Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
4.5. Реологические модели в строительстве Реологические модели применяются для описания процессов де- формирования конструкций в пространстве и во времени. Наиболее про- стой и часто применяемой является модель Гука для идеально упругого стержня, в которой напряжения и деформации связаны зависимостью 72 73 ний от относительной деформации становится нелинейной. При разгрузке в конструкциях появляются остаточные деформации. Модель Прандтля применяют для учета деформаций в арматурных стержнях из сталей с выраженной площадкой текучести. Модель Фойгта используется в ди- намических расчетах стальных и желе- зобетонных конструкций, в которых вяз- кость материала способствует затуха- нию колебаний. В качестве примера использования моделей рассмотрим работу простейшей конструкции – железобетонного кронш- тейна (рис. 31). В верхнем стержне на растяжение работают два стержня арматуры Ø12 мм класса АIII. Подкос из бетона класса В20, имеет сечение 300 300 мм. Требуется отследить напряженно-деформированное состояние кронштейна от воз- растающей силы P вплоть до его разрушения. Диаграмма сжатия S(d) для бетона класса В20 показана на рис. 32. Нелинейную диаграмму сжатия S(d) будем аппроксимировать ку- сочно-линейной функцией с точками перелома 1, 2 и 3. Рис. 32. Диаграмма сжатия бетона класса В20 Координаты точек перелома: 5 , 7 1 с S МПа, 0003 , 0 1 с d ; 13 2 с S МПа, 001 , 0 2 с d ; 15 3 с S МПа, 002 , 0 3 с d (разрушение); 000 25 0003 , 0 5 , 7 tg с 1 D 1 E МПа; 0003 , 0 001 , 0 5 , 7 13 tg 2 с 2 D E = = 7857 МПа; 001 , 0 002 , 0 13 15 tg 3 с 3 D E = = 2000 МПа. S S S S 1 с d 2 с d 3 с d d c O 1 O 2 O 3 Модель Фойгта применяется для стержня из упруго-вязкого мате- риала (рис. 29). Модель представляет собой комбинацию упругой моде- ли Гука и вязкой модели Максвелла. S = d E + dP P – коэффициент вязкости материала; d – скорость относительной деформации S S E P Рис. 29. Модель Фойгта Для описания деформации материалов, обладающих свойством ползучести, с развитием деформаций под нагрузкой во времени, приме- няется модель технической теории ползучести старения (рис. 30). S S E d п (t) = d 0 M t d(t) = d 0 + d п (t) = d 0 (1 + M t ) d п (t) – деформация ползучести к моменту времени t; d 0 – начальная (упругая) деформация; 0 п ) ( d t d t M = характеристика d P d 0 t d п (t) Рис. 30. Модель технической теории ползучести Модель Гука применяется для оценки деформаций в различных кон- струкциях, если напряжения в них не превышают половины предельных напряжений, при которых происходит разрушение материала конструк- ции. С увеличением напряжений выше половины предельных в конст- рукциях развиваются пластические деформации; зависимость напряже- h l P f Рис. 31. Схема кронштейна ползучести 74 75 С x M z z(t) P(t) Рис. 36. Схема подвески массы М Уравнение движения массы М имеет вид 0 cc C t z M t z t P , (27) где P(t) – динамическая нагрузка, приложенная к массе М, находящейся в равновесии; С – жесткость пружины в подвеске; cc t z t z , переме- щение и ускорение массы М в момент времени t. Из уравнения движения (27) дискретно-шаговым методом находятся параметры движения массы М. Алгоритм вычисления приведен на рис. 37. Рис. 37. Алгоритм вычислений параметров движения Диаграмма растяжения для арматуры класса АIII показана на рис. 33. Рис. 33. Диаграмма растяжения арматуры класса АIII 400 1 p S МПа; 002 , 0 1 p d 450 2 p S МПа; 07 , 0 2 p d 600 3 p S МПа; 10 , 0 3 p d (разрушение). 000 200 002 , 0 400 tg 1 1 D p E МПа; D 002 , 0 07 , 0 400 450 tg 2 2 p E 735 МПа; 500 07 , 0 10 , 0 450 600 tg 3 3 D p E МПа. O 2 O 1 O 3 1 p d 2 P d 3 p d d p 3 p S 2 p S 1 p S S p Для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) крон- штейна от возрастающей нагрузки используется дискретно-шаговый метод расчета с алгоритмом, показанным на рис. 34. Усилия сжатия N c и растяжения N p определяются методом выреза- ния узлов в кронштейне. Затем определяются напряжения в сжатом и растянутом элементах, деформации с учетом диаграмм сжатия и растя- жения. По этим деформациям определяется вертикальное перемещение точки приложения силы f(p). Для кронштейна с размера- ми l = 3 м, h = 3 м разрушение про- исходит при нагрузке P = 135 кН; перемещение f = 0,3 м. Первым разрушается растянутый стер- жень. Диаграмма деформирования кронштейна, полученная с помо- щью электронных таблиц Excel, показана на рис. 35. Рассмотрим далее примене- ние модели Гука в динамической задаче о колебаниях массы М на упругой подвеске (рис. 36). Рис. 34. Алгоритм расчета НДС P N c N р S c S р d c d p f(p) P + dp Вывод P, f Рис. 35. Диаграмма деформирования кронштейна f, м P, кН 76 77 Рекомендуемая литература к разделу I 1. Антонов А. В. Информация: восприятие и понимание. – Киев: Наукова думка, 1988. – 184 с. 2. Варламов Н. В. Системы автоматизированного проектирования в строительстве / СПбГАСУ. – СПб, 1992. 3. Голдман С. Теория информации / Пер. с англ. – М., 1957. – 446 с. 4. Информатика: учебник / Под ред. проф. Н. В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика., 1997. – 768 с. 5. Колесник В. Д., Полтырев Г. Ш. Курс теории информации. – М.: Наука, 1982. – 416 с. 6. Козырев А. А. Информатика: учебник для вузов. – СПб., 2002. – 511 с. 7. Орлов В. А., Филиппов Л. И. Теория информации в упражнениях и задачах. – М.: Высшая школа, 1976. – 136 с. 8. Пеньковский Г. Ф. Системный анализ и моделирование систем в строительстве / СПбГАСУ. – СПб., 1999. – 97 с. 9. Информационные системы для руководителей / Ф. И. Перегудов и др. – М.: Финансы и статистика, 1989. – 176 с. 10. Справочник библиографа / Науч. ред. А. Ванеев и др. – СПб.: Профессия, 2003. – 560 с. 11. Технологические правила проектирования объектов строитель- ства: методическое руководство. – М.: ГП УНС, 1998. – 127 с. 12. Ханенко В. Н. Информационные системы. – Л.: Машинострое- ние, 1988. – 127 с. 13. Шеннон К. Э. Работы по теории информации и кибернетики / Пер. с англ. – М., 1963. – 829 с. 14. Дворкина М. Я. Информационное обслуживание. Социокультур- ный подход. – М.: НПО «Профиздат», 2003. – 112 с. 15. Информатика. Базовый курс / С. В. Симонович и др. – СПб.: Питер, 1999. – 640 с. Для системы с массой М = 1 кг с 2 /см, с жесткостью С = 100 кг/см теоретическое значение круговой частоты колебаний 10 1 100 Z M C рад/с. Частота колебаний 6 , 1 14 , 3 2 10 2 S Z f Гц. Период собственных колебаний 63 , 0 6 , 1 1 1 f T На рис. 38 приведен график колебаний массы М, полученный с по- мощью электронных таблиц Excel дискретно-шаговым методом по алго- ритму на рис. 37 при dt = 0,1 c после воздействия на массу импульса силы P = 100 кг длительностью 0,1 с. При шаге dt = 0,1 / 2 = 0,05 c график практически не изменяется, что доказывает устойчивость и достаточную точность вычислений по Рунге – Кутту. Статическое перемещение массы от максимальной нагрузки 1 100 100 max ст C P z cм. Максимальное динамическое смещение z max = 1 см. Коэффициент динамичности 1 ст max дин z z k z, см t T Рис. 38. График колебаний массы М с. 78 79 ниями строительных норм. Затем производится ввод объекта в эксплуа- тацию. На этапе строительства проектная организация осуществляет ав- торский надзор за проведением строительных работ. Эксплуатация объекта обеспечивает достижение целей инвести- рования, вложенные средства окупаются к заданному сроку и объект приносит запланированную прибыль инвестору. К моменту физичес- кого или морального износа объект может быть ликвидирован с ути- лизацией его конструкций и оборудования, либо перепрофилирован под новый технологический процесс. В последнем случае проектно- изыскательская организация производит обследование состояния объекта, разрабатывает проект капитального ремонта или проект рас- ширения, реконструкции и технологического перевооружения основ- ных фондов предприятия. 1.2. Порядок разработки и состав проектной документации Порядок разработки и состав проектной документации изложены в строительных правилах СП 11-101–95 [22]. Разработка проектной документации на строительство объектов осуществляется на основе утвержденных обоснований инвестиций в строительство этих объектов. Основным проектным документом на строительство является технико-экономическое обоснование – проект – первая стадия разработки проектной документации (рис. 1). В одну стадию проект разрабатывается для простых типовых объектов или объектов, строящихся по документации повторного применения. Производится привязка проекта к местным условиям, согласование, экспертиза, утверждение и выдача проекта. Для уникальных сооружений проект является первой стадией разработки документации, а после его утверждения на второй стадии разрабатывается рабочая документация. Информационная технология проектирования представляет собой процесс создания прогностической информационной модели объекта будущего строительства (нового или реконструируемого). Проект, как информационная модель объекта строительства, разрабатывается в виде технической документации, имеющей определенную структуру, форму и содержание. II. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА 1. Общие положения проектирования объектов строительства 1.1. Инвестиционный проект в строительстве, его этапы Инвестиционный проект в строительстве представляет собой план вложения финансовых средств и материальных ресурсов в производство на строительных предприятиях для достижения некоторых экономичес- ких или политических целей. Порядок вложения инвестиций в строи- тельстве описывается в строительных правилах СП 11-11–95 [23], пре- дусматривающих поэтапное развитие инвестиционного процесса. Основ- ными являются три этапа этого процесса – замысел, реализация строи- тельства и эксплуатация объекта [26]. Замысел инвестиционного проекта – это определение цели инвес- тирования, номенклатуры проектируемой к выпуску продукции, назна- чения и мощности объекта строительства. Для этого изучается рынок предполагаемой продукции, источники финансирования, возможности достижения поставленной цели. Эту работу выполняет потенциальный инвестор с привлечением консультантов на договорной основе и затем разрабатывает ходатайство (декларацию) о намерениях инвестирова- ния. После согласования декларации с местной администрацией пред- полагаемого района размещения объекта инвестор совместно с проек- тно-изыскательской организацией разрабатывает детальное обоснова- ние инвестиций в строительство объекта – бизнес-план строительства, необходимый для получения кредита и открытия финансирования стро- ительства. Реализация строительства включает в себя разработку проектной документации на объект. Вначале разрабатывается проект (утверждае- мая часть рабочего проекта), производится согласование, экспертиза и утверждение документации, выделяется участок под строительство объекта. Затем разрабатывается рабочая документация со всеми специ- фикациями на материалы и оборудование, с объектной сметой на строи- тельство. Готовится тендерная документация для конкурсного отбора строительного подрядчика, который осуществляет строительство объек- та в соответствии с утвержденной проектной документацией, требова- 80 81 Правила формирования проектной документации изложены в ме- тодическом руководстве [25]. 1.3. Проектные организации, развитие компьютерной технологии проектирования Система организации проектирования в крупных проектных институ- тах может быть трех видов: функциональная, комплексная и смешанная [9]. Функциональная система организации проектирования (рис. 3) ори- ентирована на выполнение отдельных частей проекта в соответствую- щих отделах проектной организации (института). Проекты в таких орга- низациях выполняют, главным образом, для объектов промышленного строительства, а координацию работы отделов осуществляет главный инженер проекта (ГИП) и главные специалисты. Директор Главный инженер Заместитель директора Проектные отделы Отделы обслуживания Рис. 3. Функциональная структура организации Комплексная система организации проектирования (рис. 4) вклю- чает ряд специализированных мастерских, каждая из которых работает по схеме функциональной организации. Объектами проектирования здесь являются здания и сооружения городской застройки, жилые здания, об- щественные здания культуры, спорта, здравоохранения. Координацию работы над проектами этих объектов осуществляет главный архитектор проекта (ГАП). Проект Первая стадия Согласование Экспертиза Утверждение Выдача документации для типовых объектов Вторая стадия Рабочая документация Выдача документации для уникальных объектов Рис. 1. Стадии разработки проектной документации Примерная структура проекта показана на рис. 2. ПРОЕКТ Пояснительная записка Мероприятия по гражданской обороне, охране среды Технологическая часть Генплан, транспорт Помещения Оборудование Организация труда Управление производством Архитектурно- строительная часть Инженерные сети, обору- дование Организация строительства Технико- экономичес- кая часть Объемно- планировочное решение Строительные конструкции Водоснабже- ние Канализация Отопление Вентиляция Проект организации строительства Проект производст ва работ (ППР) Спецификация на материалы и оборудование Сметы Рис. 2. Структура проектной документации 82 83 Третий этап характеризуется созданием в проектных организациях локальных информационно-вычислительных сетей (ЛИВС) с единой информационной базой для всех АРМ. В перспективе использование единой информационной базы целе- сообразно как в проектной, так и в строительной организации, так как позволит перейти к безбумажной технологии проектирования и управ- ления строительным производством. Опыт такой организации работ уже имеется в передовых строительных фирмах Германии, США, Японии. Проектно-строительные фирмы имеют возможность выполнять проект- ные и строительные работы параллельно, оперативно менять проектные решения с учетом возможностей строительства, что сокращает его сро- ки и повышает качество работ. 1.4. Проектные функции Проектными функциями являются характерные виды работ, кото- рые обеспечивают достижение общих целей и задач проектной деятель- ности в инвестиционном комплексе страны. К проектным функциям от- носятся следующие регулярно и последовательно выполняемые в про- ектной организации виды проектной деятельности: 1. Выбор подрядчика – участие в торгах (тендерах) подряда на про- ведение проектных работ, оценка и выбор субподрядной организации. 2. Разработка заданий на подготовку проектной документации. 3. Организационно-технологическая подготовка проектирования. 4. Информационное обеспечение проектных работ. 5. Разработка проектных решений. 6. Формирование проектной документации. 7. Согласование проектной документации. 8. Экспертиза (внешняя оценка) проектной документации. 9. Утверждение (рассмотрение, одобрение) проектной документа- ции. 10. Хранение, тиражирование, ведение проектной документации. Кроме указанных видов работ проектные организации могут вы- полнять специальные виды проектной деятельности в тех объемах, кото- рые могут возникать на отдельных этапах инвестиционного цикла. Это следующие виды работ: 1. Проведение маркетинговых исследований по определению по- требностей рынка в предполагаемой к выпуску продукции. Смешанная организация проектирования чаще применяется в мел- ких проектных организациях. Развитие автоматизации проектирования происходило в несколько этапов. На первом этапе основной процесс автоматизации осуществлял- ся на общем вычислительном центре с единой системой обслуживания. Применялся пакетный режим работы проектировщиков с вычислитель- ной машиной, при котором проектировщик готовил пакет документов с исходными данными, а вводил эти данные и получал распечатку доку- ментов на ЭВМ оператор. Если результаты расчета не устраивали проек- тировщика, процедура повторялась. На втором этапе автоматизация проектирования развивалась по пути оборудования автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе персо- нальных ЭВМ, установленных в отделах и в мастерских. Проектировщи- ки получили непосредственный доступ к вычислительной технике для ра- боты в диалоговом режиме, что существенно сократило процедуру проек- тирования, но потребовало повышения квалификаций проектировщиков. Директор Главный инженер Заместитель директора Специализированные мастерские Отделы обслуживания Проектные группы Рис. 4. Комплексная структура организации 84 85 опыт, уровень квалификации, надежность выполнения работ в организации; качество проведения работ; сроки и порядок проведения работ, возможности привлечения специализированных организаций; уровень автоматизации проектных работ и эффективность ис- пользования средств автоматизации; наличие и содержание отзывов о работе организации. Таблица 1 |