящее время возможности вычислительных комплексов позволяют это сделать. При таком подходе нет необходимости использовать коэффициенты постели.
Анализ напряженно-деформированного состояния системы сооружение - основание выполнялся методом конечных элементов в проектно-вычислительном комплексе Structure CAD 11.5 для одного температурного блока здания бора.
Анализировались три конечноэлементные модели здания Узла бора:
- модель на жестком основании;
- модель на упругом основании (с использованием коэффициентов постели, С1 и С2);
- модель на упругом основании (с использованием объемных конечных элементов).
Модель на жестком основании (рис.1). В расчетном комплексе Structure CAD 11.5 жесткое
основание было реализовано за счет запрета перемещений и поворотов относительно осей X, Y и Z узлов фундаментной плиты.
Рис. 1. Модель на жестком основании
Модель на упругом основании (с использованием коэффициентов постели, С1 и С2, модель Пастернака) (рис. 2). В данной модели на основании геологических данных, приведенных в таблице 1, были рассчитаны коэффициенты постели С1 и С2 (С1 - коэффициент сжатия, измеряемый в кг/см3 или т/м3, связывающий интенсивность вертикального отпора грунта с его осадкой;
Таблица 1
Характеристики грунтов основания здания Узла бора
№ ИГЭ Инженерно-геологический элемент (ИГЭ) Характеристики
Толщина, (м) Коэффициент Пуассона, V Модуль деформации Е, (МПа)
1 Глины 2 0.37 23
2 Неогеновые отложения сарматского яруса — глины с линзами разнозернистых песков 2 0.45 18
3 Элювиальные грунты, продукты выветривания гранитов -каолины и дресва Каолин 6 0.27 40
Гранит — — —
Рис. 2. Модель на упругом основании (с использованием коэффициентов постели С1 и С2)
С2 — коэффициент сдвига, измеряемый в кг/см или т/м, дает возможность выразить интенсивность вертикальной силы сдвига) [4].
Рис. 3. Модель на упругом основании (с использованием объемных КЭ)
Модель на упругом основании (с использованием объемных конечных элементов) (рис. 3). В этой модели грунтовое основание создано по схеме линейно-деформируемого слоя конечной
толщины [2]. Суть модели заключается во введении в схему лишь верхних сжимаемых слоев, ниже которых грунт считается несжимаемым. В данном анализе такая схема имеет место, т. к. согласно геологическим данным на отметке -10 м залегает гранит.
В связи с тем, что в рамках проводимого анализа больший интерес вызывает НДС конструкций, а не распределение напряжений в упругом слое грунта основания, возникает необходимость ограничивать размеры слоя в плане, пренебрегая работой той части упругого основания, которая находится на достаточном удалении от края конструкции. Существует эмпирическое правило, которое говорит о том, что достаточно включить в расчетную схему упругий слой, находящийся с каждой стороны от края конструкции на расстоянии L = H.. .1,5 H, где H - высота сжимаемой толщи [5].
Статический расчет модели был выполнен в линейной постановке. Теоретической основой расчетного комплекса SCAD 11.5 является метод конечных элементов в форме метода перемещений [5]. В результате расчета были получены следующие параметры: перемещения, усилия, напряжения.
При анализе результатов расчета была выявлена наиболее неблагоприятная комбинация загружений, в которую вошли: постоянные нагрузки, нагрузки от резервуаров, наполненных борным раствором, ветровая, снеговая и эксплуатационная нагрузки. Вероятность одновременного действия нагрузок была учтена коэффициентами сочетаний [3]. Экстремальные значения параметров, полученных с учетом данной комбинации, приведены в табличной форме.
Таблица 2
Абсолютные значения перемещений в узлах
Фактор Тип основания № узла
Жесткое Упругое, С1, С2 Упругое, объемные КЭ
X, мм 3.541 4.489 8.63 6 088
Y, мм 3.859 5.498 8.97 11 576
Z, мм 46.263 50.98 79,639 8 889
Ux, рад 8.699 8.647 9.543 8 567
Uy, рад 6.383 6.231 7.416 5 556
Ш,рад 0.217 0.213 0.233 11 320
Рис. 4. Деформированная схема конструкции на основании из объемных КЭ
Величины экстремальных перемещений узлов конструкции (табл. 2), полученные по трем вышеописанным моделям, находятся в пределах 40 — 80 мм. Очевидно, что минимальные перемещения наблюдаются в модели с жестким основанием. Увеличение перемещений происходит с включением в модель упругого основания. Значения перемещений в модели с жестким основанием и моделью Пастернака имеют приблизительно одинаковый порядок.
Однако в модели с основанием из объемных конечных элементов величины перемещений резко возрастают. Следовательно, основание из объемных конечных элементов имеет большую
податливость. Несмотря на трудоемкость моделирования, по сравнению с моделью Пастернака, модель основания из объемных КЭ позволяет более наглядно определить поведение конструкции с учетом заданных геологических условий (рис. 4).
Значения экстремальных усилий в колоннах конструкции (табл. 3), в зависимости от модели основания, практически не отличаются (~1 - 2 %). Таким образом, учет основания не оказывает значительного влияния на продольные силы, изгибающие моменты и поперечные силы, возникающие в сечениях элементов конструкции.
Таблица 3
Абсолютные значения усилий в колоннах
Фактор Тип основания № элемента
Жесткое Упругое, С1, С2 Упругое, объемные КЭ
N, т 304.685 305.947 303.58 9 811
My, тм 53.185 52.062 52.571 9 798
Qz, т 21.535 21.059 21.275 9 801
Mz,тм 77.703 77.222 77.231 9 804
27.83 27.672 27.67 9 809
Анализ экстремальных значений напряжений (табл. 4), полученных в результате расчета, показал, что при переходе от жесткого основания к упругому происходит значительное возрастание напряжений (~60 %). Это объясняется тем, что при учете основания в элементах конструкции возникают дополнительные напряжения от неравномерной осадки здания. Происходит перераспределение напряжений. Для модели на жестком основании возникновение этих напряжений исключено.
В случае моделирования основания посредством коэффициентов постели и объемными конечными элементами возникает дополнительный фактор Rz, который характеризует реактивный отпор грунтового основания. Для основания с коэффициентами постели Rz = 23.883 (т/м2), а для основания из объемных конечных элементов Rz = 37.276 (т/м2).
Для определения адекватности того или иного способа учета основания в расчетном комплексе SCAD 11.5 необходимы экспериментальные данные о деформациях грунтового основания.
Таблица 4
Абсолютные значения напряжений в пластинчатых конечных элементах
Фактор Тип основания № элемента
Жесткое Упругое, С1, С2 Упругое, объемные КЭ
NX, т/м2 288.016 327.681 372.847 9 709
NY, т/м2 286.714 326.08 374.159 7 509
MX, тм/м 46.77 60.322 58.479 4 529
MY, тм/м 47.315 66.422 65.344 4 542
QX, т/м 126.464 124.434 125.146 4 483
QY, т/м 73.236 76.871 86.474 4 496
Выводы. Сравнение результатов статического расчета здания Узла бора показало, что учет геологических особенностей основания является определяющим фактором при анализе НДС конструкции. Особое влияние этот фактор оказывает на перемещения узлов конструкции и напряжения в конструктивных элементах.
Анализируя способы учета основания, можно сделать вывод, что модель с использованием коэффициентов постели отличается простотой реализации, в то время как модель конструкции с основанием из объемных конечных элементов более трудоемка, но позволяет посредством
деформированных схем с определенной точностью спрогнозировать поведение конструкции в реальных геологических условиях с заданными нагрузками.
Следовательно, учет основания при моделировании железобетонных конструкций имеет место быть и является важнейшим фактором, влияющим на НДС конструкции.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Городецкий А. С. Компьютерные модели конструкций / А. С. Городецкий, И. Д. Евзеров. - К. : Факт, 2005. - 344 с.
2. Герсеванов Н. М. Основы динамики грунтовой массы / Н. М. Герсеванов. - М., изд. 1931. - 504 с.
3. ДБН В.1.2.-2:2006. Нагрузки и воздействия. - К. : Минстрой Украины, 2006. - 78 с.
4. Пастернак П. Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. — Л. : Типогр. № 2 Гос. изд. по строит. и архитект., 1954. - 54 с.
5. Перельмутер А. В., Сливкер В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А. В. Перельмутер, В. И. Сливкер. - К. : Сталь, 2002. - 600 с.
6. Нормы проектирования атомных станций. ПНАЭ Г-5-006-87 / Госатомнадзор СССР. -М. : 1988. - 39 с.
7. John W. Bull, Soil-structure interaction: numerical analysis and moduling, 1994. - 324 р. УДК 725:691.2:504
СПОРУДЖЕННЯ МАЛОПОВЕРХОВИХ ЖИТЛОВИХ БУДИНК1В З СОЛОМ'ЯНИХ БЛОК1В ТА ВИЗНАЧЕННЯ IX ТЕПЛОТЕХН1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
О. В. Семко*, д. т. н., проф., О. I. Фшоненко*, к. т. н., доц., С. П. Панченко, к. т. н., доц., С. I. М'який*, маг1стр *Полтавський нац^ональний техшчний университет 1мен1 Юр1я Кондратюка
Ключовi слова: солома, солом'яний блок, «пасивний» будинок, отр теплопередач1, коефщент теплопров1дност1
Постановка проблеми. У Сврош зараз досить популярним е спорудження еколопчних будинюв, основною вимогою в яких е використання мюцевих еколопчно чистих бущвельних матерiалiв. Найбшьш популярним, еколопчно чистим та енергоефективним бущвельним матерiалом у таких будинках е пресоваш солом'яш тюки.
Позитивний вплив на здоров'я та довголотя людини можна здшснювати завдяки використанню еколопчно чистих (бюпозитивних) бущвельних матерiалiв.
В Укра!ш вщсутш нормативш документи, яю б дозволили будувати дешеве, енергоефективне та еколопчно чисте житло з використанням як утеплювача пресованих солом'яних тююв.
Крiм того, в Укра!ш юнуе велика проблема iз забезпечення громадян доступним житлом.
Аналiз публжацш. Солома з давшх чашв використовуеться як бущвельний матерiал. У Сврош, а також в Укра!ш включно до ХХ столотя iз соломи робили покрiвлю житла. Достатньо розвинуто саманне бущвництво, в якому одним iз головних складових е солома як армувальний матерiал.
Сучасне бущвництво з соломи бере свш початок з кшця Х1Х столотя, коли в США з'явилися першi паровi пресувальш машини. За допомогою вщносно простого робочого процесу iз соломи пресувались тюки. Преси для соломи, яю приводилися в дда вручну, були запатентованi в Сполучених Штатах Америки до 1850 року. Вперше в iсторii задокументоване використання блоюв для будiвництва згадуеться в 1896 — 1897 роках. Одноюмнатне примщення школи, збудоване iз блоюв сiна бiля Скоте Блафф у Небрасщ, проiснувало декiлька рокiв. Тюки вкладалися один на один, аналопчно до будiвництва з каменю, а стши iз тюкiв оштукатурювали зсередини та ззовш глиною або обшивали деревом [1; 3].
Використання цiеi технологи в Небрасщ найширше було розповсюджене в 1915 - 1930 роках та закшчилось в 1940-х. 1з 70 задокументованих будiвель цього перюду 13 проiснувало до 1993 року, i майже всi залишалися придатними для проживання.
