SOFiLOAD Manual, Version 2014 · В качестве специального расширения...

SOFiLOAD

Генератор нагрузок для конечных элементов и конструкций

SOFiSTiK 2014

SOFiLOAD

Генератор нагрузок для конечных элементов и конструкций

Руководство по SOFiLOAD, версия 2014.1

Версия программного обеспечения SOFiSTiK 2014

Все права защищены (с) 2013 SOFiSTiK AG, Обершляйсхайм, Германия

SOFiSTiK AG

Штаб-квартира - Обершляйсхайм Офис в Нюрнберге

Bruckmannring 38 Burgschmietstr. 40

85764 Oberschleissheim 90419 Nuremberg

Германия Германия

Тел. +49 (0)89 315878-0 Тел. +49 (0)911 39901-0

Факс +49 (0)89 315878-23 Факс +49(0)911 397904 [email protected] www.sofistik.de

Данное руководство защищено законами об охране прав интеллектуальной собственно-сти. Оно не может быть переведено, скопировано или воспроизведено целиком или час-тично любыми средствами без письменного разрешения SOFiSTiK AG. SOFiSTiK остав-

ляет за собой право изменять или выпускать новые версии данного руководства.

Руководство и программа были тщательно проверены на предмет ошибок. Однако

SOFiSTiK не заявляет, что они не содержат ошибок. Ошибки исправляются по мере их выявления.

Пользователь программы несет единоличную ответственность за ее применение. Мы настоятельно рекомендуем пользователю проверять правильность всех расчетов хотя

бы случайным способом.

Обложка

Проект: Yas Hotel, Абу-Даби | Клиент: ALDAR Properties PJSC, Абу-Даби | Строительное проектирование и инженерное сопровождение:

schlaich bergermann und partner | Архитектор: Asymptote Architecture | Фото: Бьерн Мурманн

mailto:%20inf

mailto:%20inf

mailto:%20inf

http://www.sofistik.de/

Содержание | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 i

Содержание

Содержание i

1 Общие сведения 1-1

2 Теоретические основы

2.1 Эквивалентные узловые нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Эквивалентные узловые нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-1

2-1

2-2

Использованная литература 2-3

3 Описание ввода 3-1

3.1 Язык ввода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1 3.2 Записи ввода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2 3.3 GRP – Отбор и свойства групп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5 3.4 ACT – Определение воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7 3.5 LC – Определение загружений . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 3-17 3.6 NODE – Узловые нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-21 3.7 CABL – Нагружение троса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24 3.8 TRUS – Нагружение элементов ферм . . . . . . . . . . . . . . . . 3-26 3.9 Определение нагрузки на балку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28 3.10 BEAM – Распределенное загружение балок . .. . . . . . . . . . 3-31 3.11 BEPL – Точечное загружение балок . . . . . . . .. . . . . . . . . . 3-35 3.12 QUAD – Загружение элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40 3.13 BRIC – Загружение элементов . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 3-45 3.14 COPY – Нагрузки от других источников . . . . . . . . . . . . . . . 3-47 3.14.1 Опорные усилия . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . 3-50 3.14.2 Нагрузочные поезда . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 3-50 3.14.3 Ветровые нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-52 3.15 Свободное загружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-54 3.15.1 Эталоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-54 3.15.2 Проецирование определений загружения . . . . . . 3-55 3.15.3 Загружение балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-57 3.15.4 Специальные указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-57 3.16 LAR – Области распределения нагрузки . . . . . . . . . . . . . . 3-59 3.17 POIN – Свободные точечные нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . 3-63 3.18 LINE,CURV – Свободное линейное загружение. . . . . . . . . 3-67

SOFiLOAD | Содержание

iv SOFiSTiK 2014

3.19

3.20

AREA – Свободное загружение на площади . . . . . . . . . . .

3.19.1 Ветровые нагрузки .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VOLU – Объемное загружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-73

3-78

3-79

3.20.1 Загружение в башнях и цистернах . . . . . . . . . . . . . . . .

3-82

3.21 EXPO – Экспорт случаев загружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-84

3.22 EVAL – Оценки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-85

3.23 CTRL – Дополнительные контрольные значения . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-87

3.24 ECHO – Опции распечатки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-90

Динамические нагрузки 4-1

4.1 Анализ опрокидывания - Теоретические основания . . . . . . . . . .

4-1

4.2 RESP – Спектр отклика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11

4.2.1 Eurocode EC 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-14

4.2.2 Единые/Международные строительные правила UBC/IBC . . .

4-15

4.2.3 DIN 4149: старая и новая версии . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-15 4.2.4 SIA 260 и O¨ NORM B 4015 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

4-15

4.2.5 NTC Италии в соответствии с DM-2008 . . . . . . . . . . . .

4-16

4.2.6 Кодекс EAK (Греция) (1999) . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-16

4.2.7 СНиП II-7-81 (Россия) (1995/2000) . . . . . . . . . . . . . . .

4-16

4.2.8 Стандарт IS 1893-2002 (Индия) . . . . . . . . . . . . . 4-17

4.2.9 Стандарт Ассоциации строителей дорог Японии 2002 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-17

4.2.10 Код GB (Китай) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 4-18

4.3 Спектры способности и анализ опрокидывания . . . . . . . . . . .

4-19

4.4 FUNC – Функции нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-26

4.4.1 Функции для пешеходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-27

4.4.2 Непериодичные функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-28

4.4.3 Функции спектров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29

4.4.4 Ускорения грунтов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29

4.5 FIMP – Импорт функций нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-30

4.6 ACCE – Ускорения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-31

4.7 STEP – Динамическая история . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-36

4.8 SIMQ – Имитация землетрясения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .

4-37

4.9 REVA – Спектры отклика для функции ускорения . . . . . . . .. . .

4-38

4.10 PUSH – Анализ опрокидывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-40

4.10.1 TYPE - Тип анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .

4-41

4.10.2 SPL - Пределы конструкционных показателей . . 4-60

4

5 Поезд загружения 5-1

5.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1

5.2 Группы нагрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-2

5.3 GAX – Геометрия оси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-4

5.4 LANE – Ширина дорожных полос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-6

5.5 TRAI – Определение поезда загружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-10

Содержание | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 iii

5.5.1 Ударный коэффициент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-14

5.5.2 Центробежные силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-16

5.5.3 Поезда загружения по Eurocode . . . . . . . . . . . . . . .

5-17

5.5.4 Поезда загружения SLW и LKW . . . . . . . . . . . . . . .

5-26

5.5.5 Поезда загружения BS 5400 и AASHTO, TMH7 . . . . .

5-28

5.5.6 Тяжелые поезда загружения BS 5400, TMH7 . . . . . . . . . .

5-30

5.5.7 Единичные грузовики в соответствии с AASHTO . . . . . . . . . .

5-32

5.5.8 Поезда загружения в соответствии с CAN/CSA . . . . . . . . . . . .

5-33

5.5.9 Поезда загружения по IRC 6-2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-34

5.5.10 Поезда загружения в соответствии со стандар-тами Ассоциации строителей дорог Японии . . . .

5-35

5.5.11 Поезда загружения по AS 5100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-35

5.5.12 Поезда загружения в соответствии со шведски-ми стандартами (BRO 2004) . . . . . . . . . . . . . . . .. .

5-37

5.5.13 Нагрузки от железнодорожных поездов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-38

5.6

5. 5.14

TRPL

Военные поезда загружения НАТО (Stanag 2021) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

– Точечная нагрузка поезда загружения . . . . . . . . .

5-45

5-46

5.7 TRBL – Блочная нагрузка поезда загружения . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-49

5.8 TREX – Визуализация поезда загружения . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-51

Ветровая нагрузка 6-1

6.1 Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1

6.2 Профили ветрового воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-3

6.3 Коэффициенты силы ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4

6.4 Турбулентность и аэродинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-6

6.5 Динамика отклика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-7

6.6 Карта атмосферных ветров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9

6.7 WIND – Параметры ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-13

6.8 WPRO – Профили ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .

6-16

6.9 WROU – Неравномерность ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-18

6.10 WTOP – Топология ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-21

6.11 WSPE – Спектры ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-23

6.12 WGEN – Генерирование спектров и исторических данных о ветре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .

6-29

6.13 WIPT – Точки данных аэродинамической трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6-33

Волновая нагрузка 7-1

7.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7-1

7.2 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7-1

6

7

SOFiLOAD | Содержание

iv SOFiSTiK 2014

7.3 Регулярное волнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.1 Линейная теория волн (Эйри) . . . . . . . . . . . . . .. .

7.3.2 Волновая теория Стокса 2-го и 5-го порядков . . . .

7.3.3 Теория кноидальных волн: приближение 3-го и 5-

го порядка Ивагаки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.4 Распространение . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . 7.3.5 Допустимость волновых теорий . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .

7-2

7-3

7-4

7-5

7-7

7-8 7.3.6 Волновые усилия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 7-10

7.4 Нерегулярное волнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7-10

7.5 WAVE – Волна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13

8 Снеговая нагрузка 8-1

9 Описание вывода 9-1 9.1 Контрольный список действий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-1

9.2 Контрольный список действий при выборе случая загру-жения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9-1

9.3 Загружение без сетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-2 9.4 Узловые нагрузки . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-3 9.5 Нагрузки на элементы QUAD . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 9-4 9.6 Нагрузки на элементы BRIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-4 9.7 Нагрузки на балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 9-5 9.8 Нагрузки на фермы и тросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-5 9.9 Ускорения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-6 9.10 Ветровая нагрузка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-6 9.11 Функция нагрузки и времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-8 9.12 Экспорт случаев нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-8

Общие сведения | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 1-1

1 Общие сведения SOFiLOAD генерирует нагрузку для всех модулей SOFiSTiK.

Нагрузки скомпонованы по случаям загружения, которые входят в состав уникального воздействия. Случаи загружения обрабатываются по номеру, а действие обозначается символами в количестве до 4 штук. 48 комбина-ций зарезервированы для определенных видов действий.

Сочетание случаев загружения в рамках действий может быть выполнено в общем виде. Имеется три предварительно определенных метода соче-тания: постоянный, оптимальный, эксклюзивный.

После этого выполняется окончательное действий в пределах MAXIMA или AQB посредством коэффициентов сочетания (ψ) и надежности (γ), ко-торые могут варьироваться по значению в зависимости от случая загруже-ния, но всегда применяются с одним и тем же видом коэффициента.

Нагрузки могут быть определены отдельно от сетки FEM. SOFiLOAD обра-батывает переход от геометрической модели к аналитической модели пу-тем преобразования общих образцов загружения в более частные узловые или элементарные нагрузки. При необходимости пользователь может вли-ять на процесс преобразования.

Нагрузки либо уже находятся в базе данных, либо могут быть определены по-средством SOFiLOAD. При изменении сетки элементов SOFiLOAD нужно по-вторить назначение элементов. Кроме того, вы можете указать узловые или элементарные нагрузки непосредственно на основании данных от других сис-тем конечных элементов. Однако данные нагрузки будут удалены, если сетка элементов изменена или при явном переназначении случая загружения.

Наименования записей и элементов были изменены по сравнению с более ранними определениями в SOFiSTiK для обеспечения простоты и едино-образия. Однако копирование старых данных CADINP в целом не возмож-но, потому в большинстве случаев следует использовать функцию экспор-та. Все входные значения нагрузок преобразуются в соответствии с едини-цами измерения, определенными в SOFiSTiK. DIM.

Также имеется возможность генерировать нагрузки на основании резуль-татов в базе данных. В частности, существуют опорные усилия, которые преобразуются в нагрузки, дефекты, ползучие деформации или эффекты предварительного напряжения.

В качестве специального расширения мы предусмотрели генераторы нагрузок для обработки довольно сложного загружения нагрузочных поездов на мостах, при землетрясении, ветровой и снеговой нагрузки на конструкции с крайне вы-тянутыми объектами. Данные опции, однако, не входят в базовую версию про-граммы.

SOFiLOAD | Общие сведения

1-2 SOFiSTiK 2014

Данное руководство начинается с простых узловых и элементарных на-грузок, а затем переходит к определениям геометрических нагрузок и, на-конец, к более сложным генераторам нагрузки.

Теоретические основы | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 2-1

2 Теоретические основы

2.1 Эквивалентные узловые нагрузки

Система конечных элементов - это дискретная система и потому позволя-ет обрабатывать лишь влияние эквивалентных узловых нагрузок, а не фактические точечные нагрузки или моменты. Разница двух значений видна на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1: Эквивалентные узловые нагрузки для уточнения сетки

При повышении плотности сетки вы получаете различные образцы загру-жения для распределенной нагрузки, но образец загружения для точечной нагрузки остается неизменным. Это также указывает на то, что данная сетка имеет определенное разрешение для распределения нагрузки. Бо-лее крупные сетки не позволяют различать две точечные нагрузки, рас-пределенную нагрузку или точечную нагрузку между узлами.

С другой стороны, это говорит о том, что нагрузка может быть определена как единичная узловая нагрузка только в том случае, если размеры дан-ной нагрузки не превышают размер элемента сетки. В случае, если вы уточняете сетку рядом с данной точкой загружения, вы получите более высокие напряжения или силы, поскольку конечные элементы будут все более приближаться к бесконечному решению. Потому вы можете вы-брать размер сетки не менее минимальной площади распределения на-грузки (например, толщины для листов), или же придется указывать на-грузки как распределенные.

На основании материала, изложенного в дальнейшем, мы делаем вывод, что сгенерированные SOFiLOAD узловые нагрузки ограничены по точно-сти точностью указанной сетки конечных элементов.

При загружении балки у нас есть специальный случай, при котором загру-жение также определяется в рамках

SOFiLOAD | Теоретические основы

2-2 SOFiSTiK 2014

элемента, оказывающего воздействие на все внутренние усилия. Однако нам следует различать стандартный элемент балки (FE-Beam-Element), который имеет только кубические функции смещения, и более обобщен-ный элемент балки в соответствии с методом передачи. Первый потребу-ет более мелкой сетки для точного загружения комплекса моделей, по-следний может иметь ограничения по моделированию жесткости. (напри-мер, подетальная постоянная в STAR2).

2.2 Эквивалентные узловые нагрузки

Для пружин, тросов и ферм вы можете установить в SOFiMSHA постоян-ное значение предварительного напряжения, которое будет действовать в любом случае загружения. Для тросов и ферм вы также можете опреде-лить предварительное напряжение, которое зависит от случая загруже-ния. Любой тип предварительного напряжения вводит напряжения тепло-вого расширения, которые действуют на элемент.

Тросы и фермы имеют предварительное напряжение за счет некоторого внешнего воздействия. Для закрепленных торцов данные напряжения вводят предварительное напряжение, для гибких опор вы получите де-формации, которые уменьшают заданное вами предварительное напря-жение. Если вы хотите достичь данное значение предварительного на-пряжения, вам необходимо определить внешнее загружение или исполь-зовать элемент с низкой жесткость. и заданным предварительным напря-жением.

Для балок, напротив, предварительное напряжение определяется как со-стояние равновесия напряжения (предварительно напряженный бетон по-средством пучковой арматуры). Следовательно, потребуется рассмотреть дополнительный компонент. Поскольку предварительное напряжение применяется к самому элементу, результирующие усилия на свободно деформируемых балках сами по себе являются входными усилиями предварительного напряжения. Однако, если деформация является огра-ничением, появляются сдерживающие силы. В случае ограничения, на-пример, если балка не может деформироваться, результирующие силы равны нулю, поскольку усилия, приложенные предварительным напряже-нием, переносятся на опору, а не на балку.

Для балок вы можете указать статически определяемую часть предвари-тельного напряжения за счет усилия пучковой арматуры, а также ее экс-центричность и наклон. Распределение вдоль оси является линейным для напряжения, но кубическим для эксцентричности. Воздействие предвари-тельного напряжения имеет два аспекта. Во-первых, мы имеем дополни-тельные усилия в пределах сечения, во-вторых у нас есть деформации, которые вводят новые усилия при наличии ограничений.

По причине наличия сдвигающих сил настоятельно рекомендуется не со-четать различную пучковую арматуру в единый блок, если эксцентрич-ность не является одинаковой.

Используемая литература | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 2-3

Использованная литература

[1] ATC-40. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings. Applied

Technology Council, Redwood City, CA, 1996.

[2] S. K. Bhattacharyya. On two solutions of fifth order Stokes waves. Applied

Ocean Research , 17:63–68, 1995.

[3] W. Caspar. Maximale Windgeschwindigkeiten in der BRD. Bautechnik, 47:

335–340, 1970.

[4] S. K. Chakrabarti. Handbook of Offshore Engineering, Volume I. First Edi- tion Elsevier, 2005.

[5] A.K. Chopra. Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering, volume 2. Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ, 1995.

[6] A.K Chopra and R.K. Goel. Capacity-demand-diagram methods based on inelastic design spectrum. Earthquake Spectra, 15(4):637–656, 1999.

[7] A.K Chopra and R.K. Goel. Evaluation of NSP to estimate seismic defor- mation: SDF systems. Journal of Structural Engineering, 126(4):482–490, 2000.

[8] A.G. Davenport. The Application of Statistical Concepts to the Wind Load- ing of Structures. ICE Proceedings, 19:449–472, 1961.

[9] DIN-1055-4. Einwirkungen auf Tragwerke,Teil 4: Windlasten. DIN, 2005.

[10] C. Dyrbye and S.O. Hansen. Wind Loads on Structures. John Wiley and Sons Inc, Chichester, 1997.

[11] ECCS. European Convention for Constructional Steelwork, 1978.

[12] ECCS. European Convention for Constructional Steelwork, 1987.

[13] EN1998-1:2004. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resis- tance, Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings. CEN, No-vember 2004.

[14] ESDU. Characteristics of wind speed in the lower layers of the atmos-phere near the ground, Part II: single point data for strong winds (neutral atmo- sphere). Engineering Science Data Unit 85020, London, 1985.

[15] ESDU. Characteristics of atmospheric turbulence near the ground, Part III: variations in space and time for strong winds (neutral atmoshpere). Engi- neering Science Data Unit 86010, London, 1986.

[16] P. Fajfar. Capacity spectrum method based on inelastic demand spectra.

Earthquake engineering and structural dynamics, 28(9):979–993, 1999.

SOFiLOAD | Используемая литература

2-4 SOFiSTiK 2014

[17] P. Fajfar. A nonlinear analysis method for performance-based seismic design. Earthquake Spectra, 16(3):573-592, 2000.

[18] J. D. Fenton. A fifth order Stokes theory for steady waves. J. Waterways, Port, Coastal & Ocean Engineering, 111(2):216–234, 1985.

[19] J. D. Fenton. Nonlinear wave theories. In The Sea - Ocean Engineering

Science, volume 9. B. Le Méhauté & D. M. Hanes, 1990.

[20] J. D. Fenton. The cnoidal theory of water waves, chapter 2. Ed. J.B. Her- bich, Gulf, Houston, 1999.

[21] S.A. Freeman. Development and use of capacity spectrum method. In Pro- ceedings of the 6th US National Conference on Earthquake Engineering. EERI, Oakland, 1998.

[22] S.A. Freeman, J.P. Nicoletti, and J.V. Tyrell. Evaluations of existing build-ings for seismic risk-A case study of Puget Sound Naval Shipyard, Bremerton, Washington. In Proceedings of the 1st US National Confer-ence on Earth- quake Engineering, pages 113–122. ERRI, Berkeley, 1975.

[23] Y. Goda. Random seas and design of maritime structures. Third Edition

World Scientific, 2007.

[24] N. Haritos. EJSE Special Issue: Loading on Structures: Introduction to the analysis and design of offshore structures - an overview. EJSE Internation- al, 2007.

[25] L. H. Holthuijsen. Waves in oceanic and coastal waters. Cambridge Uni- versity Press, 2007.

[26] S. A. Hughes. The TMA shallow-water spectrum, description and application. Technical Report CERC-84-7, US Army Engineer Research Station, 1984.

[27] I. Kovács. Synthetic Wind for Investigations in Time-Domain. In Structures

Congress XII. American Society of Civil Engineers, 1994.

[28] I. Kovács and H.P. Andrä. Traglastnachweis von Turmbauwerken unter dy- namischer Windbelastung. Bautechnik, 11:650–661, 1993.

[29] I. Kovács, H. Svensson, and E. Jordet. Analytical Aerodynamic Investiga- tion of the Cable-Stayed Helgeland Bridge. Journal of Structural Engineer- ing (ASCE), 118:147–168, 1992.

[30] H. Krawinkler and G.D.P.K. Seneviratna. Pros and Cons of a Pushover Analysis of Seismic Performance Evaluation. Engineering Structures, 20 (4):452–464, 1998.

[31] J. Maier-Erbacher. Geländebeeinflusste Windbelastung kreiszylindrischer

Bauwerke. Sonderforschungsbereich 210, Karlsruhe, 1989.

Используемая литература | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 2-5

[32] E. Miranda and V.V. Bertero. Evaluation of Strength Reduction Factors for

Earthquake-Resistant Design. Earthquake Spectra, 10(2):357-379, 1994.

[33] R. C. Nelson. Depth limited design wave heights in very flat regions.

Coastal Engineering, 23, 1994.

[34] N.M. Newmark and W.J. Hall. Earthquake Spectra and Design. Engineer-ing monographs on earthquake criteria, structural design, and strong mo-tion records. Earthquake Engineering Research Institute, 1982.

[35] US Army Corps of Engineers. Coastal engineering manual (CEM), 2008.

[36] A.M. Reinhorn. Inelastic Analysis Techniques in Seismic Evaluations. In P. Fajfar and H. Krawinkler, editors, Seismic Design Methodologies for The

Next Generations of Codes Structures, pages 277–287. Balkema, Rotter- dam, 1997.

[37] G. Rosemeier. Winddruckprobleme bei Bauwerken. Springer-Verlag, Ber-lin-Heidelberg-New York, 1976.

[38] H. Ruscheweyh. Dynamische Windwirkung an Bauwerken. Bauverlag, Wiesbaden/Berlin, 1982.

[39] H. Schmidt. Meteorologische Grundlagen der Windlastermittlung in der

Bundesrepublik Deutschland.

[40] L. Skjelbreia and J. Hendrickson. Fifth Order Gravity Wave Theory. Pro- ceedings of 7th Coastal Eng. Conf., pages 184–196, 1961.

SOFiLOAD | Используемая литература

2-6 SOFiSTiK 2014

Описание ввода | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 3-1

3 Описание ввода

3.1 Язык ввода

Ввод осуществляется в свободном формате при помощи языка ввода CADINP (см. общее руководство пользователя SOFiSTiK. ”FEA / Строи-тельно-монтажные работы и основные расчеты”).

Ввод определяется в пределах блока языка ввода CADINP, разделенных названием записи END. В пределах каждого блока значения CTRL и ECHO будут активны для всего блока, тогда как все прочие значения будут опи-сывать лишь текущий случай загружения.

Имеются также следующие возможности:

• Определение LC только с помощью номера

Печать всех нагрузок данного случая загружения.

• Определение LC с помощью параметров, но без какой-либо нагрузки

Изменение данных параметров и перераспределение всех общих на-грузок в текущей сетке.

• Ввод LC с нагрузками

Случай загружения переопределяется с удалением всех старых дан-ных. Выделяются три категории единиц:

мм Постоянная единица. Ввод для указанной единицы всегда необ-ходим.

[мм] Явная единица. Ввод для указанной единицы осуществляется с

помощью значений по умолчанию. Кроме того, допускается яв-ное присвоение значения связанной единице (например, 2.5[м]).

[мм] 1011 Скрытая единица. Скрытые единицы разделяются по категори-ям семантически и обозначаются соответствующим идентифи-кационным номером (отмечен зеленым цветом). Допустимыми категориями, относящимися к длине детали, являются, напри-мер, геодезический подъем, длина секции и толщина. Единица по умолчанию для каждой категории определяется текущим ак-тивным набором единиц (зависит от кода проектирования). Это значение ввода по умолчанию можно изменить как описано выше. Указанная в квадратных скобках единица соответствует значению по умолчанию для набора единиц 5 (Eurocodes, NORM UNIT 5).

SOFiLOAD | Описание ввода

3-2 SOFiSTiK 2014

3.2 Записи ввода

Определены следующие названия записей и иконки:

Запись Элементы

GRP

ACT

LC

NO VAL CS WIND CW CFR

TYPE GAMU GAMF PIS0 PSI1 PSI2 PS1S GAMA PART SUP TITL NO TYPE FACT FACD DLX DLY DLZ

GAMU GAMF PIS0 PSI1 PSI2 PS1S GAMA CRI1 CRI2 CRI3 TITL

NODE

CABL TRUS BEAM

BEPL QUAD BRIC

NO TYPE P P2 P3 P4 P5 P6 P7 FRAD EXX EYY EZZ FROM TO INC TYPE PA PE FROM TO INC TYPE PA PE FROM TO INC TYPE PA PE A L EYA EZA EYE EZE REF REFT FROM TO INC TYPE P A EY EZ REF REFT OPT FROM TO INC TYPE P X Y Z DPX DPY DPZ NTYP VTYP FROM TO INC TYPE P X Y Z DPX DPY DPZ NTYP

COPY NO FACT TYPE FROM TO INC REF DX DY DZ ALPH WIDE YEX

PROJ

LAR

POIN LINECURV

NO NAR GRP GRP1 GRP2 GRP3 M N T X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 X3 Y3 Z3 X4 Y4 Z4 REF NO TITL PROJ WIDE NREF TYPE

P X Y Z REF NO TITL PROJ WIDE NREF TYPE

Продолжение таблицы на следующей странице


SOFiSTiK 2014 3-3


AREA

VOLU

P1 X1 Y1 Z1 P2 X2

Y2 Z2 ... P6 X6 Y6 Z6 REF NO TITL PROJ WIDE NREF TYPE

P1 X1 Y1 Z1 P2 X2 Y2 Z2 ... P6 X6 Y6 Z6 REF NO TITL TYPE P1 X1 Y1

Z1 P2 X2 Y2 Z2 P3

X3 Y3 Z3

EXPO

EVAL

NO TO PASS

TYPE NO NAME IND

CTRL

ECHO

OPT VAL V2 V3 V4

OPT VAL

RESP

FUNC ACCE

STEP

TYPE CLAS MOD SA SB SMIN TB TC TD TE K1 K2 ZONE AG AH AV BEZ T F T1 TMIN TMAX S F2

T2 F3 T3 F4 T4 TITL

TYPE NO AX AY AZ AXX AYY AZZ WXX WYY WZZ REF REFX REFY REFZ ARED AH GH LINF N DT LCST TITL

GAX

LANE

TRAI

NO S X Y Z R A R2 NX NY NZ ALF INCL INCR TYPE TITL NO TYPE WR WL SA SE YCA YCE YRA YLA YRE YLE L HSA HSE INCA INCE HEFF BEFF DEFF INCD ASL TYPE P1 PFAC WIDT PHI PHI2 PHIS PHI4 V FUGA XCON YEX DIR DIRT



3-4 SOFiSTiK 2014


TRPL

TRBL

TREX

FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE FRWH DAWH P PB PW PF PFAC DIST A DPOS DMIN DMAX Y Y2 HW ZW HF PHI B BW LW SNO FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE FRWH DAWH CONT P PB PW PF PFAC VARI A L LMAX LDEL Y Y2 HW ZW HF PHI B BW LW SNO FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE FRWH DAWH NO GRP SNO NODE OPT

WIND

WPRO WROU WTOP WSPE

WGEN

WIPT

CODE ZONE CLAS DX DY DZ XREF YREF ZREF DXR DYR DZR GH HMIN VR VB H V VBOE TLON TLAT TVER LLON LLAT LVER SEA A1 R1 A2 R2 ... ... A9 R9 TYPE XM YM ZM DX DY DZ H B TYPE A1LO A2LO A3LO BLO CLO A1LA A2LA A3LA BLA CLA A1VE A2VE A3VE BVE CVE C3E KUU KUV KUW KVU KVV KVW KWU KWV KWW LCG SPEC LCOH HIST T DT FMIN FMAX FDEL HTYP NR0 NR1 NR2 NR3 NR4 NR5 NR6 NR7 NR8 NR9 TO X Y Z GRP TOL ELIM MNAM


SOFiSTiK 2014 3-5

3.3 GRP – отбор и свойства групп

GRP

Элемент Описание Единицы измере-

ния

Значения по умолча-

нию

NO VAL CS

Номер группы Значение выбора OFF не использовать группу YES использовать без распечатки FULL использовать и печатать Этап построения секций

− LI T

−

- FULL

-

WIND CW CFR WAVE EIGB EIGT EIGL

Опция для ветровой нагрузки NONE без ветровой нагрузки MEAN среднее значение GUST максимальное значение поры-

вов ветра Коэффициент ветрового давления Коэффициент ветрового давления для фрикционных деталей Опция для волновой нагрузки NONE без волновой нагрузки LOAD применить волновую нагрузку SHOW отображение поверхности Расчет частоты изгибания Расчет частоты кручения Расчет частоты поперечного изгибания

LI T

− −

LI T

− − −

LIT - -

LOAD - - -

Без указания используются все элементы. При определении значений для следующих случаев загружения будут использоваться только выбранные группы. Данный выбор потребуется только для тех случаев, когда геомет-рического выбора не достаточно.

Выбор групп может отличаться для разных случаев нагрузки. Для крайне сложных образцов загружения вы можете сгенерировать нагрузку в пре-делах нескольких случаев загружения и сочетать их посредством команды COPY в одном случае загружения.

Значения от WIND до EIGT потребуются только для ветровой нагрузки. В данном случае для статического ветра следует выбрать опцию пикового значения (GUST), а при динамическом ветре требуется


3-6 SOFiSTiK 2014

среднее значение. (MEAN). Значения EIGB и EIGT потребуются только для оценки производных, см. WGEN.

Значение CW определяет глобальный коэффициент ветрового давления. Коэффициенты давления определяются для элементов плоскости посред-ством названия записи QUAD, для элементов балки они определяются секциями. Коэффициенты понижения ψ определяются, например, для ды-моходов в зависимости от общей высоты.

Значение CFR определяет фрикционные коэффициенты cfr согласно таб-лице 10.13.1. в EC 1 часть 2-4:

Поверхность Фрикционное значение cfr

Гладкая

(например, сталь, гладкий бетон) 0,01

Шершавая (например, негладкий бетон, крыши, покрытые гудроном) 0,02

Очень шершавая (например, гофрированная, разорванная, сложенная) 0,04

С помощью CS вы можете выбрать различные варианты поперечных се-чений, определенных в AQUA при различных площадях приложения вет-ровой нагрузки и значениях неравномерности.


SOFiSTiK 2014 3-7

3.4 ACT – Определение воздействия

См. также: ACT, LC ACT

Элемент Описание Единицы измерения

Значения по умолчанию

TYPE GAMU GAMF PSI0 PSI1 PSI2 PS1S GAMA

Определение воздействия Неблагоприятный коэффициент надежности Благоприятный коэффициент надежности Редкий коэффициент сочетаний Частый коэффициент сочетаний Коэффициент комбинации почти постоянный Коэффициент комбинации нечастый Случайный коэффициент надежности

LI T 4 −

−

−

−

−

− −

! * * * * * * *

PART Разделение, которому принадлежит действие: G постоянное

P предварительное напряжение Q переменное действие Q 1 переменное действие - группа

загружения 1 Q 2 переменное действие - группа

загружения 2 ... Q 9 переменное действие - группа

загружения 9 A случайное действие E землетрясение

LI T *

SUP По умолчанию сочетание случаев загру-жений: PERM всегда (постоянный) выбор ко-

эффициента надежности мето-дом действия (через сумму слу-чаев загружений)

PERС всегда (постоянный) но с пере-менными коэффициентами

COND условный

(только если невыгодный)

LI T *



3-8 SOFiSTiK 2014



EXCL взаимоисключающий

но условный (только в пределах категорий)

EXEX взаимоисключающий

но условный включая катего-рии (только в пределах действия)

UNSI условный с неблагоприятным знаком

USEX исключительный с неблагоприятным знаком

ALEX всегда, кроме исключительных

(только в рамках действия)

TITL

Название действия

LI T 24

*

Как тип воздействия можно использовать любую букву с 4 характеристи-ками, однако, некоторые сочетания сохранены для особых целей. Они оп-ределены в соответствующих файлах INI и будут следовать за обозначе-нием выбранного свода правил проекта максимально приближенно. Крат-кий обзор дается в таблице ниже. Далее возможно разделить каждое дей-ствие по двум характеристикам в категориях, отобранных по литерам от A до Z, отличающихся коэффициентами сочетаний или надежности. Катего-рия будет приложена с акцентом на название действия.

• Каждая категория имеет собственные значения сочетаний и собствен-ные случаи загружений и сочетание по умолчанию правила сочетаний в пределах категории действия.

• Каждая Категория включает все ее категории, то есть можно выбрать также подкатегории самостоятельно или все категории с созданным названием категории. (Q выбирает все Q ?)


SOFiSTiK 2014 3-9

Файл INI/ EC-значения по

умолчанию

действие G

случай загружения


действие Q

действие Q_A



действие Q_B



Рисунок 3.1: Структура действий, их категории и случаи загружений

Например, для автодорожных мостов в EC1-3 для распределенной под-вижной нагрузки UDL и подвижной двухосной тележки используются раз-личные коэффициенты сочетаний. Для простых случаев один опреде-ляющий случай загружения для каждого пролета L U (UDL) был добавлен условно, в то время как дискретные случаи загружений различных поло-жений нагрузок двойной оси будут определены как тип L_T и исключат друг друга. Все случаи загружений, однако, будут применены вместе как главное действие.

Наконец любой отдельный случай загружения может иметь собственные коэффициенты сочетания, присвоенные в SOFiLOAD. (см. LC). Однако этого следует избегать, поскольку в данном случае определение коэффи-циентов сочетания в MAXIMA будет менее неоднозначным и пригодным в меньшей степени.

Норм. Прил. Спец. Примечание

−

NONE

только для LC: неназначенное действие

Gg ZGg SGq Постоянная нагрузка

G1g Z1g S1q Первичная постоянная нагрузка


3-10 SOFiSTiK 2014

Норм. Прил.

Спец. Примечание

G2g

Z2g

S2q Вторичная постоянная нагрузка

P/Vg ZPg SPq Преднапряжение (для старого DIN используется V!)

C/Kg ZCg SCq Ползучесть и сжатие

Qq ZQx SQx Переменная нагрузка

L/Px ZLx SLx Подвижная нагрузка (L в аналогичном способе L T (TS), ZL в аналогичном способе L U (UDL))

Wx ZWx SWx Ветер (используют ZW для Мостов),

Sq ZSx SSx Снег (используют ZS для Мостов),

Rg ZRx SRx Давление грунта, давление воды

Fq ZFx SFx Урегулирование (ZF = ожидаемый, SF = возможный)

Tx ZTx STx Температура

Ax ZAx SAx Случайный

Bx ZBx SBx Строительство, обслуживание

(ZB = сопротивление опоры, SВ = замена опоры)

Ex ZEx SEx Землетрясение (ZE = Обслуживание, SE = Проект)

g = Случай загружения является постоянным (всегда добавляется)

q = Случай загружения является условным (добавляется, если неблаго-

приятный)

x = Случаи загружения являются условными и исключают друг друга

Действия, обозначенные в таблице, используются только как заданное действие, при условии, что они доступны в файле INI выбранного свода правил проекта.

Записи в пределах одного ряда с предшествованием Z для дополнитель-ной нагрузки и S для специальной нагрузки можно рассмотреть в AQB как принадлежность тому же самому действию.

Далее есть действие GA для постоянного веса для контроля стабильности (плавучесть, опрокидывание и т.д.) с γ = 1.10/ 0.90 вместо γ = 1.35/ 1.00.

Для действия землетрясения есть в EC 8 фактор значимости γl, завися-щий от класса важности, который будет явно отобран пользователем:


SOFiSTiK 2014 3-11

Класс Коэф. Описание

I 1,4 Здания, целостность которых во время землетрясений имеет жизненную ценность для гражданской защиты, на-пример больницы, пожарные депо, электростанции, и т.д.

II 1,2 Здания, сейсмическое сопротивление которых важно ввиду последствий, связанных с разрушением, напри-мер, школы, актовые залы, культурные учреждения и т.д.

III 1,0 Обычные здания, не принадлежащие к другим категориям

IV 0,8 Здания незначительной важности для общественной безопасности, например сельскохозяйственные здания, и т.д.

В принципе каждое действие может быть разделено на категории. Для не-которых типов действий (Q, L или S) значения из таблицы 9.3 из EC1 resp. DIN 1055-100, Таблица A2 или другие отклонения уже доступны как сле-дующие:

Действие

ψ0

ψ1

ψ2

Q: Полезная нагрузка для зданий - Q A Жилые здания - Q B Офисы - Q C Конференц-залы - Q D Торговые помещения - Q E Складские помещения

Подвижная нагрузка для зданий - Q F нагрузка от грузовика < 30 кН

- Q G 30 кН < нагрузка от грузовика < 160 кН

- Q H Крыши

[0,70] [0,70] [0,70] [0,70] [0,70] [1,00]

[0,70] [0,70] [0,00]

[0,50] [0,50] [0,50] [0,70] [0,70] [0,90]

[0,70] [0,50] [0,00]

[0,30] [0,30] [0,30] [0,60] [0,60] [0,80]

[0,60] [0,30] [0,00]

L: Подвижные нагрузки согласно EC 1.3 и т.д.

- L T Двухосная тележка LM 1 - L U Распределенная нагрузка LM 1 - L C Модель UIC 71 (γ = 1.45) - L D Модель SW/0 (γ = 1.45

- L E Модель SW/2 (γ = 1.20) Подвижные нагрузки зданий

- L F нагрузка от грузовика < 30 кН

- L G 30 кН < нагрузка от грузовика < 160

кН

- L H Крыши

[0,75] [0,40] [0,80] [0,80] [0,00]

[0,70] [0,70] [0,00]

[0,75] [0,40] [0,80] [0,80] [0,80]

[0,70] [0,50] [0,00]

[0,20] [0,20] [0,00] [0,00] [0,00]

[0,60] [0,30] [0,00]


3-12 SOFiSTiK 2014

Действие

ψ0

ψ1

ψ2

S: Снег для зданий - S L = здания высотой до 1000 м - S H = здания высотой свыше 1000 м - Для SIA 260 с PSI0 в качестве высоты h

[0,60] [0,50] [0,70] 1-60/ h

[0,20] [0,20] [0,50]

1-250/ h

[0,00] [0,00] [0,20]

1-1000/ h

W: Ветер для зданий

[0,60]

[0,50]

[0,00]

T: Температура (без пожара) для зданий

[0,60]

[0,50]

[0,00]

F: Осадки

[1,00]

[1,00]

[1,00]

Другие действия

[0,80]

[0,70]

[0,50]

Пользователь во всех случаях должен проверить значения по умолчанию. Отклонения значений PSI для ветра и температуры специально для мос-тов или других сооружений имеют место, поскольку все табличные значе-ния индивидуальны и зависят от региональных параметров. Например, в OENORM B 4750 вы найдете категории с нагрузкой от грузовика от 30 до 60 кН со значениями, приведенными к 0,1 для ψ1 и ψ2 .

Для всех кодов EN, а также кодов SIA имеются два значения по умолча-нию для подвижной нагрузки для зданий с категориями F,G и H. Пользова-тель может выбрать, следует ли применять подвижную нагрузку для зда-ний в рамках собственного действия L (с категориями L_F, L_G и L_H), или данные категории должны входить в состав действия Q в дополнение к полезной нагрузке для зданий (категории от Q_A до Q_H).

Значения GAMU к PS1S заменяют предопределенные значения, которые должны быть проверены пользователем, если они не определены. Со спецификацией ACT все последующие случаи загружения тогда будут иметь этот тип действия как умолчание.

PART определяет, к какому действию отобранного уравнения сочетания принадлежит действие ввода. Действия в уравнениях сочетания отличают соответственно по их временным различиям:

• постоянные воздействия

PART G PART P

например, постоянная нагрузка предварительное напряжение

• переменные воздействия

PART Q PART Q_1

группа загружения 1

PART Q_2 группа загружения 2 ...

PART Q_9 группа загружения 9

• случайные воздействия

PART A


SOFiSTiK 2014 3-13

• воздействие PART E землетрясения

Таким образом, PART позволяет правильную классификацию определен-ных пользователем действий, но также специальных случаев, как напри-мер, PART G SUP ALEX (всегда, но исключительно, это означает, что все-гда используется тот единственный, один случай загружения). Исключи-тельно пункт SUP управляет, как случаями загружений, которые являются частью действий, использующихся для сочетания (всегда, условно, вза-имно исключающий).

Значение, например, PART P, что действие ввода используется в части уравнения Pk для сочетаний для предельного состояния и по эксплуата-ционной надежности (EC, DIN, DIN-FB, см. руководство MAXIMA, глава 2).

Пункт PART зависит от TYPE для заданных действий. Например, PART G - значение по умолчанию для действий G, G1 и G2, PART P для действий P и C, PART Q для действий Q и L, PART A для действия A и PART E для действия E.

Пункт PART должен быть введен для действий определенных пользова-телем. Иначе пользовательские действия получают PART Q (по умолча-нию).

Пункт SUP определяет обработку по умолчанию многократных случаев за-гружений в пределах действия. Значение по умолчанию будет взято из файла INI, но для свободных определенных типов действий это - EXCL в общем, если тип действия будет иметь лидирующее Q, то он будет опре-делен как COND и для главного G это будет PERM.

В MAXIMA возможно переписать это для любого частного случая загруже-ния действия или переопределить сочетания загружений (например, 0,7*LC 101(Ex)+0,5*LC 102(Ey)). По историческим причинам в записи LC в MAXIMA в дополнение к литерам из SUP используются особые литеры:


3-14 SOFiSTiK 2014

SOFiLOAD MAXIMA Примечание ACT SUP LC TYPE PERM G всегда (постоянный), коэффициент надежности в

зависимости от действия PERC PERC всегда (постоянный) с переменными коэффициен-

тами, коэффициент надежности в зависимости от случая загружения

COND Q условный (только если неблагоприятный) EXCL A* взаимоисключающий EXEX Ano взаимоисключающий, но условный, включая катего-

рии (только в пределах действия), запись MAXIMA LC только один номер альтернативной группы Ano

UNSI W изменение знака (например, землетрясение) USEX X* изменение знака, взаимоисключающий ALEX AG1 всегда, кроме исключительного (только в пределах

действия) F дополнительный случай загружения для сочетания

С помощью SUP PERM аналогичный коэффициент надежности применяется для всех случаев загружения постоянного действия (например, ACT G). В этом случае сумма значений единичных случаев загружения является ре-шающей в зависимости от того, применяется ли неблагоприятный (GAMU) или благоприятный (GAMF) коэффициент надежности. В отличие от этого ко-эффициенты надежности рассматриваются в зависимости от случая загруже-ния при условии, что SUP PERC определен. Здесь один случай загружения постоянного действия может получить GAMU, а другой - GAMF.

SUP EXEX исключает лишь категории по отношению друг у другу в пределах действия (без исключения для разных действий). Если, например, категории X_1 и X_2 действия X определяются с помощью SUP EXEX, то применяется наиболее неблагоприятный случай загружения либо из X_1, либо из X_2, а также только в том случае, если он оказывает неблагоприятное воздействие. В отличие от этого, неблагоприятный случай загружения из X_1 и неблагоприятный случай загружения из X_2 используются для ввода SUP EXCL.

SUP ALEX определяет постоянную альтернативную группу (запись MAXIMA LC TYPE AG1). Только случаи загружения действия или все случаи загруже-ния категорий данного действия используют для формирования постоянной альтернативной группы. В данном случае для наложения рассматривается только случай загружения. Он рассматривается также в том случае, если имеет благоприятное воздействие. Случаи загружения различных действий не являются взаимоисключающими. Если SUP ALEX является вводом для некоторых действий, случай загрузки рассматривается для каждого действия.

В программе MAXIMA имеется дополнительная возможность закрепить случаи загружения для действия или категории за несколькими постоян-ными альтернативными группами. Ввод выполняется в программе MAXIMA при LC ... TYPE от AG1 до AG99.


SOFiSTiK 2014 3-15

Общий механизм значений по умолчанию для типов действий подчиняется следующим правилам:

• Путем выбора правил проектирования в рамках AQUA все определе-

ния, заданные в связанном INI-файле в разделе [action] становятся доступными. При отсутствии такого файла значения по умолчанию в программе становятся доступными для всех EC и новейших версий DIN (с 2000 года). Для всех прочих случаев имеются два предустанов-ленных действия G и Q без каких-либо коэффициентов.

• При обработке действия копия данного определения создается в базе данных, которая затем обеспечивает возможность изменения коэффи-циентов, если те были заданы в явном виде с помощью данной записи или через меню SOFiPLUS.

• При создании случая загружения коэффициенты копируются из опре-деления действия в случай загружения. Однако данные коэффициен-ты могут быть изменены для любого отдельного случая загружения.

• Для особых целей проектирования коэффициенты могут быть времен-но изменены при использовании случаев загружения в AQB.

Переменное действие - группы загружений:

Группы загружения PART Q 1 до Q 9 могут использоваться для уточнения формирования сочетания без промежуточных наложений в MAXIMA, например, для моделей нагрузки при проектировании моста (EN 1990/A1). В случае, если для категорий с соответствующим вводом определены группы нагрузки для элемента SUP, то промежуточные наложения и последующие наложения выполняются в один проход MAXIMA. Пример:

PROG SOFILOAD HEAD ACT XY_1 gamu 1.4 0.0 0.6 0.4 0.2 0.6 PART Q_1 SUP excl ACT XY_2 gamu 1.3 0.0 0.5 0.3 0.1 0.5 PART Q_1 SUP excl ACT XY_3 gamu 1.45 0.0 0.6 0.3 0.0 0.6 PART Q_2 SUP exex ACT XY_4 gamu 1.35 0.0 0.5 0.2 0.0 0.5 PART Q_3 SUP exex

...

PROG MAXIMA HEAD COMB 1 desi TYPE desi BASE 2100

ACT XY_1

LC -1

ACT XY_2

LC -1

ACT XY_3


3-16 SOFiSTiK 2014

LC -1

ACT XY_4

LC -1

или

COMB 2 expl TYPE desi BASE 2200 ADD {QI} gamm

Первая из трех групп загружения Q_1, Q_2 и Q_3 определяется с помо-щью PART в программе SOFiLOAD. Категории XY_1 и XY_2 являются ча-стью группы загружения 1. Их группы загружения являются взаимоисклю-чающими только в рамках соответствующей категории в отношении ввода SUP EXCL. Категории XY_3 и XY_4 являются частью групп загружения 2 и 3. Все случаи загружения обеих категорий являются взаимоисключающи-ми в отношении ввода SUP EXEX.

При наличии одной из комбинаций MAXIMA наложение осуществляется следующим образом: Прежде всего MAXIMA выполняет поиск опреде-ляющих случаев загружения группы загружения 1 (может быть один, два или ни одного случая загружения = первое промежуточное наложение). Затем выявляется определяющий случай загружения группы загружения 2 и 3 (может быть один или ни одного случая загружения = второе промежу-точное наложение). В рамках последнего этапа выполняется последнее наложение. Любой из случаев загружения для группы загружения 1 или определяющий случай загружения для групп 2 и 3 в данном случае стано-вится окончательным результатом.


SOFiSTiK 2014 3-17

3.5 LC – определение случая загружения

LC



NO TYPE FACT FACD DLX DLY DLZ

Номер случая загружения Тип/действие случая загружения Коэффициент случая загружения Коэффициент конструкционной постоянной нагрузки Компонент постоянной нагрузки в направлении x Компонент постоянной нагрузки в направлении y Компонент постоянной нагрузки в направлении z

− LI T 4

− −

−

−

−

0 *

1,0 0,0

* * *

GAMU GAMF PSI0 PSI1 PSI2 PS1S GAMA CRI1 CRI2 CRI3

Неблагоприятный коэффициент надежности Благоприятный коэффициент надежности Стандартный коэффициент сочетаний Частый коэффициент сочетаний Коэффициент комбинации почти постоянный Коэффициент комбинации нечастый Случайный коэффициент надежности Критерий I Критерий II Критерий III

− − − − − − − − − −

* * * * * * * 0 0 0

TITL Название случая загружения LI T 32 -

Определение LC выбирает данный случай загружения для дальнейшей обработки.

• узловые нагрузки: NODE

• элементарные нагрузки: BEPL, BEAM TRUS, CABL, QUAD, BRIC

• копирование нагрузки: COPY, EVAL

• бессеточная точечная нагрузка: POIN

• бессеточная линейная нагрузка: LINE

• бессеточная нагрузка на площадь: AREA

• бессеточная нагрузка на объемы: VOLU


3-18 SOFiSTiK 2014

• Динамические нагрузки, поезда загружения на мостах, ветровые нагрузки

Имеются уровни работы над случаями загружения для SOFiLOAD:

• Изменение параметров действия

Определение номера случая загружения не определяет коэффициенты надежности и сочетания воздействия TYPE.

• Изменение параметров случая загружения

Значения TYPE, FACT, CRI1 - CRI3 или TITL могут быть изменены для сущест-вующих случаев загружения. Однако вы не можете определить коэффициент постоянной нагрузки или любой другой нагрузки, поскольку это приведет к ав-томатическому удалению общей нагрузки данного случая загружения.

• Генерирование нагрузки

Посредством типа нагрузки REST вы можете изменить не только параметры. С его помощью все сгенерированные нагрузки будут переопределены на осно-вании генераторов нагрузки - Это особенно полезно для последующей обра-ботки на основании определений графического блока. Для случаев загруже-ния, которые содержат команды COPY, т.е. состоят из других случаев загру-жения, все нагрузки удаляются, а все команды COPY повторяются с помощью REST.

• Явное определение нагрузки

Если коэффициенты постоянной нагрузки или другой нагрузки определены после записи LC, все данные о нагрузке для данного случая загружения будут удалены для обеспечения переопределения нагрузки для данного случая загружения.

• Явное удаление случая загружения

При удалении TYPE DEL общий случай загружения, включая все извест-ные данные, будет удален немедленно.

Коэффициент случая загружения не оказывает конкретного воздействия в SOFiLOAD (несмотря на генератор ветровой нагрузки), и его можно изменить впоследствии в любой момент с помощью любой программы для анализа. На-грузки умножаются на этот коэффициент только при условии их использова-ния в самом анализе.

Компоненты постоянной нагрузки будут направлены в положительную сторону за-прошенной общей оси. Вы должны ввести правильный знак для DLX - DLZ. Если вы указали только FACD, SOFiLOAD прилагает постоянную нагрузку в направле-нии, определенном как направление силы тяжести. Определение приведет к ав-томатическому удалению всех нагрузок данного случая загружения.

Тип данного случая загружения может содержать указание имени действия. С LC можно использовать только предустановленные или явно определенные действия (см. ACT). Если данный случай загружения не предполагается закрепить за воз-действием, для TYPE следует ввести значение NONE или ’-’. Кроме того, также доступны несколько специальных значений, которые устанавливают специальный тип случая загружения (например, нелинейный), который будет применяться для специальных задач проектирования:


SOFiSTiK 2014 3-19

(D) Исходное проектное сочетание (А) Исходное случайное сочетание (Е) Исходное сочетание при землетрясении (P) Сервис: Псевдопостоянное сочетание (F) Сервис: Частое сочетание (N) Сервис: Нечастое сочетание (R) Сервис: Редкое (характерное) сочетание (H) Сочетание основной нагрузки (HZ) Сочетание основной и дополнительной нагрузки (PT) сочетание постоянной нагрузки, например, деревянных деталей (LT) сочетание долгосрочной нагрузки, например, деревянных деталей (MT) сочетание среднесрочной нагрузки, например, деревянных деталей (ST) сочетание краткосрочной нагрузки, например, деревянных деталей

(VT) сочетание крайне краткосрочной нагрузки, например, деревянных деталей

Значения от GAMU до PS1S обычно принадлежат воздействию TYPE. Од-нако они могут иметь отдельные значения для каждого конкретного случая загружения. Следовательно, в момент создания случая загружения теку-щие значения воздействия будут приняты по умолчанию для отдельного случая загружения в версии 23. Однако, начиная с версии 2010, будут со-храняться только явно определенные значения, все прочие значения будут приняты в соответствии с самим воздействием в случае изменения воз-действия.

Значения от CRI1 до CRI3 являются крайне общими параметрами случая загружения. Они могут свободно использоваться для последующей обра-ботки посредством DBVIEW. Вы можете заранее установить их или указать их после проведения анализа путем считывания некоторых результатов из базы данных. (например, габаритные размеры системы, уменьшение проч-ности, пр.) TALPA использует CRI1 в качестве коэффициент надежности материала, который требуется для анализа по Феллениусу.

Дефекты случая загружения определяются с помощью TYPE IMP. Случаи загружения данного типа позволяют использовать нагрузки дефектов для определения сочетаний случаев загружения для проведения анализа по теории второго порядка. Данные случаи загружения не могут использо-ваться для линейного анализа единичных случаев загружения с помощью ASE, STAR2, а также для наложения линейных случаев загружения с по-мощью MAXIMA.

При определении TYPE EINF случай загружения объявляется линией влияния. Вы должны указать как минимум одну нагрузку для выбора зна-чения, для которого требуется линия влияния. Вам требуется отдельный случай загружения для любого значения для обработки, однако затем ли-ния влияния обеспечит наличие всех компонентов нагрузки. Для случая за-гружения по линии влияния обычно распечатываются только деформации в глобальной системе координат.


3-20 SOFiSTiK 2014

Линия влияния Требуемая нагрузка например

Момент балки Усилие балки Усилие QUAD Усилие опоры Смещение

Искажение блока Смещение блока Кривая функции Дирака узловое смещение узловая нагрузка

BEPL D? BEPL W? QUAD E* NODE W? NODE P?

Пример линии влияния для момента MY на балке 1001 в точке 2.0 для со-хранения в качестве случая загружения 91:

LC 91 EINF

BEPL 1001 DY 1.0 2.0

За счет этого понятия вы можете рассчитывать очень специальные линии влияния. Если вы хотите знать линию влияния верхнего нормального на-пряжения сечения σ = N/A - M/W, вы можете определить ее посредством (Область A - это #A, импульсное сопротивление W - это #W:

LC 92 EINF

BEPL 1001 WX 1.0/#A 2.0

BEPL 1001 DY -1.0/#W 2.0

Для листов и каркасов имеются специальные типы нагрузки для QUAD, что позволяет определять необходимую нагрузку по функции Дирака.

Для определения и оценки многих или всех возможных линий влияния в программе ELLA предусмотрены процедуры, которые намного проще и быстрее.


SOFiSTiK 2014 3-21

NODE

3.6 NODE – Узловые нагрузки См. также: LC, TRUS, CABL, beam-loading, QUAD, BRIC, COPY, free-loading



NO

TYPE

Номер узла или обозначение номера вторичной группы

Тип нагрузки

− / LI T

LI T

!

PG

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

FRAD

Значения нагрузки

до семи, в зависимости от типа нагрузки

Коэффициент значений радиальной на-грузки R умножается на радиус RR умножается на квадрат радиуса

[∗] [∗]

[∗] [∗]

[∗]

[∗]

[ ∗] LI T

! - - - - -

-

EXX EYY EZZ

Эксцентриситет по отношению к узлу (непосредственно преобразуется в мо-менты)

[м] 1001

[м] 1001

[м] 1001

- - -

Нагрузки в узлах определяются в отдельных компонентах или как полные векторы с помощью буквенных констант P, M и V соотв. PP. MM и VV. В данных случаях можно определить до семи компонентов.

Направления местных нагрузок требуют применения узлов с местной сис-темой координат (SOFiMSHC). Только узлы, которые вводятся как конст-рукционные точки (точки SPT) с местной системой координат в SOFiMSHC, могут применяться в данном случае. В случае, если такая система не найдена, вместо них используются направления в общей сис-теме координат.

Для отдельных случаев вы можете умножить значения нагрузок на радиус (например, центробежные силы, внутреннее давление, пр.) или на квад-рат радиуса. Радиус - это расстояние узла до глобальной оси, которая была выбрана как направление действия силы тяжести.

В случае осевой симметрии значения нагрузок трактуются как связанные с окружностью,


3-22 SOFiSTiK 2014

например, радиальная нагрузка в 2 кН/м должна быть задана как PYY ±2.0. После этого программа автоматически учитывает радиальное поло-жение точки приложения нагрузки.

Если степень свободы, которая имеет кинематическое ограничение, полу-чает узловое смещение, ограничение отключается. Инвертировать такое условие опоры невозможно. Потому местные смещения не доступны. При необходимости их следует моделировать с помощью элементов тугой пружины.

Доступны следующие типы:

Таблица 3.8: Тип узловой нагрузки

TYPE Описание Единицы измерения

PG PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести Нагрузка в общем направлении X Нагрузка в общем направлении Y Нагрузка в общем направлении Z

кН кН кН кН

MXX MYY MZZ

Момент в общем направлении X Момент в общем направлении Y Момент в общем направлении Z

кНм кНм кНм

PX PY PZ

Нагрузка в местном направлении x Нагрузка в местном направлении y Нагрузка в местном направлении z

кН кН кН

MX MY MZ MB

Момент в местном направлении x Момент в местном направлении y Момент в местном направлении z Бимомент скручивания

кНм кНм кНм кНм2

PP MM VV P M V

Векторы нагрузки: общие компоненты усилия PXX-PZZ общие компоненты момента MXX-MZZ = PXX,PYY,PZZ,MXX,MYY,MZZ,MB местные компоненты усилия PX-PZ местные компоненты момента MX-MZ = PX,PY,PZ,MX,MY,MZ,MB (компоненты должны быть определены посредством P1 - P3 соотв. P1 - P7)

кН кНм кН, кНм кН кНм кН, кНм

WXX WYY

Смещение опоры в общем направлении X Смещение опоры в общем направлении Y

мм мм


SOFiSTiK 2014 3-23

Таблица 3.8: (продолжение)

TYPE Описание Единицы измере-ния WZZ Смещение опоры в общем направлении Z

мм

DXX DYY DZZ

Вращение опоры в общем направлении X

Вращение опоры в общем направлении Y

Вращение опоры в общем направлении Z

мрад мрад

мрад


3-24 SOFiSTiK 2014

CABL

3.7 CABL – Нагружение троса См. также: LC, NODE, TRUS, нагрузка балки, QUAD, BRIC, COPY, свободная нагрузка



FROM TO INC

TYPE PA PE

Номер первого элемента или GRP Номер последнего элемента или номера группы Шаг номеров элементов

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки в точке начала троса Значение нагрузки в точке конца троса

− − −

LI T [ ∗] [ ∗]

! FROM 1

PG ! PA

CABL позволяет передать одинаковую нагрузку на некоторый диапазон элементов троса. Вместо номера FROM вы можете ввести постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элементов группы.

Для TYPE вы можете выбрать следующее:

Таблица 3.10: Тип загружения троса


PG PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести Нагрузка в общем направлении X

Нагрузка в общем направлении Y Нагрузка в общем направлении Z

кН/м

PXP

PYP

PZP

Нагрузка в общем направлении x, измеренная в проекции Нагрузка в общем направлении y, измеренная в проекции Нагрузка в общем направлении z, измеренная в проекции

кН/м

EX VX WX TEMP WIND SNOW

Натяжение в осевом направлении Предварительное напряжение Изменение длины Температура ветровая нагрузка Ветряная нагрузка Снеговая нагрузка

0/ 00 кН мм ◦ C

− −


SOFiSTiK 2014 3-25

Нагрузка элементов троса преобразуется в узловые нагрузки, поскольку элемент не имеет основной несущей способности поперек троса. В по-следующем нелинейном анализе можно оценить отклонение троса. Сле-довательно, рекомендуется ввести узлы во все важные точки троса.


3-26 SOFiSTiK 2014

TRUS

3.8 TRUS – Нагружение элементов ферм См. также: LC, NODE, CABL, нагрузка балки, QUAD, BRIC, COPY, свободная нагрузка



FROM TO INC TYPE PA PE

Номер первого элемента или GRP Номер последнего элемента или номера группы Шаг номеров элементов Тип и направление нагрузки Значение нагрузки в точке начала фермы Значение нагрузки в точке конца фермы

− − −

LI T [ ∗] [ ∗]

! FROM 1

PG !

PA

TRUS позволяет передать одинаковую нагрузку на некоторый диапазон элементов фермы. Вместо номера FROM вы можете ввести постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элементов группы.

Для TYPE вы можете выбрать следующее:

Таблица 3.12: Тип загружения фермы


PG PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести Нагрузка в общем направлении X

Нагрузка в общем направлении Y Нагрузка в общем направлении Z

кН/м

PXP PYP PZP

Нагрузка в общем направлении x, измеренная в проекции Нагрузка в общем направлении y, измеренная в проекции Нагрузка в общем направлении z, измеренная в проекции

кН/м

EX VX WX TEMP WIND SNOW

Натяжение в осевом направлении Предварительное напряжение Изменение длины Температура ветровая нагрузка Ветряная нагрузка Снеговая нагрузка

0/ 00 кН мм ◦ C

− −


SOFiSTiK 2014 3-27

Нагрузка элементов фермы преобразуется в узловые нагрузки, поскольку элемент не имеет основной несущей способности поперек фермы. Сле-довательно, рекомендуется ввести узлы во все важные точки фермы.


3-28 SOFiSTiK 2014

3.9 Определение нагрузки на балку

См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, QUAD, BRIC, COPY, свободная нагрузка,

BEAM, BEPL Нагрузка на балки определяется либо посредством трапецеи-дальных нагрузок через BEAM, либо посредством точечных нагрузок че-рез BEPL, либо как загружение общего типа через несколько значений функции BEPL.

Нагрузка на все балки определяется независимо от элементарного под-разделения, которое охватывает множественные элементы. Вы всегда можете указать диапазон номеров элементов, из которых состоит цельная балка.

Расширения нагрузки всегда приводятся как ссылка на общий набор вы-бранных элементов балки. Положение в пределах сечения всегда основа-но на оси балки. Т.е. для центральной балки это будет ось гравитации, для эксцентрической балки это будет эталонная ось, которая выходит из пересечения осей координат. Однако по умолчанию всегда будет ”центр тяжести”. Входная эталонная система может быть изменена для каждой отдельной единичной нагрузки балки.

Балки вводятся несмотря на их положение в пространстве в последова-тельности их элементарных номеров с начального узла до конечного узла. В пределах последовательности номера могут отсутствовать. Если коор-динаты последующих балок не совпадают, появляется сообщение в слу-чае, если значение INC задано явным образом.

Рисунок 3.2: Нагрузки на балки

С помощью REF вы можете выбрать различные системы для определения размера нагрузки (A и L). В таких случаях размер нагрузки немедленно преобразуется в местные координаты балки. В целом расстояния отно-сятся к начальному узлу последовательности балки, если следующие возможные постоянные установлены со знаком ”-” перед ними. Размер на-грузки измеряется в обратном направлении от конечного узла к началь-ному.

S Продольная ось балки XX Проекция оси балки на общую ось координат YY Проекция оси балки на общую ось координат

Нагрузка 1 Нагрузка 2 Нагрузка 3 Нагрузка 4 Нагрузка 5


SOFiSTiK 2014 3-29

ZZ Проекция оси балки на общую ось координат XY Проекция оси балки на общую плоскость координат XZ Проекция оси балки на общую плоскость координат YZ Проекция оси балки на общую плоскость координат SS Соотношение общей наибольшей непрерывной длины балки SSS Соотношение общей длины опоры LSS Соотношение общей длины свободного пролета GXX Аналогично XX, но в абсолютных мировых координатах GYY Аналогично YY, но в абсолютных мировых координатах GZZ Аналогично ZZ, но в абсолютных мировых координатах

Рисунок 3.3: Эталонные системы REF

Особое внимание следует уделить тем случаям, когда балка не является однообразной в пределах выбранной эталонной системы. Это подходит для всех круговых или общих замкнутых линейных систем. Поскольку эта-лонная система всегда использует абсолютные значения при добавлении общей длины, мы должны получить общую длину в 2H в направлении глу-бины, если высота конструкции равна H. Вариантная нагрузка, зависящая от глубина по обеим сторонам системы, определяется через две вариант-ные нагрузки длины H на общей системе балки.

X

H

Y

Emax Emax

Рисунок 3.4: ToDo


3-30 SOFiSTiK 2014

Введите нагрузку с помощью:

BEAM 1001 1021 1 PXX A 0.0 L #H PA 0.0 PE -#EMAX REF YY BEAM 1001 1021 1 PXX A #H L 2*#H PA #EMAX PE 0.0 REF YY

Точка воздействия нагрузки в пределах поперечного сечения может управляться посредством эксцентриситетов EYA/ EYE и EZA/ EZE. Трак-товка данных эксцентриситетов нагрузки по умолчанию:

Определение нагрузки

без эксцентриситетов

Определение нагрузки с эксцентриситетами

Тип балки "центральный”

(без эталонной оси NP=0) действие в центре

тяжести

эксцентриситеты отно-сятся к центру тяжести

Тип балки "эксцентричный”

(без эталонной оси NP=-1)

эксцентриситеты отно-сятся к исходной точке

поперечной системы ко-ординат

Однако с помощью элемента REFT можно задать явное эталонное изме-рение (изменение поведения по умолчанию). Для REFT имеются следую-щие возможности:

• Постоянная S для центра тяжести

• Постоянная NULL или ’0000’ для точки отсчета координатной системы секции

• Любой ID, присвоенный элементу секции (SPT, VERT, CIRC или PANE), где для круга центр является точкой по умолчанию, но ID+Y - ID-Z по-зволяют выбрать квадранты на периферии, а для панели ID.A и ID.E позволяют выбрать начальную и конечную точки, тогда как по умолча-нию или для ID.M используется средняя точка.


SOFiSTiK 2014 3-31

BEAM

3.10 BEAM – Распределенное загружение балок См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, нагрузка балки, BEPL, QUAD, BRIC, COPY, свободная нагрузка



FROM TO INC


− − −

! FROM 1

TYPE PA PE A L EYA EZA EYE EZE REF REFT

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки в начальной точке нагрузки Значение нагрузки в конечной точке нагрузки Расстояние от начала / конца общей балки (см. REF, где приведены возмож-ные опции) Длина нагрузки Местные координаты нагрузки в начале по отношению к балке или эталонной оси Местные координаты нагрузки в конце по отношению к балке или эталонной оси Эталонная система для A и L Эталонная система для EYA ... EZE

S Центр тяжести (NP=0) NULL Секционная координатная сис-тема ID.опция Точка на секции

LI T [∗] [∗]

[м] 1001

[м] 1001

[мм] 1011

[мм] 1011

[мм] 1011

[мм] 1011

LI T LI T

PG

! PA *

* ”ys” ”zs” EYA

EZA S *

BEAM определяет нагрузку на последовательность балок, как описано в разде-ле 3.9: ”Определение нагрузки на балку”. Вместо номера FROM вы можете вве-сти постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элементов группы.

Для TYPE вы можете указать:

Таблица 3.14: Тип нагрузки на балку


PG

PXX

Нагрузка в направлении действия силы тяжести

Нагрузка в общем направлении по отношению к длине балки

кН/м


3-32 SOFiSTiK 2014



PYY PZZ

(например, собственный вес)

MXX MYY MZZ

Момент в общем направлении

кНм/м

PXP PYP PZP

Нагрузка в общем направлении по отношению к длине проекции (например, снег)

кН/м

PX

PY PZ

Нагрузка в местном направлении x (Нормальное усилие) Нагрузка в местном направлении y (Вторичный изгиб) Нагрузка в местном направлении z (Первичный изгиб)

кН/м

MX

MY MZ

Момент в местном направлении x (Скручивание) Момент в местном направлении y (Первичный изгиб) Нагрузка в местном направлении z (Вторичный изгиб)

кНм/м

Pggl

PgPl

Компонентная нагрузка (PXXX, PXXY - PZZZ)

только местный компонент l общего направления нагрузки

”gg” будет применен в этом случае.

Аналогично Pggl, но с нагрузками на проекцию (PXP)

кН/м

WIND

SNOW

Коэффициент ветровой нагрузки

Коэффициент снеговой нагрузки

EX

KX

KY

KZ

Натяжение в осевом направлении Кривизна в местном направлении x Кривизна в местном направлении y Кривизна в местном направлении z (генерирует деформации в виде моментов с тем же знаком)

0/00

1/км

1/км

1/км

TEMP DTY DTZ

Однородное изменение температуры Разница температур в местном направлении y Разница температур в местном направлении z Совет: Прочтите комментарии ниже

◦ C

◦ C

◦ C

UY

UZ

Вторичный изгиб - продольный дефект

Первичный изгиб - продольный дефект

мм

мм


SOFiSTiK 2014 3-33

Таблица 3.14: (про-должение)

TYPE Описание Единицы измере-

ния

UYS

UZS

Вторичный продольный дефект как коэффициент общей длины

Первичный продольный дефект как коэффициент общей длины

м/м

м/м

PNX

PMY PMZ

внешнее усилие предварительного напряжения в местном направлении x (N)

внешнее усилие предварительного напряжения в местном направлении y (My)

внешнее усилие предварительного напряжения в местном направлении z (Mz)

кН кНм кНм

Положительные значения DTY и DTZ (градиенты dT/dy или dT/dz) означа-ют, что температура повышается в положительном направлении соответ-ствующей оси y соответствующей оси z. Пример: Для поперечного сечения балки температура снижается, если 40◦C являются доступными на стороне -y и 10 ◦C - на стороне +y. Следовательно, ввод равен DTY -30 [◦C]. Данный тип нагрузки применим только для сечений с четким расширением или геометрией.

Постоянная CONT для элемента TYPE активирует значения по умолчанию для последней записи:

TYP (новый) = TYP (старый)

PA (новый) = PE (старый)

A (новый) = A+L (старый)

Это упрощает определение трапецеидальных комбинированных нагрузок

BEAM 101 PZ PE 100 L 2

= CONT PE 120 L 5

= CONT PE 0

Данный ввод определяет нагрузку, возрастающую с 0 до 100 в пределах длины 2, затем до 120 в пределах длины 5, а затем сокращающуюся до конца.

Эксцентриситеты нагрузки определяются в местной координатной систе-ме балки со ссылкой на соединительную линию между узлами. Также на-


3-34 SOFiSTiK 2014

зывается эталонной осью. Если она не задана в явном виде, то будет центром линии тяжести. Нагрузки типа P создают моменты при наличии эксцентриситетов. Для нелинейного анализа имеются дополнительные геометрические жесткости и силы. Имеется разница между нагрузками, действующими на верхнюю или нижнюю часть секции.

Нагрузки предварительного напряжения PNX, PMY и PMZ являются ре-зультатом специально введенного напряжения или кривизны. Если эле-мент зафиксирован, результирующие усилия и моменты будут идентичны силам и моментам нагрузки. Однако если элемент может деформировать-ся, предварительное напряжение уменьшается. Противоположное пове-дение наблюдается для предварительного напряжения пучковой армату-ры, которая задается с помощью BEPL, единственного состояния напря-жения, которое требует активной деформируемости. В очень особых слу-чаях такой тип предварительного напряжения может также быть опреде-лен с помощью типа нагрузки PNXI для всей балки в записи BEAM.


SOFiSTiK 2014 3-35

BEPL

3.11 BEPL – Точечное загружение балок См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, нагрузка балки, BEAM, QUAD, BRIC, COPY, свободная нагрузка



FROM TO

INC


− −

−

! FROM 1

TYPE P A

EY EZ REF REFT

OPT

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки Расстояние от нагрузки до начала / конца общей балки (см. REF, где приведены возможные опции)

Местные поперечные координаты на-грузки по отношению к балке или эта-лонной оси. Эталонная система для A и L

Эталонная система для EY, EZ S Центр тяжести (NP=0) NULL Секционная координатная система ID.опция Точка на секции

Дополнительные опции

LI T [∗]

[м] 1001

[мм] 1011

[мм] 1011

LI T LI T

∗/ LI T

PG !

*

”ys”

”zs” S

*

*

BEPL определяет нагрузку на последовательность балок, как описано в разделе 3,9: ”Определение нагрузки на балку”. Вместо номера FROM вы можете ввести постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элемен-тов группы. STEL создает единичную нагрузку или вершину для непре-рывной балки. Для общего количества балок всегда будет иметься только одна нагрузка, поскольку OPT не устанавливается иным образом.

Для TYPE вы можете указать:

Таблица 3.16: Тип точечной нагрузки балки


PG PXX PYY

Нагрузка в направлении действия силы тяжести

Нагрузка в общем направлении по отношению к длине балки (например, собственный вес)

кН


3-36 SOFiSTiK 2014



PZZ

PX

PY

PZ

Нагрузка в местном направлении x (Нормальное усилие) Нагрузка в местном направлении y (Вторичный изгиб) Нагрузка в местном направлении z (Первичный изгиб)

кН

Plgg Компонентная нагрузка (PXXX, PYXX - PZZZ) Только местный компонент l общего направления нагрузки ”gg” будет применен в этом случае.

кН

MX MY

MZ

Момент в местном направлении x (Скручивание) Момент в местном направлении y (Первичный изгиб) Нагрузка в местном направлении z (Вторичный изгиб)

кНм

MXX MYY MZZ

Момент в общем направлении

кНм

Эксцентриситеты нагрузки определяются в местной координатной систе-ме балки со ссылкой на соединительную линию между узлами. Она также называется эталонной осью. Если она не задана в явном виде, она будет центром линии тяжести. Нагрузки типа P создают моменты при наличии эксцентриситетов. Для нелинейного анализа имеются дополнительные геометрические жесткости и силы. Имеется разница между нагрузками, действующими на верхнюю или нижнюю части секции.

Таблица 3.17: Прочие типы (значения влияния)


WX WY WZ

Скачок смещения в местном направлении x Скачок смещения в местном направлении y Скачок смещения в местном направлении z

мм

DX DY DZ

Скачок изгиба в местном направлении x Скачок изгиба в местном направлении y Скачок изгиба в местном направлении z

мрад

STEL может использоваться для установки некоторых стандартных рас-пределений нагрузки. С помощью определения одной из следующих по-стоянных при OPT распределенная нагрузка определяется с максималь-ным значением в определенной точке:


SOFiSTiK 2014 3-37

LINA Линейное распределение, максимальное в начале LINE Линейное распределение, максимальное в конце LINM Линейное распределение, максимальное в средней точке

QUAA Квадратичное распределение, максимальное в начале QUAE Квадратичное распределение, максимальное в конце QUAM Квадратичное распределение, максимальное в средней

точке Q

CUBA Кубическое распределение, максимальное в начале CUBE Кубическое распределение, максимальное в конце

Более общий подход может быть применен при установке нескольких то-чек данных в записях STEL (все последовательные записи при TYPE CONT) и OPT SPLI. Это позволяет определить кубический сплайн для зна-чений нагрузки. Для предварительного напряжения и дефектов данная программа способна обработать кубические распределения нагрузки непо-средственно для единичной балки. Для всех прочих типов нагрузки поль-зователь должен установить несколько элементов или секций для получе-ния эффекта вариации.

Таблица 3.18: Прочие типы (вершина дефектов/предварительного напряжения)


UY UZ UYS

UZS

Вторичный изгиб - продольный дефект Первичный изгиб - продольный дефект Вторичный продольный дефект как коэффициент общей длины Первичный продольный дефект как коэффициент общей длины

мм мм м/м м/м

PNX

PMY

PMZ

Вершина общего предварительного напряжения на пучковую арматуру Вершина первичного предварительного напряже-ния изгиба Вершина вторичного предварительного напряже-ния изгиба

кН кНм кНм

CONT Продолжение вершин ∗

С помощью данных типов нагрузки в таблице выше вы также можете ука-зать (в зависимости от количества вершин) постоянное, линейное, квад-ратичное или кубическое распределение нагрузки вдоль последователь-ности балок. Все прочие вершины также должны быть заданы с типом на-грузки CONT. Сведения о выборе данных записей (FROM TO INC) не бу-дут оцениваться.

Внимание: STAR2 сочетает все определения нагрузки с одинаковым но-мером, данный подход не доступен в SOFiLOAD.


3-38 SOFiSTiK 2014

Использование TYPE CONT является обязательным, но допускает допол-нительную универсальность.

Нагрузка будет применяться только в пределах определенной абсциссы, по-тому вам потребуется не менее двух точек данных. Если вы указываете толь-ко одно значение, дополнительные значения будут установлены на 0,0 для дефектов в начале и в конце. Следовательно, только одно значение на одном из концов позволяет создать линейно варьирующееся распределение, тогда как значение в середине приведет к созданию квадратичной параболы. Все прочие типы нагрузок станут постоянными по всей последовательности бал-ки.

Для типа нагрузки PNX кубически интерполированные эксцентриситеты Ey и EZ генерируют моменты и сдвигающие силы. Как было показано, пра-вильные сдвигающие силы требуют отдельного определения для каждой пучковой арматуры разной геометрии.

Пример:

BEPL 101 110 1 UZS P 0.0 A 0.0 ESS SS TYP CONT P 1/200*1/27 A 1/3 MESS SS TYP CONT P 1/200*8/27 A 2/3 MESS SS TYP CONT P 1/200 A 3/3

определяет кубическую параболы с максимальным отклонением в 1/200 в конце последовательности балок от 101 до 110.

Таблица 3.19: Прочие специальные типы для преобразования данных из базы данных


PRE Предварительное напряжение для этапа на-пряжения из CDB. Пучковая арматура с этапом предварительного напряже-ния OPT становится активной с коэффициентом P (по умолчанию 1.0) в качестве нагрузки типа PNX.

−

U

UPOL

Дефекты будут сгенерированы из деформаций случая за-гружения OPT с коэффициентом P (по умолчанию 1.0).

как U, но в виде многоугольника (только в особых случаях)

−

−

PRIM

PRIP

На основании сил и жесткости в случае загружения OPT программа создает нагрузку напряжения и кри-визны с коэффициентом P (по умолчанию -1.0).

как PRIM, но в виде многоугольника (только в осо-бых случаях)

−

−

Значения A, EY, EZ и REF не используются в таких случаях.

С помощью определения TYPE PRE пользователь может создать нагрузку предварительного напряжения на основании пучковой арматуры, которая сохранена в базе данных. Обычно это выполняется с помощью GEOS. При


SOFiSTiK 2014 3-39

изменениях системы или пучковой арматуры, которые определены с по-мощью AQBS, SOFiLOAD выполняет данную задачу. При OPT -1 будет применено предварительное напряжение арматуры, определенное в AQUA.

Определение TYPE U сгенерирует аналогичный дефект из смещений в базе данных. Это полезно при генерировании дефектов в результате про-дольного изгиба как разницы между теориями первого и второго порядка. Другой задачей является влияние ползучести на дефект. Имеются разные взгляды на то, как выбирать коэффициент P в данном случае, а также на то, следует ли вводить дефекты в расчет дважды. При необходимости вы можете вычесть старые дефекты с коэффициентом -1,0

При типе PRIM программа сгенерирует напряжения и кривизну на основа-нии сил случая загружения OPT:

Наиболее важными случаями являются:

• Ползучесть случая загружения (непостоянная):

P = φ (3.4)

• Ограничения на этапах строительства (первичное положение = по умолчанию):

P = − 1.0 (3.5)

• Ползучесть ограничения на этапе строительства с ослаблением ρ:

(3.6)


3-40 SOFiSTiK 2014

QUAD

3.12 QUAD – Загружение элементов См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, нагрузка балки, BEAM, BEPL, BRIC, COPY, свободная нагрузка



FROM TO INC


− −

−

! FROM 1

TYPE P X Y Z DPX DPY DPZ

NTYP VTYP

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки Эталонная точка для значения нагрузки

p(x,y,z) = p + (x-X)*DPX

+ (y-Y)*DPY

+ (z-Z)*DPZ

Дополнительные опции

Значение дополнительной опции

LI T [∗]

[м] 1001

[м] 1001

[м] 1001

[∗]

[∗] [∗]

LI T / − ∗

PG !

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

- -

Z0 F0 ... Z15 F15

Координата вдоль местного направления z (толщина) Коэффициент значения нагрузки в этой точек ... Координата вдоль местного направления z (толщина) Коэффициент значения нагрузки в этой точек

[мм] 1010

−

... [мм] 1010

−

!

1,0

-

1,0

Все элементы в пределах данного диапазона чисел подлежат загрузке. Диапазон может быть больше, чем существующие числа, но должен со-держать не менее одного элемента. Вместо номера FROM вы можете ввести постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элементов груп-пы.

С помощью DPX - DPZ пользователь указывает общие изменяющиеся на-грузки (вроде давления земли или воды), потому P - это значение в точке (X,Y,Z), тогда как DPX - DPZ описывают прирост направления в общих ко-ординатах. Единица будет преобразована нагрузкой и геометрической фи-гурой (1001).


SOFiSTiK 2014 3-41

С помощью NTYP пользователь может определить дополнительные дан-ные, вроде справочного номера предварительного напряжения или спе-циальных воздействий ветровой нагрузки.

Некоторые нагрузки, например TEMP при противопожарном проектировании, могут быть установлены через функцию, описывающую значение по местной оси z. Можно определить до 16 значений в виде пары толщина - коэффици-ент. Эталон - это всегда средняя поверхность элементов QUAD. Если факти-ческая толщина элемента QUAD не совпадает с определением нагрузки, оп-ределение будет масштабировано с выводом предупреждения.

Доступны следующие типы нагрузок:

Таблица 3.21: Тип нагрузки элемента QUAD


PG PX PY PZ PXX PYY PZZ PXP PYP PZP WIND SNOW TEMP DTZ

EX EY KX KY WZ PRE PMXX PMYY PMXY

нагрузка в направлении действия силы тяжести местная нагрузка со ссылкой на площадь элемента

общая нагрузка

со ссылкой на площадь элемента (например, собственный вес)

общая нагрузка

со ссылкой на площадь проекции (например, снег) Коэффициент ветровой нагрузки Коэффициент снеговой нагрузки Неравномерная температура Разница температур (ниже-выше)

≡ отрицательное значение старого типа нагрузки DT местное напряжение x

Местное напряжение y

Местная кривизна x

Местная кривизна y

Усадка по местной оси Z Предварительное напряжение от TENDON Предварительное напряжение m-xx Предварительное напряжение m-yy Предварительное напряжение m-xy

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

кН/м2

коэфф. коэфф. коэфф.

градусы 0/00

0/00

1/км 1/км мм коэфф. кНм/м кНм/м кНм/м


3-42 SOFiSTiK 2014



PVX PVY PNXX PNYY PNXY IMXX IMYY IMXY IVX IVY INXX INYY INXY

Предварительное напряжение q-x Предварительное напряжение q-y Предварительное напряжение n-x Предварительное напряжение n-y Предварительное напряжение n-xy Площадь влияния для m-xx Площадь влияния для m-yy Площадь влияния для m-xy Площадь влияния для q-x Площадь влияния для q-y Площадь влияния для n-xx Площадь влияния для n-yy Площадь влияния для n-xy

кНм/м кНм/м кНм/м кНм/м кНм/м − − − − − − − −

Типы нагрузки предварительного напряжения генерируют состояние на-грузки и соответствующие напряжения и кривизну для расчета ограничи-вающих показателей.

Тип нагрузки PRE (Предварительная нагрузка от TENDON) генерирует на-грузку по причине пучковой арматуры со стадией предварительного на-пряжения NTYP в пределах выбранных элементов QUAD. Значение на-грузки P должно быть 1.0, но другие значения могут быть полезны, если вы хотите получить необходимое предварительное напряжение. Однако предварительное напряжение в базе данных не будет изменено данным коэффициентом. В ASE пользователь должен выбрать соответствующий номер этапа строительства CS в записи GRP. Ввод

GRP ... CS 0 ; QUAD 1 9999 1 TYP PRE 1.0 NTYP 1

генерирует нагрузку предварительного напряжения для первого этапа на чистом сечении. Рассчитанные деформации не создают дополнительного напряжения в пучковой арматуре.

Для областей влияния нагрузка генерирует напряжение функции Дирака в пределах центра элемента. Значение нагрузки обычно равно 1.0. Дефор-мация сетки является требуемой зоной влияния. Однако непосредственно в точке интереса подход FE будет сглаживать специфичность теоретиче-ской области влияния.

Для ветровой нагрузки NTYP может устанавливать специальные образцы ветровых коэффициентов, полученных в результате наклона внутреннего нормального направления QUAD, направления гравитации и направления ветра.


SOFiSTiK 2014 3-43

STD Коэффициенты в соответствии с DIN 1055 Таблица 11/Рис. 12 для закрытых зданий, но без дополнительного подъема на краях и уг-лах. Данные эффекты и ветровая нагрузка на внутренних областях также должны быть установлены. (VTYP не имеет значения)

CYL Ветровые коэффициенты для цилиндров на основании числа Рейнолдса (DIN/EC) где VTYP = эквивалентный диаметр цилин-дра для чиста Рейнолдса, подлежащий оценке на основании VREF (см. WIND) Тип CYLR позволяет непосредственно опре-делять число Рейнолдса в VTYP.

CYLF Ветровые коэффициенты для цилиндров (некоторые другие правила проектирования) стандарт Индии IS 875: значение яв-ляется негибким значением нагрузки h/D < 1.0 = IS 11510 (гра-дирни охлаждения).

CYLK Ветровое давление для градирен охлаждения в соответствии с директивой VGB BTR-1997, таблица 1

VTYP = 1.0 / 1.1 / 1.2 / 1.3 / 1.4 / 1.5 / 1.6

Для постоянных CYL и CYLR коэффициенты давления подлежат интерпо-ляции в зависимости от числа Рейнолдса между (Re = 5x105 , cpmin = − 2.2) и (Re = 1x107 , cpmin = − 1.5). Значение нагрузки становится коэффициентом уменьшения в соответствии с DIN-1055-4 [9], Рис. 14:

Рисунок 3.5: Коэффициент уменьшения в соответствии с DIN-1055-4 [9]

Для постоянных CYLK значение нагрузки следует установить как произве-дение коэффициента динамического увеличения φ на рисунке 5 и коэф-фициента помех Fi в таблице 3.

Для ветровой нагрузки следует рассмотреть давление наверху здания по всасыванию, если оно выбрано, например, в -STD|-CYL|-CYR|-CYK, где ”-” работает только на всасывание, ”+” только на давление и ”*” на все значе-ния.


3-44 SOFiSTiK 2014

Для HYDRA / DOLFYN доступны следующие типы нагрузки:

Таблица 3.22: Тип нагрузки элемента QUAD для HYDRA / DOLFYN


CFDP

H

U, V, W TKN, TDN, TOM

Q

T ENTH SRAD MIXF, FUEL, OXID LFR QT

Давление жидкости

Пьезометрический напор

Скорость жидкости

Значения турбулентности k, ε, ω

Количество Абсолютная температура Теплосодержание Энергетическая светимость Части для сгорания Жидкая фракция Количество тепла

кН/м2

м

м/сек.

м2/с2, м2/с3, 1/сек.

л/сек./м2

°К Вт сек./кг

− − −

Вт/м2

Потому значение NTYP представляет собой число балансов (см. руково-дство по HYDRA)


SOFiSTiK 2014 3-45

BRIC

3.13 BRIC – Загружение элементов См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, нагрузка балки, BEAM, BPEL, QUAD, COPY, свободная нагрузка



FROM TO INC


− −

−

! FROM 1

TYPE P X Y Z

DPX DPY DPZ NTYP

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки Эталонная точка для значения нагрузки

p(x,y,z) = p + (x-X)*DPX + (y-Y)*DPY + (z-Z)*DPZ

зарезервировано для дополнительных опций

LI T [∗]

[м] 1001

[м] 1001 [м] 1001

[∗]

[∗]

[∗] −

PG !

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -

Все элементы в пределах данного диапазона чисел подлежат загрузке. Диапазон может быть больше, чем существующие числа, но должен со-держать не менее одного элемента. Вместо номера FROM вы можете ввести постоянную GRP и номер группы в TO для выбора элементов груп-пы.

С помощью DPX - DPZ пользователь указывает общие изменяющиеся на-грузки (вроде давления земли или воды), потому P - это значение в точке (X,Y,Z), тогда как DPX - DPZ описывают прирост направления в общих ко-ординатах. Единица будет преобразована нагрузкой и геометрической фи-гурой (1001).


Таблица 3.24: Тип нагрузки элемента BRIC


PG PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести Нагрузка в общем направлении

кН/м3 кН/м3 кН/м3

кН/м3


3-46 SOFiSTiK 2014



TEMP EX EY EZ

Однородная температура

Напряжение в общем направлении (местное только в том случае, если определено анизотропией)

градусы 0/00 0/00 0/00

Для HYDRA / DOLFYN доступны следующие типы нагрузки:

Таблица 3.25: Тип нагрузки элемента BRIC для HYDRA / DOLFYN


Q

QT

Количество жидкостей

Количество тепла

л/сек./м3

Вт/м3

Потому значение NTYP представляет собой число балансов (см. руково-дство по HYDRA).


SOFiSTiK 2014 3-47

COPY

3.14 COPY – Нагрузки от других источников

См. также: LC, NODE, TRUS, CABL, BEAM, BPEL, QUAD, BRIC, свободная нагрузка



NO

FACT TYPE

Номер определенного случая загружения или название действия Коэффициент для нагрузки или тип соче-тания Селектор для элементов

ALL Все типы нагрузок POIN Только свободные точечные нагрузки LINE Только свободные линейные нагрузки AREA Только свободные нагрузки на площади VOLU Только свободные объемные нагрузки PSUP Нагрузки на опорные точки SUPP Вектор опорных нагрузок TRAI Только нагрузка поезда загру-жения ELLA Поезд загружения в соответ-ствии с применяемым в ELLA INTE Только сгенерированная узло-вая нагрузка NODE Только узловая нагрузка BEAM Только нагрузка на балку TRUS Только нагрузка на ферму CABL Только нагрузка на трос QUAD Только нагрузка QUAD BRIC Только нагрузка BRIC WIND Только коэффициенты ветро-вого давления

−

− / LI

T LI T

!

1,0

ALL

FROM TO INC

Номер первого элемента или узла Номер последнего элемента или узла Шаг приращения номера элемента или узла

− − −

- - -

REF DX DY

Справочный номер оси или полосы Вращение с помощью ALPH с последо-вательным смещением на (DX,DY,DZ) или свободная нагрузка (POIN / LINE /

− [м] 1001

[м] 1001

- 0,0 0,0



3-48 SOFiSTiK 2014



нию

DZ ALPH

WIDE YEX

AREA) в общих координатах или в местных координатах Line REF.

Глубина проекции генерируемой нагрузки Эксцентричность нагрузочных поездов

[м] 1001 [градусы]

[м] 1001 [м] 1001

0,0 0,0

0,0 *

CASE NRE XABS

XCON XV1 XV2 ... XV15

Auswertefall in ELLA Elementnummer / Einflussliniennummer Schnitt fr Stabelemente

Явное значение расстояния сопровожде-ния Явное значение 1-й переменной длины Явное значение 2-й переменной длины Явное значение 15-й переменной длины

− −

[м] 1001

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

1 1

0,0

- - -

-

PROJ Имя внешней базы данных LI T 255 -

COPY передает нагрузку из других случаев загружения в текущий случай загружения. Все типы загружения, включая сгенерированные другими про-граммами нагрузки, будут скопированы. Собственный вес, созданный ко-эффициентами DLX-DLZ записи LC, будет скопирован только в том слу-чае, если он еще не был определен в данном случае загружения непо-средственно или с помощью другой команды COPY в рамках данного слу-чая загружения.

Без указания имени проекта опорные силы будут считаны из текущей ба-зы данных, в противном случае нагрузки будут приняты из данной базы данных.

Все случаи загружения копируются при вводе имени действия для номера случая загружения NO.

Случай загружения NO может быть создан в рамках предыдущего или од-ного и того же блока ввода. Все нагрузки могут копироваться с коэффици-ентом. Поскольку общий коэффициент нагрузки из LC не применяется к нагрузкам в самой базе данных, старый общий коэффициент нагрузки ос-тается вне объема.

Для нелинейного анализа требуется сочетание нескольких случаев загру-жения с коэффициентами, обычно принимаемым из крайних значений не-которых важных сил или моментов. Если в MAXIMA сохранено это сочета-ние с номером сочетания nn, имеется возможность использовать данные коэффициенты в определении COPY nn COMB.


SOFiSTiK 2014 3-49

1

1

Однако с помощью постоянной для элемента FACT пользователь может применить построение сочетания случаев загружения для нелинейного анализа с помощью коэффициентов надежности и коэффициентов соче-тания. Это не то наложение, которое выполняется в MAXIMA. Пользова-тель должен указать случаи загружения в правильной последовательно-сти и выборе. Также доступны:

DESI/DESF Проектное сочетание неблагоприятное/благоприятное:

ACCI/ACCF Случайное проектное сочетание неблагоприят-ное/благоприятное:

RARE Редкое (характерное) сочетание для эксплуатационной на-дежности:

FREQ Частое сочетание для эксплуатационной надежности:

NONF Нечастое сочетание для эксплуатационной надежности:

PERM Псевдопостоянное сочетание для эксплуатационной надежно-сти:

Для переменных действий Q первый данный случай загружения будет рассматриваться со специальным значением сочетания, все прочие полу-чают наиболее правильные коэффициенты.

LC 101 ; COPY 1,2,3,4 DESI LC 102 ; COPY 2,3,4,1 DESI

Вместо данных полуавтоматических значений также имеется возможность определить постоянные для сохраненных коэффициентов сочетания:

GAMU/GAMF = Коэффициенты надежности неблагоприятные/

благоприятные

PSIU/PSIF = Коэффициенты надежности неблагоприятные/ благоприятные × ψ0

PSI0/PSI1/PSI2/PS1S = Коэффициенты сочетания ψ0 , ψ1 , ψ2 , ψtj

PS1U/PS1F = Коэффициенты надежности неблагоприятные/ благоприятные × ψ1

PS2U/PS2F = Коэффициенты надежности неблагоприятные/ благоприятные × ψ2

P1SU/P1SF = Коэффициенты надежности неблагоприятные/ благоприятные × ψtj


3-50 SOFiSTiK 2014

Имеется возможность выбрать специальные узлы или элементы. Это вы-полняется с помощью диапазона FROM TO с шагом INC. Для свободной нагрузки (POIN, LINE, AREA или VOLU) это приведет к фильтрации данно-го селектора.

При копировании нагрузок источник нагрузок будет запомнен, следовательно, перезапуск (LC nn REST) приведет к повторению процесса копирования и ис-пользованию текущих определений нагрузки. При CTRL COPY 256 это явле-ние будет подавлено, нагрузки будут приняты в соответствии с текущим оп-ределением и будут рассматриваться как заданные в явном виде.

3.14.1 Опорные усилия

При типе нагрузки PSUP программа преобразует узловые опорные нагруз-ки, а при SUPP - также моменты на узлах свободных нагрузок POIN. При определении WIDE > 0,0 нагрузки будут проецироваться в направлении действия силы тяжести и не будут создавать эксцентриситетов. При DX, DY или DZ пользователь может выбрать специальное значение координат для выбора узлов. Следовательно, передача нагрузки с одного этажа на лежащий ниже становится возможной.

3.14.2 Нагрузочные поезда

Свободная нагрузка, определенная геометрически, может быть повернута и смещена в другое место. NREF является оптимальным числом на эта-лонной оси, DX - это значение длины станции вдоль оси.

Если случай загружения для копирования содержит определение нагру-зочного поезда TRAI, NREF должен служить идентификатором эталонной оси, а указание одной из возможных полос с номером от 0 до 9 будет при-креплено как дополнительный десятичный знак. DX опять же является значением станции вдоль оси.

Нагрузки от нагрузочного поезда будут обрезаны по краям полосы движе-ния транспорта. Это может быть использовано для применения широких специальных поездов поперек нескольких полос. Значение YEX смещает все нагрузки только в полосе 0, во всех остальных полосах оно применя-ется избирательно. Для железнодорожных нагрузок UIC оно контролирует распределение нагрузки на два рельса.

Нагрузочные поезда с переменным расстоянием или действующие как со-провождение на данном расстоянии могут быть установлены явно с по-мощью элементов XCON (см. TRAIN), XV1 - XV 15. Также имеется воз-можность установить нагрузочный поезд в точке, сохраненной из ELLA с опцией ECHO LPOS. Для достижения этого требуется указать TYPE ELLA для обозначения с помощью NO номера результирующих случаев загру-жения, созданных ELLA и ввести REF, CASE, NRE / XABS для правильно-го выбора. Однако следует отметить, что SOFILOAD не может моделиро-вать все подробности нагрузки, которые реализованы в ELLA.

Пролеты определяются размещением вдоль оси, если они не существуют, то вместо них будет принят сегмент, определенный с помощью LANE. Значения от FROM до TO выбирают пролеты полосы с шаблоном нагрузки


SOFiSTiK 2014 3-51

под контролем ввода DELT (пунктирная линия указывает на установлен-ную позицию нагрузочного поезда):

0 − − −

− − 0

4 − MAX

4 − MIN

3 4 MAX

3 4 MIN

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 3.6: ToDo

Без определения INC будет загружен только выбранный интервал, где значения по умолчанию для FROM и TO представляют собой всю полосу. Определение INC изменится на значение по умолчанию для области, ко-торая содержит выбранную точку DX. Если INC равен нулю, загружается только выбранный диапазон. Если для INC определен MAX, также загру-жается второй пролет вне диапазона. MIN всегда обращает выбранный шаблон. Действительно правильная оценка сложной нагрузки должна вы-полняться посредством линий влияния и модуля ELLA.

Нагрузки будут скопированы как значения по умолчанию с коэффициен-том один, но также можно установить для FACT одну из постоянных DESI, RARE, FREQ, NONF, PERM для выбора коэффициентов сочетания случая загружения, на который будет производиться умножение. В качестве аль-тернативного или дополнительного среднего можно выбрать с помощью TYPE сочетания групп нагрузки в соответствии с EC1 или DIN Fachbericht. Без ввода значений принимаются все нагрузки. Возможными значениями являются следующие:

GR0 только единичные вертикальные нагрузки GRU только распределенные вертикальные нагрузки

(UDL+Остаточная площадь) GRU0 только распределенные вертикальные нагрузки без полосы

(UDL) GR1 вертикальные нагрузки (gr1 в таблице 4.4a) GR2 горизонтальные нагрузки (gr2 в таблице 4.4a)


3-52 SOFiSTiK 2014

GR2N нечастый вариант группы 2 GR2F частый вариант группы 2 GR2L только продольные нагрузки группы 2 GR2T только поперечные нагрузки группы 2 GR20 только горизонтальные нагрузки группы 2 GR3 только площадь пешеходной дорожки (остаточная)

(gr3 в таблице 4.4a) GR4 LM4 / P5 на общей площади дорожного движения

(gr4 в таблице 4.4a) GR5 специальные транспортные средства в LM3 (gr 5 в таблице

4.4.a) все прочие типы нагрузочных поездов с их частыми зна-чениями

GR11 макс. вертикальная 1 в соответствии с таблицей 6.6 для 1 пути ... GR17 SW/2 GR21 макс. вертикальная 2 в соответствии с таблицей 6.6 для 2 пу-тей ... GR27 SW/2 GR31 макс. вертикальная 3 в соответствии с таблицей 6.6 для 3 и

более путей Распределение и ссылка на нагрузку контролируется с помощью CTRL COPY.

3.14.3 Ветровые нагрузки

Нагрузка площадей в соответствии с EC1 или DIN 1055-4 требует большо-го количества этапов расчета, поскольку коэффициенты давления явля-ются довольно детализированными и должны устанавливаться в зависи-мости от размера области. SOFiLOAD обеспечивает выполнение данного задания путем следующих шагов:

• Эталонный случай загружения содержит все загруженные области с их фактическим размером в виде нагрузки AREA типа TYPE WIND. До-полнительные сведения см. запись AREA.

• Для характерного случая ветрового загружения следует указать с по-мощью записи WIND направление ветра и профиль скорости ветра по высоте.

• Затем запись COPY TYPE WIND (или ALL по умолчанию) создает де-тализированное распределение давления в соответствии с таблицами 4 - 6 в DIN 1055-4 соотв. таблицы 10.2.1 - 10.2.4 в EC 1.2-4 в зависимо-сти от определенной геометрии и направления ветра. Положительный коэффициент выбирается для тех областей, в которых есть изменение знака для обозначения всасывания, а отрицательный коэффициент выбирается для указания значения давления. Для определения облас-тей нагрузки требуются внешние размеры здания. Поскольку данные значения нельзя получить на основании областей нагрузки, SOFILOAD будет использовать внешний пакет всех активных групп для оценки данных значений.


SOFiSTiK 2014 3-53

Совет: Профиль ветра в правилах проектирования определяет скорость воздуха по высоте для нераспределенного потока. Для тонкого здания это распределение будет заметно на передней стороне, однако задняя и дру-гие стороны будут иметь довольно постоянное всасывание, которое при-водится к номинальному эталонному давлению наверху здания. Для ком-пактных зданий (H/B < 1) на передней стороне наблюдается аналогичный эффект. Постоянное давление опять же приводится к значению наверху здания. SOFILOAD будет автоматически учитывать данные эффекты на основе размера данной области воздействия ветра.


3-54 SOFiSTiK 2014

3.15 Свободное загружение

См. также: LC, LAR, POIN, LINE, AREA, VOLU

Свободное загружение - это очень удобный способ разместить нагрузку в любой точке в пределах сооружения и дать программе решить, как преоб-разовать ее. Это особенно полезно при импорте геометрически опреде-ленной нагрузки из модели САПР. Нагрузки будут преобразованы SOFiLOAD в эквивалентные узловые и элементарные нагрузки. Для этого программа также обработает чисто геометрические элементы, которые не имеют жесткости, например внешний корпус или каркас. Эксцентрическая нагрузка может создавать моменты, но моменты не будут передаваться в пару силу посредством данного подхода.

Свободные точечные и линейные нагрузки будут применяться только од-нажды в пределах системы. Для нагрузки на площадь алгоритм примене-ния был бы крайне усложнен, потому он не был реализован, ведь имеется возможность применения нагрузки на площадь более одного раза.

3.15.1 Эталоны

Если не указано иное (например, нагрузки балки), нагрузка распределяет-ся обычно через четырехсторонние элементы, которые могут быть приня-ты из:

• Общих элементов QUAD

• Элементов QUAD с NAR 0 (только определение поверхности)

• Элементов QUAD из области распределения нагрузки

• Поверхностей элементов BRIC. Они определяются активными группа-ми и эталонами области GFA, определенными для узлов. Поверхности без эталонного узла или узла внутреннего объема не будут загружены с помощью GFA.

Среди всех эталонов следует различать групповые типы (BGRP, QGRP и VGRP соответственно FGRP) и геометрические эталоны (GPT, GLN, GAR, GVO, GFA, а также LAR). Геометрический эталон будет определен авто-матически с помощью SOFiMSHC, но может быть определен явно с по-мощью SOFiMSHA. Данные сведения будут сохранены с помощью эле-ментов и узлов.

Нагрузка может быть установлена на действие только на некоторые типы сооружений. Может оказаться полезным указать, станет ли нагрузка на-грузкой на балку или ее следует преобразовать в узловые нагрузки. Для изогнутых эталонных элементов это также имеет значение. Также важной является и общая сумма нагрузок, если эксцентриситеты приняты по от-ношению к изогнутой эталонной области/оси или многоугольным граням элементов.


SOFiSTiK 2014 3-55

Если не указан тип элемента (AUTO), программа попробует использовать все возможные типы эталонов. Разница очевидна для точечных нагрузок, где нагрузка AUTO всегда будет прилагаться к ближайшему узлу в конце, тогда как линейный эталон или эталон площади могут позволить опреде-лить, что данная нагрузка в настоящее время не приходится на конструк-цию.

Для поиска возможных нагрузок применяются следующие правила:

• Явные эталоны всегда уникальны. Нагрузка применяется с определен-

ным эталоном по отношению к выбранному элементу.

• Эталоны на геометрические или элементарные типы позволяют вы-брать между возможными элементами для поиска наилучшего соот-ветствия. Для нагрузки AREA это может создать несколько нагрузок в пределах одной площади нагрузки, а применена будет точечная и ли-нейная нагрузка, ближайшая к такой нагрузке.

• Для нехарактерного эталона геометрического элемента. SOFiLOAD сначала попробует использовать конструкционные эталоны, но если программе не удастся это сделать, она переключится на соответст-вующий конечный элемент. Следовательно, GPT станет NODE, GLN - BGRP и GAR - QGRP.

• Для автоматического эталона программа сначала будет работать над явными областями распределения нагрузок LAR, затем GAR соответ-ственно QUAD, затем над GLN соответственно BEAM и наконец над GPT соответственно NODE. Нагрузка должна быть в пределах габа-ритных размеров элемента, значение WIDE станет эффективным только для окончательного прохода по всем узлам. Эталон MOVE не будет циклически менять нагрузки, следовательно, это отбросит все нагрузки поезда нагрузки вне конструкции.

Нагрузки на элементы TRUS и CABL применяются с рейтингом после всех элементов балки, поскольку данные элементы не могут правильно учиты-вать частичные нагрузки или эксцентриситеты нагрузки. Следовательно, данный вариант выбора по эталонному номеру, номеру группы или огра-ниченному значению WIDE всегда является необходимым. Такое поведе-ние является обязательным для предотвращения нагрузки на провода внешней пучковой арматуры.

3.15.2 Проецирование определений загружения

Все нагрузки определяются в пределах общих координат. Нагрузка станет эффективной за счет некоторого процесса многократного проецирования. Первая проекция никак не касается самого направления нагрузки и ее не следует путать с этим. Общая проекция перпендикулярна конструкцион-ной области, однако также есть проекции в общих доступных координатах. Если такие проекции не доступны, проецирование выполняется перпенди-кулярно к плоскости нагрузки, однако истинные общие координаты требу-ются для всех нагрузок POIN и LINE. Для интерполяции значений нагрузок во всех случаях будет использоваться проецируемая геометрия.


3-56 SOFiSTiK 2014

ШИРИНА ШИРИНА

Рисунок 3.7: todo

Нагрузка может быть определена, например, с некоторым смещением от самой конструкции. После этого она будет действовать на все элементы в пределах некоторого диапазона WIDE перед или позади плоскости на-грузки, даже на те, которые перпендикулярны площади проекции нагрузки. Значение нагрузки будет интерполировано в пределах плоскости опреде-ления нагрузки. WIDE не будет прорезать элементы, он будет лишь выби-рать их путем логического решения в отношении того, находятся ли они в пределах диапазона или нет. Однако сама по себе нагрузка может дейст-вовать в любом местном или общем направлении.

Для решения вопроса о том, будет ли нагрузка прикреплена к конкретному элементу, применяется геометрический размер точки (головка колонны или предустановленный размер сетки), секция геометрической линии или толщина эксцентриситета области для элементов QUAD.

При указании значения для WIDE нагрузка должна быть в пределах до-пуска внутри геометрии элемента. По умолчанию WIDE равен нулю, но толщина элемента также должна учитываться. Следовательно, значение по умолчанию будет активировать только пол с загрузкой правильных ко-ординат нагрузки.

Для изогнутых поверхностей пользователь всегда должен устанавливать поверхность GAR, если точки нагрузки находятся в пределах данной кон-струкционной области, или выбирать общую проекцию, если нагрузка от-делена от конструкции. Последнее позволяет выбрать только элементы с проекцией. Тип нагрузки не оказывает влияния на данный процесс. Если WIDE был установлен, будут загружены только элементы перед и позади области нагрузки. Выбор посредством GAR также может использоваться для спроецированных нагрузок. Далее он позволяет выбрать элементы в этой области, но не повлияет на проекцию значений нагрузки.

Для так называемых компонентных нагрузок он позволяет определить ва-риант, при котором знак нагрузки предназначен для общего компонента, а также вариант, когда он предназначен для местного компонента. Послед-ний из этих двух вариантов можно выбрать с помощью проекций XXL, YYL и ZZL вместо XX, YY и ZZ.


SOFiSTiK 2014 3-57

3.15.3 Загружение балки

В SOFiLOAD имеются различные методики обработки нагрузки на балоч-ные конструкции. Наиболее общий метод основан на явных областях рас-пределения нагрузки LAR и заключается в распределении всех нагрузок, даже точечных нагрузок, на несколько балок.

Данный метод основан на областях влияния распределения нагрузки, по-строенные из областей, которые уже были разделены на четырехугольни-ки, или составлены автоматически в простых случаях из четырех граней. Имеется небольшая программа по изгибу листов FE, которая участвует в создании сил опоры на поддерживаемых гранях или гранях с секцией бал-ки. Данные значения постоянно сохраняются в базу данных.

Если определяется произвольная нагрузка, она будет сначала преобразо-вана в узловые нагрузки для сетки распределения области распределе-ния, а затем во втором этапе она преобразуется в опорные силы и, нако-нец, в нагрузку балок вдоль граней области.

Другие методы будут нагружать только единственную определенную балку для любой созданной части области нагрузки. Для точечных и линейных на-грузок имеется иерархический метод поиска, где балки выбираются из расче-та их расстояния до нагрузки. В этой последовательности нагрузка проециру-ется на балки, при необходимости разделяя линейные нагрузки. Точечная на-грузка всегда будет прилагаться в полном объеме на одну балку.

Для нагрузки на площадь выбирается направление первичного и вторич-ного пролета (автоматически или явно). Нагрузка распределяется в на-правлении вторичного пролета.

3.15.4 Специальные указания

Для всех координат имеется возможность указать вместо значения X посто-янную GPT, а также в качестве значения Y - номер геометрической точки или узла. После этого будут использоваться координаты данной точки. Также имеется возможность указать все координаты по отношению к специальной узловой точке, которой присваивается ее номер и элемент NREF.

С помощью постоянных DXY, DYZ или DZX вместо значения X имеется возможность указать координаты по отношению к первой определенной точке нагрузки. С помощью постоянных DDXY, DDYZ и DDZX разница принимается по отношению к последней точке нагрузки.

Указывать значение нагрузки во всех точках нагрузки не требуется. Не-достающие значения нагрузки будут интерполированы перед сохранени-ем нагрузки (например, значения линейной вариантной нагрузки вдоль со-ставной геометрической кривой).

Проблема многократной нагрузки может возникнуть, если пользователь определил элементы нахлеста или при наличии нескольких узлов с одни-ми и теми же координатами. Для точечных и линейных нагрузок LINE име-ется довольно простой способ убедиться в том, что никакая часть нагруз-ки не будет применена более, чем один раз. Однако для элементов QUAD


3-58 SOFiSTiK 2014

это очень непростая задача. Следовательно, программа будет загружать все возможные элементы. Пользователь должен определить значение WIDE, которое определяет, что все элементы в пределах расстояния WIDE перед или позади плоскости нагрузки, будут рассматриваться как загруженные. В особых случаях может помочь групповой выбор.

Для всей нагрузки процент активной площади нагрузки, зависящей от оп-ределенной области нагрузки, можно рассчитать и распечатать соответ-ствующую длину. Значение, отклоняющееся от 100%, будет отмечено. С помощью ECHO LOAD сгенерированные нагрузки можно распечатать и контролировать.


SOFiSTiK 2014 3-59

3.16 LAR – Области распределения нагрузки

См. также: POIN, LINE, AREA, свободная нагрузка LAR

Эле-мент

Описание Единицы измере-

ния

Значения по

умолчанию

NO NAR GRP

GRP1 GRP2

GRP3

Область распределения для выбора с помощью

AREA REF LAR NO Номер геометрической области (GAR) или выбор группы элементов QUAD

Групповой выбор групп балки, которые следует загрузить

−

− −

− −

−

!

0 -

all - -

M N T X1 Y1

Z1 X2 Y2 Z2

X3 Y3

Z3 X4 Y4 Z4

Указание явной структурированной об-ласти, если не указаны NAR или GRP

Отделения N1-N2 или N3-N4 Отделения N2-N3 или N4-N1 Виртуальная толщина области распре-деления Координаты первой точки или ввод GPT для X1 и номер точки для Y1 Координаты второй точки или ввод GPT для X2 и номер точки для Y2. Координаты третьей точки или ввод GPT для X3 и номер точки для Y3. Координаты четвертой точки Для треугольников четвертая точка должна совпадать с третьей точкой.

− −

∗

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

* *

0,0 0.

0.

0. X1 Y1 Z1

X2

Y2 Z2 X3 Y3 Z3

Области распределения нагрузки для систем балок могут быть сгенери-рованы с помощью записи LAR. Потому имеется возможность определить свободную точечную, линейную нагрузку и нагрузку на площадь в точке приложения воздействия.


3-60 SOFiSTiK 2014

Затем данные нагрузки преобразуются через области распределения на-грузки в эквивалентные нагрузки на балки, которые действуют на соответ-ствующие балки.

Одинарные группы балок можно выбрать с помощью GRP1, GPR2 и GRP3. Только выбранные группы балок получают нагрузку. Следователь-но, например, нагрузка может быть распределена только на поперечную или продольную балку в пределах областей распределения нагрузки. Ис-пользование всех групп балов выполняется по умолчанию.

Группа нагрузки определяется как:

• Существующие элементы QUAD области или группы

• Явные конструкции с треугольной или четырехугольной сеткой

Каждая область распределения нагрузки получает местное направление z. Положительное направление z получается в результате определенного вращения в аналоговом режиме на элементах QUAD. Следовательно, имеется возможность использовать свободные нагрузки с типом нагрузки PZ в местном направлении z.

Явное определение области распределения нагрузки

Явная область распределения нагрузки описывается с помощью трех или четырех узлов, которые являются угловыми точками треугольника или че-тырехугольника. Эта область делится на элементы M и N. Любая из коор-динат узла или номеров уже определенных точек GPT для X1, X2, X3, X4 подлежит вводу. Наибольшее значение разделения используется в дан-ном случае для большей длины грани, а наименьшее - для меньшей гра-ни. В случае отсутствия ввода M и N или при определении более грубой сетки SOFiLOAD генерирует сетку автоматически.

Рисунок 3.8: Генерирование

Генерирование

Координаты четырех углов могут быть определены в абсолютных коорди-натах или приняты их конструкционного узла с помощью определения GPT nn. Далее возможно ввести для Z2, Z3 или Z4 одну из постоянных DXY, DYZ или DZX. Другие две координаты принимаются как шаги в пре-


SOFiSTiK 2014 3-61

делах указанной плоскости для первой точки. Определение только первых двух точек приведет к созданию прямоугольника в пределах соответст-вующих координатных плоскостей.

Для каждой области распределения нагрузки генерируется случай загру-жения 10000 + NO. Он может использоваться исключительно для графи-ческой проверки и вывода области распределения нагрузки в ANIMATOR или с помощью WinGRAF.

Области распределения нагрузки не должны быть слишком большими, по-скольку в противном случая появятся вычитаемые нагрузки. Область распре-деления нагрузки с возможным перевесом, показанная на рисунках ниже для моста с четырьмя пролетами, должна быть введена на каждый пролет.

Балка с четырьмя пролетами для четырех областей распределения нагрузки

Рисунок 3.9: Балка с четырьмя пролетами для четырех

областей распределения нагрузки

В случае с одной непрерывной областью распределения нагрузки вычи-таемые силы могут возникнуть в соседнем пролете по причине одинарной нагрузки.


3-62 SOFiSTiK 2014

С другой стороны, вычитаемые силы генерируются, как планируется внут-ри внешних нагрузок, поскольку они необходимы для равновесия.

Рекомендуется проверять области LAR в ANIMATOR.

Примеры областей распределения нагрузки:

• sofiload LAR girder.dat

• LAR Rahm.dat


SOFiSTiK 2014 3-63

3.17 POIN – Свободные точечные нагрузки

См. также: LC, LAR, LINE, AREA, VOLU, свободная нагрузка POIN

Эле-мент


ния


умолчанию

REF NO TITL

Тип эталона AUTO Автоматический MOVE Автоматически перемещаю-

щаяся нагрузка LAR Область распределения

нагрузки SLN Конструкционная линия SAR Конструкционная область GFA Номер поверхности BRIC NODE Сгенерированный узел BGRP Группа элементов балки QGRP Группа элементов QUAD VGRP Группа элементов BRIC

Справочный номер или номер группы Наименование нагрузки

LI T

− LIT 12

AUTO

- -

PROJ

WIDE

NREF

Проекция нагрузки N нормаль эталонной области (GAR) XX проекция в общем направлении X YY проекция в общем направлении Y ZZ проекция в общем направлении Z Диапазон направления проекции По умолчанию 0.0 с допуском = толщина элемента Справочный узел для координатных зна-чений

LI T

[м] 1001

−

N

0,0

-

TYPE P X Y Z

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки Общие координаты нагрузки

LI T ∗

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

PG 0. 0. 0. 0


3-64 SOFiSTiK 2014

POIN является единичной точечной нагрузкой или нагрузкой аналогичного типа, которая действует независимо от сетки элемента. Программа про-ведет поиск точек, линий или областей, куда будет приложена нагрузка.

• Явные эталоны всегда уникальны. Нагрузка применяется с определен-

ным эталоном по отношению к выбранному элементу за исключением эксцентриситетов, если возможно

• Для нехарактерного эталона геометрического элемента. SOFiLOAD сначала попробует использовать геометрические эталоны в зависимо-сти от их размеров, но если SOFiLOAD не удастся это сделать, она пе-реключится на соответствующий элемент FE. Следовательно, GPT станет NODE, GLN - BGRP и GAR - QGRP.

• Для автоматического эталона программа сначала будет работать над LAR, затем GAR соответственно QUAD, и над GLN соответственно BEAM и, наконец, над GPT соответственно NODE.

Если эталон соответствует NODE с явным номером, координаты по умол-чанию будут соответствовать данной точке. Эксцентриситеты будут гене-рировать моменты на узле.

Для REF GLN/BGRP эксцентриситеты будут копироваться на нагрузку балки, если балки становятся активными или преобразуются в моменты в случае линий без балок.

Для REF GAR/QGRP нагрузка всегда преобразуется в максимум четыре узловые нагрузки без какого-либо эксцентриситета.

Доступны следующие типы нагрузки:

Таблица 3.29: Силы и моменты


PG

PX

PY PZ PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести (непостоянная нагрузка)

Нагрузка в местном направлении (помните, что в соответствии с REF доступны разные системы) Нагрузка в общем направлении

кН кН кН кН кН кН кН

MX MY MZ MXX MYY

Момент в местном направлении (помните, что в соответствии с REF доступны разные системы) Момент в общем направлении

кНм кНм кНм кНм

кНм


SOFiSTiK 2014 3-65



MZZ MB

Скручивающий момент (только для REF GPT/GLN)

кНм кНм2

Таблица 3.30: Смещение опор (только для REF GPT/NODE)


WXX WYY WZZ

Смещение в общем направлении X Смещение в общем направлении Y Смещение в общем направлении Z

мм

DXX DYY DZZ

Вращательное смещение в общем направлении X Вращательное смещение в общем направлении Y Вращательное смещение в общем направлении Z

мрад

Смещение опор в местном направлении не возможно по математическим причинам.

Таблица 3.31: Значения воздействия для элементов балки (для GLN/BGRP)


WX WY WZ

Скачок смещения в местном направлении x Скачок смещения в местном направлении y Скачок смещения в местном направлении z

мм

DX DY DZ

Изгиб смещения в местном направлении x Изгиб смещения в местном направлении y Изгиб смещения в местном направлении z

мрад

Таблица 3.32: Значения воздействия для элементов QUAD (для GAR/QGRP)


IMXX

IMYY

IMXY IVX

Единичный изгиб для области влияния при моменте m-xx

Единичный изгиб для области влияния при моменте m-yy

Единичный изгиб для области влияния при моменте m-xy Единичный изгиб для области влияния при сдвиге v-xx

− − − −


3-66 SOFiSTiK 2014



IVY INXX INYY

INXY

Единичный изгиб для области влия-ния при сдвиге v-yy Единичный изгиб для области влияния при мембранном усилии n-xx Единичный изгиб для области влияния при мембранном усилии n-yy Единичный изгиб для области влияния при мембранном усилии n-xy

− − − −

Если возможно несколько элементов, будет использован первый элемент (с наименьшим номером).

Для областей влияния нагрузка генерирует напряжение функции Дирака в пределах центра элемента. Значение нагрузки обычно равно 1.0. Дефор-мация сетки является требуемой областью влияния. Однако непосредст-венно в точке интереса подход FE будет сглаживать специфичность тео-ретической области влияния.


SOFiSTiK 2014 3-67

3.18 LINE,CURV – Свободное линейное загружение

См. также: LC, LAR, POIN, AREA, VOLU, свободная нагрузка LINE,CURV

Эле-мент

Описание Единицы измерения


REF NO TITL

Тип эталона AUTO Автоматический MOVE Автоматически перемещаю-

щаяся нагрузка LAR Область распределения

нагрузки SLN Конструкционная линия SAR Конструкционная область GFA Номер поверхности BRIC EDG Узловая последовательность BGRP Группа элементов балки /троса/

фермы QGRP Группа элементов QUAD VGRP Группа элементов BRIC


LI T

− LI T 12

AUTO

- -

PROJ WIDE NREF

Проекция нагрузки

N нормаль эталонной области (GAR) XX проекция в общем направлении X YY проекция в общем направлении Y ZZ проекция в общем направлении Z XXL как XX, знак для местного компонента YYL как YY, знак для местного компонента ZZL как ZZ, знак для местного компонента Диапазон направления проекции

По умолчанию 0.0 с допуском = толщина элемента Справочный узел для координатных зна-чений

LI T

[м] 1001

−

N

0,0

-

TYPE Тип и направление нагрузки LI T PG



3-68 SOFiSTiK 2014



умолчанию

P1 X1 Y1 Z1 P2 X2 Y2 Z2 ... P6 X6 Y6 Z6

Значение нагрузки первой точки Координаты первой точки или ввода SPT для X1 и номер точки для Y1 или S или SX и ордината вдоль SLN. Значение нагрузки второй точки Координаты второй точки или ввод SPT для X2 и номер точки для Y2 или S или SX и ордината Y2 вдоль SLN. Значение нагрузки шестой точки Координаты шестой точки или ввод SPT для X6 и номер точки для Y6 или S или SX и ордината Y6 вдоль SLN.

∗ [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

∗ [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

∗

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

0. 0. 0. 0. *

X1 Y1 Z1

*

X5 Y5 Z5

LINE и CURV описывают многоугольную или линейную нагрузку по сгла-женной кривой, которая действует независимо от сетки элемента. Недос-тающие значения нагрузки будут интерполированы по более грубому сплайну в первом шаге для обоих случаев.

Если эталон SLN,EDG или BGRP применяется в явным номером NO, ко-ординаты могут быть опущены. Следовательно, нагрузка будет однород-ной по всей линии. Для первых двух типов неравномерное распределение нагрузки может быть выбрано с помощью NREF. Для EDG будет исполь-зоваться многоугольная геометрия линии, а SLN следует фактической кривой геометрии. Если SLN было разделено только на части с элемен-тами балки, нагрузка будет прилагаться только к этим сгенерированным элементам балки. Если требуется загрузить всю линию, то потребуется либо определить координаты, либо использовать REF EDG для генериро-вания исключительно узловых нагрузок.

Имеется возможность определить более 6 (до 63) точек данных. Посколь-ку на одну запись допускается только 6 точек данных, следующие точки требуется указать с помощью продолжения записи посредством типа на-грузки CONT:

LINE SLN 1 TYPE PX P1 to P6 $ для точек 1 - 6 $ TYPE CONT P1 to P6 $ для точек 7 - 12 $ TYPE CONT P1 to P3 $ для точек 13 - 15 $

LINE может также использоваться для установки некоторых стандартных распределений нагрузки. С помощью определения одной из следующих постоянных при NREF распределенная нагрузка определяется с макси-мальным значением Р1 в определенной точке:


SOFiSTiK 2014 3-69

LINA Линейное распределение, максимальное в начале

LINE Линейное распределение, максимальное в конце

LINM Линейное распределение, максимальное в средней точке

QUAA Квадратичное распределение, максимальное в начале QUAE Квадратичное распределение, максимальное в конце QUAM Квадратичное распределение, максимальное в средней точке Q

CUBA Кубическое распределение, максимальное в начале CUBE Кубическое распределение, максимальное в конце

Также возможно ввести для значения X из 2-й точки нагрузки одну из по-стоянных DXY, DYZ или DZX. Другие две координаты принимаются как шаги в пределах указанной плоскости для первой точки.

Рекомендуется использовать минимальное количество точек.

Для проецирования нагрузки имеются следующие принципиальные воз-можности:

• Явная ссылка на геометрическую линию или элемент грани/границы. В

этом случае все координаты преобразуются по отношению к данной линии, а интерполяция всех данных выполняется вдоль линии. Два значения нагрузки потому определяют не стандартную линейную гео-метрию нагрузки, а нагрузку с линейно изменяемым расстоянием, псевдопараллельным по отношению к линии. Потому все точки нагруз-ки должны быть спроецированы на геометрию SLN. Нагрузка на длину будет приведена к длине SLN. Для любого Xi имеется возможность указать постоянную S или SX, потому Yi будет приниматься как стан-ция или истинная длина вдоль конструкционной линии.

• Ссылки на геометрические линии без явных номеров. В этом случае все узлы линий будут проецироваться на геометрию нагрузки. Если проецированные точки находятся в пределах ширины линии или рас-ширений секции, сегмент нагрузки будет спроецирован обратно на балку или грань. Значения нагрузки и эксцентриситеты будут масшта-бированы для выполнения общего равновесия.

• Ссылки на элементы балки, фермы или троса. В рамках первого этапа все балки сортируются по их расстоянию до нагрузки. Затем балки проецируются на геометрию нагрузки, и сегмент нагрузки проецирует-ся обратно на балку, применяя масштабирование как в пункте выше. Нагрузки не далеко от геометрии секции, перед или за балкой не при-меняются. При выборе нескольких типов элементов они выбираются в последовательности балок, ферм и тросов.


3-70 SOFiSTiK 2014

Во всех случаях программа имеет разновидность алгоритма скрытой ли-нии для обеспечения того, что никакая часть нагрузки не будет активиро-вана более одного раза.

Для нагрузки областей распределения нагрузки или элементов QUAD про-грамма выполняет следующие действия:

• Проекция нагрузки выполняется в запрошенной области, если был вы-бран тип эталона GAR. Все расчеты выполняются в пределах проеци-руемой области. Сегменты нагрузки обрабатываются только для этой области.

• Если выбрана общая проекция, все расчеты выполняются в плоскости общей проекции. Нагрузка может затронуть несколько элементов, кото-рые должны быть выбраны с помощью элемента WIDE.

• Без проекции и эталонной области проекция выполняется в местную плоскость элементов.

• Для автоматического эталона программа сначала работает над облас-тями, а затем над линиями.

На уровне элемента QUAD даже искривленные линии нагрузки преобра-зуются в прямые сегменты. Пока точка данных находится в пределах эле-мента QUAD, это не вызывает проблем, но если геометрия кривой касает-ся элемента лишь слегка, это не будет рассматриваться в дальнейшем. Более мелкая сетка позволяет создать шаблоны нагрузки для таких слу-чаев.

Доступны следующие типы нагрузки:

Таблица 3.34: Тип свободной линейной нагрузки


PG

PXX PYY PZZ

PXP PYP PZP

PX PY PZ

Нагрузка в направлении действия силы тяжести (непостоянная нагрузка)

Нагрузка в общем направлении по отношению к длине балки (например, собственный вес)

Нагрузка в общем направлении по отношению к длине проекции (например, снег) Нагрузка в местном направлении (помните, что в соответствии с REF доступны разные системы)

кН/м кН/м кН/м кН/м

кН/м кН/м кН/ м

кН/м кН/м кН/м


SOFiSTiK 2014 3-71



PGGl

PGPl

Нагрузка в местном направлении l полученном из общего PGG Нагрузка в местном направлении l полученном из общего PGP

где G ∈ {X, Y, Z} и l ∈ {x, y, z}

(см. также PROJ XXL, YYL, ZZL)

кН/м кН/м

MXX MYY MZZ

MX MY MZ

Момент в общем направлении Момент в местном направлении (помните, что в соответствии с REF доступны разные системы)

кНм/м кНм/м кНм/м

кНм/м

кНм/м

кНм/м

Таблица 3.35: Дополнительные типы свободной линейной нагрузки для REF SLN/BGRP


EX

KX KY KZ

Натяжение в осевом направлении Кривизна в местном направлении x Кривизна в местном направлении y Кривизна в местном направлении z (генерирует деформации в виде моментов с тем же знаком)

0/ 00 0/ 00 /м 1/км 1/км

TEMP DTY DTZ

Однородное изменение температуры Разница температур в местном направлении y Разница температур в местном направлении z

◦ C ◦ C ◦ C

UY UZ UYS

UZS

Вторичный изгиб - продольный дефект Первичный изгиб - продольный дефект Вторичный продольный дефект как коэффициент общей длины Первичный продольный дефект как коэффициент общей длины

мм мм м/ м

м/ м

PRE

PREX

Предварительное напряжение от пучковой арматуры Внешнее предварительное напряжение

кН

кН

WIND PCFD SNOW

Коэффициент ветровой нагрузки Давление и напряжение сдвига стены от анализа CFD Коэффициент снеговой нагрузки

− −

м


3-72 SOFiSTiK 2014



См. раздел 7, где приведены дополнительные сведения

Положительные значения DTY и DTZ означают, что температура повыша-ется в положительном направлении соответствующей оси Y соответст-вующей оси Z. Данный тип нагрузки применим только для сечений, кото-рые имеют четкое расширение или геометрию.

Для типа нагрузки предварительного напряжения значение нагрузки равно усилию пучковой арматуры. Все усилия, моменты, кривизна и напряжения будут установлены с помощью геометрии эталонной оси.

Коэффициенты WIND определяют дополнительные коэффициенты вет-рового давления, которые рассчитываются на основании скорости ветра и коэффициентов тяги для обеспечения определения дополнительных об-ластей или эффектов затенения (см. запись ввода WIND).

Для DOLFYN и HYDRA также доступны аналогичные типы нагрузок в 2D для граничных элементов (SLN), как указано для записи QUAD.


SOFiSTiK 2014 3-73

3.19 AREA – Свободное загружение на площади

См. также: LC, LAR, POIN, LINE, VOLU, свободная нагрузка AREA

Эле-мент


ния


умолчанию

REF NO TITL

Тип эталона AUTO Автоматический MOVE Автоматически перемещающаяся нагрузка SAR Конструкционная область LAR Область распределения нагрузки GFA Номер поверхности BRIC BGRP Группа элементов балки QGRP Группа элементов QUAD VGRP Группа элементов BRIC


LI T

− LI T 12

AUTO

- -

PROJ

WIDE NREF

Проекция нагрузки

N нормаль эталонной области (GAR) XX проекция в общем направлении X YY проекция в общем направлении Y ZZ проекция в общем направлении Z XXL как XX, знак для местного компо-нента YYL как YY, знак для местного компо-нента ZZL как ZZ, знак для местного компо-нента Диапазон направления проекции

Справочный узел для координатных значений

LI T

[м] 100

−

N

0,0

-

TYPE P1 X1 Y1 Z1 P2

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки первой точки Координаты первой точки или ввода GPT для X1 и номер точки для Y1 Значение нагрузки второй точки

LI T

∗

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

∗

PG 0.

0. 0. 0. *



3-74 SOFiSTiK 2014



X2 Y2 Z2

... P6 X6 Y6 Z6

Координаты второй точки или ввод GPT для X2 и номер точки для Y2

... Значение нагрузки шестой точки Координаты шестой точки или ввод GPT для X6 и номер точки для Y6

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

∗

[м] 1001

[м] 1001

[м] 1001

X1 Y1 Z1

*

X5 Y5 Z5

AREA описывает общую многоугольную область нагрузки, которая дейст-вует независимо от сетки элемента. Нагрузку не требуется указывать во всех точках, отсутствующие значения будут интерполированы посредст-вом распределения по методу наименьших квадратов, учитывающего оп-ределение проецирования нагрузки. Следовательно, до четырех точек с подходящим шаблоном определяют билинейное (4 коэффициента) рас-пределение, большее количество точек допускают квадратичное (6 коэф-фициентов) или бикубическое (10 коэффициентов) распределение, одна-ко достаточное количество точек потребуется определить как минимум в двух направлениях для обеспечения оценки всех коэффициентов. Если это не так, выбирается наибольшая степень, которая содержит уникаль-ные коэффициенты без дополнительного уведомления.

Нагрузка на площади (например, заполненные жидкостями или силосные башни) могут быть определены с помощью VOLU крайне эффективно.

Если требуется определить постоянную нагрузку всех элементов в облас-ти, имеется возможность определить только GAR/LAR/QGRP с явным но-мером NO и значением нагрузки P1. В этом случае можно опустить все координаты.

Рекомендуется использовать минимальное количество точек. Однако так-же имеется возможность определить более 6 (до 63) точек данных. По-скольку на одну запись допускается только 6 точек данных, следующие точки требуется указать с помощью продолжения записи посредством ти-па нагрузки CONT:

AREA GAR 1 TYPE PX P1 to P6 $ для точек 1 - 6 $

TYPE CONT P1 to P6 $ для точек 7 - 12 $

TYPE CONT P1 to P3 $ для точек 13 - 15 $

Также возможно ввести для значения X из 2-й точки нагрузки одну из по-стоянных DXY, DYZ или DZX. Другие две координаты принимаются как шаги в пределах указанной плоскости для первой точки. Определение только двух точек приведет к созданию прямоугольника в пределах соот-ветствующих координатных плоскостей.


SOFiSTiK 2014 3-75

Для проецирования нагрузки имеются следующие принципиальные пра-вила:

• Явные эталоны области всегда уникальны. Однако если номер не оп-

ределен, программа проверит все области. Потому может возникнуть несколько экземпляров нагруженной области. Однако используются только те области, в которых нагрузка полностью находится в пределах объема, определенного элементами данной области.

• Все интерполяции и геометрические расчеты выполняются в проеци-руемой области. Для GAR и PROJ N это область, которая может быть изогнутой. Точки данных нагрузки должны быть на этой поверхности. Однако для общей проекции область нагрузки может быть расположе-на несколько в стороне от фактической конструкции.

• Для автоматического эталона программа начнет с любой определен-ной области распределения нагрузки, а затем перейдет к определен-ным элементам QUAD и конструкционным областям и, наконец, будет работать над элементами балки.

Нагрузка на элементы балки выполняется наилучшим образом посредст-вом областей распределения нагрузки LAR или фактических элементов QUAD. Если таковых нет, программа установит направление основной балки и распределит нагрузку поперечно на те балки в полной мере или частично в пределах области нагрузки. Эксцентриситеты нагрузки будут определены, поскольку поперечные балки не применяются. Однако поль-зователь имеет опции STOL и COTB при CTRL для того, чтобы повлиять на такую обработку.


Таблица 3.37: Тип свободной нагрузки на площадь

TYPE Описание Единицы изме-рения

WIND PCFD

SNOW

Коэффициент ветровой нагрузки Давление и напряжение сдвига стены от ана-лиза CFD Коэффициент формы снеговой нагрузки опи-сан в разделе 7

Коэффициент Коэффициент Коэффициент

PG

PX PY PZ

PXX PYY PZZ

Нагрузка в направлении действия силы тяже-сти Местная нагрузка со ссылкой на площадь элемента

Нагрузка в общем направлении со значением нагрузки со ссылкой на площадь элемента (например, собственный вес)

кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2



3-76 SOFiSTiK 2014



PXP PYP PZP

PXY PYZ PZX PXYS PYZS PZXS PXYP PYZP PZXP

PGGl

PGPl

Нагрузка в общем направлении со значением на-грузки со ссылкой на площадь проекции (например, снег)

Нагрузка в направлении нормали к области, спроецированной на данную общую плоскость

Аналогично вышеуказанному, но значение нагруз-ки приводится как ссылка на площадь элемента

Аналогично вышеуказанному, но значение нагруз-ки приводится как ссылка на площадь проекции Нагрузка в местном направлении l полученном от общего направления PGG Нагрузка в местном направлении l полученном от общего направления PGP, где G ∈ {X, Y, Z} и l ∈ {x, y, z} (см. также PROJ XXL, YYL, ZZL)

кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2


кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2

кН/м2

кН/м2

MX MY MZ MXX MYY MZZ

Момент нагрузки в местном направлении Момент нагрузки в общем направлении

кНм/м2 кНм/м2 кНм/м2 кНм/м2 кНм/м2 кНм/м2

TEMP DT DTZ

EX EY KX

Однородная температура Разница температур (верхняя - нижняя) Повышение температуры в местном направлении z

Местное напряжение x Местное напряжение y Местная кривизна x

◦ C ◦ C ◦ C

0/00 0/00 1/км


SOFiSTiK 2014 3-77



KY Местная кривизна y 1/км

PMXX PMYY PMXY PVX PVY PNXX PNYY PNXY

Предварительное напряжение m-xx Предварительное напряжение m-yy Предварительное напряжение m-xy Предварительное напряжение q-x Предварительное напряжение q-y Предварительное напряжение n-x Предварительное напряжение n-y Предварительное напряжение n-xy

кНм/м кНм/м кНм/м кН/м кН/м кН/м кН/м кН/м

Разница между PXX и PXP задается тем фактом, что PXX - это нагрузка со ссылкой на истинную площадь (например, собственный вес), тогда как PXP ссылается на проекцию на плоскость XY (например, снег). Однако для плоских систем нет разницы, поскольку нагрузки всегда привязывают-ся к истинной поверхности. Компонентная нагрузка определяет направле-ние нагрузки, полученное от проекции нормали области на указанную об-щую плоскость проекции (например, отводные силы пучковой арматуры). Местные нагрузки, основанные на общей проекции нагрузки, требуются для определения нагрузки при землетрясении на наполнитель цистерн. Тип нагрузки PXPZ определяет горизонтальное проецируемое давление, применяемое в направлении нормали Z плоскости. Обычно знак значения нагрузки принимается из общего компонента. Однако при проекции XXL, YYL или ZZL знак значения нагрузки будет определять местный компо-нент. Следовательно, указание PXPZ на окружности с PROJ XX может оп-ределить нагрузку, действующую в зависимости от ориентации местной оси z, тогда как PROJ XXL определяет нагрузку, действующую в любом месте в том же направлении, например, внутрь.

Для типов нагрузки P и M эквивалентные узловые усилия и моменты уста-навливаются путем интеграции функций формы элемента.

Для всех прочих нагрузок, которые создают начальное напряжение (на-пример, температуру) на всем элементе, выбор выполняется путем кон-такта области нагрузки с центром элемента. Потому для неправильных сеток сума областей нагрузки может отклоняться от целевых 100 %.

С помощью областей распределения нагрузки с REF LAR моментальная нагрузка не рассматривается! Для DOLFYN и HYDRA также доступны ана-логичные типы нагрузок, как указано для записи QUAD.


3-78 SOFiSTiK 2014

3.19.1 Ветровые нагрузки

Нагрузка в областях с TYPE WIND имеет некоторые особенные эффекты. Обычно установленные значения нагрузки представляют собой коэффи-циенты давления, но при использовании команды COPY область может быть разделена или изменена в соответствии с положениями EC 1.2-4 или DIN 1055-4. Если это может произойти, следует контролировать данное явление с помощью указанного параметра TITL.

• Если имя не определено или начинается с букв ”CP”, преобразование не выполняется.

• Если имя содержит текст ’MEAN’ или ’GUST’, давления будут созданы на основании значений среднего или порывов, которые могут быть ис-пользованы в областях LAR для систем балок, в противном случае тип нагрузки WIND будет неизменным.

• Номер в имени используется для плоских крыш следующим образом:

>0 Высота чердака в м

<0 Уменьшение свесов либо с помощью угла в градусах, либо с помощью отношения кривизны r/h

Конечно же, имеются некоторые требования к геометрии областей нагрузки:

• Нагрузка требует наличия общего внешнего размера здания, опреде-

ленного всеми активными группами для ветровой нагрузки.

• Область нагрузки на плоскость может иметь неограниченное количест-во точек нагрузки, но все точки должны быть определены и расположе-ны против часовой стрелки, если вы смотрите снаружи поверхности.

• Двускатная крыша (седло или канавка) требует наличия не менее шести точек нагрузки. Первая точка должна быть на седле или в канавке, ко-торые должны быть горизонтальными, а наклон крыши должен совпа-дать по всем граням.

Рисунок 3.10: Точки нагрузки двускатной крыши (седло или канавка)

• Если область нагрузки не может быть обработана, появляется сооб-щение об ошибке, однако настоятельно рекомендуется проверить зна-чения нагрузки, особенно если ветровая атака не перпендикулярна строению.


SOFiSTiK 2014 3-79

3.20 VOLU – Объемное загружение

См. также: LC, POIN, LINE, AREA, VOLU,

свободная нагрузка VOLU



REF NO TITL A/U

Тип эталона

LAR Область распределения на-грузки GFA Грани элементов BRIC SAR Конструкционная область SVO Конструкционный объем

QGRP Группа элементов QUAD VGRP Группа элементов BRIC FGRP Поверхность элементов BRIC

Справочный номер или номер группы Наименование нагрузки Эталонное значение для нагрузки силос-ных башен

LIT

−

LIT 12

∗

VGRP

- - -

TYPE P X

Y Z P1 X1

Y1 Z1 ... P5 X5 Y5 Z5

Тип и направление нагрузки Значение нагрузки в эталонной точке Координаты эталонной точки или ввод

GPT

для X и номер точки для Y

Значение нагрузки для первой точки/Шаг Координаты первой точки или ввод GPT для X1 и номер точки для Y1

. . .

Значение нагрузки для пятой точки/Шаг Координаты пятой точки или ввод GPT для X5 и номер точки для Y5

LIT

∗ [м] 1001

[м] 1001

[м] 1001 ∗

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

∗

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

PG 0.

* *

*

P/0

* * *

P/0

* * *


3-80 SOFiSTiK 2014

VOLU описывает нагрузку на объемы или группу элементов BRIC или на все элементы QUAD в пределах объема. При отсутствии заданных коор-динат все элементы в группе или объеме подлежат загрузке.

Имеется возможность ввести для Х1, Х2 или Х3 одну из постоянных DXY, DYZ или DZX. Другие две координаты принимаются как шаги в пределах указанной плоскости для первой точки.

Геометрическое описание вроде нагрузки LINE и AREA не доступно, по-скольку это потребует слишком больших усилий. Следовательно, выбор элементов выполняется только посредством сдвинутого куба, определен-ного тремя выбираемыми направлениями p1-p, p3-p2, p5-p4, которые не должны быть коллинеарными.

P5 P3

P1 P

P2

P4


Значения нагрузки будут интерполированы в пределах сдвинутой системы координат и добавлены к трем направлениям. В большинстве случаев достаточно определить только значения нагрузки P и P1, а также исполь-зовать другие четыре точки только для ограничения областей нагрузки. Если пользователь не предоставляет координаты для направления, про-грамма попытается добавить недостающие направления и рассматривать значение нагрузки как приращение.

Для общего случая давления жидкости достаточно определить свободную поверхность (X или Y или Z), а также вес жидкости при вводе P1.

LC 2 ; VOLU REF QGRP NO 1 TYPE PZ Z 0.0 P1 -10

LC 3 ; VOLU REF QGRP NO 1 TYPE PZ Z 2.0 P1 -10

Частичная нагрузка на элементы BRIC не реализована, все элементы, ко-торые имеют свою центральную точку в пределах данного тела, будут за-гружены, остальные - нет. Однако элементы QUAD будут соответствую-щим образом обрезаны.


Таблица 3.39: Тип объемной нагрузки


QUAD

Единицы измерения

BRIC

PG Нагрузка в направлении действия силы тяжести

кН/м2 кН/м3


SOFiSTiK 2014 3-81



QUAD


BRIC

PV PX PY PZ

PXX PYY PZZ PXP PYP PZP PXY PYZ PZX PXYS PYZS PZXS PXYP PYZP PZXP

PGGl PGPl

(не собственный вес!) Внутреннее давление значение нагруз-ки зависит от ориентации

Местная нагрузка со ссылкой на пло-щадь элемента

Общая нагрузка со ссылкой на площадь элемента (например, собственный вес) Общая нагрузка со ссылкой на область проекции (например, снег) Нагрузка компонента в общих направ-лениях

Нагрузка компонента в общих направлениях со ссылкой на площадь элемента Нагрузка компонента в общих направлениях со ссылкой на проекцию Нагрузка в местном направлении l полученном от общего направления PGG Нагрузка в местном направлении l полученном от общего направле-ния, где G ∈ {X, Y, Z} и l ∈ {x, y, z}

кН/м2

кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2

кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2

кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2 кН/м2

н/д

н/д н/д н/д

кН/ м3 кН/ м3 кН/ м3 н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д

н/д н/д

н/д

MXX MYY MZZ

Моменты в общем направлении кНм/м2 кНм/м2 кНм/м2

н/д н/д н/д


3-82 SOFiSTiK 2014



QUAD


BRIC

TEM DT DTZ

EX EY EZ

Однородная температура Разница температур (верхняя-нижняя) Повышение температуры в местном на-правлении z Местное напряжение x Местное напряжение y Местное напряжение x

градусы градусы градусы 0/00 0/00 н/д

градусы н/д н/д

0/00 0/00 0/00

Для PHYSICA и HYDRA также доступны аналогичные типы нагрузок, как указано для записей QUAD и BRIC.

3.20.1 Загружение в башнях и цистернах

Для цистерн для жидкостей и башен имеется тип нагрузки PV. Эталонная линия P-P1 должна быть внутри объема, и SOFiLOAD использует ориен-тацию местной координатной системы QUAD в отношении данной оси дл установки правильного знака нагрузки ”вовне”. Далее толщина и относи-тельное положение по отношению к узлам будет учтено при расчете зна-чений нагрузки.

Для этого специального типа нагрузки величины нагрузки имеют другие значения: P Собственный вес наполнения (γ)

P1 Коэффициент давления на дно Cb

P2 Коэффициент горизонтального давления Ks

P3 Коэффициент горизонтального давления при выбросе Ch

P4 Коэффициент трения о стены J-

P5 Коэффициент трения о стены Cw

Значения для гранулированного наполнения приведены в EC1-4 Таблица 7.1 или в DIN 1055 часть 6 Таблица 1. Для EC нижняя (0.90) и верхняя (1.15) границы должны быть рассмотрены.

Определение значения A/U активирует нелинейное распределение по вы-соте, вызванное трением о стены. zo определяет величины в бесконечной глубине как граничные величины.


SOFiSTiK 2014 3-83

Далее к этому определению применяется коэффициент Cb 1.2 для всех плоских оснований (<20 градусов) в соответствии с уравнением EC-5.14/DIN-14. Для бункеров (> 20 и < 70 градусов) переход от стен к бункеру определяется автоматически, и устанавливается распределение нагрузки в соответствии с уравнением EC (5.15) - (5.18). В данном случае DIN име-ет несколько отличные формулы (16) - (23).

Нагрузка при выпуске должна учитываться либо посредством точечных давлений, которые определяются независимо, либо путем коэффициен-тов коррекции, которые выбираются пользователем индивидуально.


3-84 SOFiSTiK 2014

3.21 EXPO – Экспорт случаев загружения

EXPO

Эле-мент



умолчанию

NO TO PASS OPT

Номер случая загружения (0 = все) Имя файла для записи Пароль к базе данных CDB Опции

− LIT 96 LIT 16

−

- * - -

С помощью команды EXPO вы можете записать нагрузки из случаев за-гружения во входной файл для SOFiLOAD. Это может быть полезно в особых случаях, но вы должны помнить, что во время обработки ввода некоторые данные всегда теряются (например, преобразование местных в общие координат), потому пользователь должен проверить результи-рующие данные для обеспечения того, что ничего не потеряно.

Если имя файла не указано, данные будут присоединены к последнему определенному файлу или проекту LFD.DAT.

OPT позволяет активировать несколько дополнительных опций:

1 экспорту подлежат только узловые и элементарные нагрузки,

при этом со всеми сгенерированными нагрузками.

1024 экспортируются только те свободные нагрузки, которые были применены на 100%.


SOFiSTiK 2014 3-85

3.22 EVAL – Оценки

EVAL

Эле-мент



TYPE NO NAME

Тип оценки ADRS Проект спектра грузоподъ-

емности (устаревший ввод, см. PUSH)

CAPA,CAPB,CAPC Целевое смещение/ Точка производительности в со-ответствии с EC/ATC (тип A,B,C) (устаревший ввод, см. PUSH)

RR Нормаль вектора нагрузки RU Скалярное произведе-

ние R на U RUU Скалярное произведе-

ние R на U2 RV,RVV mit Geschwindigkeiten V RA,RAA mit Beschleunigungen A RP,RPP mit Auflagerkrften P RI,RII mit Versch.Inkrementen

Второй номер случая загружения (U,V,A ...) Имя переменной CADINP (без #)

LIT

−

LIT 8

RU

!

-

С помощью команды EVAL можно оценивать выражения с фактическим вектором нагрузки определенных или сгенерированных узловых усилий со смещениями прочих случаев загружения в базе данных и передавать эти значения в CADINP для следующего блока ввода (после записи END) в качестве переменных. Это оценка области влияния или интеграла при данной функции смещения и она является очень полезной при некоторых особенных нагрузках.

Если, например, установлена постоянная область нагрузки со значением 1, результат RU будет представлять собой интеграл данной области в пределах загруженной области. EVAL также может быть полезной при бы-строй оценке различных нагрузок на рассчитанной линии влияния.

Для спектра грузоподъемности, например, в рамках анализа опрокидывания имеется возможность нарисовать график с помощью EVAL ADRS, а также включить в него кривую опрокидывания, начиная со случая загружения NR. В дополнение к этому, EVAL CAPA/CAPB/CAPC может определять целевое смещение (EC8) или точку производительности (ATC 40) в зависимости от типа спектра (EC или UBC) и типов конструкционного поведения A, B или C (только для ATC 40). Дополнительные сведения представлены в разде-ле о записи RESP.


3-86 SOFiSTiK 2014

3.23 CTRL – Дополнительные контрольные значения

CTRL

Эле-мент

Описание Единицы из-мерения


OPT Имя опции контроля LI T FULL

VAL V2 V3 V4

Значение опции контроля Дополнительное значение для опции

Дополнительное значение для опции

Дополнительное значение для опции

− / LI T −

−

−

! - - -

С помощью CTRL вы можете указать некоторые опции контроля для ана-лиза. Определение для CTRL оценивается последовательно во время ввода. Значения контроля должны быть введены перед случаем загруже-ния.

COMP Совместимость со старыми версиями

0 текущая (начиная с версии 20.00-99)

99 начиная с версии 10.00-99

По умолчанию: 0

COPY Опции для записи COPY

1 Создание нагрузок от нагрузочных поездов всегда вы-полняется только как точечные и линейные нагрузки (вместо нагрузок на площадь)

2+4*N Создание нагрузок от нагрузочных поездов с эталоном N

где: N=0 LAR N=4 EDG/NODE N=1 SLN N=5 BGRP N=2 SAR N=6 QGRP N=3 GFA N=7 VGRP N=8 AUTO N=9 MOVE

64 Обрезка нагрузочных поездов по длине поезда

128 Обрезка нагрузочных поездов по ширине полосы

196 Обрезки нагрузочных поездов нет

256 Скопированные нагрузки будут включать в себя ссыл-ку на первоначальный случай загружения, т.е. при пе-резапуске изменения первоначального случая загру-жения также будут учитываться. Эта опция не доступ-на для свободных нагрузок.


SOFiSTiK 2014 3-87


DIST Распределение нагрузок от элементов балки:

0 только на единичных элементах балки

1 распределение между элементами балки (AREA BGRP) (явное направление dx, dy, dz, опреде-ляемое с помощью V2,V3,V4)

2 распределяется только с помощью областей влияния

+4 подавление моментов скручивания в максимальной степени

WIND Образец контроля для ветровых нагрузок

1 Создание ветровой нагрузки даже при статическом ветре как скорости ветра

(только ASE/DYNA)


SUML сохраняет суммы сгенерированных узловых усилий PX, PY, PZ в CRI1, CRI2, CRI3 заголовка случая загружения (см. LC) три по-следовательных значения представляют собой коэффициенты для PX, Py и PZ, а четвертое значение - это угол для вращения результирующих PX, PY (полезно для коэффициентов тяги) SUML fak1 fak2 fak3 alf генерирует разложенные и повернутые для 2D интегралы сил от WIND.


LAR Вариация опоры LAR

> 1.0 жесткая опора

< 1.0 мягкая опора

Например, LAR 2.0 создает более жесткую эластическую опору для областей распределения нагрузки.

По умолчанию: 1,0

CFDL Выбор случая загружения результатов CFD

Выбор случая загружения результатов CFD выполняется неза-висимо от сгенерированных случаев загружения.

Следующие опции в настоящее время предназначены только для внут-ренних целей.

CHEC Опция проверки

По умолчанию: (пока не используется) GTOL Точность геометрических расчетов

По умолчанию: * STOL Точность расчетов разделения нагрузки (DIST 1)

По умолчанию: *


3-88 SOFiSTiK 2014

COTB минимум Котангенс угла между направлениями балки и нагрузки для DIST 1

По умолчанию: *

SOFiSTiK 2014 3-89


3.24 ECHO – Опции распечатки

ECHO

Эле-мент


ния


умолчанию

OPT Константа их следующего списка: FULL Установить все опции LANE Геометрии полосы ACT Действия

LOAD Нагрузки WIND Параметры ветра

LIT FULL

VAL Объем распечатки

NO нет распечатки YES стандартная распечатка FULL улучшенная распечатка EXTR расширенная распечатка

LIT FULL

С помощью ECHO вы можете контролировать объем распечатки.

LANE Таблица полос движения транспорта

NO не печатать таблицу FULL список полос

ACT Таблица действий

NO не печатать таблицу YES Только перечень действий FULL Перечень действий и их случаев загружения

LOAD Таблица нагрузок

NO не печатать таблицы YES Случай загружения + общая информация FULL YES + определенная нагрузка EXTR FULL + сгенерированные нагрузки


SOFiSTiK 2014 3-1

Динамические нагрузки | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 4-1

4 Динамические нагрузки Динамические нагрузки можно учитывать среди прочего с помощью

• статической эквивалентной нагрузки

• спектра отклика

• посредством анализа переходных процессов с функциями времени

Во всех случаях вам необходимо получить нагрузку, сгенерированную некоторыми единичными ускорениями (ACCE).

Спектры отклика определяют отклик системы с одной степенью свободы в зависимости от периода собственной частоты и могут применяться для систем с несколькими степенями свободы за счет статистических алго-ритмов.

При динамическом анализе один или несколько случаев загружения ком-бинируются через функции времени в полную нагрузку, которая затем разделяется на отдельные временные интервалы. Требуется выполнить следующие задачи:

• Определение спектра отклика (RESP)

• Определение функций времени (FUNC)

• Создание нагрузок для отдельных временных стадий (STEP)

Последняя задача намного более эффективна для линейной динамики (DYNA) в пределах временного алгоритма, но для более общих случаев, вро-де нелинейной динамики с неконсервативной нагрузкой потребуется сохра-нить всю нагрузку в базе данных для ASE с помощью команды STEP.

Рекомендации

Опции RESP, FUNC и STEP доступны только при наличии специаль-ной лицензии ”DYNR”.

4.1 Анализ опрокидывания - Теоретические основания

Сейсмическое проектирование конструкций является для инженера-проектировщика сложной и требовательной к ресурсам задачей, а его ин-струменты варьируются от относительно простого полимодального анали-за спектра отклика (RSA), который включен в состав почти всех современ-ных правил сейсмического проектирования, до довольно сложного и доро-гого непосредственного анализа истории нелинейного отклика (RHA). Не-смотря на его точность и строгость в расчете сейсмического отклика кон-струкций, непосредственный анализ истории нелинейного отклика все еще остается непрактичным для широкого спектра проблем, которые решаются при сейсмическом проектировании.

SOFiLOAD | Динамические нагрузки

4-2 SOFiSTiK 2014

AQUA + SOFIMSH Материал / Шарниры + Система

SOFILOAD Нагрузка толчка

ASE Анализ опро-кидывания

SOFILOAD Сейсмические показатели

ucnod

Sa

M

Sap

φ P

Sdp Sd

M Vb

Рисунок 4.1: Порядок выполнения анализа опрокидывания

С другой стороны, полимодальный анализ спектра отклика с использованием расчетных средних показателей вязкости, основанных на типе конструкции, за-частую обеспечивает слишком грубый расчет нелинейной сейсмической по-требности. В последние годы уход от RSA в сторону сейсмического проекти-рования на основе показателей производительности по нелинейной статиче-ской процедуре (N-SP) или анализа опрокидывания стал совсем очевидным. В рамках данной процедуры признается тот факт, что способность конструкции и сейсмическая потребность является двумя неразделимыми частями проекти-рования на основе показателей производительности.

Анализ опрокидывания - это процедура, целью которой является оценка произ-водительности конструкции при определенной угрозе землетрясения путем сравнения доступной способности и расчетных конструкционных требований.

Процедура анализа опрокидывания состоит из следующих этапов (Рисунок 4.1):

1. AQUA + SOFIMSHA/SOFIMSHC: Первый этап - это определение

свойств материала или, выражаясь более общими для анализа опро-кидывания понятиями, определение нелинейных элементов связи или пластичных шарниров (см. AQUA: SMAT). Затем определяется систе-ма с соответствующими нелинейными связями, которые закрепляют-ся, например, за торцами балок.

2. SOFILOAD: Следующим этапом является определение шаблона слу-чая продольного загружения опрокидывания. Выбор шаблона случая загружения является важным моментом в анализе опрокидывания, по-скольку данные продольные усилия должны максимально точно пред-ставлять инерциальные силы, которые конструкция будут испытывать при колебаниях земли во время землетрясения. Шаблон нагрузки обычно принимается как пропорциональным некоторому предпола-гаемому вектору формы смещения ϕ. В более общем случае выбран-ный шаблон нагрузки пропорционален собственному виду колебаний конструкции.


SOFiSTiK 2014 4-3

Однако, любая другая обоснованная форма смещения ϕ также может быть применена (например, постоянное или линейное распределение сил, пр.). Вместо анализа опрокидывания в зависимости от нагрузки также может потребоваться анализ в зависимости от смещения (ри-сунки 4.16 и 4.17). Дополнительные сведения об определении нагруз-ки опрокидывания см. ACCE: Нагрузка опрокидывания.

3. ASE: Анализ опрокидывания выполняется путем подвергания конст-рукции монотонно повышающейся нагрузке от продольных сил, опре-деленных на этапе 2. Как указано выше, данные продольные усилия должны представлять инерциальные силы, которые конструкция бу-дут испытывать при колебаниях земли во время землетрясения. Це-лью этого постепенного нелинейного статического анализа является получение способности конструкции.

4. SOFILOAD: На основе предыдущих этапов можно проанализировать конструкционную способность вместе с сейсмической потребностью, после чего определить конструкционные сейсмические показатели.

Рекомендация

Способности конструкции можно определить как максимальное усилие, связанное с максимальным смещением, которое конст-рукция может показывать во время серии сейсмических возбуж-дений с растущей интенсивностью. Базовое усилие сдвига Vb и смещение контрольного узла ucnod может быть принято как пока-затель данных максимальных усилий и соответствующих макси-мальных смещений конструкции, соответственно. Как указано у REINHORN [36], можно доказать, что огибающая всех максиму-мов сил и связанных с ними смещений близка к кривой, полу-чаемой путем монотонного повышения инерциальных усилий и определяющей связанные смещения (кривая опрокидывания).

Процедура состоит из следующих этапов:

(a) Выбор характерной силы и смещения конструкции, так называемая кривая опрокидывания может быть получена для системы с несколь-кими степенями свободы (MDOF). Сила, здесь обозначенная Vb, обычно зависима от сдвига, тогда как смещение - это смещение ха-рактерной точки на конструкции ucnod, которое также называется сме-щением крыши или смещением контрольного узла (рисунок 4.2).

Процесс передачи кривой опрокидывания в SOFiLOAD описан в под-разделе VB-U: Базовый сдвиг - график смещения контрольного узла.

(б) Следующим шагом в анализе опрокидывания является преобразова-ние первоначальной системы MDOF, чье нелинейное поведение опи-сано кривой опрокидывания, в эквивалентную систему с одной степе-нью свободы (SDOF). Посредством этого мы также преобразуем кри-вую опрокидывания в так называемый график способности, постро-енный на координатной системе "спектральное смещение - спек-тральное ускорение" и известный как формат ADRS.


4-4 SOFiSTiK 2014

ucnod

Vb

ucnod

Vb

Рисунок 4.2: Кривая опрокидывания (график Vb-u)

Начальной точкой является уравнение движения нелинейной сис-темы MDOF

где u(t), ü(t) и ü(t) являются векторами относительного смещения, от-носительной скорости и относительного ускорения соответственно, а M и C - это матрицы массы и затухания конструкции. ƒs (u) обозначает нелинейную внутреннюю силу сопротивления конструкции. На правой стороне представлены действующие силы землетрясения, где i - это единичный направленный вектор, а üg(t) - ускорение земли. Первым и основным допущением в данной формуле эквивалентной системы SDOF является то, что искривленная форма остается посто-янной в течение всего отклика конструкции на движение земли, неза-висимо от уровня деформации (KRAWINKLER AND SENEVIRATNA [30], FAJFAR [17]). В этом случае вектор относительного смещения системы MDOF может быть приблизительно описан следующим образом:

где q(t) представляет собой модальную координату в соответствии с терминологией, используемой в модальном анализе.

Замена ур. 4.2 в ур. 4.1 и умножение в обратном порядке на ϕT дает следующий результат:

или в более компактной форме

В модальном анализе м = ϕT·M·ϕ и c = ϕT·C·ϕ обычно

называются обобщенными модальными массой и затуханием. Это справедливо только в том случае, если предполагаемая форма смещения ϕ соответствует одному из собственных видом колеба-ний, однако в целях удобства аналогичная терминология будут применяться в данном документе, независимо от выбранной

формы смещения. и являются нелинейной силой сопротивления и массой эквивалентной системы SDOF.


SOFiSTiK 2014 4-5

s

s

Введя новое эталонное смещение SDOF D(t) следующим образом,

мы, наконец, получаем уравнение движения эквивалентной неэла-стичной SDOF-системы

где обозначает затухание эквивалентной SDOF-системы. Постоянная преобразования r контролирует преобразование из системы MD-OF в систему SDOF и обратно (FAJFAR [17]). Она также называется коэффициентом модального участия, однако опять же это справедливо только в том случае, если ϕ соответствует ес-тественному собственному виду колебаний. Оно определяется как

Обычно конструкционная сила сопротивления ƒ ∗ (D(t) отображается как

произведение эквивалентной массы м∗ и псевдоускорения A(D(t))

Путем введения эквивалентного коэффициента затухания ξ∗ и эк-вивалентной круговой частоты

ω∗ = 2πT ∗ (T ∗ - эквивалентный период конструкции) и замены ур. 4.8 в ур. 4.6 образуется неэластичное дифференциальное уравнение движения системы SDOF в общем виде ускорения:

Если ускорение земли при землетрясении üg (t) известно, решение данного уравнения может быть получено путем численного интег-рирования. Однако в наиболее практичных случаях применения сейсмическое возбуждение обычно представлено спектром отклика землетрясения (эластичным или неэластичным. Максимальный от-клик SDOF ур. 4.9, таким образом, задается

где Sd (T ∗ , ξ∗ ) - это специальный относительный отклик смещения, Spa (T ∗ , ξ∗ ) - это спектральный отклик псевдоускорения 2.

1Для незатухающих конструкций псевдоускорение равно общему ускорению, т.е. A(t) = D¨ (t) + u¨g (t). В действительности все конструкции обеспечивают некоторое затухание, однако данное конструкционное затухание обычно крайне невелико, потому псевдоускорение может быть приблизительно приравнено общему ускорению. Внутренние конструкционные силы сопротивления пропорциональны псевдоускорению.


4-6 SOFiSTiK 2014

Аналогично системе MDOF, способность эквивалентной неэла-стичной SDOF-системы может быть определена как максимальная

сила ƒsmax∗ (D) =ƒs∗(Sd), связанная с максимальным смещением

Dmax (t) = Sd , которое SDOF-система может показывать по время серии сейсмических возбуждений с растущей интенсивностью. Как указано у REINHORN [36], можно доказать, что огибающая всех максимумов сил и связанных с ними смещений близка к монотонной кривой, представленной на графике 3. Это подразумевает, что зависящее от времени поведение нелинейной

силы сопротивления - смещения, ƒsmax∗(D(t)), в системе SDOF

может быть описано отношением монотонной максимальной нелинейной силы и максимальной деформации без зависимости от

времени ƒsmax∗ (Sd ) в системе SDOF (график способности, рис.

4.3), которое используется в решении спектра отклика, т.е.

Теперь мы можем преобразовать кривую опрокидывания Vb −ucnod

системы MDOF в график способности Spa −Sd эквивалентной

системы SDOF (Рис. 4,3).

Рисунок 4.3: Преобразование кривой опрокидывания в график способности (в формате A-D)

Что касается ур. 4.2, 4.5 и 4.10a, то абсолютное максимальное смещение контрольного узла системы MDOF ucnod может быть свя-

зано со спектральным откликом относительного смещения Sd (T ∗,

ξ∗)

2При отсутствии возможности спутать обозначение Sa также будет применяться для обозначения спектрального отклика псевдоускорения Spa.

3Как ниже описано REINHORN [36], для системы SDOF с билинейной характеристикой силы сопротивления - деформации огибающая максимума силы и связанных макси-мальных смещений будет точно следовать за билинейным отношением.


SOFiSTiK 2014 4-7

и наоборот

(4,13)

Для выполнения преобразования базовый сдвиг Vb требуется свя-

зать со спектральным откликом псевдоускорения Spa (T ∗, ξ∗). Это

может быть выполнено путем припоминания того, что вектор на-грузки опрокидывания p определен с помощью (см. ACCE: Нагруз-ка опрокидывания)

где a - это параметр, который контролирует величину нагрузок оп-рокидывания. Распределение нагрузок опрокидывания управляет-ся вектором ψ. Рационально допустить, что вектор ψ можно при-близительно приравнять к предполагаемой форме смещения ϕ. Следовательно, предполагаемая нагрузка опрокидывания и фор-мы смещения являются взаимозависимыми, что является тем до-пущением, которое используется в большинстве подходов к ана-лизу опрокидывания (FAJFAR [17]).

Базовый сдвиг Vb в системе MDOF равен

Из статистики следует, что внутренние силы ƒs равны прилагае-мой внешней нагрузке p, т.е.

С учетом ур. 4.14, 4.15 и 4.16 максимальная нелинейная сила

сопротивления эквивалентной системы SDOF ƒs∗ может быть за-

писана как

Замена ур. 4.8 и 4.10b в 4.17 дает

Уравнения 4.13 и 4.18 используются для преобразования кривой опрокидывания Vb − ucnod, полученной на этапе 4a, в спектральное

ускорение системы SDOF


4-8 SOFiSTiK 2014

Spa - спектральное ускорение к координатной системе Sd для получения графика способности (рис. 4.3). Соответствующий ввод SOFiLOAD описан в разделе A-D: Спектральное ускорение - График спектрального смещения.


Два основных допущения, используемых для преобразования MDOF в эквивалентную систему SDOF, это:

• Форма смещения остается постоянной в течение всего от-клика конструкции на колебание земли, несмотря на уро-вень деформации

• Распределение нагрузки опрокидывания пропорционально произведению массы и форм смещения (нагрузка опроки-дывания и формы смещения взаимонезависимы)

(в) Эластичный спектр отклика также можно преобразовать из тради-

ционного формата отношения спектрального ускорения Sa и пе-риода T в формат Sd отношения спектрального ускорения Sa и спектрального смещения Sd (также называется форматом A-D или форматом ADRS) для получения схемы эластичной потребности путем использования широко известного отношения

На рисунке 4.4 представлено преобразование спектра эластичного отклика из традиционного формата в формат A-D. В формате A-D линии, расходящиеся из отсчета координат, имеют постоянные периоды.

T = cons Sa

Sa

T = cons

T Sd = Sa · (T / 2π)2

Рисунок 4.4: Преобразование спектра эластичного отклика в формат A-D (график эластичной потребности)

Процесс передачи спектра отклика эластичной потребности в SOFiLOAD описан в подразделе A-D: Спектральное ускорение - График спектрального смещения.

(г) Следующим шагом в анализе сейсмических показателей конструк-ции является определение


SOFiSTiK 2014 4-9

точки производительности (также известной как целевое сме-щение, точка потребности, пр.). Точка производительности опре-деляет внутреннее состояние (внутренние силы, смещения, вра-щения, сдвиги этажей, пр.) конструкционной системы при нагрузке землетрясения. Для определения точки производительности гра-фики способности и эластичной потребности в формате A-D стро-ятся в той же координатной системе. Затем в зависимости от дос-тупной способности эластичная потребность уменьшается для по-лучения неэластичной сейсмической потребности для эквива-лентной системы SDOF. Пересечение между графиками способ-ности и неэластичной потребности представляет собой точку про-изводительности (Sdp , Sap ) (рис. 4.5). Иными словами, точка произ-водительности соответствует состоянию конструкции.

Sa

График эластичной потребности

Точка производительности

Sap

График способности

График потребности

Sdp Sd

Рисунок 4.5: Определение точки производительности

При формулировании и решении эквивалентной неэластичной сис-темы SDOF (ур.4.6 или 4.9) и отделении неэластичной сейсмиче-ской потребности от эластичной сейсмической потребности обычно используются следующие два метода:

i. Метод, основанный на эластичном спектре сильно демпфи-рованной потребности и эластичной системы SDOF с эквива-лентным затуханием и периодом. Данный метод также извес-тен как метод спектра способности (ATC-40 [1], FREEMAN ET

AL. [22], FREEMAN [21]). Основополагающий принцип данного метода описан в ATC: Процедура ATC-40.

ii. Метод, основанный на неэластичном спектре потребности и неэластичной системе SDOF (EN1998-1:2004 [13], FAJFAR

[16], CHOPRA AND GOEL [6, 7]). Основополагающий принцип дан-ного метода описан в EC8: Процедура Eurocode 8.

5. ASE + WINGRAF: После расчета точки производительности конструк-ционная потребность первоначальной системы MDOF может быть легко установлена. Обратное преобразование неэластичной сейсми-ческой потребности системы SDOF, представленное точкой произво-дительности (Sdp , Sap) в системе MDOF


4-10 SOFiSTiK 2014

(ucnod,p , Vb,p ), осуществляется с помощью уравнений 4.12 и 4.18, т.е.

Теперь преобразование первоначальной системы MDOF в максимальное смещение контрольного узла ucnod,p можно оценить на общем и местном уровне. Иными словами, конструкция MDOF доводится до максимального уровня смещения контрольного узла ucnod,p (потребность в смещении).

Рисунок 4.6: Преобразование сейсмической потребности системы SDOF в сейсмическую потребность системы MDOF

Доведение конструкции до достижения целевого уровня смещения контрольного узла ucnod,p осуществляется с помощью ASE аналогично этапу 3. Если анализ опрокидывания на этапе 3 выполняется с доста-точно небольшими шагами нагрузки, то пользователь может взять один из двух случаев загружения, между которыми уровень смещения контрольного узла ucnod,p расположен аналогично окончательному случаю загружения по производительности (потребности).

Наконец общую производительность конструкции можно оценить пу-тем выполнения проверок того, что конструкционные и неконструкци-онные компоненты не повреждены сверх приемлемых пределов це-левых показателей производительности для уровня усилий и дефор-маций, соответствующих потребности в смещении ucnod,p (ATC-40 [1]).


SOFiSTiK 2014 4-11

RESP

4.2 RESP – Спектр отклика См. также: FUNC, ACCE, STEP, Eurocode, DIN, OENOR- M/SIA, NTC, EAK, SNIP, UBC/IBC, GB, IS, JRA

Эле-мент



умолчанию

TYPE Тип спектра (см. примечания) (т.е. следуйте ссылкам в верхней части страницы)

LI T *

CLAS MOD

Класс почвы или аналогичный показа-тель (см. комментарии) Коэффициент затухания или поведения Модальное затухание ξ или коэффициент поведения q (Проектные спектры EC8)

− / LIT

−

*

0,05 1,5

SA SB

SMIN TB TC TD TE K1 K2

Жесткое ускорение (T = 0) Постоянное ускорение

S·η ·β0 для эластичного спектра

S·β0 / q для проектного спектра

Минимальный порог ускорения Значение времени Значение времени Значение времени Значение времени отсечения Экспонента TC < T < TD Экспонента T > TD

−

−

- c c c c - -

* *

* * * * * * *

ZONE AG AH AV

Сейсмическая зона Свободное полевое базовое ускорение Коэффициент горизонтального ускорения Коэффициент вертикального ускорения

LI T [м/с2]

− −

(NORM) (NORM)

1,0 -

TITL Название спектра отклика LI T 32 *

Нагрузка землетрясения определяется в большинстве правил проектиро-вания как базовое ускорение в зависимости от важности здания и сейсми-ческой зоны. Отклик конструкции определяется как спектр отклика в зави-симости от классов почвы


4-12 SOFiSTiK 2014

и магнитуды. RESP позволяет не только выбирать стандартные спектры, но и варианты с явными параметрами. Для специальных случаев даже отдельная кривая может быть определена с помощью последующих запи-сей FUNC.

Для полного определения нагрузки вам потребуется направление ускоре-ния, указанное в записи ACCE. Учитывайте, что спектры могут быть опре-делены в абсолютных ускорениях или в виде части ускорения силы тяже-сти g или базового ускорения ag. Второй подход является более непо-средственным, поскольку у нас есть теоретическое значение 1.0 для T = 0

(идеальная жесткая конструкция). Следовательно, данный подход выби-рается для всех спектров кроме спектров UBC, а также китайских и япон-ских спектров. Может случиться так, что SA будет менее 1,0 для некоторых правил проектирования по причине мягкого грунта.

Обычно вы используете только один спектр, но имеется возможность оп-ределить несколько спектров с разными соотношениями модального зату-хания. После этого отклик интерполируется между прилегающими кривы-ми любого вида собственных колебаний.

Для тех правил проектирования, в которых применяются другие спектры для вертикального и горизонтального отклика (Eurocode), предусматрива-ются два коэффициента AH и AV. Однако следует определить только один из этих коэффициентов, но определение AH 0.0 выполняет установ-ку значения AV на значение по умолчанию для данных правил проектиро-вания.

В целом имеются два случая, которые следует разделять при проектиро-вании:

• Ограниченное состояние эксплуатационной надежности

Обычно это запрос на деформации и конструкционные правила.

• Общий проект с ограничениями

Это требует устойчивости конструкции. Наиболее серьезным случаем является эластичный отклик, но обычно оправдано использовать про-ектные спектры с учетом вязкости конструкции с уменьшающим коэф-фициентом поведения q. Выбор соответствующего коэффициента по-ведения выполняется инженером-проектировщиком.

Все значения будут устанавливаться в соответствии с выбранным типом и параметром CLAS, но могут быть изменены по желанию. Следовательно? общий спектр имеет следующую форму:


SOFiSTiK 2014 4-13

Рисунок 4.7: Форма спектра отклика

Если значение TD = 0, параметр k2 не используется, как показано выше, но для первого сегмента характерно следующее (например, JRA):

Значения спектра также зависят от коэффициента затухания ξ или пове-дения q. Плоская часть спектра обычно изменяется одним из следующих коэффициентов на модальном затухании или коэффициентом поведения:

При отсутствии каких-либо изменений в MOD модальное затухание собст-венных форм применяется для разложения на множители отклика с по-мощью формулы, указанной выше слева. Если значения указаны, имеется возможность интерполировать отклик между различными спектрами, за-висящими от указанного затухания.


4-14 SOFiSTiK 2014


Следующие замечания не дают пропустить изучение правил сейсми-ческого проектирования. Некоторые из замечаний ниже не имеют смысла, если читатель не ознакомился с соответствующими пункта-ми правил проектирования. Также следует отметить, что мы не мо-жем заявлять, то наша трактовка правил проектирования всегда яв-ляется правильной и полной.

4.2.1 Eurocode EC 8

Хотя первоначальная версия имела только три различных типа спектров, которые доступны с помощью TYPE EC-0, многообразие более поздних версий требует определения некоторых дополнительных параметров. Для TYPE можно выбирать между EC-1 (Тип 1) или EC-2 (Тип 2, для M < 5.5) для CLAS - классы почвы от A до E, отвечающие следующим типам поч-вы:

• Почва класса A

Горная порода или другие плотные образования со скоростью волны сдвига свыше 800 м/с с верхним мягким слоем не более 5 м, а также плотные почвы глубиной в несколько десятков метров с увеличением показателей почвы по мере заглубления и достижения скорости волны сдвига 400 м/с на глубине 10 м.

• Почва класса B

Плотные отложения со средней скоростью волны сдвига свыше 360 м/с (ранее 200 м/с на глубине в 10 м и свыше 350 м/с на глубине 50 м).

• Почва класса C

Почвы средней плотности со скоростью волны сдвига свыше 180 м/с (ранее менее 200 м/с в верхних 20 м)

• Почва класса D (с 2001 года, ранее C)

Слабозакрепленные отложения почвы или отложения с преобладаю-щими слабо-среднезакрепленными почвами со скоростью волны сдви-га менее 180 м/сек.

• Почва класса E (с 2001 года)

Почва, состоящая из поверхностного аллювиального слоя (C и D) от 5 до 20 м, который покрывает более плотные отложения (A).

Ускорение ag устанавливается для местной площадки и указывается с по-мощью записи ACCE. Явное определение D>1.0 автоматически выбирает спектры проектирования. Непосредственное или косвенное определение AV переключается на параметры вертикального спектра.


SOFiSTiK 2014 4-15

4.2.2 Единые/Международные строительные правила UBC/IBC

UBC и IBC различают классы почвы от A до E, а также специальный класс F с индивидуальными параметрами.

A Профиль почвы типа A (Твердая горная порода) B Профиль почвы типа B (Горная порода)

C Профиль почвы типа C (Очень плотная почва и мягкая горная порода) D Профиль почвы типа D (Профиль плотной почвы)

E Профиль почвы типа E (Профиль мягкой почвы) F Почва, требующая оценки на месте

IBC на подробных картах определяет базовое ускорение на короткий пе-риод Ss и период в 1 секунду S1. Для этих параметров и класса почвы все параметры спектра определяются в соответствии с уравнениями 16-38 - 16.43. Пользователь указывает это посредством установки класса почвы и постоянной в виде s.ss/t.tt для сейсмической зоны, где s.ss и t.tt - это значения Ss и S1.

Для UBC коэффициент зоны получается из таблицы 16-I в соответствии со значением сейсмической зоны 1, 2A, 2B, 3 или 4. Из данной таблицы 16-Q и 16-R означают значения Ca и Cv. Коэффициент ближайшего источ-ника таблицы 16-S и 16-T, а также изменения для изолированных систем в зоне 4 подлежат явной установке с помощью параметров.

Ускорение, которое вы должны установить в ACCE, применяется для обо-их случаев, которые должны быть заданы как g = 10,0.

4.2.3 DIN 4149: старая и новая версии

Новая версия DIN имеет три зоны землетрясения с ag = 0,4, 0,6 и 0,8 м/с2, а спектры почти соответствуют EC, но имеют намного более узкую форму. По причине разделения почвы в верхних классах почвы (A,B,C) и класса геологической подпочвы (R,T,S) возможными значениями CLAS являются A-R, B-R, C-R, B-T, C-T или C-S.

Однако старая версия DIN 4149 (TYPE RDIN) имеет довольно простой спектр для сейсмических зон 1 - 4 со значением ускорения 0,25, 0,40, 0,65 и 1,0 м/с2 . Но эти значения следует умножить на коэффициент почвы, со-ставляющий от 1,0 до 1,4, и потому они задаются в явном виде посредст-вом ACCE.

4.2.4 SIA 260 и ÖNORM B 4015

SIA (TYPE SIA) различает эластичные и неэластичные спектры, аналогич-ные EC. Базовое ускорение для четырех сейсмических зон 1, 2, 3a и 3b имеет значение 0,60, 1,00, 1,30 и 1,60 м/с2.


4-16 SOFiSTiK 2014

Явное определение D>1.0 автоматически выбирает спектры проектирова-ния. Коэффициент важности γr можно учесть за счет либо измененного значения SA, либо как коэффициент надежности в пределах наложения.

Без класса почвы спектр старой версии SIA для среднеплотных почв при-нимается при условии наличия значения TC = 0,5 с., который для плотных почв следует заменить на 0,33 с.

Для ÖNORM B 4015 (TYPE OEN) спектром по умолчанию является спектр для среднеплотной почвы. Вы должны указать соответствующие ускоре-ния с помощью ACCE.

4.2.5 NTC Италии в соответствии с DM-2008

Итальянские правила проектирования определяют в приложении (Allegato B) для каждого места следующие значения: Базовое ускорение ag, пико-вый коэффициент F0 и эталонное значение времени Tc*. Спектры класси-фицированы в соответствии с классом почвы и топологической ситуацией. Следовательно, мы должны указать:

• Топографическую ситуацию: TYPE NTC1, NTC2, NTC3 и NTC4 • Класс почвы: CLAS A,B,C,D и E

• Зона: Значения F0 и Tс∗ разделены ”/”

(например, 2,50/ 0,21) • AG: Базовое значение ускорения

(в g/10 ≈м/ с2)

Все значения времени и спектрального отклика после этого устанавлива-ются на основании данных значений. Если AH установлен как 0.0, будет сгенерирован вертикальный спектр.

4.2.6 Кодекс EAK (Греция) (1999)

В Греции (TYPE EAK) имеются сейсмические зоны от I до IV с базовыми ускорениями 1.2, 1.6, 2.4 и 3.6 м/с2 . Ускорение ah, которое вы должны ус-тановить в ACCE, является данным значением, умноженным на коэффи-циент важности γ1 из таблицы 2.3. Классы почвы определены как A, B, r(=C) и Δ(=D), а также специальная категория X. Для первых четырех зна-чения времени из таблицы 2.4 предварительно устанавливаются про-граммой. Коэффициенты поведения и прочие коэффициенты должны быть включены в SB пользователем.

4.2.7 СНиП II-7-81 (Россия) (1995/2000)

В России имеются классы почвы от I до III, которые устанавливают спек-тры отклика в зависимости от толщины слоя (ур. 3 - 5), которые пронуме-рованы CLAS 1, 2 или 3. В версии от 2000 года данные формулы были изменены и сейчас применяют CLAS I или II. Ускорение для определения через запись ACCE задается формулами 1 и 2 в зависимости от

типа и важности здания как ah = K1·K2·A·Kψ·ηi k. Значения 1.0, 2.0

или 4.0 для AG предустанавливаются в соответствии с Зоной 7, 8 или 9.


SOFiSTiK 2014 4-17

4.2.8 Стандарт IS 1893-2002 (Индия)

В соответствии с данными правилами в таблице 2 приведены коэффици-енты зоны Z, которые в данном разделе называются ag.

Сейсмическая зона

Класс строительной площадки

II III IV V

Коэффициент зоны, ag

0,10 0,16 0,24 0,36

В качестве класса почвы CLAS мы имеем (I=твердая, II=средняя и III=мягкая, без = указание в соответствии со старыми правилами от 1984 года).

На рисунке 2 приведены эластичные спектры для нескольких классов поч-вы, а коэффициенты уменьшения соотношений затухания указаны в таб-лице 3. Они могут быть выбраны в нескольких записях RESP. Они одина-ковы для всех сейсмических зон (ag), коэффициентов важности (I, таблица 6: 1.5 для важных зданий, 1.0 для всех прочих зданий) и снижения отклика (R, таблица 7, значения от 1.5 до 5.0). Ускорение, которое вы должны ус-тановить в ACCE, задается с помощью:

Затухание учитывается путем умножения на коэффициент в соответствии

с таблицей 7. SMIN после этого указывается как R/I·g для выполнения ус-

ловия Ah > ag/2.

4.2.9 Стандарт Ассоциации строителей дорог Японии 2002

В соответствии с данными правилами имеются два уровня землетрясе-ния: Уровень 1 (JRA) с высокой вероятностью и Уровень 2 с низкой веро-ятностью. Последний имеет два подтипа: I (JRA1) для типа приграничного воздействия на плиту и II (JRA2) для типа непосредственного удара по на-земным территориям. Также имеются классы почв I, II и III, а также зоны землетрясений A, B и C. Данные спектры уже включают в себя ускорение почвы.


4-18 SOFiSTiK 2014

4.2.10 Код GB (Китай)

В соответствии с приложением A к GB 50011-2001 мы имеем интенсив-ность и группы проектных землетрясений (1, 2, 3) установленные для всех точек в Китае. Затем нам необходимо выделить частые и редкие земле-трясения. Таким образом, у нас есть следующие типы:

GBF1 Частое землетрясение 1-й группы GBF2 Частое землетрясение 2-й группы GBF3 Частое землетрясение 3-й группы

GBR1 Редкое землетрясение 1-й группы GBR2 Редкое землетрясение 2-й группы GBR3 Редкое землетрясение 3-й группы

Согласно таблице 3.2.2. базовые ускорения приведены в соответствии с сейсмической интенсивностью 6, 7, 8 или 9 с двумя подклассами в качест-ве коэффициентов g следующим образом:

Интенсивность 6 7, 7a 8, 8a 9

a / g 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40

αmax (часто) 0,04 0,08 0,12 0,16 0,24 0,32

αmax (редко) - 0,50 0,72 0,90 1,20 1,40

Максимальное значение спектра αmax согласно таблице 5.1.4-1 вычисляет-ся по такой схеме. Спектр привязывается к максимальному значению

SB=η2·αmax. Форма спектра приводится на рисунке 5.1.5 с затуханием ξ и

значениями TG=TC согласно таблице 5.1.4.-2: (Характерные значения ес-тественного периода (s))

Проектная сейсмическая

группа


Е II III IV

1 0,25 0,35 0,45 0,65

2 0,30 0,40 0,55 0,75

3 0,35 0,45 0,65 0,90


SOFiSTiK 2014 4-19

Обязательно необходимо определить K2 с отрицательным значением для выделения линейного обветшания из общего подхода спектра Eurocode. Конечное значение данного спектра можно изменить значением SMIN. Согласно старой версии GBJ 11-89 (TYPE GBJ) таблица 4.1.4-1 имеются факторы воздействия на землетрясение, предварительно уста-новленные для интенсивности землетрясения 6, 7, 8 и 9 со значениями 0.04, 0.08, 0.16 и 0.32. Следовательно, спектр привязывается к макси-мальному значению SB=αmax. Форма спектра приведена на рисунке 4.1.4 (SA=0.45SB, K1=0.9, TD=3.0), а значение Tg = TC должно быть выбрано пользователем в соответствии с таблицей 4.1.4.-2:

Близость землетрясения


Е II III IV

Рядом 0,20 0,30 0,40 0,65

Далеко 0,25 0,40 0,55 0,85

4.3 Спектры способности и анализ опрокидывания


Записи ADRS/CAPA/CAPB/CAPC являются устаревшими опциями ввода. Учитывайте, что будущие выпуски SOFiSTiK не будут поддер-живать данные опции. Вместо этого следует использовать команду PUSH.

Согласно ATC 40 упрощенный нелинейный анализ под названием ”Анализ опрокидывания” выполняется в рамках первого этапа. Он позволяет пре-образовать спектры отклика в так называемые спектры ADRS с помощью отношений:

В результате этого период T заменяется специальным смещением Sd , ко-лебатель одинарной массы более не представляет собой вертикальную линию, а является линией из начала координат, наклон которой задается ее частотой, т.е. массой и жесткостью:


4-20 SOFiSTiK 2014

Рисунок 4.8: Спектры отклика в традиционном формате и формате ADRS

Второй необходимой кривой является так называемая Кривая опрокиды-вания, получаемая посредством нелинейного анализа, при котором гори-зонтальные усилия последовательно увеличиваются. Доступны различ-ные схемы загружения, и обычной практикой является применение как минимум двух разных подходов: один с постоянным ускорением вдоль общей высоты, а другой с первой собственной формой в направлении на-грузки.

Рисунок 4.9: Коэффициент участия PF и коэффициент модальной массы α

Данная нагрузка применяется и повышается до тех пор, пока общая на-грузка или достаточное крупное смещение не будет достигнуто. Резуль-татом является ”Кривая опрокидывания”,

В формате ADRS ли-

нии, расходящиеся из

центра координат,

имеют постоянный

период. С

пектр

ал

ьн

ое

уско

рен

ие

Сп

ектр

ал

ьн

ое

уско

рен

ие

Период, Т Спектральное смещение

Традиционный спектр

(Sa в сравнении с T) ADRS-спектр

(Sa в сравнении с Sd)


SOFiSTiK 2014 4-21

которая представляет собой базовую силу сдвига как функцию некоторых характерных смещений, например, горизонтальное значение в средней точки крыши. Данная кривая должна быть преобразована в модальный формат ADRS с помощью следующих формул:

где ϕ - это функция распределения (например, собственной формы), PF - коэффициент участия и α коэффициент модальной массы, которые опре-деляются следующим образом:

В качестве ASE и DYNA выберите масштабирование собственных форм та-ким образом, чтобы знаменатель первого выражения стал 1.0. Мы хотим

масштабировать к общему фактическому ускорению Sa·ab так, чтобы сущест-

венно упростить первое выражение, приведя его к следующему виду:

Если DYNA получает единичное ускорение ag = 1.0 в пределах модально-го прохода, значения будут автоматически сохранены в заголовок случая загружения в базе данных. SOFiLOAD может создать общий вектор на-грузки с помощью ACCE для использования в анализе опрокидывания и оценить необходимые произведения вектора с помощью записи EVAL:

ECHO LAST

EIGE 5 LF 901

LC 900 ; ACCE AX 1.0 $ ПЕЧАТЬ И СОХРАНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕН-ТОВ УЧАСТИЯ $

Модальные нагрузки

Режим Коэффициент R*V [o/o] Коэффициент V*R*V

1 -2.075E+01 85.5 -9.999E-01

2 7.478E+00 11.1 -9.995E-01

3 -3.541E+00 2.5 -9.999E-01

4 1.520E+00 0.5 -9.995E-01

5 -1.096E+00 0.2 -9.998E-01

------------------------------------

SSum 5.026E+02 99.8 -4.999E+00

= cri1 = cri2 pf1 = 20.75 = cri3

Соответствующий вектор нагрузки для ASE или STAR2 может быть создан посредством


4-22 SOFiSTiK 2014

следующего определения:

@key LC_CTRL 900 ; sto#pf @(CRI3) $ CRI3 СОДЕРЖИТ КОЭФФИ-ЦИЕНТ УЧАСТИЯ $ @KEY N_DISP 901 ; sto#uf @(64,UX) $ СОБСТВЕННАЯ ФОРМА НА УЗЛЕ КРЫШИ 64 $ CTRL SUML 1 $ Сохраняет SUM(PX) в cri1 $

LC 910 ; ACCE NODE AX 1.0 $ Нагрузка при однородном ускоре-нии $

LC 911 ; ACCE NODE 901 AX 1.0 $ Нагрузка при взвешенном уско-рении $

После того можно рассчитать кривую опрокидывания, например, с помо-щью STAR2:

RCL#UF RCL#PF @key LC_CTRL 911 ; let#pf @(CRI1) $ CRI1 СОДЕРЖИТ КОЭФФИ-ЦИЕНТ УЧАСТИЯ $ PRT#PF

$ номер случаев загружения и приращение коэффициента для при-менения вручную $

LET#N 20 ;

LET#FMAX 200.0 $ Только коэффициент FMAX должен стать неусточи-вым $

loop#1 #N

let#FAK (#1*#FMAX/#N)

ctrl II 100

LC 100+#1 DLY -1.0 CRI1 0 TITL "Modal acceleration #(#2,7.2)" LCC 911 MAX(0.001,#FAK) $ РАЗЛОЖЕННЫЕ НА МНОЖИТЕЛИ СИЛЫ УСКОРЕНИЯ $ NSTR S1 END

@KEY N_DISP 100+#1 ; let#2 @(64,UX) $ UX НА УЗЛЕ КРЫШИ

64 $

LC 100+#1 TYPE PROP CRI1 abs(#2/(#PF*#UF)) CRI2 abs(#FAK/#PF) CRI3 #FAK endloop

END

Важно сгенерировать случаи загружения таким образом, чтобы пользова-тельский критерий CRI1 содержал спектральное смещение характерного узла крыши конструкции, а CRI2 был равен модальному ускорению ag / PF. После этого программа SOFiLOAD способна отобразить спектры в форма-те ADRS, включая спектр способности посредством команды EVAL ADRS:

PROG SOFILOAD

HEAD CAPACITY SPECTRA

ECHO LOAD NO LC 920; ACCE AX 4.5; RESP EC B; RESP ECD B; EVAL ADRS 100


SOFiSTiK 2014 4-23

Поскольку общее ускорение задается произведением ACCE и спектраль-ным значением, кривая опрокидывания будет масштабирована обратно ус-корению случая загружения 920.

Рисунок 4.10: EVAL ADRS

После определения 5% эластичного спектра и спектра способности, SOFILOAD может определить целевое смещение (согласно EC8) или точ-ку производительности (ATC 40) в зависимости от типа выбранного спек-тра (UBC или EC) и типа конструкционного поведения (только для ATC 40). Соответствующий ввод: EVAL CAPA/- CAPB/CAPC.

Точка производительности не может быть получена непосредственно, по-скольку она является результатом взаимодействия между поведением системы (спектром производительности) и сейсмическим возбуждением (спектром потребности). Следовательно, выполняется повторная проце-дура, при которой несколько пробных точек производительности исполь-зуются для определения свойств затухания (гистерезиса) системы, а так-же коэффициентов спектрального уменьшения, откуда получается спектр потребности. Данные повторения останавливаются, когда пробная точка производительности совпадает с точкой пересечения спектров способно-сти и потребности в пределах допуска в 0.1%. После этого данная точка определяет максимальное смещение, которое будет испытывать система при необходимом землетрясении. Дополнительные сведения о данной процедуре приведены в ATC 40.

В случае спектра UBC ввод EVAL CAPA/CAPB/CAPC в SOFILOAD приве-дет к построению спектра потребности и билинейного представления спектра способности для типов конструкционного поведения A, B и C, со-ответственно. Это также


4-24 SOFiSTiK 2014

позволит распечатать значения эффективного затухания (Deff), коэффи-циентов спектрального уменьшения (SRa и SRv), а также двух точек (dy,ay) и (dpi,api) билинейной кривой способности, где (dpi,api) являются точкой производительности (рисунок 4.11).

Рисунок 4.11: Спектр потребности и способности в соответствии с ATC 40

В случае, если спектр EC определен, ввод EVAL CAPA в SOFILOAD при-ведет к построению идеализированного эластичного идеально пластично-го графика силы-смещения спектра способности через точки (dy*,Fy*/м*) и (dt*,Fy/м*), где dt* означает целевое смещение. Период идеализированной эквивалентной системы SDOF T* также будет распечатан (рисунок 4.12). Дополнительные сведения о данной повторной процедуре представлены в EC 8, ПРИЛОЖЕНИЕ B.


SOFiSTiK 2014 4-25

Рисунок 4.12: Спектр потребности и способности в соответствии с EC 8


4-26 SOFiSTiK 2014

4.4 FUNC – Функции нагрузки

См. также: RESP, ACCE, STEP FUNC



T Значение времени

c !

F T1 TMIN TMAX

Функциональное значение или амплитуда F1

Фаза периодической функции Время начала периодической функции Время конца периодической функции

-

с

с

с

!

- - -

S Тип функции / Коэффициент воздействия - пешеходы 0.0 ряд Фурье < 0.0 Пешеход по Бахману > 0.0 Пешеход по Зайлеру/Хиттнеру WALK +0.4 = Ходьба с частотой 2.0 Гц RUN +1.6 = Бег с частотой 2.4 Гц JUMP +3.0 = Прыжок с частотой 2 Гц FRUN RUN в виде ряда Фурье FJMP JUMP в виде ряда Фурье COMP Составная функция интенсивности EXPO Экспонентная функция интен-сивности

− / LI T 0,0

F2 T2 F3 T3 F4 T4 TBLC

Амплитуда для значения времени T/2 Фаза данных гармонических колебаний Амплитуда для значения времени T/3 Фаза данных гармонических колебаний Амплитуда для значения времени T/4 Фаза данных гармонических колебаний Коррекция времени по базовой линии

− c

− c

− c

c

* * * * * * -

TITL Наименование функции Lit32 -

Каждый случай загружения может получить свободно выбираемые функ-ции времени для анализа динамического отклика. Функция нагрузки может быть определена разными способами:


SOFiSTiK 2014 4-27

• Как дискретная многоугольная функция, заданная несколькими парами значений данных (T,F).

Первое значение времени - это время начала. Функция будет нулевой перед первым и после последнего значения времени. Между двумя значениями времени значение функции будет интерполировано ли-нейно. Для последовательного ввода значением времени по умолча-нию будет: Ti+ 1 = Ti + (Ti − Ti− 1 ).

• Если значение фазы или TMIN определено, функция становится пе-риодической с общим периодом T. Для значений времени менее TMIN или более TMAX значение функции равно нулю.

Если базовый период T задан как отрицательный, к значениям функции будет применена треугольная функция интенсивности между

TMIN и TMAX.

Рекомендация Учитывайте, что фаза теперь относится ко времени начала TMIN и определяется как значение времени, а не в градусах или частях ϕ, позволяя использовать аналогичную переменную CADINP и единицу для T и T1 - T3.

Если ряд задан функцией косинуса, фазы требуется уменьшить на чет-верть времени цикла.

Если пользователь определяет несколько функций для случая загруже-ния, он должен продолжить определять все функции с помощью записи FUNC MULT или FUNC ADD для установки, следует ли умножать или при-бавлять значения функции. Данный заголовок также позволяет установить единицу данной функции со значением F и указанием единицы измере-ния, например, 1[мм/с].

4.4.1 Функции для пешеходов

Если задан коэффициент воздействия S, применяется периодическая на-грузка, характерная для пешеходов. После этого требуется указать значе-ние нагрузки ”количество человек на 0,8 кН” с самой нагрузкой:

Если данный коэффициент определен в пределах от 0.0 до +1.0 или как постоянная WALK, четыре значения и фазы, приведенные Зайле-ром/Хиттнером (Bauingenieur, 2004, S. 483-496), предустанавливаются, но коэффициенты (F1, пр.) могут быть установлены явно. Значения от -1.0 до 0.0 выбирают до трех коэффициентов и фаз в соответствии с


4-28 SOFiSTiK 2014

Бахманом (Вибрации в конструкциях, IABSE 1987).

Если s задан с абсолютным значением выше 1.0, соответствующая им-пульсная функция генерируется либо в соответствии с Зайле-ром/Хиттнером:

либо (для значений s < − 1.5) в соответствии с Бахманом как чистая поло-

винная синусовая функция:

Поскольку данные функции применимы только для переходного анализа, имеется возможность выбрать первый случай с помощью постоянных FRUN или FJMP как ряд Фурье для проведения модального анализа.

4.4.2 Непериодичные функции

Для генерирования искусственных землетрясений требуется функция ин-тенсивности, которая должна быть указана как дополнительная функция. Три общие формы функций могут быть выбраны в явном виде с помощью постоянной для элемента S:

F

TRAP

- T2-

- T1-

- T3-

TMAX

Рисунок 4.13: TRAP

TMAX

EXPO

Рисунок 4.14: EXPO,


SOFiSTiK 2014 4-29

COMP

- T2-

- T1 -

TMAX

- T3-

Рисунок 4.15: COMP,

Время T определяет общую продолжительность, а значения времени T1, T2 и T3 определяют продолжительность трех фаз (плоская, введение, вы-вод). Коэффициенты F2 и F3 определяют форму введения и вывода в со-ответствии с вышеуказанными формулами.

4.4.3 Функции спектров

Если FUNC определена после записи RESP, она будет содержать явные параметры выбранного спектра. T - это период спектра, значения от T1 и далее не будут использоваться. Если вы хотите указать функции для раз-личных значений затухания, вам необходимо определить несколько запи-сей RESP со значением D, после каждой из которых поставить значения FUNC.

4.4.4 Ускорения грунтов

Если FUNC используется для описания дискретных ускорений грунтов, может быть очень полезным применить так называемую ”базовую коррек-цию”. Стохастически сгенерированные или измеренные акселерограммы могут ввести сдвиг при интеграции, что приведет к крупным смещениям или скоростям в конце времени интеграции. Определение значения вре-мени TBLC изменяет функцию для устранения данных отклонений при та-ком значении времени.


4-30 SOFiSTiK 2014

4.5 FIMP – Импорт функций нагрузки

См. также: RESP, ACCE, STEP FIMP

Эле-мент


ния


умолчанию

TYP Тип результатов U-X,U-Y,... U-RZ Смещения V-X,V-Y,... V-RZ Скорости A-X,A-Y,... A-RZ Ускорения

LI T !

NO LC TEFF TBLC

Номер узла или элемента Случай загружения результатов Среднее значение времени Время для базовой коррекции

− − [c] [c]

1 1 - -

TITL Наименование функции Lit32 -

FIMP позволяет выполнить определение функции путем импорта пере-ходного результата в базу данных (HIST). Это особенно полезно для оценки спектров отклика для местных компонентов (см. SIMR), однако также может быть полезно для выполнения прочих задач.


SOFiSTiK 2014 4-31

4.6 ACCE – Ускорения

См. также: RESP, FUNC, STEP ACCE

Эле-мент


ния


нию

TYPE NO

Тип результатовНомер узла (0 = базовое ускорение)

LI T

− NODA

-

AX AY AZ AXX AYY AZZ WXX WYY WZZ

Ускорение в общем направлении X Ускорение в общем направлении Y Ускорение в общем направлении Z Ускорение вокруг общего направления X Ускорение вокруг общего направления Y Ускорение вокруг общего направления Z Вращение вокруг общего направления X Вращение вокруг общего направления Y Вращение вокруг общего направления Z

[1м/с2] [1м/с2] [1м/с2] [1/с2] [1/с2] [1/с2] [1/c] [1/c] [1/c]

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

REF REFX REFY REFZ

Эталонный узел для вращения Дополнительное смещение точки вращения

− / LI T

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

* 0,0 0,0 0,0

GRP Выбор группы − -

XMIN YMIN ZMIN XMAX YMAX ZMAX

Блок выбора

Только узлы в пределах данного блока будут иметь нагрузки

(только для NODE/DIRN)

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

- - - - - -

ARED AH GH LINF

Коэффициент уменьшения Координата Z для коэффициента уменьшения Координата Z поверхности земли Номер линии влияния

−

*

*

-

30 0,0


4-32 SOFiSTiK 2014

Тип нагрузки ACCE определяет поступательное и вращательное ускоре-ния, а также центробежное ускорение однородного вращения. Он может быть сохранен как узловые ускорения или элементарные нагрузки на все активные группы элементов. Ускорение будет действовать на все массы, определенные в базе данных, а также будет создавать узловые нагрузки или нагрузки на элементы балки, троса и фермы. Данная функция может использоваться не только для переменной нагрузки от землетрясения и нагрузок на движущиеся части конструкции, но также и для создания всех нагрузок от собственного веса.

Для TYPE имеется возможность определить следующие параметры:

NODA ускорения для DYNA NODE чистые узловые нагрузки от массы × ускорение NODC NODE, включая узловые моменты ELEM NODE, включая элементарные нагрузки (балка) DIR NODA, но AX, AY, AZ определяют только направление DIRN NODE, но AX, AY, AZ определяют только направление DIRC NODC, но AX, AY, AZ определяют только направление BASE эквивалентные нагрузки от общего усилия (базовый сдвиг) DISP нагрузка в форме предустановленных узловых смещений

Если базовое эталонное значение ускорения уже было определено с по-мощью RESP, ACCE требуется лишь определить направление. Это можно выбрать с помощью постоянных DIR/DIRN/DIRC/DIRE вместо NODA/NODE/NODC/ELEM. Определенные значения от AX до AZ будут умножены на горизонтальные и вертикальные компоненты ускорения, оп-ределенные с помощью последнего RESP ранее.

Общее ускорение состоит из:

• Поступательного ускорения со значениями ax, ay и az.

• Вращательного ускорения относительно точки, выбранной REF

(0 для начала координат) со значением axx, ayy и azz. • И однородного вращения вокруг точки, выбранной REF (0 для начала

координат) с угловой скоростью (2ϕ/T) значением wxx, wyy и wzz.

Если эксцентриситет или любое определение эталонной точки указано для поступательного ускорения, дополнительный момент скручивания бу-дет создан для дополнительного отклонения ускорения, привязанного к центру масс:


SOFiSTiK 2014 4-33

В соответствии с правилами EC8 в отношении случайных эффектов скру-чивания они подлежат расчету для каждого этажа по отдельности, если этажи имеют разные горизонтальные размеры. Пользователь может огра-ничить усилия с помощью BOX (XMIN - ZMAX) для данных узлов в преде-лах данного блока.

Для анализа землетрясений с взаимодействием конструкции и почвы ус-корения следует применять только к конструкции, но не почве. Данный эффект следует учитывать с помощью группы или механизма блока вы-бора в SOFiLOAD.

Дополнительная функция влияния LINF может быть применена для учета специальных эффектов. Различные ускорения для различных оснований описываются либо функциями влияния, которые устанавливаются де-формациями, вызванными единичным смещением в соответствующих опорах, или ускорением, которое применяется только к одному узлу NO.

Для статической эквивалентной нагрузки от землетрясения имеется воз-можность рассчитать такое общее значение нагрузки с помощью DYNA как так называемый ”базовый сдвиг” и сохранить данные в базе данных. Затем ACCE BASE распределит данное усилие в соответствии с массами и не-масштабированной функцией влияния LINF (например, первое собственное значение). Общая сила может быть считана из случая загружения NO из анализа DYNA или установлена явно с помощью AX, AY и AZ.

С помощью ARED и значений AH и GH уменьшение ускорения по глубине может быть определено для подземных конструкций, как указано в индий-ских правилах проектирования. Значение ARED (например, 0.5) является коэффициентом, который применяется к глубине AH, т.е. если координата направления действия силы тяжести имеет такое значение. На координа-те GH расположена поверхность, и коэффициент становится равным 1.0, между этими двумя координатами применяется линейная интерполяция. Дискретные нагрузки могут быть выбраны для этой опции.

В каждом случае требуется выбрать горизонтальные и вертикальные компо-ненты возбуждения. Обычно мы располагаем спектром отклика (см. RESP) и базовым ускорением а (ACCE), определенным в правилах проектирования для землетрясения. Затем требуется определить не менее трех случаев за-гружения с AX=a, AY=a и AZ=a, а также соответствующий спектр отклика

Нагрузка опрокидывания

Для выполнения анализа опрокидывания следует сначала определить на-грузку опрокидывания. Случай загружения опрокидывания должен содер-жать дополнительные сведения (например, коэффициент участия, мо-дальную массу, вектор формы смещения, пр.), которые должны быть со-хранены в базе данных. Эти дополнительные данные затем будут исполь-зованы на этапе последующей обработки опрокидывания, на котором оп-ределяются показатели опрокидывания (см. PUSH). Следовательно, на-грузка опрокидывания определяется, а необходимые дополнительные сведения сохраняются в


4-34 SOFiSTiK 2014

mn

...

mk

... m1

(a) M

ϕn

...

ϕk

... ϕ1

(b) ϕ

pn = mn · ϕn

...

pk = mk · ϕk

...

p1 = m1 · ϕ1

(c) p = M · ϕ

un = ϕn

...

uk = ϕk

...

u1 = ϕ1

(d) u = ϕ

Рисунок 4.16: Нагрузка опрокидывания

базе данных путем указания отрицательного значения для LINF.

В зависимости от типа анализа опрокидывания - под контролем силы или смещения - существуют две возможности определения нагрузки опроки-дывания:

1. Силы - нагрузки как внешние силы p. Данные нагрузки указывают-ся путем выбора NODE в качестве TYPE в команде ACCE (рисунок 4.16c).

2. Смещения - нагрузки, как предустановленные смещения узлов u.

Данные нагрузки указываются путем выбора DISP в качестве TYPE в команде ACCE (рисунок 4.16d).

Статическая нагрузка опрокидывания должна максимально точно пред-ставлять инерциальные силы, которые конструкция будет испытывать при движениях земли во время землетрясения. Шаблон нагрузки обычно при-нимается как пропорциональным некоторому предполагаемому вектору формы смещения ϕ. В более общем случае выбранный шаблон нагрузки пропорционален собственному виду колебаний конструкции. Однако лю-бая другая обоснованная форма смещения ϕ также может быть использо-вана (рисунок 4.17).

Для анализа опрокидывания на основе смещения (TYPE DISP) нагрузка как предустановленные смещения u принимается непосредственно из ука-занного вектора формы смещения ϕ (рисунок 4.16d), то есть

Если нагрузки имеют вид сил (TYPE NODE; анализ опрокидывания на ос-нове сил), вектор формы смещения дополнительно взвешивается по мат-рице масс M для имитации сил инерции (рисунок 4.16c), т.е., шаблон на-грузки p равен


SOFiSTiK 2014 4-35

(a) Собственный вектор (б) Постоянный (в) Линейный (г) Произвольный

Рисунок 4.17: Формы смещения опрокидывания ϕ

С


Матрица масс M основана на массах, которые активны в настоящее время, т.е. которые указаны перед текущим блоком SOFiLOAD. Потому рекомендуется запустить один анализ собственного значения ASE/DYNA со всеми дополнительными массами до определения на-грузки опрокидывания для того, чтобы убедиться в том, что учитывает-ся правильная матрица масс.

Вектор формы смещения ϕ определяется путем указания отрицательного номера случая загружения, который содержит смещения узлов для LINF. Например, если вектор формы смещения соответствует некоторому собственному вектору, который предварительно рассчитывается и сохраняется, например, в LC 9001, ввод будет равен (рисунок 4.17a)

LC NO 101 TITL ’Eigenvector’

ACCE TYPE NODE/DISP . . . LINF -9001

Постоянный и линейный вектор формы смещения могут быть определены путем указания отрицательного номера текущего случая загружения для LINF, например (рисунки 4.17b и 4.17c)

LC NO 102 TITL ’Constant’


LC NO 103 TITL ’Linear’

ACCE TYPE NODE/DISP . . . LINF -103 GH ... AH ... ARED

Как указано выше, можно использовать любой другой вектор формы сме-щения ϕ, который имеется в базе данных. Например, если произвольный статический случай загружения LC 501, который был рассчитан и для ко-торого смещения узлов доступны в базе данных, устанавливается в LINF, затем данные смещения будут приняты как вектор формы смещения ϕ

для определения образца нагрузки опрокидывания, например (рисунок 4.17d)

LC NO 104 TITL ’Arbitrary’



4-36 SOFiSTiK 2014

4.7 STEP – Динамическая история

См. также: RESP, FUNC, ACCE STEP



N

DT

LCST

TITL

Количество временных этапов или дели-тель

Временной этап или общее время

Первый случай загружения в явной исто-рии Имя истории

−

c

−

Lit32

1

!

1000

-

Для общего динамического анализа все выбранные случаи загружения и функции времени в пределах блока ввода могут быть скомбинированы для генерирования переходной нагрузки для всех шагов времени для ис-пользования в цикле случаев загружения для ASE и DYNA. Имеются сле-дующие возможности:

• Интервал времени из N шагов времени размером DT и общей продолжительностью N·DT

• Общий интервал времени DT, деленный на шаги времени N·DT.

Данный случай выбирается с помощью значения N < 0.

Все случаи загружения для нелинейного динамического анализа создают-ся и сохраняются в базу данных.


SOFiSTiK 2014 4-37

4.8 SIMQ – Имитация землетрясения

См. также: RESP, FUNC, ACCE SIMQ

Эле-мент


ния


нию

LSPE LINT

DT TMIN TMAX NFRE ITER

AG D

TITL

Номер случая для целевого спектра Номер случая для функции интенсивности Шаг времени для результирующей функции Наименьший период Наибольший период Количество частот Количество повторов

Базовое ускорение Целевое затухание для спектра

Имя истории

− − c c c

− −

[м/с2]

−

Lit32

! 0

0,01

0,01 10,0 100 1

* 0,05

-

Генерирование искусственных акселерограмм для землетрясения выпол-няется по процедурам, описанным NISEE в 1976 году для программного обеспечения SIMQKE. Для данного целевого спектра, определенного как:

• Спектр мощности в [м2/с2] • Спектр скорости в [м/с2] • Спектр ускорения в [м/с2]

случайные фазовые значения (на основе номера случая загружения) бу-дут сгенерированы и с помощью функции интенсивности будут содержать акселерограмму, скорректированную по целевому затуханию D до спектра отклика в рамках повторяющегося процесса. Базовое ускорение следует выбрать в соответствии с данными критериями. Зна-чение по умолчанию составляет 9,81 [м/с2].

Если значение устанавливается на 0.0, функция спектра мощности созда-ется вместо ускорения.


4-38 SOFiSTiK 2014

4.9 REVA – Спектры отклика для функции ускорения

См. также: FUNC, RESP REVA



TYPT Представление в зависимости от TIME времени FREQ частоты LOGT логарифмического времени LOGF логарифмической частоты

LI T ВРЕМЯ

TYPE

LFUN TMIN

TMAX TDIF

Результат представляется в виде: P Силы S Смещения V Скорости A Относительного ускорения AA Абсолютного ускорения AS A как функция S AAS AA как функция S Номер функции нагрузки Наименьший естественный период/ частота Наибольший естественный период/ частота Размер шага естественных периодов или частот, По умолчанию: (TMIN-TMAX)/50

LI T

-

c, 1/c c, 1/c c, 1/ c

-

1

0 ! *

D1

D2

D3

D4

D5

Модальное значение затухания 1, отмеченное. Модальное значение затухания 2, отмеченное + Модальное значение затухания 3, отмеченное * Модальное значение затухания 4, отмеченное o Модальное значение затухания 5, отмеченное x

- - - - -

0. - - - -

REF1 RID1

Номер дополнительной эталонной кривой Цвет и тип линии для REF1

− −

- 2001



SOFiSTiK 2014 4-39



REF2 RID2 REF3 RID3

Номер дополнительной эталонной кривой Цвет и тип линии для REF2 Номер дополнительной эталонной кривой Цвет и тип линии для REF3

−

−

−

−

-

2001

- 2001

REVA позволяет выполнять расчет спектра отклика для данной функции нагрузки или ускорения. Это выполняется с помощью анализа отклика ко-лебателя одинарной массы в пределах данного частотного диапазона и показывающего максимальные результаты в зависимости от частоты или периода.

В случае возбуждения посредством ускорения можно использовать TYPE AA для построения общего ускорения (земля+колебатель). Обычно это желаемое значение. Для TYPE можно также ввести P+, S+, V+, A+, AA+ и P-, S-, V-, A-, AA-. В таком случае будут оцениваться только положитель-ные или отрицательные компоненты. Без указания TYPE отображается первоначальная функция.

Продолжительность оценки определяется наибольшим значением време-ни значения возбуждения. Более продолжительный временной диапазон при функции возбуждения 0.0 должен быть определен в случае высокой частоты возбуждения.

Одновременно можно исследовать до пяти значений затухания. Значения затухания от D1 до D5 могут быть использованы произвольно в соответ-ствии с желаемой маркировкой.

Могут быть отображены три внешних эталонных кривых. Данные функции могут быть определены либо посредством FUNC, либо выбраны в качест-ве постоянного ограничительного значения по номеру и техническим ус-ловиям прикрепленного блока.

При вводе TYPE FREQ значения TMIN, TMAX и TDIF во вводе RESP также трактуются как частоты.

Если определены LOGT или LOGF, выбирается логарифмический мас-штаб. TDIF определяет коэффициент деления относительно 1.0 для не-скольких промежуточных значений (например, TDIF 0.05 = 20 промежу-точных значений).


4-40 SOFiSTiK 2014

4.10 PUSH – Анализ опрокидывания

См. также: ACCE, RESP PUSH



TYPE

OPT

Тип анализа

VB-U Базовый сдвиг - график сме-щения контрольного узла

A-D Спектральное ускорение - График спектрального смеще-ния

ATC Процедура ATC-40

EC8 Процедура Eurocode 8 Дополнительные опции

SBTA Конструкционное поведение типа A SBTB Конструкционное поведение типа B SBTC Конструкционное поведение типа C

LI T

LI T

VB-U

*

LCC0

LCC1

NLCC

Базовый случай загружения для кривой способности Первый случай загружения для кривой способности Количество случаев загружения для кривой способности

−

−

−

- - 1

CNOD DSTR

Контрольный узел Вязкое конструкционное затухание

−

−

- *

LCDM Случай загружения потребности − -

SPL1 SPL2 SPL3 SPL4 SPL5

Предел конструкционных показателей 1 Предел конструкционных показателей 2 Предел конструкционных показателей 3 Предел конструкционных показателей 4 Предел конструкционных показателей 5

[мм] 1003 [мм] 1003 [мм] 1003 [мм] 1003 [мм] 1003

- - - - -

Общий рабочий процесс и теоретическая основа анализа опрокидывания приведены в разделе 4.1.


SOFiSTiK 2014 4-41

0,0

00

50,0

00

100,0

00

150,0

00

200,0

00

250,0

00

300,0

00

350,0

00

400,0

00

450,0

00

4.10.1 TYPE - Тип анализа

VB-U: Базовый сдвиг - график смещения контрольного узла

PUSH Описание Единицы измерения


TYPE

LCC0 LCC1 NLCC CNOD

VB-U Базовый сдвиг - график смещения контрольного узла

Базовый случай загружения для кривой спо-собности Первый случай загружения для кривой спо-собности Количество случаев загружения для кривой способности Контрольный узел

LI T

−

− −

−

VB-U

- -

1 -

Кривая опрокидывания передается в SOFiLOAD путем указания базового случая загружения LCC0, первого случая загружения LCC1 и количества случаев загружения NLCC способности, а также номера контрольного узла CNOD. Например, ввод

LC 5001

PUSH TYPE VB-U LCC0 301 LCC1 2301 NLCC 25 CNOD 4

позволяет определить кривую опрокидывания с помощью базового сдвига и смещения узла 4, который принимается из рассчитанных случаев загру-жения 2301 - 2325 (рисунок 4.18). Степени свободы смещения узла 4 при-нимаются из базового случая загружения способности LCC0 301, который определяется на этапе 2 с помощью ACCE. Базовый случай загружения LCC0 содержит необходимые сведения для определения показателей производительности конструкции (коэффициент участия, модальная мас-са, предполагаемый вектор формы смещения, пр.).

Vb [кН]

80,0

Способность

60,0

40,0

20,0

0.0 u-cnod [мм]

Рисунок 4.18: График VB-U


4-42 SOFiSTiK 2014

0,0

00

50

,000

100

,00

0

150

,00

0

200

,00

0

250

,00

0

300

,00

0

350

,00

0

A-D: Спектральное ускорение - График спектрального смещения



TYPE

LCC0 LCC1 NLCC CNOD

LCDM

A-D Спектральное ускорение - График спектрального смещения

Базовый случай загружения для кривой спо-собности Первый случай загружения для кривой спо-собности Количество случаев загружения для кривой способности Контрольный узел Случай загружения потребности

LI T

−

−

− − −

A-D

- -

1 - -

Уравнения 4.46a-4.46b используются для преобразования кривой опроки-

дывания Vb – ucnod , полученной на этапе 4a подраздела 4.1, в спектраль-

ное ускорение системы SDOF Spa - спектральное ускорение к координат-ной системе Sd для получения графика способности.

Например, ввод

LC 5002

PUSH TYPE A-D LCC0 301 LCC1 2301 NLCC 22 CNOD 4 LCDM 11

позволяет преобразовать кривую опрокидывания, определенную LCC0, LCC1, NLCC и CNOD, в формат A-D (рисунок 4.19). Прочие типы анализа TYPE (ATC или EC8) команды PUSH также позволяют выполнить данное преобразование.

Sa [м/c2]

Tb = 0.2 Tc = 0.5

T = 1.0

10,00

Способность T = 1.5

5,00

Td = 2.0

0.00

EC8-эластич-ный

T = 3.0

T = 4.0

Sd [мм]

Рисунок 4.19: График A-D


SOFiSTiK 2014 4-43

Аналогично график эластичной потребности получается путем преоб-разования эластичного спектра отклика из традиционного формата отно-шения спектрального ускорения Sa и периода T в формат отношения спек-трального ускорения Sa и смещения Sd (также называется форматом A-D или форматом ADRS) с помощью отношения:

Спектр отклика эластичной потребности в традиционном формате можно определить с помощью команды RESP, например

LC 11

RESP TYPE EC-1 CLAS B AG 4.0 TITL ’EC8-5%-elastic’

ACCE TYPE DIR AX 1.0

Передача случая загружения спектра отклика эластичной потребности в случай загружения потребности LCDM в команде PUSH и выбор одного из подходящих типов анализа (A-D, ATC, EC8) позволяет преобразовать данный спектр в формат A-D, например

LC 5002

PUSH ... LCDM 11


4-44 SOFiSTiK 2014

ATC: Процедура ATC-40



TYPE OPT

LCC0

LCC1 NLCC CNOD DSTR LCDM

ATC Процедура ATC-40 Дополнительные опции SBTA Конструкционное поведение типа A SBTB Конструкционное поведение типа B SBTC Конструкционное поведение типа C Базовый случай загружения для кривой способности Первый случай загружения для кривой способности Количество случаев загружения для кривой способности Контрольный узел Вязкое конструкционное затухание Случай загружения потребности

LI T LI T

−

−

− − − −

ATC SBTA

− - - 1 -

0,05 -

В данном разделе описаны основополагающие принципы процедуры ATC-40 для формулирования и решения эквивалентной неэластичной системы SDOF (ур. 4.9) и отделении неэластичной сейсмической потребности от эластичной сейсмической потребности. Данный метод также известен как метод спектра способности (ATC-40 [1], FREEMAN ET AL. [22], FREEMAN [21]) 4.

Данный метод основан на эластичном спектре сильно демпфированной потребности и эластичной (линейной) системы SDOF с эквивалентным (здесь - эффективным) затуханием (ξeƒ ƒ ) и периодом (Teƒ ƒ ). Данные свой-ства эквивалентной системы SDOF получаются из свойств первоначаль-ной системы MDOF, чье нелинейное поведение описывается кривой опро-кидывания (рисунок 4.20).

ucnod

Vb Sa = Vb / (r2 · м)

D(t)

ξeƒ ƒ

ωeƒ ƒ

ucnod

Vb

Sd = ucnod / (r · ϕcnod ) u¨g (t)

Рисунок 4,20: Идеализация системы MDOF с эквивалентной неэластичной SDOF-системой

4 ATC-40 [1] ⇔ обозначение SOFiSTiK: β0 ⇔ ξ0 , βeƒ ƒ ⇔ ξeƒ ƒ , ESo ⇔ ES


SOFiSTiK 2014 4-45

Начальной точкой является моделирование эквивалентной НЕЭЛАСТИЧ-НОЙ SDOF-системы, которое задается ур. 4.6 и 4.9, с эквивалентной ЭЛАСТИЧНОЙ (линейной) SDOF-системой, т.е.

Таким образом, мы получаем приблизительное нелинейное гистерезисное поведение силы-смещения неэластичной SDOF-системы, ƒs ∗ (D(t)),

посредством эквивалентного линейного поведениясилы-смещения,

m∗·ω2eff·D(t), с добавлением эффективного линейного вязкого затухания

ξeff. Решение ур. 4.48 можно получить из эластичного сильно демпфированно-го спектра отклика, который представляет собой максимальный отклик эластичной системы SDOF с периодом вибрации Teff и вязким затуханием ξeff

где Sde (Teff , ξeff) - это эластичный спектральный отклик относительного смещения и Sae (Teff , ξeff) - это эластичный спектральный отклик псевдоус-корения.

Значения Sdp и Sap - это координаты Точки производительности PP в сис-

теме координат A − D.


Точка производительности представляет собой решение ур. 4.48 и ос-новной результат анализа, описанного здесь. Она определяет (вероят-ное) внутреннее состояние (внутренние силы, смещения, вращения, сдвиги этажей, пр.) конструкционной системы при нагрузке землетрясе-ния. Точку производительности можно описать в различных системах координат:

• PP (Sdp , Sap): Система координат спектрального ускорения

SDOF - графика спектрального смещения (A − D)

• PP (Tp , Sap): Система координат спектрального ускорения SDOF –

периода (A − T)

• PP (ucnod,p, Vb,p): Система координат базового сдвига MDOF -

графика смещения контрольного узла (V B − U)

Формулы, управляющие преобразованием между данными система-ми координат, описаны в разделе 4.1, этапы 4 и 5 процесса выполне-ния анализа опрокидывания.

Для определения точки производительности PP требуется связать эффективное затухание ξeff и эффективный период Teff эквивалентной эластичной системы SDOF с координатами точки производительности Sdp и Sap .


4-46 SOFiSTiK 2014

Помня, что для эластичной системы SDOF справедливо следующее отно-шение

в качестве эффективного (пересекающего) периода мы можем записать (рисунок 4.21b)

Общее затухание неэластичной системы SDOF состоит из вязкого затуха-ния, присущего конструкции ξstr (PUSH ...DSTR) и затухания, которое про-порционально рассеиванию энергии в результате неэластичного гистере-зисного поведения силы-смещения ƒs*(D(t)). Для линеаризации уравнения движения неэластичной SDOF-системы данное гистерезисное затухание требуется привязать к эквивалентному вязкому затуханию линейной сис-темы ξ0. Следовательно, для общего эффективного затухания линейной системы SDOF мы можем записать ξeff

в котором, как указано выше, ξstr - это вязкое затухание, присущее конст-рукции, а ξ0 - это вязкое затухание, означающее гистерезисное затухание. Коэффициент κ называется коэффициентом изменения затухания, зна-чение которого станет очевидным далее.

Общий случай определения эквивалентного вязкого затухания линейной сис-темы ξ0 на основании гистерезисного затухания заключается в приравнивании энергии, рассеиваемой в рамках одного цикла вибрации неэластичной систе-мы, к аналогичной рассеиваемой энергии эквивалентной линейной системы. Следовательно, ξ0 может быть рассчитан, как (CHOPRA [5])

где ED - это энергия, рассеиваемая затуханием неэластичной системы SDOF, а ES - это максимальная энергия напряжения в системе.

Гистерезисная энергия ED может быть определена из графика способно-сти (рисунок 4,21). Сначала билинейное представление графика способ-ности в точке производительности PP может быть установлено путем приравнивания области под кривой способности Ec (рис. 4.21a) и области под билинейным представлением кривой способности Eb (рис. 4.21b), т.е.

Начальный проход билинейного представления принимается в направле-нии максимальной касательной к графику способности в точке (0,0).


SOFiSTiK 2014 4-47

Sa

Sap

Sa

PP Sap

PY Say

ω2

eƒ ƒ

PP

Ec Eb

Sdp Sd Sdy Sdp Sd

(a) График способности (б) Билинейное приближение способности

Sa

keƒ ƒ

PP Sap

PY Say

ES

Sdy Sdp Sd

ED

(в) Гистерезисная энергия рассеивания ED и максимальная энергия напряжения ES

Рисунок 4.21: Отклонение эффективного вязкого затухания ξeƒ ƒ неэластич-ной SDOF- системы по причине гистерезисного рассеивания энергии неэла-стичной SDOF-системы

Физический смысл энергии ED приведен на рисунке 4.21c. Он представля-ет собой энергию, рассеиваемую в рамках одного цикла движения, свя-занного с максимальным смещением Sdp в неэластичной системе SDOF, то есть энергию, замкнутую в одном цикле гистерезиса. Как оказывается, билинейная идеализация графика способности не обязательна для расче-та ED, поскольку можно доказать, что ED зависит исключительно от облас-ти EC и координат точки производительности PP (Sdp , Sap), т.е.

ES - это максимальная энергия напряжения в системе при смещении Sdp и при

эффективной жесткости Из рисунка 4.21c следует

. (4,56)


4-48 SOFiSTiK 2014

Таблица 4.12: Значения коэффициента изменения затухания, κ (ATC-40 [1], Таб-лица 8-1)

SBT ξ0 [ %] κ

A ≤ 16.25 1.00

> 16.25 1.130 − 0.510 · (ξ0 π/ 2)

B ≤ 25.00 0.67

> 25.00 0.845 − 0.446 · (ξ0 π/ 2)

C Любое значение 0.33

Поскольку значения ED и ES известны, мы можем определить ξ0 и ξeƒ ƒ

из ур. 4.53 и 4.52

Коэффициент изменения затухания κ - это показатель степени, в которой фактическое гистерезисное поведение конструкции можно представить в виде параллелограмма на рисунке 4.21c. Он предназначен для учета цик-лических эффектов деградации, например, уменьшения жесткости и проч-ности, а также эффектов заклинивания. Он зависит от гистерезисного по-ведения конструкции, которое характеризуется тремя типами (таблица 4.12):

• Тип A (SBTA) представляет собой устойчивые, достаточно полные циклы гистерезиса.

• Тип B (SBTB) представляет собой умеренное уменьшение области цикла.

• Тип C (SBTC) представляет собой гистерезисное поведение с сущест-венным снижением области цикла (существенно ущемленные и/или ухудшенные циклы).

Дополнительные сведения о типах конструкционного поведения читатель может получить из ATC-40 [1].

При известных свойствах эквивалентной линейной системы SDOF Teff и ξeff решение ур. 4.49a и 4.49b может быть получено из эластичного высоко демпфированного спектра отклика, который описан ниже.

Спектральный отклик эластичного ускорения Sae (T, ξeff) можно получить путем уменьшения эластичного спектрального отклика ускорения, демп-фированного на 5% Sae (T, 5%) при помощи спектрального коэффициен-та уменьшения SR(T, ξeff, SBT ), т.е.

Спектральный коэффициент уменьшения SR (T, ξeff, SBT) для различных диапазонов спектра отклика определяется с помощью

для

для


SOFiSTiK 2014 4-49

c

B

B

B

C

где SRa - это значение спектрального уменьшения в диапазоне спектра постоянного ускорения (T ≤ T tj ), а SRv - это значение спектрального

уменьшения в диапазоне спектра постояннойскорости (T ≤ T tj ). Период T tj отмечает переход между двумя диапазонами

c c

спектра.

Sae (T )

Sae = SB

Sae TC T tj

C

Stj

SB

Sae = Stj

Sae = SB · TC k1 S

T Эластичный 5% спектр отклика

B = SRa · SB Stj

B

T T tj

C

Sae = Stj · T tj k1

C

В

В

Уменьшенный спектр отклика

Sde

(a) Формат Sa − T

(б) Формат Sa − Sd

Рисунок 4.22: Уменьшенный спектр отклика

Коэффициенты спектрального уменьшения могут быть рассчитаны на ос-новании эффективного вязкого затухания ξeƒ ƒ с помощью отношения, раз-работанных Ньюарком и Холлом (NEWMARK AND HALL [34])

Минимально допустимые значения спектральных коэффициентов умень-шения, SRa,min и SRv,min, зависят от типа конструкционного поведения и приведены в таблице 4.13.

Таблица 4.13: Минимально допустимые значения SRa и SRv (ATC-40 [1], таблица 8-2)

SBT

SRa,min

SRv,min

A

0.33

0.50

B 0.44 0.56

C 0.56 0.67

Пересечение между графиками способности и потребности представляет собой точку производительности (4.23).


4-50 SOFiSTiK 2014

Sa

График эластичной потребности

Точка производительности

Sap

График способности

График потребности

Sdp Sd

Рисунок 4.23: Определение точки производительности PP

Процесс определения точки производительности может быть вкратце описан следующим образом:

1. Начните с пробной точки производительности PPt (Sdp,t , Sap,t). 2. Определите эффективный период Teff при PPt (ур. 4.51). 3. Рассчитайте Eс в PPt (ур. 4.54). 4. Рассчитайте энергию, рассеиваемую гистерезисным затуханием

ED и максимальную энергию напряжения ES в PPt (ур. 4.55 и 4.56). 5. Определите эквивалентное вязкое затухание ξ0 (ур. 4.53) и эффек-

тивное затухание ξeff (Ур. 4.52, таблица 4.12). 6. Рассчитайте спектральные коэффициенты уменьшения (ур. 4.58 и

4.59, а также таблица 4.13), и уменьшенный спектр отклика по-требности (график потребности). (Ур. 4.57, рисунок 4.22).

7. Определите новую точку производительности PP (Sdp , Sap) на пе-ресечении между графиками способности и потребности (рисунок 4.23).

8. Проверьте, находится ли новая точка производительности PP в пределах допуска пробной точки производительности PPt:

(a) Если НЕТ ⇒ Примите точку PP как новую пробную точку произ-водительности, т.е. PPt =PP и вернитесь к шагу 1.

(б) Если ДА ⇒ Анализ завершен, и точка производительности

равна PP (Sdp , Sap). Следующий ввод позволит определить точку производительности в соот-ветствии с процедурой ATC- 40 (TYPE ATC) конструкции с типом конструк-ционного поведения B (OPT SBTB) и внутренним затуханием ξstr = 3,5% (DSTR 3.5%):

LC 5003

PUSH TYPE ATC OPT SBTB LCC0 301 LCC1 2301 NLCC 25 CNOD 4 DSTR 3,5[%]


SOFiSTiK 2014 4-51

0,0

00

100

,00

0

200

,00

0

300

,00

0

400

,00

0

LCDM 21

Кривая опрокидывания для контрольного узла 4 (CNOD 4), который был ранее получен путем пошагового анализа опрокидывания с базовым слу-чаем загружения 301 (LCC0 301) и результатами, сохраненными в случаях загружения 2301 - 2325 (LCC1 2301 NLCC 25), преобразуется в график способности. Эластичный спектр отклика, демпфированный на 5%, кото-рый был ранее определен с помощью команды RESP в случае загружения 21, преобразуется в спектр эластичной потребности (LCDM 21). Результат анализа представлен на рисунке 4.24.

Sa [м/c2]

Tb = 0.1 T = 0.5

Tc = 0.6

T = 1.0

Ty Tp

10,00

T = 1.5

Способность

PP

5.00 PY

T = 2.0

0.00

UBC-эластичный

Td = 3.0

DTe=m4a.0nd, ξ-eff = 16.56%

Sd [мм]

Рисунок 4.24: ATC: График способности-потребности A-D


4-52 SOFiSTiK 2014

ƒ ∗

EC8: Процедура Eurocode 8



TYPE LCC0 LCC1 NLCC CNOD LCDM

EC8 Процедура Eurocode 8 Базовый случай загружения для кри-вой способности Первый случай загружения для кри-вой способности Количество случаев загружения для кривой способности Контрольный узел Случай загружения потребности

LI T −

−

−

− −

EC8 - -

1 - -

В данном разделе описаны основополагающие принципы процедуры Eurocode 8 для формулирования и решения эквивалентной неэластичной системы SDOF (ур. 4.9) и отделении неэластичной сейсмической потреб-ности от эластичной сейсмической потребности (EN1998- 1:2004 [13], FAJFAR [16], CHOPRA AND GOEL [6, 7]) 5.

ucnod

Vb Sa = Vb / (r2 · м)

D(t)

м∗

c∗

s (D)

ucnod

Vb

Sd = ucnod / (r · ϕcnod ) u¨g (t)

Рисунок 4.25: Идеализация системы MDOF с эквивалентной неэластичной SDOF- системой

Основная мысль данного метода - это решение эквивалентной неэла-стичной системы SDOF с помощью неэластичного спектра потребности. Эквивалентная система SDOF представляет собой идеализацию системы MDOF, чье нелинейное поведение характеризуется кривой опрокидыва-ния, полученной в ходе последовательного нелинейного статического анализа (рисунок 4.25), как описано в разделе 4.1.

Как указано выше, данный метод основан на решении уравнения движе-ния эквивалентной неэластичной системы SDOF, которая получается в разделе 4.1

5 EN1998-1:2004 [13] ⇔ обозначение SOFiSTiK: целевое смещение ⇔ точка

производительности,


SOFiSTiK 2014 4-53

s

(Ур. 4.6) и повторяется здесь в целях полноты

или записывается в форме ускорения, общего для систем SDOF

Масса м∗ и затухание c∗ эквивалентной системы SDOF получаются из

свойств системы MDOF (раздел 4.1, этап 4b), где нелинейная (неэластич-ная) сила сопротивления ƒs*(D(t)) получается из кривой опрокидывания системы MDOF.

Решение ур. 4.61 может быть найдено с помощью неэластичного (проект-ного) спектра отклика, представляющего собой максимальный отклик не-эластичной системы SDOF с эластичным периодом вибрации T* = 2π/ω*, вязким затуханием ξ*= 5% и нелинейной силой сопротивления ƒs*, как ука-зано ниже

где: Sdd (T) - неэластичное проектное псевдоспектральное смещение, Sad (T) - неэластичное проектное псевдоспектральное ускорение,

Sdp, Sap - координаты Точки производительности PP в системе

координат A − D.


Точка производительности представляет собой решение ур. 4.61 и основной результат анализа, описанного здесь. Ее можно описать в различных системах координат:

• PP (Sdp , Sap): Система координат спектрального ускорения

SDOF - графика спектрального смещения (A − D)

• PP (Tp , Sap): Система координат спектрального ускорения

SDOF – периода (A − T)

• PP (ucnod,p , Vb,p): Система координат базового сдвига

MDOF - графика смещения контрольного узла (VB − U)

Формулы, управляющие преобразованием между данными система-ми координат, описаны в разделе 4.1, этапы 4 и 5 процесса выполне-ния анализа опрокидывания.

Для определения точки производительности PP, периода T* и нелинейной силы сопротивления ƒs* эквивалентная эластичная система SDOF должна быть привязана к координатам точки производительности Sdp и Sap

Как показано в разделе 4.1, этап 4b, зависящая от времени нелинейная сила сопротивления - поведение смещения, ƒs* (D(t)), системы SDOF ха-рактеризуется отношением независящей от времени монотонной макси-мальной нелинейной силы - максимальной деформации ƒs* (Sd) системы SDOF (график способности, рисунок 4.26a), которое используется в реше-нии спектра отклика (ур. 4.11).


4-54 SOFiSTiK 2014

Наиболее общим подходом к решению нелинейного ур. 4.61 является идеализация отношения максимальной нелинейной силы сопротивления - максимального смещения ƒs* (Sd) (график способности) с помощью били-нейной модели с начальной жесткостью, k* = ω*2 и пределом текучести ƒ*sy. Билинейная идеализация графика способности в соответствии с EN1998-1:2004 [13] является эластичной идеально пластичной функцией (рисунок 4.26b). Влияние умеренного отверждение включено в спектр по-требности (FA- JFAR [17]).

(a) График способности (б) Билинейное приближение способности

Рисунок 4.26: Эластичная идеально пластичная идеализация графика способности

Приравнивание области (энергии деформации) под кривой способности Ec* и билинейная идеализация кривой способности Em* до точки произво-дительности PP (рисунок 4.26), т.е.

смещение идеализованной эквивалентной системы SDOF Sdy (и точки те-кучести PY (Sdy , Sdp)) может быть определено как

Период идеализованной системы T∗ = Ty также легко получается посред-

ством

Разделение неэластичного спектрального отклика системы SDOF с били-нейным отношением силы и деформации (PP (Sdp , Sap)) от спектрального отклика эластичной системы SDOF (PE (Sde , Sae)) основано на широко из-вестном понятии двух дополнительных параметров - коэффициента вяз-кости смещения, J-, и коэффициента уменьшения предела текучести по причине вязкости, Ry (рисунок 4,27).


SOFiSTiK 2014 4-55

Рисунок 4.27: Эластичная идеально пластичная система (O − PY − PP) и со-

ответствующая линейная система (O − PE)

Коэффициент вязкости µ определяется как отношение максимального смещения неэластичной системы SDOF Sdd = Sdp к смещению текучести Sdy

Коэффициент уменьшения предела текучести (т.е. уменьшения потребно-сти прочности по причине нелинейного гистерезисного поведения силы-деформации) Ry определяется как отношение


4-56 SOFiSTiK 2014

эластичной потребности в прочности ƒ ∗

к неэластичной потребности в прочности ƒ ∗ 6

где Sde (T∗) и Sae (T

∗) представляют собой эластичное спектральное сме-

щение и эластичное спектральное ускорение эквивалентной системы

SDOF (ур. 4.61) с периодом T∗ и затуханием ξ∗ = 5%, соответственно.

Коэффициент уменьшения прочности Ry и вязкость смещения µ зависят друг от друга. Некоторые предложения были внесены для определения

зависимости Ry −µ. Расширенный обзор находится в MIRANDA AND BERT-

ERO [32]. В Eurocode 8 используется следующее отношение

где TC представляет собой период, который отмечает переход между

диапазоном постоянного ускорения (T∗ ≤ TC ) и диапазоном постоянной

скорости и постоянного смещения в спектре (T∗ ≥TC ). Ур. 4.69 определяет

билинейный Ry −µ− T спектр (рисунок 4.30)7.

Преобразование ур. 4.69 позволяет выразить потребность в вязкости J-

через Ry и T ∗

Замена ур. 4.68 и 4.67 в ур. 4.63b и 4.63a дает следующее:

Ур. 4.71a - 4.71b позволяют выполнить разделение неэластичного спектрального отклика эквивалентной системы SDOF (точка производительности, PP (Sdp, Sap)) и эластичного отклика соответствующей эластичной системы (PE (Sde, Sae)). Данная процедура описана на рисунке 4.28.

6 Для неэластичной системы SDOF с эластичным идеально пластичным отношением силы сопротивления-смещения сила текучести ƒ* T* также представляет общую прочность.

7 Помните, что для µ = 1 справедливо следующее: ƒ*se = ƒ*sy

для

для

для

для


SOFiSTiK 2014 4-57

(a) Диапазон короткого перио-да, T ∗ < TC

(б) Диапазон среднего и длинного пе-риода, T ∗ > TC

Рисунок 4.28: Определение точки производительности PP для эквивалентной SDOF системы

Процесс определения точки производительности может быть вкратце описан следующим образом:

1. Начните с пробной точки производительности PPt (Sdp,t , Sap,t).

2. Рассчитайте энергию деформации E* = E* в PPt (ур. 4.64, рисунок 4.26a).

3. Определите билинейную идеализацию способности (точка PY) пу-тем определения смещения текучести Sdy и период T*= Ty эквива-лентной системы SDOF в PPt (ур. 4.65 и 4.66, рисунок 4.26b).

4. Рассчитайте эластичный спектральный отклик PE (Sde, Sae эквива-

лентной системы SDOF с T* = Ty от эластичного спектрального от-клика*, демпфированного на 5% (рисунок 4.28).

5. Рассчитайте коэффициент уменьшения прочности Ry, связанный с PPt (ур. 4.68, рисунок 4.27).

6. Рассчитайте вязкость µ связанную с PPt (ур. 4.70, рисунок 4.27). 7. Определите новую точку производительности PP (Sdp, Sap) из не-

эластичного проектного спектра (графика потребности) для систе-

мы SDOF с периодом T* = Ty, коэффициентом уменьшения преде-ла текучести Ry и вязкостью µ (ур. 4.71a и 4.71b, ур. 4.28)8.

8. Проверьте, находится ли новая точка производительности PP в пределах допуска пробной точки производительности PPt:

8 Помните, что в процедуре Eurocode 8 нет необходимости чертить кривую потребности для поиска точки производительности.


4-58 SOFiSTiK 2014

(a) Если НЕТ ⇒ Примите точку PP как новую пробную точку про-

изводительности, т.е. PPt = PP и вернитесь к шагу 1.

(б) Если ДА ⇒ Анализ завершен, и точка производительности

равна PP (Sdp , Sap).

Следующий ввод позволит определить точку производительности в соот-ветствии с процедурой Eurocode 8 (TYPE EC8):

LC 5004

PUSH TYPE EC8 LCC0 301 LCC1 2301 NLCC 22 CNOD 4 LCDM 11

Кривая опрокидывания для контрольного узла 4 (CNOD 4), который был ранее получен путем пошагового анализа опрокидывания с базовым слу-чаем загружения 301 (LCC0 301) и результатами, сохраненными в случаях загружения 2301 - 2325 (LCC1 2301 NLCC 25), преобразуется в график способности. Эластичный спектр отклика, демпфированный на 5%, кото-рый был ранее определен с помощью команды RESP в случае загружения 11, преобразуется в спектр неэластичной потребности (LCDM 11). Резуль-тат анализа представлен на рисунках 4.29 и 4.30.

Рисунок 4.29: EC8: График способности-потребности A-D


SOFiSTiK 2014 4-59

Рисунок 4,30: EC8: Спектр Ry − µ− T


4-60 SOFiSTiK 2014

4.10.2 SPL - Пределы конструкционных показателей

Точка производительности используется для сравнения общего отклика конструкции и отдельных деформаций компонентов с граничными значе-ниями в контексте конкретных целевых показателей производительно-сти для рассматриваемого здания. Целевой показатель производитель-ности представляет собой желаемый уровень производительности зда-ния при данной сейсмической угрозе (движении земли при землетрясе-нии). Уровни производительности определяются ограничениями показа-телей производительности (ATC-40 [1]). Пределы конструкционных по-казателей можно разделить на следующие категории:

• Местные ограничения приемлемости для элементов и компонентов. Каждый компонент (балка, колонна, плита, соединения, пр.) конструк-ционных элементов (каркасов, сейсмических стен, перегородок, осно-ваний, пр.) должен быть проверен на предмет того, находится его от-клик при данной сейсмической потребности (уровне сил и деформа-ций, соответствующем точке производительности) в допустимых пре-делах (ограничениях производительности). Местные пределы произ-водительности для балочных пластичных подвесов могут быть опре-делены в AQUA (см. AQUA: SFLA).

• Общие пределы конструкционных показателей. Аналогично местным пределам показателей производительности имеется возможность опре-делить общие пределы показателей производительности. Пользователь может указать до пяти общих пределов (конструкционных) показателей производительности (PUSH...SPL1...SPL5).

Следующий ввод позволяет настроить общие пределы показателей про-изводительности (SPL1-SPL5) в виде смещений ucnod (система координат VB-U). Если анализ имеет такой тип, который работает с системой коор-динат A-D (например, PUSH TYPE ATC, EC8, пр.), то уровни производи-тельности, указанные как смещения ucnod, будут преобразованы в спек-тральные смещения эквивалентной системы SDOF Sd (рисунок 4.31).

LC 5003

PUSH TYPE ATC ... SPL1 0.10[м] SPL2 0.18[м] SPL3 0.25[м] $$

SPL4 0.35[м] SPL5 0.45[м]

Рисунок 4.31: Пределы конструкционных показателей

Поезд загружения | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 5-1

5 Поезд загружения

5.1 Общие сведения

Поезда загружения для мостов определяются тем фактом, что для каждо-го отдельного элемента наиболее благоприятное положение нагрузки от-личается, а реакции сложно предсказать заранее.

Основой для процесса обработки движущейся нагрузки является геомет-рия полосы движения, описанная на плоскости прямыми, круглыми или клотоидными элементами, а также на подъеме в виде прямой или квадра-тичной параболы. Они могут быть приняты из базы данных по определе-нию SOFiMSHB или заданы явно с помощью записи GAX. Каждая ось мо-жет иметь до девяти отдельных полос с номерами от 1 до 9, которые за-даются через LANE. Для коэффициентов динамического воздействия можно указать эффективную длину, а также определить дополнительную ширину зоны движения транспорта.

Каждая полоса имеет две системы координат. Имеется местная система (x) по оси полосы для фактического расстояния. Однако ввод точек вдоль полос осуществляется в глобальной системе станций (s), что позволяет определить выравнивание полос относительно друг друга.

Имеется три основных подхода к проблеме поиска наиболее неблагопри-ятного расположения нагрузки:

• По одному генерируются многочисленные случаи загружения при на-грузке от поезда в отдельных точках, после чего выполняется поиск максимума с помощью средства наложения MAXIMA. Однако для не-которых определений нагрузки применение данного способа не воз-можно по причине слишком больших затрат времени.

• Более общий способ позволяет определить линии воздействия для сил и моментов во всех или выбранных точках на конструкции. На втором этапе данные линии воздействия могут быть оценены с помо-щью поездов загружения. Результатом являются экстремумы всех сил и моментов. Это выполняется с помощью программного модуля ELLA, который хорошо оптимизирован под выполнение данной задачи.

• И наконец, также возможен переходной анализ нагрузки, которая кур-сирует по конструкции. Он выполняется с помощью программы DYNA. Для анимации данного процесса запись TREX является крайне полез-ной.

В зависимости от системы и нагрузки более предпочтительным является тот или иной метод. Специальные воздействия, например, нагрузка, кото-рая не привязана к полосе в поперечном направлении (EC) или имеет не-зависимые колеса (DIN), могут приводить к существенному увеличению требуемого количества случаев загружения.

SOFiLOAD | Поезд загружения

5-2 SOFiSTiK 2014

Для определения поезда загружения доступны сле-дующие команды:

TRAI Указание поезда загружения

TRPL, TRBL Явная нагрузка поезда загружения

Данные команды не приводят к тому, что к конструкции прилагаются на-грузки. Определения нагрузки сохраняются под номером случая загруже-ния, который не должен использоваться иным образом. Преобразования поезда в отдельную нагрузку выполняется с помощью команды SOFiLOAD/COPY. Со ссылкой на геометрическую линию (GAX) и связан-ную полосу (LANE) выполняются следующие преобразования:

• Эксцентриситет применяется относительно по-лосы.

• Поезд загружения принимается по геометрии полосы.

• Центробежная нагрузка создается на основании скорости поезда и кривизны полосы.


Данные функции требуют наличия лицензии ELLA или специальной ли-цензии TRAI.

5.2 Группы нагрузок

Имеется возможность применения нескольких коэффициентов сочетания для одного поезда загружения. Следовательно, мы имеем группы загру-жения в пределах EN 1991-2 или DIN FB. Для автомобильных мостов они приведены в таблице 4.4, а для железнодорожных мостов - в таблице 6.6. Из данных определений вычитаются данные из следующей таблицы:

Зона движения транспорта

тип вертикальные нагрузки горизонтальные нагрузки

Модель LM1(TS) LM1(UDL) LM4 торможение центробеж-ные

gr0 характерный

grU характерный

gr1 характерный характерный (*) (*)

gr2 частый частый характерный характерный

gr2n частый частый нечастый нечастый

gr2f постоянный постоянный частый частый

gr3 характерные для тротуаров


SOFiSTiK 2014 5-3

Зона движения транспорта

тип вертикальные нагрузки горизонтальные нагрузки

Модель LM1(TS) LM1(UDL) LM4 торможение центробежные

gr4 характер-ный UDL на общей пло-

щади

gr5 LM 3 харак-терные для главной по-

лосы

LM 1 частые на прочих полосах

gr6 0,5

Характер-ный

0,5

Характерный

0,5

Характер-ный

0,5

Характерный

Выбор группы позволяет отобрать отдельные коэффициенты для компо-нентов из общего определения поезда загружения. gr6 Применяется для обмена опорами в соответствии с DIN FB. Для всех сочетаний со значе-ниями, отличными от характерных, применяются коэффициенты PSI в EC1. Любое отклонение от этого должно строиться с помощью специаль-ных групп и явного коэффициента FACT.

В Приложении C к DIN FB 101 для автомобильных мостов также устанав-ливается следующее (”если не указано иное”):

• LM2 и прочие единичные нагрузки на пешеходные дорожки не должны сочетаться с прочей подвижной нагрузкой

• Ни снег, ни ветер не следует сочетать с торможением и группами за-гружения gr2 или gr3.

• Снеговое или ветровое воздействие, превышающие ψo *FWk, следует сочетать с gr1 или LM1.

• Ветер и температура не могут применяться вместе.

Группы подвижных нагрузок для железнодорожных мостов с 11 по 31 в соответствии с таблицей 6.6 в DIN FB 101 лучше всего оцениваются с по-мощью ELLA или MAXIMA, а не с помощью комбинированной явной на-грузки. Для таких мостов ветровая и подвижная нагрузки связаны вместе, потому они должны воздействовать только в той точке, где находится по-езд, но при этом только в том случае, если ветровая нагрузка не превы-шает определенного порога.


5-4 SOFiSTiK 2014

5.3 GAX – Геометрия оси

См. также: Поезд загружения, LANE GAX

Эле-мент


ния


нию

NO S X Y Z R A

NX NY NZ

TYPE

TITL

Определитель оси Общая длина дуги (станции) Фактические координаты точки Радиус оси полосы

Кривая спирального перехода R·L=A2

Вектор направления

Тип оси AXIS общая ось LANE полоса движения транспорта BGEO линия геометрии моста

Обозначение полосы

LI T 4

− [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

− − −

LI T

LI T 32

А1 0 0 0 0 - -

* * *

AXIS

-

Теперь в SOFIMSHC можно определить общую геометрическую ось со всеми сведениями. Для SOFiLOAD/ELLA/GEOS предусматривается только упрощенное определение следующего вида.

• Определение с помощью длины соответствующей станции на плоско-

сти. Для первой записи оси указывается точка начала (X,Y,Z) и на-правление начала (NX,NY,NZ), длина первого сегмента S и необяза-тельная кривизна, а также клотоидный параметр. Все последующие записи содержат только дальнейшие значения S и параметры кривиз-ны.

Если задан радиус, будет сгенерирован переходной элемент от по-следнего радиуса к текущему значению. Положительные значения R вызывают кривизну вправо, а отрицательные значения - кривизну влево. Если определено A, клотоидная кривая спирального перехода создается с повышением кривизны для положительных значений A и уменьшением кривизны для отрицательных значений. Если радиус R не задан, он будет рассчитан автоматически на основе длины. Если же он задан вместе с A, вместо этого будет рассчитана кривизна точки начала. Трехцентровые арки с подетальными постоянными показате-лями кривизны могут быть определены с помощью A=0.0 и выбора радиуса.


SOFiSTiK 2014 5-5

Рисунок 5.1: Ось полосы

• Определение точек 3D на кривой Координаты должны вводиться для всех записей. Данное направление (NX,NY,NZ) является местной осью z, следовательно, определенная круглая дуга поворачивается вокруг данного вектора.

Описанные элементы будут автоматически приняты из WinGRAF как ди-намическая ось. Рекомендуется выполнять графическую проверку с по-мощью программ WING или WinGRAF.

Опции для определения высоты или поперечного уклона теперь доступны в SOFiMSHC.


5-6 SOFiSTiK 2014

5.4 LANE – Ширина дорожных полос

См. также: Поезд загружения, GAX LANE



NR

TYPE WR WL

Номер полосы (идентификационный но-мер полосы) например A1.3 = третья по-лоса оси A1 только идентификация поло-сы = все полосы

Предустановленный тип (см. примечания) Ордината правого бордюрного камня Ордината левого бордюрного камня

LI T

LI T [м] 1001 [м] 1001

*

* -

-WR

SA SE YCA YCE YRA YLA YRE YLE L

Координаты начала по оси полосы Координаты конца по оси полосы Смещение центра полосы в начале (SA) Смещение центра полосы в конце (SE) Правое значение в начале (SA) Левое значение в начале (SA) Правое значение в конце (SE) Левое значение в конце (SE) Эффективная длина коэффициентов воз-действия и зависимости нагруженной длины

CONT добавление к последнему сег-менту

− −

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

! ! *

YCA * *

YRA YLA

*

HSA

HSE

INCA

INCE HEFF BEFF DEFF INCD ASL

Высота полотна или рельса над полосой в точке SA Высота полотна или рельса над полосой в точке SE Поперечный уклон dz/dy или Llh [мм] в точке SA Поперечный уклон dz/dy или Llh [мм] в точке SE Эффективная высота рельса или шпалы Эффективная длина шпалы Эффективная ширина шпалы Угол разброса напряжений Расстояние между точками установки

[м] 1001

[м] 1001

[мм]

[мм] [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

−

[м] 1001

0,0

HSA

0,0

INCA - - -

0,25

-

Общая площадь нагрузки делится на 99 отдельных полос движения транспорта по отношению к данной геометрической оси. Они могут быть созданы автоматически с помощью предустановленного стандартного се-чения или явных координат. Можно разделить каждый сегмент с разной шириной и коэффициентами динамического воздействия. Все полосы должны быть определены вместе с существующей осью, любое новое оп-ределение приведет к удалению всех ранее определенных полос.


SOFiSTiK 2014 5-7


Ширина полосы определяется по правой и левой границам. Полосу можно сузить и расширить с помощью ввода разных данных на различных стан-циях. Если края полосы пересекают полосу, это следует определить толь-ко в отдельных точках для обеспечения правильной обработки нагрузки скручивания.

Ширина поезда загружения может быть меньше ширины полосы. В это случае дополнительные основные области устанавливаются как загру-женные постоянной нагрузкой, указанной в составе поезда загружения. Если поезд загружения больше ширины полосы, возможно уменьшение прилагаемой нагрузки.

Полоса 0 всегда должна быть определена. Следует разделять два случая для следующих процедур:

• Имеется только полоса 0, ширина движущейся нагрузки определяется только поездом загружения.

• Имеются другие полосы в пределах границ бордюрных камней. Потому полоса 0 определяет общую степень нагрузки от транспорта, включая пешеходные дорожки. Ширина движущейся нагрузки представляется собой максимальную степень для всех остальных полос.

ОСЬ.1

T 101 Y −4.00 −2.00 0.00 2.00 4.00 м

1 : 70


Дополнительная базовая площадь

Нагрузка при постоянной ширине


5-8 SOFiSTiK 2014

Постоянные секции по умолчанию доступны через следующие константы. Если данный тип (без пустого пространства) задан для основной полосы, вторичные полосы создаются автоматически:

RQ7.5, RQ9.5, RQ10.5, RQ15.5, RQ20, RQ26, RQ29.5

RQ33, RQ35.5 Автоматическая установка общей ширины

Для следующих типов всегда требуется определение бордюрного камня, которое является постоянным для всей полосы.

EC EC 1-3 (4) / DIN-Fachbericht 101

BS четные полосы в соответствии с BS отн. BD 37-01

CAN четные полосы в соответствии со Стандартами Канады

IRC четные полосы в соответствии со Стандартами Индийского кон-гресса строителей дорог

JRA основная и вторичная полосы (Конгресс строителей дорог Япо-нии)

AS основная и вторичная полосы (Стандарт Австралии AS 5100)

Если полосы имеют одинаковую ширину, они должны быть выровнены справа (положительные значения y), начиная с 1. Однако, если это не так, полоса 1 всегда является центральной полосой на всей области движения транспорта, а дополнительные полосы с номерами от 2 до 9 создаются рядом вместе с полосой 1. Дополнительные полосы создаются справа на-чиная с 10 и слева начиная с номера 20.

ОСЬ.11

T 102

ОСЬ.10

T 101 Y −4.00 −2.00 0.00 2.00 4.00 м

M 1 : 70


ОСЬ.20

T 101

ОСЬ.21

T 102 Y −4.00 −2.00 0.00 2.00 4.00 м

M 1 : 70



SOFiSTiK 2014 5-9

Остаточные площади - это площади между краями, определенные шири-ной поезда загружения и краями самой полосы. Следовательно, пешеход-ные дорожки включаются только в полосу 0. Промежутки между полосами НЕ рассматриваются как остаточные области нагрузки.

Для нагрузки полоса в SOFiLOAD делится в продольном направлении на сегменты (например, каждый пролет). При необходимости сочетания не-скольких определений полос в один сегмент определение L возможно только для первого определения, что позволяет указать постоянную CONT для всех прочих сегментов в этой точке.

Для железнодорожных мостов существуют подробные таблицы, которые доступны в составе EC1 или DIN FB 101 и описывают процесс выбора управляющей длины. Кроме того, также имеются подробные описания процесса расчета эффективного давления от нагрузки, которой требуются значения от HEFF до ASL, которые, однако, определяются только в SOFiLOAD.



5-10 SOFiSTiK 2014

5.5 TRAI – Определение поезда загружения

См. также: COPY, TRPL, TRBL, LANE, TREX TRAI



TYPE Тип поезда загружения

LI T CONS

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 PFAC WIDT

Класс поезда загружения или значение нагрузки Второе значение для поезда загружения Третье значение для поезда загружения Четвертое значение для поезда загруже-ния на свободных областях Ветровая нагрузка Высота области ветрового воздействия Параметры нагрузки при торможении Высота центра масс для центробежной нагрузки Коэффициент вертикальной нагрузки всего поезда (например, классифициро-ванная нагрузка UIC) Ширина поезда загружения

кН, м

кН, м кН, м кН, м

кН/ м2 кН/ м2 [м] 1001

*

[м] 1001

−

[м] 1001

* * * * * * * *

* 1,0

*

PHI PHI2 PHIS PHI4 V FUGA

Коэффициент явного воздействия для изгиба Коэффициент воздействия для благо-приятного изгиба Коэффициент явного воздействия для смещения Коэффициент воздействия для благо-приятного смещения Скорость поезда загружения Коэффициент масс всего поезда для центробежных сил

−

−

−

−

[км/ч] 1203

−

*

*

*

*

*

1,0

XCON

YEX DIR

Минимальное расстояние между повто-ряющимися поездами загружения (кон-вой)

Значение эксцентриситета специальных поездов Направление поезда

B = в обоих направлениях

R = только вправо (положительное)

L = только влево (отрицательное)

N = поезд не движется

[м] 1001

[м] 1001

LI T

0

0,0

B



SOFiSTiK 2014 5-11



DIRT Направление поперечной нагрузки B = в обоих направлениях R = только вправо (положительное) L = только влево (отрицательное) N = подавление данной нагрузки

LI T B

FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE FRWH DAWH

Параметры для многокомпонентной ди-намики: Частота для компонента Пружина Cb Модальное затухание опоры корпуса Значение нагрузки тележки Частота тележки Пружина Cbo Модальное затухание в опоре тележки Значение нагрузки на колесо Частота пружины колеса Cwh Модальное затухание опоры колеса

1/ c

− − / кН

1/ c

− − / кН

1/ c

−

∞

0,0 0,0

∞

0,0 0,0

∞

0,0

Описание всех доступных поездов загружения приведено на следующих страницах. Если значение расстояния в конвое указано (XCON), данный поезд будет применен несколько раз с данным минимальным расстояни-ем между ординатой последней нагрузки и эталонной точкой последую-щего поезда загружения.

Общая, возможно переменная, ширина полосы загружается с помощью базовой нагрузки на площадь P5. В отличие от этого перемещение нагруз-ки имеет постоянную ширину. Базовая нагрузка на площадь применяется без динамических коэффициентов и без центробежных сил.

Ветровая нагрузка обычно равна P6 и действует горизонтально на полосу движения транспорта с высотой P7. Поскольку во время сильного ветра движения транспорта не наблюдается, это не является максимальной ветровой нагрузкой на саму конструкцию. Знак ветровой нагрузки опреде-ляется как положительный, если она поступает справа в направлении движения, но опция DIRT позволяет выполнить более точное определе-ние. ELLA имеет возможность с помощью записи POSL и опции OPT при-менить ветровую нагрузку в наиболее неблагоприятном направлении на свой выбор, если DIRT это допускает. Обе опции сочетаются с помощью операции логического ”и”.

Поезда загружения имеют направление движения, которое не только важ-но для некоторых поездов загружения, но также является и направлением нагрузки торможения. Если указан DIR N, коэффициент воздействия не будет применяться, и торможение, скорость и ветровая нагрузка будут равны нулю.


5-12 SOFiSTiK 2014

Значение P8 трактуется по-разному для каждого типа нагрузки. Знак нагрузки торможения принимается от направления движения. Изменение знака (DIR B) допускается только для ELLA. Постоянные L и R устанавливают нагрузку торможения, которая действует в одном и том же направлении.

Для анализа с помощью динамики нескольких тел имеется возможность ге-нерировать массы, балки, пружины и демпферы с помощью записи TREX. Масса тележки и колеса может быть указана либо как положительное абсо-лютное значение нагрузки, либо как отрицательная часть общей массы. До-полнительные сведения представлены в разделе о записи TREX.

Таблица стандартных поездов загружения:

USER постоянная нагрузка на площадь P5 / пользовательский поезд загру-жения

LM1 модель нагрузки с двумя осями 1 в соответствии с Eurocode 1 часть 3

LM2 модель нагрузки с одной осью 2 в соответствии с Eurocode 1 часть 3

LM3 модель нагрузки для специального случая 3 в соответствии с Eurocode 1 часть 3

SV,SOV специальные транспортные средств в соответствии с BS EN1991-2

LM4 модель нагрузки от пешеходов 4 в соответствии с Eurocode 1 часть 3

FLM1 модель усталостной нагрузки 1 в соответствии с Eurocode 1 часть 3




SLW Нагрузка от тяжелого грузовика в соответствии с DIN / OENORM / IAP

LKW Стандартный грузовик (в соответствии со строительными правилами)

LKWD Немецкий грузовик (в Австрии) LKWA Австрийский грузовик

NBR Бразильские поезда загружения NBR 7188 / NB6 аналогично SLW/LKW

H Нагрузка на шоссе в соответствии с AASHTO соотв. BS 5400

HS Нагрузка на шоссе в соответствии с AASHTO соотв. BS 5400

HT Грузовик на шоссе H(M) в соответствии с AASHTO HST Грузовик на шоссе HS(MS) в соответствии с AASHTO


SOFiSTiK 2014 5-13

CAN Нагрузка на шоссе в соответствии со Стандартом Канады CSA

ONT Нагрузка на шоссе в соответствии со Стандартом Канады CSA (Онтарио)

HA HA в соответствии с BS 5400

HB HB в соответствии с BS 5400

IRC Класс нагрузки AA, A, B и приложение I к

Стандарту Индийского конгресса строителей дорог 6-2000

JRA Поезда загружения T и L в соответствии со стандартами Ассо-циации строителей дорог Японии

BRO1 3-осный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 1

BRO2 Одноосный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 2/3/4

BRO3 2х3-осный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 5

BROF Усталостный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO

AS A Одно колесо / ось в соответствии со Стандартом Австралии AS 5100

AS M Поезд загружения M 1600 в соответствии с AS 5100

AS S Поезд загружения S 1600 в соответствии с AS 5100

HLP Тяжелая платформа нагрузки в соответствии с AS 5100.7

UIC Нагрузка в соответствии с UIC 71 соотв. RU of BS 5400

SW Тяжелые поезда загружения SW/0 DS 804 / EC

SW/2 Тяжелые поезда загружения SW/2 DS 804 / EC

RFAT Усталостная нагрузка железной дороги EC и друие

HSLM Поезда загружения в соответствии с EC 1 Приложение 2

RL Нагрузка на железную дорогу BS 5400

ASRT Нагрузка на железную дорогу AS 5100

Все поезда загружения расширяются с помощью определений TRPL и TRBL. Это применяется в частности для моделей загружения CONS и LM3. Пользователь учесть следующее:


5-14 SOFiSTiK 2014

• Следует вычесть подвижную нагрузку по умолчанию P5 для областей,

загруженных определенной нагрузкой.

• Расстояние до последней нагрузки стандартного поезда может не со-ответствовать ожидаемому по причине автоматически сгенерирован-ным нагрузкам данного типа и подлежит перепроверке.

Модель нагрузки Eurocode позволяет перемещать нагрузку по полосе в пределах определенных ограничений, потому каждая нагрузка представля-ет собой диапазон возможных эксцентриситетов для ELLA.

5.5.1 Коэффициент влияния

Четыре различных динамических коэффициента предусматриваются в за-висимости от благоприятного или неблагоприятного воздействия нагрузки, а также в зависимости от изгиба и эффекта сдвига. Значения зависят от динамических свойств конструкции, типа нагрузки и эффективной длины, которая определяется в общем для каждого отдельного элемента и резуль-тата с помощью записи CALC. Если все вышеуказанное не было выполне-но, применяется значение, определенное в геометрии полосы, но также можно указать явное значение для каждого их данных четырех значений. Путем определения PHI STEE, CONC, PRCO и COMP выбираются вариан-ты формул, если строительные правила содержат такие варианты.

Формулами по умолчанию являются следующие:

• DIN Коэффициент влияния в соответствии с DIN 1072 (По умолчанию для SLW и LKW)

• UIC Коэффициент влияния в соответствии с EN 1992 / DS 804

для расширенного обслуживания

• UICB Коэффициент влияния в соответствии с EN 1992 / DS 804

для стандартного обслуживания

• BS Коэффициент влияния в соответствии с BS 5400


SOFiSTiK 2014 5-15

• NA Коэффициент влияния в соответствии с TMH7

• SW/0 Коэффициент влияния в соответствии с DS 804

от 1,48 до 1 • SW/2 Коэффициент влияния в соответствии с DS 804

от 1,18 до 1,03 • AASH Коэффициент влияния в соответствии с AASHTO

от 1,00 до 1,30

• CAN Коэффициент влияния в соответствии с CAN/CSA

от 1,25 до 1,40, в зависимости от доступной длины для одной, двух или трех осей. (Зависимость для фактического количества применяемых осей не доступна)

• IRC Коэффициент влияния в соответствии с Положением 211 Рис. 5. для Класса A, B и нагрузки AA на бетонные и стальные мосты.

• JRA Коэффициент влияния в соответствии с JRA различается толь-

ко для T-нагрузки, для L-нагрузки имеются отклонения для стандартных бетонных и стальных мостов.

•

• AS Коэффициент влияния в соответствии с AS 5100 определяется как (1+α). Для дорог фиксированные значения приведены в таблице 6.7.2, однако поскольку M1600 требует большего допуска в случае од-ного трехосевого компонента, а также при наличии стационарной на-грузки S1600 без динамического допуска, требуется пользовательское определение в некоторых случаях.

Железнодорожная нагрузка разделяется на сбалансированную и непо-средственно закрепленную (ввод с помощью LANE) и учитывается для эталонной длины следующим образом:


5-16 SOFiSTiK 2014

LPHI следует определить для оси с помощью LANE. Однако ELLA также может использовать расстояние нулевых значений линии воздействия как приемлемый подход к эффективной длине. При отсутствии введенного значения LPHI динамический коэффициент будет установлен равным значению при минимальной длине, а ширина полосы будет установлена равной 0,0.

Динамические коэффициенты в соответствии с приложением E к DIN FB 101 зависят от частоты конструкции и потому должны устанавливаться явным образом.

5.5.2 Центробежные силы

В случае кривой масса нагрузки, которая обычно получается от верти-кальной нагрузки, используется вместе со скоростью движения поезда и кривизной полосы для расчета компонентов центробежной нагрузки.

Силы, рассчитанные в соответствии с законами физики с использова-нием vin [м/c], следующие:

Иногда в строительных правилах имеется альтернативная формула для скорости в [км/ч] с коэффициентом v2/(127R). Эти силы будут изменены для Eurocode и BRO следующим образом: Со-гласно Eurocode EC 1-3 4.3 (независимо от v)

Эти силы будут изменены для железнодорожных нагрузок UIC следующим образом:

UIC Уменьшение в соответствии с DS 804 / BS 5400 /

EC 1-3 6.5 для v > 120 км/ч и L > 2,88

м

м

м


SOFiSTiK 2014 5-17

Для FUGA вы можете явно указать дополнительный коэффициент. Отри-цательные коэффициенты будут учитывать законы физики во всех типах поездов загружения.

В тех случаях, когда требуется учесть горизонтальную центробежную на-грузку или горизонтальную пульсацию, горизонтальная нагрузка PW/HW может быть указана с помощью TRPL/TRBL.

5.5.3 Поезда загружения по Eurocode

Положение нагрузки в соответствии с Eurocode в пределах полос движе-ния транспорта является свободным. Синхронизация со вторичными по-лосами не применяется. Максимальное расстояние в 0,5 м между приле-гающими нагрузками не проверяется ELLA, но будет удовлетворено почти во всех случаях, если ширина полосы составляет не менее 2,5 м.

Двойная ось должна применяться только в общем. Следовательно, все нагрузки на оси будут установлены как применяемые, даже если они яв-ляются благоприятными.

Модель загружения 1

Рисунок 5.7: Модель загружения 1

Имеется одна двойная ось с расстоянием в 1,2 м. Для других классов по-лос обычно рекомендуется использовать три различных поезда загруже-ния с индивидуальными


5-18 SOFiSTiK 2014

коэффициентами корректировки αq. Данные коэффициенты указаны в на-циональных приложениях и определены в файлах INI. (например, в DIN Fachbericht со значением αQ = 0,8, в SIA со значением αQ = 0,9). Прочие значения могут быть указана с помощью непосредственного значения на-грузки при необходимости.

P1 = Класс 300 200 100

P2 = Нагрузка на ось [кН] 300 200 100

P3 = Резерв [ кН] 0 0 0

P4 = Полоса движения транспорта [ кН/м2 ] 9,0 2,5 2,5

P5 = Остаточная область [кН/м2 ] 2,5 2,5 2,5

P8 = Нагрузка торможения [кН] * 0,0 0,0

Нагрузка торможения рассчитывается в соответствии с длиной всей поло-сы и распределяется как равномерная нагрузка по линии:

Верхний предел определяется по запросу STANAG, он может быть по-вторно определен в соответствии с национальным приложением или иными средствами. Он может быть указан с помощью глобальной пере-менной EN1991-2 QLMAX в файле INI.


Данная модель загружения представляет собой одинарную ось, принятую из модели загружения 1, на с коэффициентом динамического воздейст-вия, а также возможность независимого воздействия колес. Поскольку данная модель предназначена только для местных элементов, ее не сле-дует выбирать в ELLA, поскольку она не работает с областями воздейст-вия (INT¿2). Возможным случаем применения является случайный случай загружения транспортного средства на пешеходной дорожке:


SOFiSTiK 2014 5-19


P1 = Базовое значение 400 300 200 100

P2 = Нагрузка на ось [кН] 320 240 160 80

P3 = Вращение [◦] 0 0 0 0 P5 = Остаточная область [кН/м2

] 0,0 0,0 0,0 0,0

P8 = Нагрузка торможения [кН] 0,0 0,0 0,0 0,0



Данная модель загружения предназначена для специальных случаев тя-желых транспортных средств. Мы должны различать между узким вариан-том, который помещается на одну полосу (2 оси) и более широким


5-20 SOFiSTiK 2014

вариантом для P2=240 (3 оси). В последнем случае должна применяться нагрузка одного и того же поезда загружения на двух синхронизированных полосах со специальными положениями YEX. Части поезда загружения, которые не находятся в пределах полосы, будут автоматически отрезаны.

Три значения от P1 до P3 определяют нагрузку следующим об-разом (Таблица A1):

600 / 150 4 × 150 кН

900 / 150 6 × 150 кН

1200 / 150 8 × 150 кН

1200 / 200 6 × 200 кН

1500 / 150 10 × 150 кН

1500 / 200 7 × 200 кН + 1 × 100 кН

1800 / 150 12 × 150 кН

1800 / 200 9 × 200 кН

2400 / 200 12 × 200 кН

2400 / 240 10 × 240 кН

2400 / 200 / 200 6 × 200 кН + 6 × 200 кН

3000 / 200 15 × 200 кН

3000 / 240 12 × 240 кН + 1 × 120 кН

3000 / 200 / 200 8 × 200 кН + 7 × 200 кН

3600 / 200 18 × 200 кН

3600 / 240 15 × 240 кН

3600 / 200 / 200 9 × 200 кН + 9 × 200 кН


SOFiSTiK 2014 5-21


Скорость движения поезда загружения является крайне важным парамет-ром. Она не только управляет передней и задней частью некоторых поез-дов загружения, но и определяет, движется ли поезд медленно (v = 5 км/ч) или с нормальной скоростью (v = 70 км/ч). Это вызывает применение или неприменение коэффициента влияния.

Кроме того, нагрузка в пределах 25 м перед и позади транспортного сред-ства не допускается, однако можно применить поезд загружения LM1 со значениями частой нагрузки (ψ1 ) путем указания номера случая загруже-ния соответствующего поезда загружения LM1 в параметре P4. Для выбо-ра относительного положения к транспортному средству перед или позади поезда загружения используется знак определения P4. Положительное значение позволяет выбрать нагрузку перед, а отрицательное значение - нагрузку после транспортного средства. Реализованный алгоритм не по-зволяет осуществлять выбор автоматически.

Поскольку коэффициенты ψ1 отличаются для UDL и TS, мы используем в данном случае загружения значение ψ1 для TS и ψ2 для UDL. Если данные значения не определены, принимаются значения из EN по умолчанию.

Модель загружения 3 (NA BS)

NA к BS EN 1991-2:2003 определяет различные типы данной модели за-гружения. Расстояние до остаточной нагрузки на полосе было уменьшено до 2,5 с 5,0 м. Поскольку каждая ось имеет разный коэффициент динами-ческого усиления, они применяются непосредственно, если V превышает 5 км/ч.

Поезда загружения Общего порядка специального типа (STGO) выбира-ются с помощью TYPE SV, где P1 определяет класс (80, 100 или 196), P2 и P3 не используются, а все прочие параметра, особенно P4, остаются применимыми:


5-22 SOFiSTiK 2014

Рисунок 5.11: Модель загружения 3 (NA BS)

Поезда загружения Специального порядка (SO) выбираются с помощью TYPE SOV:


P1 = Класс 250 350 450 600

P2 = Сочетание тягачей на градиентах свыше 1:25

= Количество тянущих тягачей * 10 + количество толкающих тягачей

P3 = явное фиксированное расстояние между прицепами (значение по умолчанию меняется)


Это модель загружения для пешеходов с базовой областью нагрузки с ми-нимальным значением 5,0 кН/м2. Для нагруженной длины свыше 10 м зна-чение нагрузки уменьшается:


SOFiSTiK 2014 5-23

Далее мы получаем стандартное транспортное средство в соответствии с Eurocode:


P1 = Нагрузка на ось QSV1 80 кН P2 = Нагрузка на ось QSV2 40 кН P3 = Расстояние между осями 3,00 м

Для применения данной модели загружения обязательным является оп-ределение группы загружения: GR3 или GR4 для нагрузки на площадь и GR0 для служебного транспортного средства.

Модель загружения FLM1

Данная модель является идентичной LM1, но нагрузки на ось уменьшают-ся на коэффициент 0,7, а распределенная нагрузка - на 0,3.


Эта модель позволяет выбрать с помощью P1 частые модели для грузо-виков в соответствии с таблицей 4.6 со следующими значениями нагрузки на ось:

P1 = 1 90 / 190 кН P1 = 2 80 / 140 / 140 кН P1 = 3 90 / 180 / 120 / 120 / 120 кН P1 = 4 90 / 190 / 140 / 140 кН P1 = 5 90 / 180 / 120 / 110 / 110 кН


5-24 SOFiSTiK 2014

Рисунок 5.14: Модель загружения FLM2



Это полный грузовик с двумя двойными осями P2 и расстоянием в 6,0 м. Модель предназначена для усталостного проектирования.


SOFiSTiK 2014 5-25

P2 = нагрузка на ось [кН] 120

P5 = подвижная нагрузка по умолчанию [кН/м2] 0.0


Данная модель позволяет выбрать с помощью P1 тяжелые грузовики в соответствии с таблицей 4.7 со следующими значениями нагрузки на ось:

P1 = 1 70 / 130 кН P1 = 2 70 / 120 / 120 кН P1 = 3 70 / 150 / 90 / 90 / 90 кН P1 = 4 70 / 140 / 90 / 90 кН P1 = 5 70 / 130 / 90 / 80 / 80 кН



5-26 SOFiSTiK 2014

5.5.4 Поезда загружения SLW и LKW

Поезд загружения SLW

Рисунок 5.17: Поезд загружения SLW

Поезд загружения LKW

Рисунок 5.18: Поезд загружения LKW

Данные классические поезда загружения применяются в некоторых стра-нах Европы (DIN 1072, OENORM B 4002, Стандарт Испании IAP и Стан-дарт Бразилии NBR). С помощью кода страны можно выбирать нацио-нальные варианты. Ширина движущейся нагрузки обычно составляет 3,0 м, для OENORM она составляет 2,5 м, а для Стандарта Испании IAP ми-нимальное расстояние до вторичного грузовика указывает на ширину в 4,0 м. Остальная нагрузка от движения транспорта загружается с помощью P3, остальные области в пределах полосы нагружаются базовой нагруз-кой на площадь P5. С помощью DIR N можно выбрать вторичную полосы без динамических коэффициентов.

Непосредственное определение второго поезда загружения рядом с P2 и P4 не поддерживается для некоторых последних функций. Вместо этого настоятельно рекомендуется использовать синхронизированные полосы. Также рекомендуется использовать две полосы с отдельными поездами загружения.


SOFiSTiK 2014 5-27

Все нагрузки разделены на части слева и справа от оси полосы и могут действовать независимо.

Осевые нагрузки [кН] P3 [кН/м2] P4 1 [кН/м2] P5 [кН/м2]

SLW 30 100 5,0 - 3,0

SLW 60 200 5,0 - 3,0*

LKW 3/3 20+10 3,0 2,0 2,0

LKW 6/6 40+20 4,0 2,0 2,0

LKW 9/9 60+30 4,0 3,0 3,0

LKW 12 80+40 4,0 3,0 3,0

LKW 12/12 80+40 4,0 3,0 3,0

LKW 16/16 100+60 5,0 3,0 3,0

LKWA 16/16 110+50 4,0 3,0 3,0

LKWA 25/25 170+80 5,0 3,0 3,0

NBR 45 150(SLW) 5,0 - 3,0

NBR 30 100(SLW) 5,0 - 3,0

NBR 12 80/40(LKW) 4,0(3,0) - 3,0

NBR 36 120(SLW) 5,0 - 3,0

NBR 24 80(SLW) 4,0 - 3,0

*IAP (Instruccin sobre las acciones a considerar en al proyecto de puentes de

carretera, Ministerio de fomento, 2000) содержит постоянное значение в 4,0 кН/м2

на общей площади моста, но без какого-либо уменьшения для SLW. Для усталости SLW с 390 кН и коэффициент влияния 1,2 могут быть вы-браны с помощью P2 = 468 кН.

Ветровая нагрузка: P6 = 1.25 кН/м2

P7 = 3,50 м Нагрузка торможения: P8 = 1,00 (Коэффициент горизонтального усилия)

В DIN 1072 определена общая нагрузка торможения не более 900 кН и не менее 30 % тяжелых поездов загружения в пределах основной и вторич-ной полосы или 25% от общей основной полосы. Поскольку тормозная на-грузка имеет отличный класс нагрузки от стандартной подвижной нагрузки, не всегда возможно применить обе нагрузки в пределах одного случая за-гружения. IAP содержит минимум в 140 кН и максимум в 720 кН.


5-28 SOFiSTiK 2014

5.5.5 Поезда загружения BS 5400 и AASHTO, TMH7

Поезд загружения для H, HS, HA, NA

Рисунок 5.19: Поезд загружения для H, HS, HA, NA

Нагрузка H, HS и HA, NA описывается однородной нагрузкой и дополни-тельной сконцентрированной одинарной или тандемной нагрузкой с рас-стоянием P4.

Значение P1 устанавливает для H и HS тип поезда загружения в соответ-ствии с AASHTO. Ширина поезда составляет 3,048 м. Допускаются сле-дующие значения:

P1

Поезд загружения P2 (H) P2 (HS) P3 P4

10

H10-44(M18) 40 кН 58 кН 4.7 кН/м 0

15

H15-44(M13.5) 60 кН 87 кН 7.1 кН/м 0

20

H20-44(M9) 80 кН 116 кН 9.4 кН/м 0

25

HL 98 (2005) - 110 кН 9.3 кН/м 1,20

Ветровая нагрузка: P6 = 1,46 кН/м

P7 = 1,829 м (6 футов)

Нагрузка торможения: P8 = 0,05 (коэффициент трения)

Нагрузка HA (Отраслевой стандарт BD 37) представлена однородной на-грузкой P3·pu, с величиной pu, зависящей от длины нагрузки, и либо скон-

центрированной нагрузкой (KEL) P1=120 кН, либо тандемной нагрузкой на P1=148 кН (при расстоянии P2, по умолчанию 1,2 м). Значение P4 опреде-ляет нагруженную длину L. Если P4 не задано, L рассчитывается в ELLA на основе суммы расстояний нулевых точек линии влияния.

Значение pu рассчитывается на основании общей нагруженной длины L


SOFiSTiK 2014 5-29

• до L = 50 м:

• от L = 50 м (и для тандемной нагрузки):

После этого обеспечивается возможность того, что более короткие нагру-женные длины будут приводить к повышению усилия. Поскольку это не-просто обработать, в ELLA применяется приближение путем оценки эф-фективной дины в соответствии с BD 37/01 рисунок 11. Базовые длины для высоко заостренных линий влияния. В рамках первого этапа оценива-ется интеграл общего положительного и отрицательного воздействия на линию влияния, после чего рассчитывается эффективная длина:

(Область под IL)

Leƒ ƒ = 2

·

(значение максимума ор-динаты)

≤ (общая длина IL) (5.18)

В Гонконге (BS + Национальные правила 852) формулы являются несколь-ко иными:

• до L = 70 м:

• от L = 70 м:

старое определение BS может быть выбрано, если P4 устанавливается как отрицательное значение и определяется как:

Ветровая нагрузка: P6 = 1,25 кН/м

P7 = 2,50 м

Нагрузка торможения также рассчитывается в соответствии с нагружен-

ной длиной полосы: P8 = 200 кН + 8.0 · L ≤ 700 кН

Нагрузка NA (Правила проектирования мостов TMH7, ЮАР 1981) пред-ставлена однородной нагрузкой P3·pu, с величиной, зависящей от длины

нагрузки и концентрированной нагрузки P1=144/√n кН (KEL). Значение P4

определяет нагруженную длину L как нагрузку HA, описанную выше. P2 может использоваться, как и в случае с HA, для генерирования тандемной нагрузки.


5-30 SOFiSTiK 2014

Значение pu рассчитывается на основании общей нагруженной длины L

• до L = 50 м:

• от L = 50 м:

Ветровая нагрузка: P6 = 1.25 кН/м P7 = 2.50 м

Нагрузка торможения также рассчитывается в соответствии с нагружен-

ной длиной полосы: P8 = 100 кН + 3.0 · L ≤ 400 кН

5.5.6 Тяжелые поезда загружения BS 5400, TMH7

Поезд загружения HB, NB

Рисунок 5.20: Поезд загружения HB, NB

Нагрузка HB и NB состоит из тяжелой нагрузки и одновременной нагрузки на полосу движения транспорта. P1 позволяет выбрать ”единицы”, дос-тупны значения от 24 до 45, каждое из которых приводит к возникновению нагрузки на ось, которая в 10 раз превышает предельную. Значение P3 последней нагрузки варьируется по длине P4 в соответствии с нагрузкой HA.

x может принимать значения 6,0, 11,0, 16,0, 21,0 или 26,0 м.

P1 = 30,0 (нагрузка на ось по умолчанию)

В BS 5400 имеются различия между четырьмя положениями нагрузки HB, которые влияют на величину нагрузки на полосу движения транспорта. Они управляются коэффициентом P3 и эксцентриситетом P2:


SOFiSTiK 2014 5-31

P3 = 1,000 ; P2 = 0,0 HA-UDL простая центровка

P3 = 2,000 ; P2 = 0,0 HA-UDL двойная центровка

P3 = 1,333 ; P2 = +a/4 HA-UDL полностью справа, 1/3 слева а = номинальная ширина полосы

P3 = 1,333 ; P2 = -a/4 HA-UDL полностью слева, 1/3 справа а = номинальная ширина полосы

Отраслевой стандарт BD37/88 имеет другие коэффициенты (Таблица 14). Значение P3 по умолчанию выбирается на основании номинальной шири-ны bL в размере 3,048 м и первой полосы.

TMH7 применяется к транспортному средству NB и не сочетается с про-чими подвижными нагрузками. Значения с P2 до P4 игнорируются. Расстояние между осями составляет 2,0 вместо 1,8 м.

Базовая нагрузка на площадь: P5 = 0,00 кН/м2

Ветровая нагрузка: P6 = 1,25 кН/м2

P7 = 2,5 м Тормозная нагрузка составляет % общей нагрузки между первой и второй осями:

P8 = 0,25 (HB) P8 = 0,20 (NB)

TMH7 также различает нагрузку NC. Поскольку она определяется блоками переменной ширины, длины и расстояния, данная нагрузка должна быть определена как отдельные блочные нагрузки в пределах TRBL.


Базовая нагрузка на площадь P5 не вычитается в случае нагрузки HA и HB. Она всегда действует на полную ширину полосы.


5-32 SOFiSTiK 2014

5.5.7 Единичные грузовики в соответствии с AASHTO

Поезд загружения HT (двухосный грузовик, редакция 2002 г.)

Рисунок 5.21: Поезд загружения HT (двухосный грузовик, редакция 2002 г.)

Поезд загружения HST (трехосный грузовик, редакция 2002/2005 года)

Рисунок 5.22: Поезд загружения HST (трехосный грузовик, редакция 2002/2005 года)

Поезд загружения имеет ширину 3,048 м, значение X может находиться в диапазоне между 4,267 и 9,144 м.

Значения P2 и P3 предустанавливаются следующим образом:

P1 Поезд загружения P2 (H и HS) P3

10 H10-44(M18) 90,0 кН 4.7 кН/м

15 H15-44(M13.5) 135,0 кН 7.1 кН/м

20 H20-44(M9) 180,0 кН 9.4 кН/м

US HL 98 (2005) 180 кН (40 kip) 9.34 кН/м (640 lb/ft)

SI HL 98 (2005) 35 / 145 кН 9.3 кН/м


SOFiSTiK 2014 5-33

Базовая нагрузка на площадь: P5 = 0.00 кН/м2


P7 = 1.829 м Нагрузка торможения: P8 = 0,05 (коэффициент трения)

Нагрузка полосы движения транспорта P3 установлена в редакции от 2002 года как альтернативная нагрузка. С помощью модели нагрузки HL 98 в редакции от 2005 года она действует на всю продольную длину.

5.5.8 Поезда загружения в соответствии с CAN/CSA

Канадские стандарты содержат несколько вариантов определения нагрузки от грузовика. Тип CAN используется для поезда загружения по умолчанию в со-ответствии с разделом 14.9, тогда как тип ONT применяется для версии, кото-рая используется в Онтарио в соответствии с приложением A14.4.

№ оси 1 2 3 4 5

CL-W 0,04W

0,08W

0.1W 0.1W

0.2W 0.2W

0,14W

0,28W

0,12W

0,24W

Нагрузки на колеса

Нагрузка на ось

CL-625 25 50

62,5

125

62,5

125

87,5

175

75

150

Нагрузки на колеса, кН Нагрузки на ось, кН

3,6 м 1,2 м 6,6 м 6,6 м

18 мм

0,25 м

(тип.)

0,25 мм

(тип.)

2,40 м 1,80 м 0,60 м

(тип.)

Рисунок 5.23: Поезда загружения в соответствии с CAN/CSA

Значение P1 определяет уровень поезда загружения (CL1, CL2, CL3) или с помощью MV устанавливает транспортное средство для обслуживания в соответствии с 3.8.11.

Значение P2 определяет класс поезда загружения (по умолчанию 625).

Если значение P3 определено (9,0, 8,0 или 7,0 для класса A, B или C и D), постоянная нагрузка на полосу определяется со сниженными значениями нагрузки поезда загружения без каких-либо динамических припусков. Для этой нагрузки применяется тормозная нагрузка P8 в размере не менее (700,180+0,1*L) . Поэтому P8 может стать равным нулю для вторичных по-лос.


5-34 SOFiSTiK 2014

Высота области ветрового воздействия P7 составляет 3,0 [м], центробеж-ная сила действует на P9=2,0 [м] выше полосы.

5.5.9 Поезда загружения IRC 6-2000

Положения Индийского конгресса строителей дорог предусматривают воз-действие поездов загружения всегда в общем. Тип поезда загружения всегда IRC, подтип задается с помощью P1. На мосту более нет другой подвижной нагрузки (P5=0,0). Количество загружаемых полосы приведено в таблице 2.

• IRC AA - Тяжелая нагрузка для определенных областей или шоссе. Это тележка с двумя осями общей высотой P2 (40 т). Таким поездом загру-жается только одна полоса.

• IRC AAT - Нагрузка для определенных областей или шоссе. Это транс-портное средство с общим весом P2 (70 т). Предполагается наличие конвоя с минимальным расстоянием в 90 м. Таким поездом загружает-ся только одна полоса.

• IRC A - Нагрузка для всех капитальных мостов. Это поезд с двумя при-цепами, которые повторяются с минимальным расстоянием в 18,5 м. Осевая нагрузка равна P2 (27 кН), P3 (114 кН) и P4 (68 кН).

• IRC B - Нагрузка для деревянных мостов и временных конструкций. Это поезд с двумя прицепами, которые повторяются с минимальным рас-стоянием в 18,5 м. Осевая нагрузка равна P2 (16 кН), P3 (68 кН) и P4 (41 кН).

• IRC nnR Все показатели касаются гипотетических транспортных средств в при-ложении 1. Добавление R позволяет выбрать колесные поезда, добав-ление S указывает на наличие четырех колес (только от 3 до 24) а до-бавление T позволяет выбрать транспортное средство на пути:

3, 5, 9, 12, 18, 24, 30, 40, 50, 60, 70

• IRC PD для нагрузки пешеходных дорожек является выбираемым ти-пом. Уменьшение в соответствии с положением 209.4 в зависимости от ширины и длины должно выполняться пользователем в явном виде с помощью параметра P5.

Для продольного воздействия нагрузки положение 208 устанавливает ко-эффициент уменьшения для нескольких полос. Данный эффект принима-ется во внимание во время наложения случаев загружения.

Тормозная нагрузка P8 (0,2 = 20 %) определяется как часть первого поез-да загружения, тогда как прочие поезда загружения имеют только полови-ну данного значения. P8 = 0,05 следует применять в случае наличия бо-лее чем двух полос на других полосах.


P7 = 3,0 м


SOFiSTiK 2014 5-35

(область воздействия на высоте 1,5 м с силой 3 кН/м) Высота центра масс определяется как P9 = 1,2 м.

5.5.10 Поезда загружения в соответствии со стандартами Ассоциации строителей дорог Японии

Доступны следующие поезда загружения:

JRAT A Множественные одноосные класса A для L < 15,0 м

JRAT B Множественные одноосные класса B для L < 15,0 м в соответ-ствии с таблицей 2.2.2.

P2 Значение осевой нагрузки (100 кН)

P4 Эффективная длина пролета L (по умолчанию от полосы)

P5 Остаточная нагрузка пешеходных областей (5 кН/м2)

JRAL A Нагрузка на область класса A для L > 15,0 м при D= 6 м

JRAL B Нагрузка на область класса B для L > 15,0 м при D= 10 м

JRAL AS Нагрузка на область LA с повышенным значением p1 для смещения

JRAL BS Нагрузка на область LB с повышенным значением p1 для смещения

P2 явная нагрузка на полосу p2 (-1 переменная, кН/м2 )

P3 явная нагрузка на полосу p1 (10 / 12 кН/м2 )

P4 явное значение расстояния D (м)

Значения нагрузки P2 в JRAL зависят от длины. В этом случае отрица-тельные значения P2 определяют коэффициенты данных базовых значе-ний. Значения пешеходных полос в соответствии с таблицей 2.2.4. долж-ны быть определены типом JRAL и P3=0,0.

5.5.11 Поезда загружения по AS 5100

Положения Австралийского стандарта AS 5100 могут быть разделены на два основных поезда загружения.

AS_A 160 Одноосный, включая специальный случай одного колеса W 80 для местного воздействия.

и дополнительная система из 12 осей и переменной длины, которая ис-пользуется с линиями влияния.


5-36 SOFiSTiK 2014

Рисунок 5.24: Поезда загружения по AS 5100

AS_M движущаяся нагрузка M 1600

AS_S статическая нагрузка S 1600

P1 = Общая нагрузка (1600)

P2 = Нагрузка на группу осей (360/240)

P3 = однородная распределенная нагрузка (6 / 24 кН/м) P4 = фиксированное расстояние (> 6,25 м) P8 = Тормозной коэффициент согласно 6.8.2.

0,45 для одной полосы (200 < FBS < 720)

0,15 для нескольких полос

При загружении нескольких полос вторая полоса будет загружаться с ко-эффициентом 0,8, а все последующие полосы - с коэффициентом 0,4. В качестве усталости применяются 70% нагрузки A160 или M1600 без зна-чения однородной нагрузки P3.

”Платформа с тяжелой нагрузкой” приведена в AS 5100.7. Это нагрузка с 16 осями по 200 кН каждая для HLP 320 и 250 кН для HLP 400. Они имеют либо однородное расстояние в 1,8 м или переменное расстояние от 6 до 15 м между двумя группами по 8 осей в каждой.

HLP P1 = общий вес в тоннах (320/400)

P2 = расстояние между группами (по умолчанию = 6 - 15 м)

ПЛАН

ЛИФТ


SOFiSTiK 2014 5-37

5.5.12 Поезда загружения в соответствии со шведскими стандарта-ми (BRO 2004)

Рисунок 5.25: Поезда загружения в соответствии со шведскими стандартами (BRO 2004)

Поезда загружения в соответствии со шведскими стандартами имеют спе-циальную функцию переменных расстояний между нагрузками, которая лучше всего обрабатывается с помощью линий влияния. Однако короткое расстояние в 1,5 м всегда будет установлено на это минимальное значе-ние, поскольку едва ли следует ожидать случаев, которые не содержат наиболее неблагоприятное значение на таком коротком расстоянии.

Большинство типов поездов имеют различные значения нагрузки для пер-вичной и вторичной полос. Параметр P1 применяется для указания коли-чества для наиболее важной полосы, вторичной полосы, пр.

BRO1 3-осный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 1/4

P1 индекс полосы 1 2 3 4

P2 нагрузка на ось [кН] 250 170 0 325

P3 линейная нагрузка [кН/м] 12 9 6 0

P4 явное расстояние (не менее 6,0 м)

P5 нагрузка на площадь [кН/м2] 4 3 2 0

BRO2 Одноосный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 2/3

P1 индекс полосы 1 2 3

P2 нагрузка на ось [кН] 310 210 155

BRO5 2х3-осный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO тип 5


5-38 SOFiSTiK 2014

Рисунок 5.26: BRO5

P1 Индекс полосы 1 2 3

P2 Нагрузка на ось [кН] 250 170 0

P3 P4

Линейная нагрузка [кН/м]

явное расстояние 12 9 6

(минимум 6,0 м)

P5 нагрузка на площадь [ кН/м2 ] 4 3 2

Второй поезд имеет расстояние от минимального в 50 м, отдельные нагрузки имеют расстояние не менее 10 м

BROF Усталостный поезд загружения в соответствии со Стандартом Швеции BRO

Рисунок 5.27: BROF

5.5.13 Нагрузки от железнодорожных поездов

Поезда загружения на железной дороге определяются как осевая нагрузка в целом. Для получения распределенных нагрузок требуется больше дан-ных, а именно размера балласта с определением линии и расстояние ме-жду шпалами, а также ширина колеи. Имеется несколько сотен вариантов ширины колеи, которые зависят от кода страны по умолчанию:

• 1 520 мм (российская колея) Россия, Украина, Финляндия • 1 668 мм (иберийская колея) Испания, Португалия


SOFiSTiK 2014 5-39

• 1 676 мм (индийская колея) Индия, Пакистан, Аргентина, Чили • 1 435 мм (стандартная колея) Все остальные страны

Поезд загружения UIC = UIC 71 = RU (BS5400)

Рисунок 5.28: Поезд загружения UIC = UIC 71 = RU (BS5400)

Особенности: P1 = Расстояние между шпалами/ длина блока

0 для четырех одинарных нагрузок (по умолчанию)

>0 с распределенными одинарными нагрузками

6.4 с упрощенной блочной нагрузкой P2 = Нагрузка на ось (250 кН) P3 = Нагрузка на полосу (80 кН/м) P4 = Поперечное воздействие (100 кН)

Тип UIC рассматривается для поезда в пределах превосходно обслужи-ваемого пути. Если это не так, имеется возможность с помощью типа UICB выбрать вариант с коэффициентами воздействия для стандартного обслуживания.

Нагрузки определяются с возможным эксцентриситетом 1/18 от ширины колеи в соответствии с EC / DIN-Fachbericht, если явное значение не уста-новлено.

Для расстояния между шпалами до 0,8 м каждая нагрузка преобразуется в 3 единичных нагрузки, равные 0,25·PA, 0,50·PA и 0,25·PA на расстоянии

P1 друг от друга. Значение свыше 0,8 будет содержать постоянную блоч-ную нагрузку следующего вида:


5-40 SOFiSTiK 2014

Рисунок 5.29: Поезд загружения UIC = UIC 71 = RU (BS5400) - Постоянная блочная нагрузка


P7 = 3,50 м

Нагрузка торможения: P8 = 20,0 кН/м (постоянная тормозная нагрузка)

(-33,0 кН/м для начала)

Центр масс: P9 = 1,8 м

Аэродинамическая нагрузка по причине прохождения поездов, а также на-грузка при сходе с рельс не допускаются.

Поезд загружения SW Schwerlastzug

Рисунок 5.30: Поезд загружения SW Schwerlastzug


SOFiSTiK 2014 5-41

Поезд загружения SW/2 Schwerlastzug

Рисунок 5.31: Поезд загружения SW/2 Schwerlastzug

Особенности: P1 = Блочная нагрузка 133 кН/м / 150 кН/м

P4 = Поперечное воздействие (100 кН)


P7 = 3,50 м

Нагрузка торможения: P8 = 20,0 кН/м (постоянная тормозная нагрузка) P8 = 35,0 кН/м (постоянная тормозная нагрузка)


Поезда загружения SW также действуют, если их влияние имеет благо-приятное воздействие.

Поезд загружения RFAT Фактические поезда загружения в EC / DIN Fachbericht, пр.

Особенности: P1 = Класс поезда загружения

1 = Пассажирский поезд с локомотивом (663 т) 2 = Пассажирский поезд с локомотивом (530 т) 3 = Высокоскоростной пассажирский поезд (940 т) 4 = Высокоскоростной пассажирский поезд (510 т) 5 = Грузовой поезд с локомотивом (2160т) 6 = Грузовой поезд с локомотивом (1431т) 7 = Грузовой поезд с локомотивом (1035 т) 8 = Грузовой поезд с локомотивом (1035 т) 9 = Пригородный поезд из нескольких блоков (296 т) 10 = Поезд метро - поезд из нескольких блоков (360 т) 11 = Грузовой поезд с локомотивом (1135 т) 12 = Грузовой поезд с локомотивом (1135 т)


5-42 SOFiSTiK 2014

IC = Немецкий междугородний поезд (549 т)

ICE1 = Немецкий междугородний поезд 1 (780 т)

ICE2 = Немецкий междугородний поезд 2 (693,6 т)

ICE3 = Немецкий междугородний поезд 3 (992,6 т)

ICT2 = Немецкий междугородний поезд -T (2xBR411=814 т) ICT3 = Немецкий междугородний поезд T (3xBR415=902 т) THAL = Французский поезд (878,4 т) TGV = Французский поезд TGV (1020 т) VIRG = Британский поезд Virgin (748 т) EURO = eurostar 373/1 (816 т) TALG = Испанский поезд TALGO AV 2 (680 т) AVE = Испанский поезд TALGO 350 (842,9 т) ETRY = Итальянский поезд ETR-Y 500 (629,6 т) P2 = Общая нагрузка (кН) P3 = Общая длина (м) P4 = Эквивалентная блочная нагрузка (кН/м)

Значения нагрузки с P2 до P3 являются только информационными значе-ниями. Данные нагрузки от поездов будут применяться как постоянная блочная нагрузка в целом, но если вы указали P4 = 0,0, все отдельные оси (до 96!) будут сгенерированы. Скорость поездов принимается по умолча-нию как значения, указанные в EC.

Поезда загружения HSLM в EN1991-2 (Приложение E)

Спецификация: P1 = характерная длина L-ламбда HSLM-B

или класс поезда загружения (A1 - A10)

Особенности: P2 = Нагрузка на ось (кН)

P3 = Количество внутренних тележек (HSLM-A) Количество нагрузок (HSLM-B)

P4 = Длина тележки (D) [м] для HSLM-A Расстояние между нагрузками для HSLM-B [м]


SOFiSTiK 2014 5-43

Поезд загружения RL = Нагрузка на железную дорогу по BS 5400

Рисунок 5.32: Поезд загружения RL = Нагрузка на железную дорогу по BS 5400

Особенности: P1 = 200 кН

P2 = 50 кН/м P3 = 25 кН/м


P7 = 3,7 м

Нагрузка торможения: P8 = 8,0 кН/м (постоянная нагрузка)


5-44 SOFiSTiK 2014

Поезд загружения ASRT = Нагрузка на железную дорогу 300LA в соответствии с AS 5100

Рисунок 5.33: Поезд загружения ASRT = Нагрузка на железную дорогу 300LA в соответствии с AS 5100

Поезд загружения 300LA из AS 5100 состоит из локомотива и необходимо-го количества вагонов, каждый из которых имеет переменную длину от 12 до 20 м. К сожалению, даже при использовании линии влияния едва ли возможно обработать бесконечное количество переменных, потому поезд загружения всегда имеет конечное количество вагонов.

Особенности: P1 = 300 кН (нагрузка на ось) P2 = 360 кН (нагрузка на ведущую ось) P3 = количество вагонов (12)

P4 = фиксированная длина вагонов (-)

Нагрузка торможения: P8 = 100,0 + 15*(L-50) кН (непрерывный путь)

Для более, чем двух путей нагрузка на третий путь применяется с коэф-фициентом 0,85, на четвертый путь - с коэффициентом 0,70, а на все ос-тальные - с коэффициентом 0,60.

Для этого поезда загружения указаны различные коэффициенты динами-ческих припусков, которые зависят от типа крепления рельса (балласт или непосредственное крепление). Данные сведения приняты из определения LANE.

АВТОМОБИЛЬ ХОМУТ МОДЕЛЬ ПОЕЗДА

РИСУНОК 8.2 (А) НАГРУЗКА НА ЖЕЛЕЗНУЮ ДОРОГУ 300LA

ОСЕВАЯ НАГРУЗКА

АВТОМОБИЛЬ МОДЕЛЬ ПОЕЗДА

Необходимое

количество

автомобилей


SOFiSTiK 2014 5-45

5.5.14 Военные поезда загружения НАТО (Stanag 2021)

Рисунок 5.34: Военные поезда загружения НАТО (Stanag 2021)

MLC Поезда загружения STANAG введены в шестом издании в приложе-нии A. существуют классы P1 = 4, 8, 12, 16, 20, 24, 30 и так до 150. Для каждого класса у нас есть доступные:

P2 = 1 Значения из колонки 4 (одинарные оси) P2 = 2 Значения из колонки 2 (транспортные средства на путях) P2 = 3 Значения из колонки 3 (Колесные транспортные средства)


5-46 SOFiSTiK 2014

5.6 TRPL – Точечная нагрузка поезда загружения

См. также: TRAI, TRBL, LANE, TREX TRPL



P PB PW PF PFAC DIST A DPOS DMIN DMAX Y Y2 HW ZW HF PHI B BW LW

Значение вертикальной нагрузки Значение нагрузки торможения Значение поперечной нагрузки (пульсация, ветер) Значение вертикальной нагрузки для цен-тробежной нагрузки Коэффициент благоприятных компонентов Минимальное (MIN) / абсолютное (ABS) рас-стояние Расстояние до последней нагрузки поезда Минимальное расстояние до эталонной точ-ки нагрузки Область воздействия перед Область воздействия позади Эксцентриситет к оси полосы ( > 0 = вправо) 2-е значение эксцентриситета к оси полосы Общая высота области воздействия ветра Высота горизонтального усилия Высота результирующих массовых сил Специальные варианты (см. примечания) Расстояние между колесами на полосе Ширина области контакта с колесами Длина области контакта с колесами

[кН] 1190 [кН] 1190 [кН] 1190

[кН] 1190

− LI T [м]1001

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

1001

[м] 1001

[м] 1001

−

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

0,0 0,0 0,0

P

0,0 ABS 0,0 0,0

0,0

0,0 0,0 Y

0,0

HW/2

0,0 1

0,0 0,0 0,0

SNO FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE FRWH

Номер секции для анимации Параметры для многокомпонентной дина-мики: Частота для компонента Пружина Cb Модальное затухание опоры корпуса Значение нагрузки тележки Частота тележки Пружина Cbo Модальное затухание в опоре тележки Значение нагрузки на колесо Частота пружины колеса Cwh

− 1/ c

− − / кН 1/ c

− − / кН

1/ c

- * * * * * *

*



SOFiSTiK 2014 5-47



DAWH

CONT

Модальное затухание опоры колеса

Контактный узел

− −

*

-

Свободно определенная пользователем нагрузка составляет произволь-ное количество нагрузок, определенных по отношению друг к другу. Пер-вая нагрузка определяет эталонную точку нагрузки (x=0,0). Каждая после-дующая нагрузка определяется с расстоянием до предыдущей нагрузки. Расстояние от точечной нагрузки до последней точки нагрузки может быть либо постоянным, либо переменным с минимальным значением. В по-следнем случае дополнительное минимальное расстояние до эталонной точки нагрузки может быть определено с помощью DPOS. Для оценки в ELLA для специальных случаев могут быть указаны два дополнительных значения DMIN и DMAX, которые описывают область влияния перед и по-сле нагрузки.

A1 x > DPOS(4)

A2 A3 A4 A5


Нагрузка имеет вертикальный компонент P, продольный компонент PB, который действует на высоту полосы, а также два компонента в продоль-ном направлении. Центробежная нагрузка действует на высоту hs, посто-янное горизонтальное усилие - на высоте zw, что создает моменты скру-чивания. Если нагрузка имеет ширину B, данный момент применяется как пара сил на поверхности полосы. Иначе будет сгенерирован момент скру-чивания вдоль оси полосы.

PFSv2/gR PW hw

hs


С помощью элемента PHI управляются несколько опций:

1 Применение коэффициента влияния


5-48 SOFiSTiK 2014

2 Умножение значения вертикальной нагрузки на значение UDL в прави-лах проектирования (например, BS)

4 Умножение значения продольной нагрузки на значение в правилах проектирования (например, EN),

8 Разделение нагрузки в поперечном направлении, если она неблаго-приятна,

16 Горизонтальная нагрузка всегда неблагоприятна 32 Нагрузка всегда центрична, YEX не применяется

Нагрузки могут быть также указаны как дополнительные по отношению к поезду загружения стандартного типа. Если прочие сгенерированные на-грузки поезда должны быть отброшены, первый LZPL должен быть указан с помощью DIST DEL. Это особенно полезно, если пользовательский по-езд загружения должен использовать формулы динамического допуска или значения вертикальной нагрузки к данному конкретному типу поезда загружения.

Для анализа с помощью динамики нескольких тел имеется возможность генерировать массы, балки, пружины и демпферы с помощью записи TREX. Масса тележки и колеса может быть указана либо как положитель-ное абсолютное значение нагрузки, либо как отрицательная часть общей массы. Значения по умолчанию указываются с помощью записи TRAI. До-полнительные сведения представлены в разделе о записи TREX.


SOFiSTiK 2014 5-49

5.7 TRBL – Блочная нагрузка поезда загружения

См. также: TRAI, TRPL, LANE, TREX TRBL

Элемент Описание Единицы из-мерения


P PB PW PF PFAC DIST A L

LMAX LDEL Y Y2 HW ZW HF PHI B BW LW

Значение вертикальной нагрузки Значение нагрузки торможения Значение поперечной нагрузки Значение вертикальной нагрузки для цен-тробежной нагрузки Коэффициент благоприятных компонентов Минимальное (MIN) / абсолютное (ABS) рас-стояние Расстояние до последней нагрузки поезда фиксированная или минимальная длина на-грузки (положительная или отрицательная, 0 = неограниченная) максимальная длина нагрузки дискретная переменная длина: L + n · LDEL Эксцентриситет к оси полосы ( > 0 = вправо) 2-е значение эксцентриситета к оси полосы Общая высота области воздействия ветра Высота результирующего усилия PW Высота результирующих массовых сил Специальные варианты (см. примечания) Расстояние между колесами на полосе Ширина области контакта с колесами Длина области контакта с колесами

[кН/м] 1191 [кН/м] 1191 [кН/м] 1191 [кН/м] 1191

−

LI T

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

[м] 1001 [м] 1001

[м] 1001

[м] 1001

[м] 1001 [м] 1001

− [м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

0,0 0,0 0,0 P

0,0 ABS

0,0

-

0,0

0,0 Y

0,0

HW/2

0,0 1

0,0 0,0 0,0

SNO FRB DAB BOGI FRBO DABO WHEE

Номер секции для анимации Параметры для многокомпонентной дина-мики: Частота для компонента Пружина Cb Модальное затухание опоры корпуса Значение нагрузки тележки Частота тележки Пружина Cbo Модальное затухание в опоре тележки Значение нагрузки на колесо

−

1/ c

− − / кН 1/ c

− − / кН

-

* * * * * *



5-50 SOFiSTiK 2014



FRWH

DAWH

Частота пружины колеса Cwh

Модальное затухание опоры колеса

1/ c

−

*

*

Свободно определенная пользователем нагрузка составляет произвольное количество нагрузок, определенных по отношению друг к другу. Общие параметры и примечаний приведены в записи TRPL.


Все значения нагрузки будут рассматриваться как линейные нагрузки в общем, но только при установленном HW значение PW будет оцениваться от ветровой нагрузки, заданной определением ветра для поезда загруже-ния.

Значения ввода для динамики нескольких тел в линейной нагрузке TRBL для записи TREX в настоящее время не используются.


SOFiSTiK 2014 5-51

5.8 TREX – Визуализация поезда загружения

См. также: TRAI, TRPL, LANE TREX



NO GRP SNO NODE OPT

Номер случая загружения номера группы по-езда загружения Номер секции Номер наименьшего узла Набор битов для опций

1 Фактический проход / проход stargate 2 Элементы балки с подвесами 4 Генерирование тележек и колес 8 Без искусственной жесткости

− − − − −

! 900 900

* 3

Поезд загружения может быть использован в DYNA как перемещаемая на-грузка (CONT). Для визуализации в Animator или для анализа динамики нескольких тел имеется возможность создать элементы балки от любого поезда загружения, который относится к выбранной специальной группе с отдельными узлами. Все узлы могут относиться к общей оси x с фактиче-ским расстоянием нагрузки или находиться в начале координат (0,0,0). В последнем случае элементы нагрузки будут появляться и исчезать рядом с конструкции прямо перед использованием.

Свойства тележки и колес указываются с помощью общей модели для ка-ждой оси на основе массы, частоты и модального затухания, как указано в записи TRAI.

Корпус

Pbo

Pwh

Тележка

Колесо

Cb

Cbo

Cwh

Db

Dbo

Dwh



5-52 SOFiSTiK 2014

Для анализа только как нагрузки рекомендуется выбор данных групп с по-мощью FAKS в размере 0,0 с целью активации группы, но без статических свойств. Сечение может быть определено как контур поезда. Для свобод-но определенных поездов загружения любая единичная нагрузка может иметь собственную секцию.

Все определения TREX рассматриваются вместе в самом конце прохода программы, старые определения данных элементов будут удалены для того же указанного случая загружения.

Для более сложных случаев поезд загружения может быть смоделирован методом конечных элементов классическим способом (балки, пружины, демпферы, массы). После этого не требуется использовать TREX, но по-езд и все нагрузки должны быть указаны в пользовательском TRAI, а каж-дый отдельный TRPL должен иметь правильно указанный контактный узел.

Ветровая нагрузка | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 6-1

6 Ветровая нагрузка


Ветер - это случайная недетерминистская динамическая нагрузка. Поток воздуха вызывает давление скорости в конструкции. Динамическое воз-действие естественного ветра в основном вводится изменением скорости ветра и следовательно ветром давлением в пределах времени и про-странства.

Комплексное воздействие ветра является сочетанием взаимвоздействую-щих эффектов вроде:

• Ветровой климат (мировой ветер)

• Топология и жесткость поверхности (местный ветер)

• Аэродинамика, аэроэластичность (коэффициенты тяги и производные силы ветра)

• Конструкционная динамика (отклик конструкции)

• Конструкция сооружения

Программа SOFiLOAD позволяет учитывать и имитировать большинство вышеуказанных воздействий. Для использования данных функций потре-буются две дополнительные лицензии: SOFILOAD- W для статической ветровой нагрузки и SOFILOAD-WH для динамической ветровой нагрузки (в частности, WGEN).

В качестве базовой концепции безопасности для конструкции с ветровой нагрузки она будет указана в правилах проектирования или для крупных проектов в допущении, что в пределах данного времени (например, 50 или 100 лет) разрушение конструкции не произойдет за счет данного коэффи-циента надежности. Сам по себе анализ будет основан на более коротких интервалах - в Европе: 10 минут - что включает в себя максимальную ско-рость ветра за период в 50 лет, чего достаточно для получения сущест-венного динамического отклика для всех резонансных частот. Скорость ветра в пределах данного интервала может быть описана как сумма

• постоянной времени, за вычетом базового среднего пространственного отклонения скорости ветра (10-минутный ветер) и

• наложенной по времени и пространству переменной части турбулентности.

Обработка динамического ветрового воздействия управляется тем фак-том, что турбулентность может быть описана с помощью статистики: Фак-тическая пространственно-временная скорость ветра находится в преде-лах статистических пределах и является полностью случайной. Обычные методы анализа применяют анализ вероятности по спектрам мощности (RUSCHEWEYH [38], DYRBYE AND HANSEN [10], ROSEMEIER [37], DAVENPORT [8]). Поскольку в данных методах используется не временная,

SOFiLOAD | Ветровая нагрузка

6-2 SOFiSTiK 2014

а энергетическая составляющая скорости ветра, они обеспечивают более четкие и надежные основы для анализа. После этого путем выполнения нескольких этапов получается силовой спектр деформаций и усилий в пределах конструкции. Вероятностное пиковое значение будет результа-том экстремального анализа спектров. В настоящее время большинство конструкций с ветровой нагрузкой анализируются с помощью данного подхода. Все современные правила проектирования по ветру используют данные методы для получения ветрового давления.

Однако, национальные и международные правила проектирования сегодня используют сильно упрощенные методы (ECCS [11, 12]) [11, 12, 13] . Общая карта делится на 3 или 4 ветровые зоны с пошаговым увеличением скорости ветра. Для обеспечения использования устанавливаются несколько парамет-ров ветра, которые обычно действуют на безопасной (неблагоприятной) сто-роне. Комплексная конструкция сводится к простому колебателю с одной сте-пенью свободы. Но даже с учетом всего этого работа с ветровыми нагрузками все еще сложна. По сравнению с усилиями результаты во многих случаях яв-ляются неудовлетворительными: Общие динамические эффекты учитывают-ся при постоянном коэффициенте порыва для всей конструкции, что может не подходить для отдельных элементов. Конструкции с несколькими чувстви-тельными частотами (каркасы, вышки с антеннами, пешеходные и прочие ти-пы мостов) непригодны для этого типа упрощенного подхода. То же самое справедливо и для конструкций с настроенными демпфирующими элемента-ми и для многих других случаев.

Полное спектральное проектирование - так называемый стохастический ана-лиз - является довольно сложным и дорогим, потому оно применяется только для очень чувствительных конструкций (вантовых мостов с большими проле-тами). С другой стороны стохастический анализ все еще недооценивает об-щую нагрузку, поскольку спектральные методы являются чисто линейными для конструкции и, в частности, для ветровых нагрузок и не учитывают нели-нейные эффекты. Линейное отношение между углом атаки и коэффициента-ми силы ветра редко являются приемлемым. Стохастический анализ еще бо-лее неточен для систем с близкими собственными частотами (например, сис-тем с настроенными демпферами). Более того, он имеет лишь ограниченные возможности для учета взаимодействия (динамический отклик конструкции и ее воздействие на ветровое давление и усилия).

Программа SOFiLOAD была создана для работы с более подробной и по-тому более экономичной ветровой нагрузкой для проектирования конст-рукций, что позволяет преодолеть вышеуказанные ограничения. Двумя преимуществами нового метода являются следующие:

• SOFiLOAD генерирует более точные ветровые профили с учетом окру-

жения конструкции - неравномерности поверхности земли, высоты - аналогично, но точнее, чем частично предполагается в новейших пра-вилах проектирования вроде EC1.

• DYNA/ASE оценивает более точные усилия и моменты путем переход-ного анализа, учитывая, с одной стороны, нелинейные эффекты вроде изменения силы ветра при вращении поперечного сечения и, с другой стороны, интерактивное поведение вроде аэродинамического затуха-ния, возможного флаттера, галопирования и галопирования скручива-ния или отдельных демпфирующих элементов. В текущей версии все еще используются стационарные допущения для взаимодействия. Ее улучшения еще разрабатываются.


SOFiSTiK 2014 6-3

Второй метод основан на математическом генерировании турбулентности, что позволяет создать серию случайных исторических данных о переходном ветре. Конструкция проверяется с помощью программ DYNA или ASE в соот-ветствии с этими историческими данными о ветре, а развитие деформаций и сил регистрируется и накладывается статистическими методами для получе-ния экстремумов значений в течение временного интервала. Общая методо-логия была разработана в период с 1992 по 1994 год (KOVÁ CS ET AL. [29], KOVÁ CS AND ANDRÄ [28], KOVÁ CS [27]) и применяется с тех пор при проектировании многих крупных зданий, мостов и вышек.

6.2 Профили ветрового воздействия

Ветер на большой высоте является связанным и зависит не только от об-щих метеорологических условий. Рядом с поверхностью неравномерность земли вводит атмосферный пограничный слой, где на земле скорость ветра равна нулю и достигает предела асимптотически. В SOFiLOAD дан-ное предельное значение называется ”атмосферным ветром”, который не соответствует понятию, применяемому в общей литературе. За счет дей-ствия силы Кориолиса мы получаем вращение направления ветра на 10 - 45 градусов по высоте, что в данном случае не учитывается.

Пользователь SOFiLOAD может создать профиль ветра - в качестве пер-вого метода - путем определения соответствующей скорости атмосферно-го ветра. Для обеспечения этого мы предусмотрели мировую карту ветров для 10-минутного ветра с периодом обращения в 50 лет. Данная карта ветров была создана нами с использованием более старых карт ветров и метеорологических измерений. Она позволяет осуществлять плавную ин-терполяцию атмосферного ветра и потому является более тщательной, чем грубое деление на 3 или 4 ветровые зоны, которое принимается в правилах проектирования.

Преобразование скорости атмосферного ветра, определенной на период в 50 лет, в другое значение времени - что может потребоваться для круп-ных мостов - должно выполняться пользователем при необходимости. Довольно хороший расчет достигается путем использования следующей формулы:

Распределение скорости ветра по высоте зависит от неравномерности поверхности земли и топологии. В SOFiLOAD имеется возможность опре-делить распределение неравномерности (WROU) вдоль направления ветра до 200 км, а также упрощенных геометрических элементов, вроде холма, обрыва или хребта. Что касается последнего, в литературе, в ча-стности в Eurocode 1 часть 4 и новейшей редакции EDIN 1055-4, приведе-ны расчеты, которые были реализованы в SOFILOAD.


6-4 SOFiSTiK 2014

Определение ветра может быть выполнено в качестве второго варианта на основании конкретных правил проектирования. Для специальных об-ластей применения, например, для больших и чувствительных конструк-ций, мостов и вышек, также возможно определить явные ветровые про-фили.

SOFiLOAD определяет на основе определений ветра все прочие характе-ристики ветров, которые соответствуют определению естественного ветра или генерированию искусственных исторических данных о ветре в даль-нейшем. Результатом ветрового профиля являются следующие элементы

• профиль средней скорости ветра (Vmean, 10-минутный ветер), который обычно называется ветровым профилем;

• профиль скорости 5-секундных порывов ветра;

• профиль продольной, поперечной и вертикальной составляющих тур-булентности, которые определяются как

где Ik = сила турбулентности; k = u, v, w.

• профиль продольного, поперечного и вертикального интегрального по-казателя турбулентности, который также называется эффективной длиной волны. L - это масштабный показатель спектра турбулентности, он происходит из физического значения эффективной частоты турбу-лентности:

при k = u, v, w

Ввод и результаты также отображаются графически. Для любого опреде-ления ветра в SOFiLOAD создаются три рисунка:

• Рисунок 1: Вид сбоку и топология A, вид площадки на плоскости с на-

правлением ветра, осями координат, неравномерностью и топологией, пр.;

• Рисунок 2: Скорость ветра в пограничном слое A, вид сбоку площадки и профиль неравномерности по направлению ветра и профиль полного среднего V до атмосферного ветра;

• Рисунок 3: Распределение скорости, турбулентности и эффективных длин волны A, подробный вид сбоку конструкции со всеми характери-стиками по высоте конструкции;

6.3 Коэффициенты силы ветра

Существуют постоянные значения силы ветра для данной формы тела, которые также называются аэродинамическими коэффициентами (их сле-дует отличать от аэроэластичных производных),


SOFiSTiK 2014 6-5

которые содержат усилия для однородного скоростного поля или устойчи-вого эквивалентного значения относительной скорости конструкционных компонентов ветрового поля. Определение плоского сечения является следующим:

при:

F Сила ветра (тяга, подъем, момент силы ветра)

q давление скорости

C = CD, CA, CM: Коэффициент силы ветра

A Площадь ветровой атаки или ширина линейных элементов

Для расширенного анализа также возможно определить производные в соответствии со Scanlan. Они определяют силы, зависмые от частоты, ко-торые действуют на конструкцию и вызываются движениями конструкции в воздухе.

Элементы для нагружения ветром выбираются с помощью записи GRP. Идеально устойчивое здание без каких-либо динамических воздействий также может быть создано с помощью SOFiLOAD.

Рисунок 6.1: Коэффициенты силы ветра

ВЕТЕР


6-6 SOFiSTiK 2014

Коэффициенты силы ветра для типов элементов балка, трос и ферма мо-гут быть определены в AQUA для любой секции в зависимости от угла атаки. Это определение настоятельно рекомендуется для всех динамиче-ски чувствительных конструкций или элементов, чувствительных к гало-пированию или флаттеру. Для получения данных значений обычно вы-полняется испытание в аэродинамической трубе или используется анализ CFD (Расчетной динамики жидких тел).

Для стандартных стальных форм или зданий в литературе или правилах проектирования приведены значения. Для стальных форм AQUA генери-рует простые функции, которые зависят от угла атаки, но без сведений о галопировании. SOFiLOAD имеет все значения для прямоугольных и круг-лых сечений. Без указания только компоненты по направлению ветра бу-дет рассматривается с коэффициентом 2,0.

SOFiLOAD также обеспечивает возможность с помощью записей BEAM, TRUS и CABL определять дополнительные коэффициенты к определен-ным коэффициентом сил избирательно только для данных типов элемен-тов по отдельности. Кроме того, также имеется запись GRP с дополни-тельными коэффициентами, доступными для определения затенения, ор-динат воздействия, пр.

Для областей в SOFiLOAD с помощью AREA или QUAD имеется возмож-ность определить явное ветровое давление или значения подъема, кото-рые перпендикулярны к области. Для цилиндрических форм в соответст-вии со многими правилами и для плоских стандартных крыш и стен в со-ответствии с DIN 1055 часть 4 также можно выбрать значения. При отсут-ствии определенных значений все коэффициенты принимаются как 1,0.

Если давления определены для нескольких точек данных в результате проведения испытаний в аэродинамической трубе, запись WIPT позволяет применить удобный метод с внешними сетками FE точек данных для ге-нерирования требуемых данных о нагрузке. Данный метод настоятельно рекомендуется для применения, особенно в случае переходной нагрузки.

6.4 Турбулентность и аэродинамика

Естественный ветер - это сумма средней скорости ветра и отклонений по причине турбулентности, которую можно разложить на три направления в пределах ветровой системы координат:

• продольная (= параллельно средней скорости ветра) • поперечная (горизонталь с наклоном по отношению к направлению

ветра) и • вертикальная

Потому турбулентность - это сумма бесконечно большого количества ма-леньких гармонических частот скорости. Их распределение по оси частот характеризуется спектром мощности.


SOFiSTiK 2014 6-7

Спектры мощности являются детерминистической частью ветровой нагрузки, фактически служа основой интеграла Фурье в исторических сведениях о тур-булентности. Силовые спектры естественного ветра могут быть описаны про-стыми формулами в соответствии с общим образом определения спектра фон Кармана. Если пользователь выбирает случайное распределение фазы для всех частот, также имеется возможность восстановить интеграл Фурье четко определенных случайных исторических данных, что позволяет восста-новить сами исторические данные. Именно это и делает SOFiLOAD при гене-рировании исторических сведений о ветре.

Соотношение между турбулентностью в разных точках пространства ха-рактеризуется особым сходством и функциями связи. Данные функции определяют в грубом смысле отношение между скоростью порыва ветра, продолжительностью порыва и размером порыва. Очевидно, что про-странственное распределение порыва оказывает большое влияние на си-лы в пределах конструкции. SOFiLOAD работает с естественными разме-рами порывов, которые в противном случае существенно недооценивают-ся в большинстве правил проектирования. (Модель Давенпорта с посто-янным размером порывов на всех высотах).

Алгоритм связанности при генерировании исторических сведений о ветре должен отражать тот факт, что сходство между двумя пакетами историче-ских сведений о естественном ветре в двух точках становится меньше по мере увеличения расстояния. Это уменьшение корреляции описано в ли-тературе по-разному в зависимости от автора публикации, но в целом мо-жет быть обобщено путем использования половины значения расстояния (KOVÁ CS ET AL. [29]), где квадратный корень связи стохастического процес-са уменьшается с целого значения 1,0 (полная связь на нулевом расстоя-нии) до значения 0,5. Каждая турбулентность по любой из осей имеет та-кую же функцию сходства. Следовательно, связь естественного ветра описывается матрицей 3 х 3 половин значений расстояния. Дополнитель-ные сведения приведены в записи WSPE.

6.5 Динамика отклика

Из профиля ветра, спектров турбулентности, связей и некоторых случайных чисел SOFiLOAD генерирует искусственные случайные исторические сведе-ния о ветре на основе теоретических положений в KOVÁ CS ET AL. [29], которые затем используются в программах DYNA или ASE при проведении переходно-го динамического анализа конструкции. Путем применения достаточно боль-шого количества таких исторических данных имеется возможность установить статистические доказательства ограничения конечного состояния или ограни-чения работоспособного состояния, включая любые доступные материаль-ные или геометрические нелинейные эффекты.

Такое проектирование на основе переходного анализа обеспечивает про-цесс проектирования конструкционной системы с учетом значительной доли ветровой нагрузки. Вместо простого коэффициента динамического порыва мы имеем динамические силы и напряжения для всех точек кон-струкции, которые могут быть непосредственно введены в процесс проек-тирования. Путем повторения процесса для переработанной конструкции имеется возможность ее оптимизации по критериям ветровой нагрузки.


6-8 SOFiSTiK 2014

Первым шагом ветрового анализа всегда является статическая ветровая нагрузка (базовый случай загружения), где вводятся значения, необходи-мые для создания исторических данных о ветре. На основе этих данных в рамках второго этапа генерируются случайные исторические данные по времени в пределах пространства и времени.

Переходной анализ в DYNA и ASE является нелинейным путем использо-вания нелинейных коэффициентов силы ветра, определенных в AQUA. Нелинейные эффекты самой конструкции могут быть введены с помощью ASE. Анализ является интерактивным, поскольку он учитывает, что конст-рукция будет двигаться в пределах поля ветра и, следовательно, будет изменять относительную скорость ветра во всех случаях путем наложения векторов скоростей ветра и конструкции. Только с помощью данной функ-ции можно имитировать важные аэродинамические эффекты вроде аэро-динамического затухания или изгибающегося галопирующего возбужде-ния.

Аэродинамическое затухание вводится в симуляцию с помощью формул ден Хартога, т.е. автоматически в качестве стационарного подхода. (Здесь следует отметить, что несмотря на свое важное воздействие, это почти не учитывается в немецких правилах проектирования). Кроме того, изгибающееся галопирующее возбуждение автоматически вводится в анализ, если коэффициенты силы ветра были правильно определены в AQUA.

Более расширенные возможности для проверки галопирования скручива-ния и общего флаттера доступны только при включении производных Scanlan.

Наконец, также следует отметить, что обработка важных ветровых эф-фектов также является сложным вопросом определения надежности (см., например, KOVÁ CS AND ANDRÄ [28]). В данном руководстве не указываются какие-либо правила, пользователь должен выяснить собственные требо-вания в этом отношении.


SOFiSTiK 2014 6-9

6.6 Карта атмосферных ветров

Рисунок 6.2: Значение 50-летнего ветра / 10-минутной средней скорости атмосферного ветра на бесконечной высоте

Теоретическим основанием данной карты является двухмерный ветровой профиль от ESDU [14, 15]. Термин атмосферный ветер является асим-птотическим значением ветрового профиля, что позволяет выполнять экс-траполяцию скорости в атмосфере от ветра на малой высоте. Аналогич-ный термин рассматривается в ESDU [14, 15] как градиентный ветер, UG. Однако для UG существуют более противоречивые определения в литера-туре (например, как скорость ветра на высоте 300 - 500 м при неравно-мерности поверхности в размере 0,05). Новое наименование должно по-зволить отличать данное значение от прочих определений.


6-10 SOFiSTiK 2014

Источники (см. Список используемой литературы; метеорологические из-мерения, карты в правилах проектирования) обычно используют высоту в 10 м над землей и прочие эталонные параметры. Атмосферная карта бы-ла экстраполирована на основании этих данных.

Между данными есть отличия. Мы должны были судить о надежности дан-ных и потому предоставляем дополнительные сведения о нашем выборе:

Германия

В регионе Северного и Балтийского морей имеется достаточный объем метеорологических измерений, которые представлены в SCHMIDT [39]. Ста-тистические оценки, выполненные Немецкой метеорологической службой были несколько изменены (коэффициенты Вайбулла были уменьшены)

В регионе Северного моря наблюдалось высокое совпадение между изме-рениями у SCHMIDT [39] и спецификациями в ECCS [11] , ECCS [12], а также региональными значениями в [13]. Региональные значения в Eurocode [12]/A оказались слишком большими и были проигнорированы (показатели из [12]/A взяты из самого первого издания [13] .

Контрольные расчеты для немецких прибрежных областей показали, что неравномерность морской области с сильными ветрами может быть вы-брана как 0,005 м. В SOFiLOAD данное значение будет использовано в любом случае. Однако в правилах проектирования часто используется значение 0,01. Потому может возникнуть ситуация, когда программа для точек на побережье будет оценивать силу ветра на 6 - 8 %. Это также справедливо для прочих прибрежных областей. Для более близкого соот-ветствия правилам проектирования рекомендуется добавить область с неравномерностью 0,01 перед зданием.

Для центральной Германии изолинии в ECCS [11], ECCS [12] довольно консервативны. Такой вывод сделан не только по сравнению с правилам проектирования Франции (высокий скачок на границе) [12]/A), но и по сравнению с CASPAR [3]. На территории земли Рейнланд-Пфальц изолинии были приняты в соответствии с региональными значениями Франции. Для восточных частей центральной Германии в расчет принимались в основ-ном оценки из CASPAR [3]. Однако значения из Caspar имеют более высо-кую вариацию годового максимума, что было учтено автором для некото-рых конфиденциальных исправлений, которые были внесены по причине недостаточных данных измерений. Изолинии основаны на среднем значе-нии вариации в 12 % (Давенпорт обычно указывает 10 %).

В Центральной Европе мы имеем более медленные ветры, чем указанные в правилах проектирования. С другой стороны, некоторые значения из до-кументов Caspar показывают, что в данном случае намного более важно учитывать местную топологию.


SOFiSTiK 2014 6-11

Южнее линии Фрайбург – Нюрнберг применялись карты ECCS [11], ECCS [12]. Значения довольно близки к допущениям DIN.

Франция

За основу принята региональная карта в [12] /A. Между областями мы применяли интерполяцию. По сравнению с [12] /A карты в ECCS [11], ECCS [12] показывают неправдоподобно высокую скорость ветра (откло-нения на 20 %). [12] /A показывает, что скорость ветра в Бискайском зали-ве существенно меньше, чем в Северном море.

Великобритания, Ирландия

Данные получены из карты ESDU [14]. Имеется высокое совпадение с [12]/A. Региональная карта Великобритании предполагает типовую нерав-номерность в размере 0,03 (вместо 0,05). Для некоторых мест в Велико-британии неравномерность должна быть установлена явно со значением по умолчанию в 0,03.

Скорости ветра в соответствии с ECCS [11], ECCS [12] на 25 % выше, приведенных в ESDU [14]; как считается, разница вызвана непоследова-тельным использованием эталонной неравномерности в ECCS [11], ECCS [12].

Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия

Основные сведения для карты приняты из [11]/A; также были включены некоторые отдельные отчеты по тендерам (Большой Бельт, Орезунд, Гетеборг, Гельголанд, Высокий берег).

Италия, Греция

Согласно [11]. Поскольку имеются региональные карты, скорости ветра будут консервативными, особенно на островах.

Испания, Португалия

В основном соответствует ECCS [11], ECCS [12]; для Португалии были уч-тены дополнительные данные из [12] /A).

Восточная Европа

Согласно ECCS [12] с преобразование Скандинавских правил на Балтий-ский регион.

Большие высоты

Для учета влияния высоты ECCS [12] содержит коэффициент cALT , опре-деленный в национальных приложениях к ECCS [12]/A. Обычно cALT при-нимает значение 1,0 на высотах от 500 до 800 м. Например, в Германии применяется (для высот 800- 1100 м):


6-12 SOFiSTiK 2014

Исключением является Великобритания, где применяется:

Данное последнее увеличение не принимается во внимание на данной карте. Следовательно, рекомендуется учитывать данный эффект в Вели-кобритании по топологии.


SOFiSTiK 2014 6-13

6.7 WIND – Параметры ветра

См. также: WPRO, WROU, WTOP, WSPE, WGEN WIND



CODE

ZONE CLAS

Ветер согласно ATMO Атмосферный ветер EN Eurocode 1991 ISO ISO 4354 - 2009 1055 DIN 1055-4 (2006) VGB VGB-BTR (1997/2005) SNIP СНиП 2.01.07-85 Ветровая зона / Скорость ветра Категория местности (I - IV или A - C) K смешанный профиль для побережья (DIN 1055) B смешанный профиль для внтурен-них областей (DIN 1055)

LI T

*

−

ATMO

*

*

DX DY DZ

Направление ветра (определите, как минимум, один компо-нент!)

− − −

0,0 0,0 0,0

XREF YREF ZREF DXR DYR DZR GH HMIN VR0 VG0 QP0 RHO LAT

Точка на эталонной плоскости для дина-мического генерирования ветра

Направление эталонной плоскости (по умолчанию: перпендикулярно направ-лению ветра)

Высота в координатах системы Высота с постоянной скоростью ветра Явная скорость ветра Явная скорость порыва ветра Явное эталонное давление Плотность воздуха Географическая широта (для ATMO)

[м] 1001 [м] 1001 [м] 1001

− − −

[м] 1006 [м] 1006

[м/ c] [м/ c]

[кН/ м2] [кг/ м3]

[◦]

0,0 0,0 0,0 * * *

0 10/*

* * *

1,25 -


6-14 SOFiSTiK 2014

Профиль ветра будет сгенерирован с определением скорости ветра по высоте. Тип данного профиля выбирается через элемент NORM. В каче-стве распределения ветра вы можете выбрать следующее:

• постоянная ATMO (по умолчанию), создающая профиль на основании скорости атмосферного ветра, которая может быть определена в эле-менте ZONE. 50-летнее эталонное значение ATMO может быть приня-то из карты ветров в пункте 6.6 (По умолчанию: 60 м/с для ZONE). Про-грамма генерирует теоретический логарифмический профиль с учетом неравномерности местности на основе моделей потока, описанных в [8.1, 8.2] .

• одни из указанных классических правил проектирования. После этого программа генерирует профили ветра, которые соответствуют данным правилам проектирования. Хотя правила содержат только статические профили ветра, для данных стандартных профилей возможно выпол-нить переходной динамический анализ. Программа выбирает недос-тающие параметры (скорость порыва, турбулентность, связи) автома-тически и присваивает им обоснованное значение.

• явный профиль по высоте. Подробное определение выполняется с по-мощью записи WPRO. NORM не требуется указывать в этом случае. Данные, введенные любым способом, будут проигнорированы.

Классические правила проектирования обычно содержат 3-4 ветровых зо-ны (ZONE), которые принимаются из национальных карт ветров или зада-ются из приложений к Eurocode. Некоторые правила проектирования так-же допускают более подробное указание с помощью категорий местности CLAS, а также с помощью топологических формаций (WTOP). В таблице ниже представлено описание возможных классов. Любое несовпадение классов или допустимых количеств топологических элементов приведет к прекращению генерирования профиля ветра. Следует отметить, что в Eurocode 1991 предусматривается определение ветровых профилей в пределах национальных приложений. Следовательно, в Германии даже в ходе анализа в соответствии с Eurocode следует выбирать 1055, посколь-ку данная схема заменила формулу Eurocode в национальном приложе-нии.

Правила проектирования EN 1991

ISO 4354

DIN 1055

VGB SIA СНиП

Ветровые зоны (по умолчанию)

1-9(2) страна

VG0 1-4 (2)

1-4 (2)

1-4 (2)

Ia-VII II

Классы неравномерности Категория местности

I-IV 1-4 I-IV K, B

I, II 1997

II, IIa III, IV

A-C (B)

Количество обрывов/хребтов

1 1 1 0 0 0

Следует отметить, что в SOFiLOAD можно использовать только физиче-ски обоснованные ветровые профили, неравномерность и упрощенные топологические модели из правил проектирования.


SOFiSTiK 2014 6-15

В индийских правилах проектирования IS 875 предусматривается карта с базовыми скоростями ветра: от 33 до 55 м/с. Средняя скорость ветра и скорость ветра при порыве получаются из этого значения с помощью трех коэффициентов k1, k2 и k3. Если коэффициент k2 оценивается в

SOFiLOAD, то остальные два следует сочетать в значении VG0 = Vb·k1·k3

в этой записи. Указание ветровой зоны с I до VI само по себе имеет мень-шую важность. Однако для категории класса конструкции A (d < 20 м), B (20 < d < 50) или C (d > 50 м) их следует сочетать с категорией местно-сти 1 - 4 в одном сегменте данных 1A - 4C. Плотность жидкости в этих строительных правилах установлена по умолчанию на 1,20 кг/м3 .

Некоторые исторические правила проектирования также доступны. (Вет-ровые зоны определяются с 0 до IV, по умолчанию применяется II):

1056 DIN 1056 Прил. A

4131 DIN 4131 A (Антенны)

4133 DIN 4133 A (Дымовые трубы)

4228 DIN 4228

Значения координат DX, DY, DZ определяют направление среднего ветра в системе координат здания. Эталонная точка REF и направление DR имеют значения только для исторических данных о ветре. определяет так называемую вертикальную эталонную плоскость, которая должна иметь характеристики связи, которые в наибольшей степени совпадают с по-требностями пользователя. Дополнительные сведения по этому вопросу приведены в записи WSPE. Для определения вышеуказанных точек все три координаты доступны, поскольку ориентация системы координат кон-струкции может быть любой.

GH указывает высоту местности в конструкционных координатах. Это на-чало так называемой ветровой системы координат, которая используется для всего ввода и вывода. Координаты высот в пределах рисунка 3, соз-данного SOFiLOAD, изменяются не в пределах конструкционной системы, а в пределах ветровой системы координат.

HMIN определяет высоту над землей, которая содержит постоянную часть ветрового профиля. Ниже HMIN профиль распространяется как постоян-ный, и специальные свойства турбулентности не развиваются.

Географическая широта LAT через силу Кориолиса (спираль Экмана) оп-ределяет высоту пограничного атмосферного слоя и распределение сред-ней скорости ветра по высоте. Значение по умолчанию составляет f=0,0001.


6-16 SOFiSTiK 2014

6.8 WPRO – Профили ветра

См. также: WIND, WPRO, WROU, WTOP, WSPE, WGEN WPRO



H

V VBOE

TLON TLAT TVER

LLON LLAT LVER

Высота над землей

Среднее значение скорости ветра (10-минутный ветер) Пиковое значение порыва ветра (5-секундный ветер)

продольная, поперечная и вертикальная турбулентность

эффективная длина волны продольной, поперечной и вертикальной турбулентности

[м] 1006

[м/c]

[м/c]

[м/c] [м/c] [м/c]

[м] [м] [м]

!

*

*

*

*

*

*

*

*

Позволяет выполнить определение отдельных профилей ветра до 9 запи-сей WPRO. Значение высоты H следует указать для всех записей WPRO, а перечень следует отсортировать по возрастанию значений.

Любое единичное определение WPRO приведет к удалению всех послед-них определений NORM или ATMO. После этого будут использоваться только явные определения WPRO.

Ввод значений не требуется дополнять или выполнять из однородных ти-пов значений. Простого значения H, V или VBOE будет достаточно. Зазо-ры будут заполнены SOFiLOAD самостоятельно максимально обоснован-но. Следовательно, возможны следующие определения:

LC 100

WIND DY 1

WPRO 50 V 52,5

определяет логарифмический профиль с предустановленной скоростью ветра на высоте 50 м для неравномерности местности в 0,050 м (сельско-хозяйственные земли); или

LC 8200

WIND DY 1

WPRO 15 V 30


SOFiSTiK 2014 6-17

WPRO 30 VBOE 58

WPRO 45 TLON 5.55 TVER 2.22 LLON 250

вводит не подходящий или совпадающий набор всех характеристик.

В таком случае при не полностью четких определениях, которые могут быть фактическим случаем, а также при наличии недостаточного количе-ства данных для площадки расположения конструкции, настоятельно ре-комендуется сверяться с графиками, созданными SOFiLOAD (особенно с графиком 3) и изменить ввод таким образом, пока не образуется обосно-ванная гладкая прямая профиля ветра.

Продольная и вертикальная турбулентность, а также соответствующая длина волны потребуются только в случае генерирования динамического ветра. Для исключительно статического характера ветра их ввод также не важен.


6-18 SOFiSTiK 2014

6.9 WROU – Неравномерность ветра

См. также: WIND, WPRO, WTOP, WSPE, WGEN WROU

Эле-мент


ния


нию SEA

А1 В1 A2 R2 A3 R3 A4 R4 A5 R5 A6 R6 A7 R7 A8 R8 A9 R9

Расстояние до моря (влияние оказывают только рас-стояния менее 200 км) Расстояние 1-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 2-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 3-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 4-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 5-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 6-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 7-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 8-й секции до конструкции Неравномерность секции Расстояние 9-й секции до конструкции Неравномерность секции

[км] [км]

[м] [км] [м] [км] [м] [км] [м] [км] [м] [км] [м] [км] [м] [км] [м] [км] [м]

-200

! 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

- 0,05

На ветровой профиль влияет распределение неравномерности местности на наветренной стороне конструкции, который называется профилем не-равномерности. Изменение неравномерности на определенном расстоя-нии от площадки создает плоскую область в профиле скорости ветра на определенной высоте и скачок в профиле порыва ветра, который виден на рисунках создаваемых SOFiLOAD (рис. 2):


SOFiSTiK 2014 6-19

Рисунок 6.3: Профиль неравномерности (WIND ATMO 75 DX 1; WROU A1 -25 0.01 -3 0,30)

Профиль неравномерности может быть указан с помощью записи WROU для наветренной стороны конструкции на расстоянии в -200 км. Однако допускается не более 9 секций с различной неравномерностью. Ввод для каждой секции i имеет (отрицательное) расстояние начала секции до кон-струкции, а также неравномерность Ri = в пределах данной секции. Для указания правильного среднего значения для эффективной неравномер-ности ширина влияния должна быть учтена в угле отверстия 60◦ по отно-

шению к конструкции.

Само по себе значение неравномерности эквивалентно показателю не-равномерности в литературе, который определяет постоянную интеграции для дифференциального уравнения потока жидкости, которое обычно указывается как z0 [ м], но без непосредственного физического смысла. Значения, принятые из литературы для разных условий местности, явля-ются следующими:

Тип местности z0[м]

широкие водные поверхности

мелкие области с песком Луга с заборами и отдельно стоящими домами (эф-фективная неравномерность в Германии) Пригороды и леса Города со зданиями высотой более 15 м

0,005 0,020 0,050

(по умолчанию) 0,300 1,000

Beta=0.000

Ко

нст

рук

ци

я


6-20 SOFiSTiK 2014

Значения неравномерности свыше 1,0 м не могут обрабатываться в SOFiLOAD. По умолчанию принимается однородная неравномерность z0= 0,050 м.

Обработка прибрежных областей с помощью SEA имеет следующую ос-нову: атмосферный ветер испытывает воздействие только общей нерав-номерности, которая является однородной для морских и береговых зон. На побережье аналогичном побережью Северного моря имеется доволь-но плавный переход. Ветер со стороны моря, который является единст-венным важным фактором, создает два пограничных слоя. На нижний воздействует земля, а на верхний воздействует море. Предел между дву-мя слоями увеличивается на высоте по мере продвижения внутрь суши. Предел может выражаться в изгибе ветрового профиля. Эта точка может располагаться вдоль высоты здания. Этот специальный случай будет смоделирован путем определения SEA и не позволит переоценить ско-рость ветра.

Определение SEA создает устойчиво возрастающий профиль неравно-мерности, полученный от измерений и статистического анализа немецкой метеорологической службы (D- WD) в регионе Северного моря. Потому SEA применяется только для моделирования немецкой части Северного или Балтийского морей или аналогичного пологого прибрежного региона. Для крутого или гористого побережья SEA указывать не следует.


SOFiSTiK 2014 6-21

6.10 WTOP – Топология ветра

См. также: WIND, WPRO, WROU, WSPE, WGEN WTOP



TYPE

XM YM ZM DX DY DZ H B L

Тип топологического элемента HILL холм EDGE обрыв RIDG хребет

Положение эпицентра (Вершина или низшая точка в глобальных координатах)

Направление основного удлинения = местная ось x холма, обрыва или хребта

Высота вершины над землей Ширина (местное направление y) Длина (местное направление x)

LI T

[м] [м] [м]

− − −

[м] [м]

[м]

!

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 !

1000 -

Для профилей ветра, созданных из атмосферного ветра или отдельных ветровых профилей, существует возможность введения геометрических элементов вроде холмов, обрывов (иногда называются уступами) или хребтов рядом с конструкцией, а также на наветренной или подветренной стороне. Они влияют на распределение скорости ветра, которое учитыва-ется приблизительно на основе испытаний в аэродинамической трубе и оценок, приведенных в MAIER-ERBACHER [31].

Для холма эпицентр находится на вершине холма, для обрыва или хребта он может быть выбран произвольно по верхней линии. Продольная ось холма или верхняя линия обрыва или хребта ориентирована в направле-нии DX,DY,DZ. Для обрыва также важно знать направление. Как показано на рисунке ниже, нижняя линия подъема всегда находится справа от век-тора направления.


6-22 SOFiSTiK 2014

Рисунок 6,4: Топология: a) WTOP HILL XM 1000 500 DX 2 4.4 H 300 1400 2600, b) WTOP RIDG YM 1000 DX -1 2 H 400 2500, c) WTOP EDGE 1000 0 DX 1.9 -1 H 500 2100

H - это высота эпицентра по отношению к основанию. H может быть опре-делена с положительным или отрицательным знаком. Значение H>0 обычно увеличивает скорость ветра, тогда как значение H>0 сглаживает поток так, что в нижней части пограничного слоя средняя скорость будет выше, а турбулентность - меньше. При H<0 влияние является противопо-ложным, но благоприятный эффект такого образования применяется только к 50 % на наветренной стороне.

Воздействие топологии является нелинейным и потому обычно его не следует накладывать. Точнее, наложение будет обеспечивать надежные результаты только в том случае, если воздействие на плоскости сущест-венно отличается, т.е. размеры элементов достаточно разные. Воздейст-вие топологии с удлинением на более чем 50 - 60 км уже включено в карту атмосферных ветров, потому определение таких элементов приведет к удвоению воздействия. Правильное определение не содержит более чем двух элементов, один из которых имеет удлинение порядка 10- 30 км, то-гда как другой (скорее, местный) имеет удлинение не более 1 - 2 км.

Определения ветров в соответствии со стандартными правилами проек-тирования обычно этого не допускают. Исключением является EC, в част-ности, ’1991’ и ’1055’, но даже в этом случае допускается только единич-ный обрыв или хребет. Оба варианта правил применяют одинаковый под-ход, который реализован в SOFiLOAD. Обе редакции правил допускают только одно образование, а коррекция скоростей ветра обычно проводит-ся на наветренной стороне. При сочетании со стандартными правилами H допускается только с положительным значением. Неправильное опреде-ление (количество элементов, тип и размер элементов, пр.) всегда вызы-вают появление сообщения об ошибке.


SOFiSTiK 2014 6-23

6.11 WSPE – Спектры ветра

См. также: WIND, WPRO, WROU, WTOP, WGEN WSPE



TYPE A1LO A2LO A3LO B1LO B2LO CLO A1LA A2LA A3LA B1LA B2LA CLA A1VE A2VE A3VE B1VE B2VE CVE

Тип спектра ветра KARM Спектр фон Кармана DAVE Спектр Давенпорта HARR Спектр Харриса EC Eurocode 1 NASA Спектр Фихтля/МакВехила (нейтральный) NASU Спектр Фихтля/МакВехила (неустойчивый) SIMI Спектр Simiu/Scanlan

Продольные коэффициенты явного спектра

Поперечные коэффициенты явного спектра

Вертикальные коэффициенты явного спектра

LI T

− − − − − − − − − − − − − − −

KARM

4 0 0

70,8 0

0,8333 4 0

3021 283

0 1,8333

4 0

3021 283

0 1,8333



6-24 SOFiSTiK 2014



C3E

KUU KUV KUW KVU KVV KVW KWU KWV KWW

Продольный коэффициент

связи: коэффициенты половины значения расстояния Расстояние, определенное, если значение корня связей уменьшено на коэффициент 2.

−

− − − − − − − −

-

0,220 0,110 0,110 0,166 0,110 0,166 0,110 0,166 0,110

С помощью WSPE определяются спектры мощности компонентов турбу-лентности ветра и связи для генерирования динамического ветра. Спек-тры определяются в масштабной форме, введенной фон Карманом, вдоль оси частоты следующим образом:

где L - это эффективная длина волны, определенная с помощью профиля ветра, и, следовательно, f0 - это эффективная частота турбулентности. Однако существуют и другие определения масштабирования с другим значением f0.

Форма спектров отличается для разных направлений, потому для трех компонентов определяется шесть коэффициентов a1, a2, a3, b1, b2, c. Существуют и другие отклонения в зависимости от автора или типа спек-тра, принятого из литературы. Наиболее важные из них доступны и могут быть выбраны непосредственно. Другие же могут быть заданы в явной форме через постоянные.


SOFiSTiK 2014 6-25

a1 a2 a3 b1 b2 c

Продольный по фон Карману

4,000 0,0 0,0 0,0 70,8 0,8333

Поперечный по фон Карману

4,000 0,0 3021 0,0 283,0 1,8333

По Давенпорту

∗(продольный) 0,0 0,6667 0,0 0,0 1,0 1,3333

По Харрису

∗(продольный) 0,337 0,0 0,0 1,5 0,0 0,8333

EC 6,800 0,0 0,0 10,2 0,0 1,6667

*) Масштабирование через f0 = V(10) / 1200

**) Масштабирование через f0 = V(10) / 1800

Значения продольных / поперечных/ вертикальных коэффициентов для типа KARM по умолчанию следуют подходу, введенному фон Карманом, который наилучшим образом описывает действительность в соответствии с общей практикой. Отклонение от него следует допускать только в осо-бых случаях. Вторым общим подходом является спектр Eurocode (часть 2-4 Приложение B.11, тип EC), который является упрощенной формой спек-тра фон Кармана, которая становится более важной при применении Eurocode. Имеется два доступных классических спектра: спектр от Давен-порта (DAVE), который является популярным в вышеуказанной форме в Германии и Центральной Европе. Данный спектр не является математи-чески правильным в своем асимптотическом поведении и потому несколь-ко раз корректировался, однако он наиболее часто применяется в своей первоначальной форме. Аналогично спектрам EC или Харриса (HARR) DAVE описывает только продольную составляющую. Два других недос-тающих направления рассчитываются с помощью формул фон Кармана. DAVE и HARR используют упрощенное масштабирование с небольшими отклонениями от подхода фон Кармана.

Другим возможным вариантом выбора являются формулы, опубликован-ные Фихтлем/МакВехилом (NASA TN D 5584, 1970). Коэффициент a1 со-ответствует значению C, умноженному на β. Эталонная частота зависит от высоты:


6-26 SOFiSTiK 2014

C

β r fm

нейтрально продольный 6,198 (z/18)−0,63 0,845 0,03(z/18)

нейтрально поперечный 3,954 (z/18)-0,35 0,781 0,1(z/18)0.58

нестабильно продольный 2,905 (z/18)−0,14 1,235 0,04(z/18)0.87

нестабильно поперечный 4,599 (z/18)−0,04 1,144 0,033(z/18)0.72

Для сравнения разных формул на рисунке ниже представлены продоль-ные компоненты реализованных спектров: относительное смещение мак-симума от DAVE, HARR и NASA по сравнению со спектром фон Кармана является следствием разного масштабирования.

Рисунок 6.5: Спектры в сравнении


SOFiSTiK 2014 6-27

Иногда возникает необходимость явного определения коэффициентов для конкретного тендера или иностранных правил проектирования через TYP EXPL. В данному случае допускаются только те формулы, которые совпадают с общим определением. В таких случаях также следует обес-печить правильное определение всех шести значений, поскольку про-грамма удалит все значения по умолчанию для отдельной спецификации. Правильное определение продольного спектра с большим значением по-стоянной a1 (5,0 вместо 4,0) выполняется следующим образом:

WSPE KARM A1LO 5.0 0.0 0.0 70.8 0.8333

Отдельный определенный спектр должен удовлетворять условиям нор-мализации, как и все прочие реализованные спектры:

SOFiLOAD выполняет проверку нормализации для любого применения WGEN в высшей и низшей точках конструкции и отмечает любое отклоне-ние от Ψ более чем на +/- 5%. В этих случаях самым простым методом решения проблемы является масштабирование коэффициентов a1, a2, a3 в пределах нового определения WSPE на 1/Ψ. Для более крупных откло-нений настоятельно рекомендуется проверка определения функции.

Функция связи, реализованная в SOFiLOAD, в значительной степени сов-падает с функцией, заданной фон Карманом аналитически (ESDU [15], раздел 7, приложение A2). По умолчанию элементы матрицы Kij являются слегка консервативными с учетом измерений за последние 30 лет. Имеет-ся возможность отдельной замены отдельных элементов. Матрица связей определяет изотропную связь, которая искажается рядом с поверхностью земли по причине влияния неравномерности (ESDU [15]). Функция коррек-тируется рядом с поверхностью автоматически и не требует иной коррек-ции для данного случая. Следовательно, значения будут выше, чем в первоначальной эмпирической формуле Давенпорта от 1962 года.

Потому следует контролировать связи γ(η) посредством коэффициента половины значения расстояния HWD, то есть расстояния, где квадратный корень связи уменьшается на коэффициент 2. Такое расстояние получа-ется с помощью коэффициента масштабирования kki :

при:

i первый индекс u,v,w = компонента турбулентности k второй индекс u,v,w = эталонная ось вдоль которой проверяется связь.


6-28 SOFiSTiK 2014

Если, например, на рисунке A2 в качестве значения связи γuv = 0,5 прини-мается значение η = 0,7. То получается соответствующее приблизительное значение kuv = 0,7/ (2π) = 0,11. Общее преобразование в формулу Давенпор-та не возможно:

Поле турбулентности, генерируемое SOFiLOAD, является результатом двухмерного генерирования турбулентности в пределах эталонной плос-кости, которая определяется в записи WIND:

Y

WX

WY

Эталонная точка

X


Ось WX, WY и вертикальное направление действия силы тяжести WZ оп-ределяют асимметричную систему координат, где продольная, попереч-ная и вертикальная турбулентность рассчитывается вдоль эталонной плоскости, определенной WY и WZ, в соответствии со связями в пределах данной плоскости. Такой образец турбулентности перемещается вдоль направления ветра в замороженном виде, переходя на конструкцию, т.е. связь в направлении ветра всегда равна 1,0, исторические данные иден-тичны только при другой фазе. Данный подход может применяться в ред-ких случаях к значительной части безопасной стороны. Примерами этого являются конструкции, которые повторяют себя вдоль направления ветра, демонстрируя сопротивление резонансу с частотой возбуждения, которая не наблюдается в природе. В данных случаях коррекция с незначитель-

ным изменением значения для FLO≠1,0 может оказаться полезной.

Базовая плоскость

Направление ветра


SOFiSTiK 2014 6-29

6.12 WGEN – Генерирование спектров и исторических данных о ветре

См. также: WIND, WPRO, WROU, WTOP, WSPE WGEN

Эле-мент



умолчанию

LCG SPEC

LCOH

HIST

T DT

FMIN FMAX FDEL EIGB EIGT HTYP

Номер случая загружения для базового ветра

Генерирование спектра

REST Спектр уже определен U только продольные V только поперечные компоненты W только вертикальные компоненты или UV, UW , VW, UVW

учитывание местных связей ON/OFF

Генерирование исторических данных о ветре

NONE создание только спектра

U только продольные

V только поперечные

W только вертикальные

или UV, UW , VW, UVW

Общее время ветровой нагрузки Временной шаг ветровой нагрузки

Минимальная частота спектра Максимальная частота спектра Разрешение спектра Расчет изгибающей частоты флаттера Расчет скручивающей частоты флатте-ра Выбор явных исторических данных о ветре

−

LI T

LI T

LI T

[c] [c]

Гц Гц Гц

Гц

Гц

−

!

U

ON

NONE

620 0,2

0,0 1,0

0,001 - - -



6-30 SOFiSTiK 2014



NR0

NR

... NR9

BEAM |TRUS |CABL |QUAD для 10 номеров, сохраненных в базе данных, которые отобра-жаются с помощью DYNR HIST VX, VY и VZ

− −

−

-

-

-

TO

Имя базы данных для получения истори-ческих данных

Lit32

-

На основании профиля ветра и параметров, включая турбулентность и распределение интегральной длины, определенных с помощью базового случая загружения LFG, генерируется некоторое количество случаев за-гружения со случайной переходной ветровой нагрузкой. Случайные свой-ства обеспечиваются номером случая загружения, который также исполь-зуется как значение инициализации для последовательности генерирова-ния случайных чисел. Требуемое количество исторических данных о вет-ре должно быть получено из концепции надежности здания. Для общих правил проектирования и коэффициентов надежности по ветру в боль-шинстве случаев достаточным является от 9 до 11 исторических данных.

Потому определение ветра потому начинается с базового ветрового случая загружения, например:

LC 300 W TITL ’Wind basic loadcase’

WIND DY 1 XREF 0 0 0 DXR 0.1 1.0 GH 5.0

WROU 0.02 ; WPRO H 100 VBOE 65 ; WTOP ... WSPE EC

Настоятельно рекомендуется во всех случаях тщательно проверять дан-ный первый случай загружения и затем приступать к генерированию от-дельных спектров и исторических данных о ветре, где рекомендуется от-разить зависимости в пределах номеров случаев загружения, например, исторические данные о ветре в случаях загружения 301,302,... должны быть получены от базового случая загружения 300.

LC 301 W TITL ’Dynamic Wind’ ; WGEN 300 SPEK UVW HIST UVW 620

0,1


0,1


0,1

Имеется возможность изменить спектры отдельно для некоторых истори-ческих данных. В этом случае WSPE нужно повторно определить со всеми параметрами между определением LC и WGEN.

Генерирование исторических данных о ветре выполняется в два этапа. На


SOFiSTiK 2014 6-31

первом этапе (генерирование спектра) создается форма энергетического спектра на основе теории, приведенной в KOVÁ CS AND ANDRÄ[28], KOVÁCS

[27], то есть отдельный спектр Фурье для данного случая загружения (от-дельный интеграл Фурье) для всех компонентов турбулентности для всех узловых точек конструкции. На втором этапе (генерирование исторических данных) создаются отдельные исторические данные через определенное преобразование Фурье. Спектры, сгенерированные однажды, могут быть использованы для различных исторических данных о ветре: например, пе-ременной продолжительности ветра, переменного шага времени или вы-бора меньшей или высшей частоты турбулентности, пр.

Некоторые параметры генерирования ветра (например, DT, FMAX, FDEL) могут быть выбраны пользователем. Однако при этом они должны совпа-дать. Шаг частоты FDEL должен быть достаточно небольшим, в противном случае можно получить неестественную периодичность ветровой нагрузки. DT следует выбирать таким образом, чтобы все важные частоты конструк-ции рассматривались соответствующим образом. Дополнительное значе-ние FMAX должно быть больше важных частот резонанса конструкции. Для случая с устойчивым ветром имеется возможность указать DT 0,0 как спе-циальный случай.

С другой стороны, генерирование ветра станет очень дорогостоящим, если параметры выбираются слишком большими, потому может потребоваться выбрать наилучшее компромиссное значение. FMAX и FDEL также могут быть изменены для испытаний или предварительных проверок на этапе оценки проекта для того, чтобы достичь меньшего времени отклика. Однако при окончательном проектировании параметры должны совпадать со стати-стической необходимостью. Значения по умолчанию выбираются на основа-нии потребностей в крупных мостах. Для меньших зданий требуются измене-ния (например, уменьшение значения DT, увеличение значения FMAX).

В рамках генерирования турбулентности реализуется затухание турбу-лентности для конечной точки элемента на основе местного затухания связей вдоль оси балки, что позволяет упростить генерирование нагрузки на балку. Для проверки турбулентности может потребоваться отключить данную опцию с помощью оператора LCOH OFF.

Для включения производных Scanlan в динамику ветра необходимо, чтобы были определены все секции, определенные в ветровых коэффициентах в AQUA, а расчетные значения EIGB и EIGT должны быть указаны в записи GRP.

Для низшей и высшей точки ветрового профиля общий спектр будет готов для графической оценки. Без определения компонентов SPEC и HIST дан-ный анализ на этом этапе прекращается.

Также рекомендуется начать с первичного случая загружения в DYNA / ASE на основании статического ветра для сохранения нарушений на пе-риоде запуска на максимально низком уровне.


6-32 SOFiSTiK 2014

Объем данных может стать довольно большим, поскольку нелинейные исторические данные создадут собственный случай загружения для каж-дого шага времени. Поэтому мы рекомендуем использовать отдельную копию базы данных для каждого комплекта исторических данных. С по-мощью определения элемента TO создается копия текущей базы данных, которая содержит все необходимые данные для анализа исторических данных о ветре. После выполнения анализа и всех наложений экстрему-мы могут быть импортированы в основную базу данных с помощью про-граммы DBMERG.


SOFiSTiK 2014 6-33

6.13 WIPT – Точки данных аэродинамической трубы

См. также: WIND, WPRO, WROU, WTOP, WSPE WIPT



X Y Z GRP TOL ELIM

MNAM

Координаты точки измерения Группа в ветровой сетке (дополнительно) Допуск предполагаемого направления Предельное значение для определения крайней точки (0 = центр, 1 = край) Имя базы данных, которая содержит ветровую сетку

* * *

− * −

Lit∗

0,0 0,0 0,0

-

0,01 0,4

!

С помощью эксперимента в аэродинамической трубе модель здания про-веряется на интегральные силы и давления в отдельных точках. Они мо-гут варьироваться по времени, и уже только от конструкции зависит, будет ли нагрузка приниматься как псевдостатическое среднее значение, или же следует моделировать динамическое воздействие. Для преобразования данных показателей давления в нагрузку рекомендуется использовать та-кой порядок действий:

• Для каждого измеренного элемента данных определяется отдельный случай загружения.

• Затем к данной точке данных применяется единичное давление 1,0, то-гда как все прочие точки данных имеют значение 0,0. Это подразуме-вает распределение давления на площади, которое принимается как функция воздействия давления в данной точке.

• Каждый из данных случаев загружения может быть принят как статиче-ский или определен с помощью FUNC как переходной. В обоих случаях применяемые коэффициенты являются фактическими давлениями в данной точке данных.

Допуская, что у нас есть область корпуса нашей конструкции с нескольки-ми точками измерения данных, мы можем создать грубую сеть из тре-угольников и четырехугольников двумя способами. Возможно либо соз-дать данную сетку так, чтобы каждая точка данных находилась рядом с центром одного элемента (а), либо в углах или рядом с углами билиней-ной сетки (б):


6-34 SOFiSTiK 2014

(a) (б)


После этого координаты данной выбранной точки данных устанавливают-ся с помощью WIPT. В SOFILOAD создается образец нагрузки на площадь выбранной формы функции влияния. Если точка находится внутри эле-мента, создается постоянное давление для всего элемента. Если точка находится рядом с краем (ELIM), допускается билинейная функция со значением 1,0 в точке данных и 0,0 в отдаленных узлах. Поэтому узел, ко-торый находится ближе к точке данных, будет иметь экстраполированное значение > 1,0.

Функции воздействия после этого могут использоваться непосредственно в DYNA или быть преобразованы с помощью STEP в единичные случаи загружения для ASE.

Значения для ELIM, TOL и MNAM сохраняются как значения по умолча-нию для всех последующих определений.

Волновая нагрузка | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 7-1

7 Волновая нагрузка


Волны в океане в основном создаются ветром на большом расстоянии. Они являются основной нагрузкой для встроенных конструкций в при-брежных областях или на шельфе. Аналогично ветру, генерируется сто-хастическое волновое поле большого масштаба, на которое существенное влияние оказывают морские течения и форма побережья. Для решения данных задач имеется программное обеспечение (например, SWAN).

Для нагружения конструкции предусматривается местная проектная волна или спектр волн, который сохраняется в SOFiLOAD в отдельном случае загружения. Решение от SOFiSTiK разделяет волновую модель от конст-рукции аналогично тому, как описано в предыдущем разделе. Поток воды рассчитывается так, как будто конструкция отсутствует. Для увеличения силы движение конструкции учитывается путем принятия относительных скоростей и ускорений (уравнение Моррисона).

7.2 Введение

Океанские воды глубокие, поэтому на волны не воздействует дно, течения и препятствия в виде островов, мысов и волнорезов. В отличие от обра-ботки прибрежных вод, рассматривается ограниченная, но постоянная глубина воды, т.е. горизонтальное дно [25].

Волны на поверхности океана с периодом от 3 до 25 секунд являются ос-новной особенностью прибрежных регионов. Прочие движения волн также существуют в океане, включая внутренние волны, течения, прибой и крае-вые волны. Термин "волны" в данном случае применяется только к по-верхностным гравитационным волнам в водах с идеализированными фи-зическими свойствами и движениями, а также с гравитацией в качестве единственной внешней силы [35].

Знание таких волн и сил, которые они порождают, является основопола-гающим для проектирования морских конструкций. Здесь приведен обзор данных теорий и математических формул для описания поверхностных океанских волн, а также сил, ускорений скоростей, возникающих в связи с ними. Рассматриваются две основные волновые теории: регулярное вол-нение и нерегулярное волнение.

В разделе Регулярное волнение цель заключается в обеспечении подроб-ного понимания кинематики волнового поля посредством изучения волн постоянной высоты и периода. В разделе Нерегулярное волнение цель за-ключается в описании методов, связанных с анализом нерегулярного вол-нения, которые являются наиболее описательными для волн, наблюдае-мых в природе.

SOFiLOAD | Волновая

нагрузка

7-2 SOFiSTiK 2014

d

η

7.3 Регулярное волнение

Волновые теории - это приближение к реальности. Если смотреть на по-верхность моря, она в основном не однородная, трехмерная и изменяется во времени. Сложность этой трехмерной поверхности, которая зависит от времени, не может быть в достаточно степени описана в целом, и потому упрощающие допущения должны быть применены для достижения расче-тов, способных ее представить.

Простейшим математическим представлением океанских волн является линейная теория волн. Линейная теория характеризуется свободным рас-пространением малых по амплитуде гармонических волн. Основным тре-бованием для применения линейной теории является то, что амплитуды волн являются маленькими, т.е. маленькими по сравнению с длиной волны и глубиной воды. Данная линейная теория также называется Эйри и может описывать многие технические задачи с достаточной точностью.

Когда высота волн становится выше, линейная теория может не быть дос-таточной, и потому потребуется применять волновые теории с конечной амплитудой. Данные теории не являются линейными и допускают описа-ние волн, которые не являются чисто синусоидными по форме. Для крутых волн или волн в мелкой воде, например, волн с более плоскими впадина-ми и заостренными вершинами приводятся теории более высокого поряд-ка, например, волновая теория Стокса или теория кноидальных волн. Бо-лее того, распространение линейное теории также введено, что позволяет компенсировать допущение небольшой амплитуды и представляет резуль-таты в конечном диапазоне размеров.

Принимая волновую теорию следует обеспечить то, что интересующее волновое явление описано в данной теории достаточно хорошо, поскольку проектировании морских объектов зависит от способности предсказать профили волн и движение воды.

c

z

H

x S W L

d

L h

Рисунок 7.1: Волна


SOFiSTiK 2014 7-3

Регулярное волнение может быть описана периодической детерминисти-ческой функцией, которой управляют три основных параметра:

• высота волны H (разница между гребнем и впадиной)

• период волны T (в основном от 3 до 25 сек.)

• (постоянная) глубина воды d

7.3.1 Линейная теория волн (Эйри)

Профиль поверхности волны Эйри при высоте волны H, в любой момент времени t и в горизонтальном положении x в направлении движения вол-ны обозначается как η и задается следующим:

при следующем потенциале скорости ϕ

где k - количество волн k = 2π/ L, L - длина волны, ω - круговая частота

ω = 2π/ T и T - период. Скорость волны c определяется как as c = L/ T .

Скорость частиц может быть легко получена от потенциала скорости как ϑϕ/ ϑx = vx и ϑϕ/ ϑz = vz, а ускорения - как производные времени и скоростей ϑvx / ϑt = ax и ϑvz / ϑt = az. Вдоль волны горизонтальная vx и вертикальная vz

скорости, а также горизонтальное ax и вертикальное az ускорение в точке z, измеренной от уровня спокойной воды (SWL) на глубине воды d задаются следующим выражением:

где α - это амплитуда волны α = H/ 2. Отношение дисперсии связывает ко-личество волн, k или длину волны L с круговой частотой ω с помощью фор-мулы:

или

с


нагрузка

7-4 SOFiSTiK 2014

где g - ускорение свободного падения. Для глубокой воды tanh (kd) → 1, то-

гда как kd → ∞, где для очень мелкой воды tahn (kd) → kd, тогда как kd → 0,

что ведет к дальнейшему упрощению вышеуказанных равенств.

Таблица 7.1: Описание характеристик волны согласно линейной теории волн (Эйри)

Характеристи-ка волны Мелкая вода Глубокая вода

Отношение дисперсии

Отношение длина волны - период

Горизонталь-ная скорость

Вертикальная скорость

Горизонталь-ное ускорение

Вертикальное

Ускорение

7.3.2 Волновая теория Стокса 2-го и 5-го порядков

В линейной волновой теории описана волна с гармоническим профилем поверхности, которая соответствует линеаризованным базовым уравне-ниям и граничным условиям. Она приближается только посредством не-линейных уравнений и граничных условий. Лучшее приближение может быть найдено путем добавления коррекции в профиль гармонической волны. Это выполняется с помощью теории Стокса за счет добавления дополнительных гармонических волн к базовым гармоникам с точки зре-ния успешной коррекции, где каждая коррекция более высокого порядка получается на основе ранее полученной коррекции более низкого поряд-ка. Порядок теории - это число рассматриваемых условий. Например, профиль поверхности для теории Стокса 2-го порядка, который состоит из двух условий, представлен в [25]:

Волны Стокса являются дополнением к волновой теории Эйри и потому также формулируются в потенциале скорости Для волн Стокса 5-го поряд-ка


SOFiSTiK 2014 7-5

потенциал равен:

Соответственно, скорости и ускорения частиц воды, а также профиль по-верхности задается [40]:

Отношение дисперсии сейчас становится равным:

Для проектной волны λ и k должны быть определены с помощью следую-щей пары уравнений:

Коэффициенты Gi , Fi , Bij , Ci заданы с точки зрения длины волны L и при-ведены у Skjelbreia and Hendrickson [40]. 1

7.3.3 Теория кноидальных волн: приближение 3-го и 5-го порядка Ивагаки

Кортевег и де Ври (1895) разработали волновую теорию, которая получи-ла название кноидальной. Кноидальная теория применима к волнам в мелкой воде с конечной амплитудой и

1Выражения приведены у SKJELBREIA AND HENDRICKSON [40], но уведомление о том, что в первоначальном выражении C2 Шельбреи коэффициент + 2592 следует заменить на

− 2592, указано у Nishimura & al. (1977), FENTON [18] (1985), BHATTACHARYYA [2] (1995).


нагрузка

7-6 SOFiSTiK 2014

включает в себя влияние нелинейности и дисперсии. Теория определяет-ся с помощью эллиптической функции Якоби, cn, отсюда и название кнои-дальная. Кноидальные волны являются периодическими с резкими греб-нями, которые разделяются плоскими широкими впадинами. Многие дос-тижения были сделаны с момента открытия первоначальной теории и ее представления Фентоном [19] (1990), [20] (1999). Они представлены здесь, включая полное приближение 3-го порядка, а также приближение Ивагаки 5-го порядка.

У Фентона [20] (1999) основной метод полагается на расширение двух ос-новных параметров: высота волны по отношению к глубине впадины ε = H/

h и параметр мелкости δ = 4a2 / 3. Символ cn используется для обозначения

cn(αX/ h|м) = cn(α(x − ct)/ h|м), где α - это коэффициент, который задан с помо-

щью ε. Параметр м, модуль эллиптической функции, определяется геомет-рией волны посредством повторяющегося процесса. Профиль поверхно-сти для кноидальной волны 3-го порядка задается так:

тогда как для приближения Ивагаки 5-го порядка он становится равным:

Для кноидального приближения Ивагаки 5-го порядка предполагается упро-щение, на которое указывает тот факт, что для волн, которые в настоящее время не являются низкими и/или короткими, значения параметра м, исполь-зуемые на практике, довольно близки к единству. Это указывает на упроще-ние, так, что во всех формулах, где м является коэффициентом, оно заменя-ется на м = 1, что существенно укорачивает формулы. Данная теория полу-чила имя своего создателя Ивагаки (1968). Здесь реализован подход Фенто-на [20] (1999), который указывает на то, что если м является явным коэффи-циентом, а не аргументом эллиптического интеграла или функции, он заме-няется на 1, но сохраняется во всех эллиптических интегралах и функциях.

Скорости задаются с помощью:


SOFiSTiK 2014 7-7

где коэффициенты ɸijk, а также остальные параметры и их определения приведены у FENTON [19] (1990) и у FENTON [20] (1998) для 3-го и 5-го по-рядков.

7.3.4 Распространение

Теория Эйри определена только для SWL, а также для волн бесконечно малой высоты. Однако при расширении до амплитуд с конечными гребня-ми результаты свыше SWL являются переоцененными [4], [24]. Для устра-нения этой проблемы значения экстраполируются, либо результаты рас-тягиваются (или сжимаются) до фактического уровня воды.

Таблица 7.2: Формулы расширения для горизонтальной скорости vx

Схема Горизонтальная скорость

Растяжение

по Уиллеру

Растяжение

по Чакрабарти

Вертикальное

растяжение

Линейная

экстраполяция

Здесь реализованы четыре различные схемы экстраполяции или расши-рения для того, чтобы обеспечить более реалистичное представление ки-нематики жидкости рядом с поверхностью для линейных волн и случай-ных волн, которые состоят из линейных волн:

• Растяжение по Уиллеру: профиль кинематики жидкости, рассчитанный с помощью линейной теории, эффективно растягивается или сжимает-ся до мгновенной поверхности волны. Это достигается путем замены z

выражением в уравнении 7.10. • Растяжение по Чаркабарти • Вертикальное растяжение: для частиц жидкости, расположенных выше

SWL, значения


нагрузка

7-8 SOFiSTiK 2014

Стокс 2-го порядка Одиночные

волны

принимаются равными, получаемым при z = 0, потому они растягивают-ся по вертикали.

• Линейная экстраполяция

7.3.5 Допустимость волновых теорий

Простейшая линейная теория волн от Эйри основана на допущении малой высоты волн. Когда волны становятся круче, следует применять нелиней-ные теории, вроде теории Стокса 3-го и 5-го порядков или теорию кнои-дальных волн. Однако свыше определенной высоты волны будут разби-ваться, и соответствующее описание возможно только с помощью приме-нения расширенных методов, вроде метода частиц или моделей CFD. Пределы различных теорий приведены на рисунке 7.2 у HOLTHUIJSEN [25]:

d/L=0,04

d/gT²=0,00155

d/L=0,5

d/gT²=0,0792

0,1 Мелкие воды Конечные воды Глубокие воды

H

gT2

0,01

0,001

Критерий разби-

вания в мелкой

воде

H / d = 0,78

HL²

Критерий

разбивания

в глубокой воде

H / L = 0,142

Стокс 5-го порядка

Стокс 3-го порядка

d³ ≈ 26

0,0001

Кноидаль-

ные волны

Линейная теория волн (Эйри)

0,0001 0.001 0,01 0,1

d

gT2

1,0

Рисунок 7.2: Модели волн


SOFiSTiK 2014 7-9

Высота волны ограничена глубиной и длиной волны. Для данной глубины воды и периода волны существует максимальная высота, свыше которой волна становится неустойчивой и разбивается. Данный верхний предел высоты волны, который называется высотой разбивания волны, находит-ся в глубокой воде и представляет собой функцию длины волны. В мелкой и переходной воде он зависит от глубины и длины волны. Разбивание волн - это сложное явление и представляет собой одну из областей, в ме-ханике волн, которая исследуется исключительно экспериментально и чи-словыми средствами.

Диапазон, в котором периодические решения для волн могут быть полу-чены, приведен на рисунке 7.3, что позволяет определить пределы суще-ствования волн с помощью вычислительных исследований. Наибольшая возможная высота, H = Hm , представлена в виде толстой линии, которая является приближением результатов Уильямса (1981), представленным как уравнение 7.16 у FENTON [19] (1990):

Нельсон на основании нескольких экспериментов доказал, что макси-мально достижимая высота волны (которая не разбивается) на практике составляет лишь Hm / d = 0,55, а не 0,78, что является теоретическим макси-мумом. Согласно NELSON [33] (1994), разница между отношениями H/ d с 0,78

до 0,55 может привести к существенному уменьшению волновой нагрузки и проектных уровней гребней ниже среднего уровня воды.

Степень нелинейности волн часто квантифицируется с помощью числа Урселла U, которое сочетает в себе крутость волны S = H/ L и относитель-ную глубину воды:

Также было отмечено, что кноидальная теория должна применяться для U > 40, что отмечает границу между теориями Стокса и кноидальной тео-рией, как показано на рис. 7.3. Более того, необходимо знать граничное значение высоты волны и крутость волны при различных глубинах для создания диапазона допустимости расширения по типу Стокса. Это обычно выполняется путем сравнения величины каждого последующего условия при расширении [35]. Каждое из них должно быть меньше, чем предшествующее условие. Например, если условие третьего порядка должно быть менее 1 процента условия второго порядка, граничная

крутость волны равна Максимальная

крутость равна что введет к пределу разбивания волн в глубокой воде в размере H/ L = 0.142, как показано на рисунке 7.2.

(крутость)

(относительная глубина)3


нагрузка

7-10 SOFiSTiK 2014

Высота волны /

глубина

H / d

1

0,8

0,6

0,4

Hm / d

U>40

Одиночные

волны

H>/>d>=>0.

55

0,2

Теория Стокса Кноидальная теория

0

1 10 100

Длина волны / глубина

L / d

Рисунок 7.3: Применимость теории Стокса - Кноидальной теории, устойчивые волны

7.3.6 Волновые усилия

Простейшей нагрузкой является статическая нагрузка за данный период времени. При проектировании следует создать последовательность от-дельных шагов для различных случаев загружения. Результаты данных случаев загружения принимаются как взаимоисключающие для наиболее неблагоприятного случая. Это достигается в SOFILOAD с помощью ко-манды COPY и смещения на DX,DY.

После этого динамический анализ учтет взаимодействие структуры жид-кости в соответствии с допущениями, указанными выше. Полное модели-рование всех эффектов требует существенных усилий для определения взаимодействия структуры жидкости с помощью полевых методов (CFD).

7.4 Нерегулярное волнение Наиболее реалистичное описание волн должно учитывать различные на-правления и периоды волн. Если ограничение линейной волновой теории принимается, становится возможным использовать статистические мето-ды для волнового спектра. После этого профиль движущейся поверхности η(t) можно описать в виде NF гармонических волн, каждая из которых име-ет постоянную амплитуду Ai и случайно выбранную фазу φi [25].

Здесь реализованы два метода для отбора спектра и определения ампли-туды:


SOFiSTiK 2014 7-11

− −

• интервал постоянной частоты:

• нерациональная частота:

Широко известным спектром является JONSWAP, который был разработан Совместным проектом по изучению волн в Северном море для ограничен-ного бассейна в Северном море и используется для нужд морской отрасли [23]

В JONSWAP разброс значений параметров формы γ, σa и σb был настоль-ко большим, что средние значения были определены и обычно применя-ются. Здесь используются два значения стандартного отклонения σa =0,07

и σb =0,09: первое для ω< ωпиковое, тогда как второе для ω≥ωпиковое. Для пи-

кового коэффициента улучшения γ здесь используется среднее значение

3,3. Он ограничен нижней границей в γ ≥1,0. Параметр шкалы энергии α

здесь выражен через пиковый период α = 0,0317(1/Tpeak)0,67. Среднее часто

используемое значение также составляет α = 0,0081. Для γ=1,0 JONSWAP подпадает под специальный случай спектра Пирсона-Московица, который используется для полного описания моря.

Для мелких вод может применяться преобразование JONSWAP в спектр TMA (Тексель, Марсен, Арсло) [26]:

приближенное с помощью

Хьюз также предоставляет следующие выражения для параметров α и γ в

спектре TMA на основе данных о мелкой воде:

где εε = H/ (4L), H - высота важной волны и L - длина волны при пиковой частоте по определению в линейной теории.

Распространение спектра по направлению реализуется с помощью

s∈{0, 2, 4, 6} независимо от частоты и следующих уравнений (Сен-Дени

и Пирсона):

если

если

если


нагрузка

7-12 SOFiSTiK 2014


SOFiSTiK 2014 7-13

7.5 WAVE – Волна

См. также: WIND WAVE

Эле-мент


ния


нию

TYPE

H T D SWL

Модель волны

AIRY Линейная волновая теория STOK Регулярное волнение по Стоксу 5-го порядка CNOI Регулярное нелинейное кнои-дальное волнение JONS Спектр Jonswap TMAS Дополнение TMA к мелкой воде

для расширения линейных волн :W = Растяжение по Уиллеру :C = Растяжение по Чаркабарти :V = Вертикальное растяжение :E = Линейная экстраполяция вы-

сота важной волны Период волны Глубина воды Уровень воды в море (например, штор-мовой прибой)

LIT

м c м м

*

! ! ∞

0,0

DX DY DZ UC EXPU RHO

Основное направление волны с учетом течения

Наложенное прибойное течение Экспонента профиля для U Плотность воды

− − −

м/ c

− [кг/ м3]

0,0 0,0 0,0 0,0 0,17 1025

NF

TMIN

TMAX

GAM

ALF

SIGA

Количество частот

Период наименьших волн

Период наивысших волн

Параметр для Jonswap



− − − − − −

100 3

25 3,3 *

0,07


SOFiLOAD | Снеговая

нагрузка

8-2 SOFiSTiK 2014

Эле-мент


ния


нию

SIGB

S PHI

Параметр для Jonswap Экспонентное распределение направле-ния Разрешение непосредственного распре-деления

− −

0,09 0 5

Вместо одинарной проектной волны может использоваться полный спектр нерегулярного волнового поля. В это случае H - это существенная высота волны, а T - это пиковый период спектра. Целью генератора случайных чисел является номер случая загружения. Значения NF, TMIN, TMAX пр. используются для этого случая.

Более того, иррациональная частота, а не интервал постоянной частоты по умолчанию, может быть применена для расчета амплитуды при ис-пользовании спектра. Это выполняется путем указания постоянной :I по-сле ввода типа спектра, например, JONS:I или со схемой растяжения JONS:IW.

Для спектра TMA значения по умолчанию, которые используются здесь ля параметров γ и α, приводятся в уравнении 7.22, как описано у Хьюза [26]. Основным преимуществом данной параметризации является возможность указать спектр равновесия состояния моря и ветра, связанный с данным уровнем энергии. В противном случае стандартный ввод может быть осу-ществлен в виде спектра JONSWAP, например, γ = 3,3 и α = 0,0081, что приведет к простому преобразованию соответствующего спектра JONSWAP в спектр для мелких вод.

Кинематика волны может быть улучшена с помощью постоянного течения. Для этого можно указать экспонентное распределение. Для экспоненты α

в литературе приведено значение 0,17.

Снеговая нагрузка |

SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 8-1

8 Снеговые нагрузки

Снеговая нагрузка в SOFiLOAD в настоящее время лишь разрабатывает-ся. При определении правил проектирования с помощью NORM имеется возможность определения снеговой зоны и высоты над уровнем моря. Для данных значений базовая снеговая нагрузка получается в соответст-вии с положениями правил проектирования.

• Базовая снеговая нагрузка определяется в SOFiLOAD в соответствии с EN-1991-1-3 для климатических регионов в приложении C согласно таб-лице C.1 в зависимости от кода страны и значения Z, определенного в параметре NORM SNOW (1, 2, 3, 4 или 4, 5), а также высоты.

• Для Германии, Австрии и Швейцарии вместо этого приводятся нацио-нальные документы: DIN (Зоны 1, 1a, 2, 2a и 3), OENORM (2*, 2, 3, 4), а также SIA 261.

• Для Италии реализован национальный документ DM 2005 со снеговы-ми зонами I, II, III в соответствии с таблицей 3.5.

Снеговые нагрузки доступны для всех типов свободных нагрузок типа LINE и AREA как тип нагрузки SNOW. После этого значение нагрузки оп-ределяет коэффициент формы, который используется для умножения на базовую снеговую нагрузку на земле в зависимости от наклона крыши и местных сосредоточений.

SOFiLOAD | Снеговая

нагрузка

8-2 SOFiSTiK 2014

Описание вывода | SOFiLOAD

SOFiSTiK 2014 9-1

9 Описание вывода Объем вывода можно контролировать с помощью опции ECHO LOAD. В данном случае возможны следующие параметры:

NO без распечатки YES распечатка только наиболее важных сведений о случае загру-

жения FULL распечатка всех вводимых нагрузок EXTR распечатка всех сгенерированных нагрузок

9.1 Контрольный список действий

Контрольный список действий распечатывается с помощью команды ECHO ACT YES (по умолчанию). Случаи загружения для действий выво-дятся отдельно с помощью команды ECHO ACT FULL.

Действия

type Тип действия

T Группа действия

sup Наложение случаев загружения в пре-делах действия

Title Название действия, во 2-й строке назва-ние случая загружения

gamu Коэффициенты надежности и коэффи-циенты сочетания

gamf для наложения psi-0 Во 2-й строке коэффициенты случая

загружения psi-1 выводятся в печать, если они отлича-

ются от указанных в psi-2 действии psi-1’

9.2 Контрольный список действий при выборе случая загружения

Контрольный список действий при выборе случая загружения распечаты-вается для каждого обработанного случая загружения.

Случай загружения Номер случая загружения, тип случая за-гружения распечатывается в скобках, ес-ли он был определен, после чего выво-дится определение случая загружения

SOFiLOAD | Описание вывода

9-2 SOFiSTiK 2014

Коэффициенты усилия и моменты

Коэффициент собственного веса со сведениями о составляющей собст-венного веса

Следующие значения выводятся только если они были определены во вводе или было использовано значение по умолчанию, которое было за-дано через тип случая загружения:

Критерий оптимизации cri1



Неблагоприятный коэффициент надежности Коэффициенты надеж-ности и коэффициенты сочетания для нало-жения

Благоприятный коэффициент надежности

Коэффициент сочетания psi-0

Коэффициент сочетания psi-1’



Если нагрузки копируются из предыдущих случаев загружения в текущий с помощью записи COPY, вывод выполняется под контрольным списком вы-бора случая загружения.

Нагрузки, полностью скопированные из случая загружения ... с коэффици-ентом ... или Нагрузки, частично скопированные из случая загружения ... с коэффициен-том ... или

Либо коэффициент был определен в явном виде, либо он был определен из соответствующих коэффициентов надежности и сочетания в соответст-вии с правилом наложения ввода. Используемые частичные коэффициен-ты надежности и правило наложения ввода распечатываются после коэф-фициента.

9.3 Загружение без сетки

Перечень загружения без сетки выводится в файле результатов свобод-ных нагрузок из записей ввода POIN, LINE, AREA и VOLU:

Загружение без сетки

Тип Тип нагрузки (poin, line, area, volume) Ссылка на Справочный тип и справочный идентификатор


SOFiSTiK 2014 9-19

Проекция и W [м] Направление проекции и размер окна в направлении проекции

Координаты X, Y, Z [м] Координаты точек нагрузки

Тип Тип нагрузки и ее направление

Значение нагрузки Значения нагрузки в точках нагрузки Активированы Значение в %, которое указывает сколько

определенной нагрузки было рассмотрено во время генерирования

Справочный тип содержит довольно много дополнительных сведений. Ес-ли он указан заглавными буквами, это пользовательское определение. Если первая часть справочного типа задана заглавными буквами, а ос-тальные буквы строчные, то справочный тип был выбран пользователем, но без справочного или группового номера. Если справочный номер ука-зан в нижнем регистре, это означает, что тип и идентификатор объекта программа выбрала автоматически. При использовании нескольких id, вместо номера используется указатель ”-mult-”. Буквенные значения в ка-честве справочных типов указываются с соответствующими записями оп-ределения нагрузки.

Пример:

GAR 1 явная ссылка на область с номером 1

Gar no. или -mult- явная ссылка на область или несколько областей без определенного справочного номера

gar no. или -mult- явная ссылка на найденную область или несколь-ко найденных областей

Выражение в скобках распечатывается дополнительно к справочному ти-пу при использовании типа нагрузки PSUP в записи COPY для перехвата реакций и моментов опор из базы данных. Это означает:

(LC номер: номер узла)

Номер случая загружения является номером случая загружения, считан-ного из базы данных.

После расчета на распечатке появляется предупреждение, если опреде-ленная нагрузка не была рассмотрена на 100% во время генерирования.


9-20

SOFiSTiK 2014

9.4 Узловые нагрузки

Нагрузки, действующие на узлы

Узел номер узла

PX, PY, PZ [кН] узловые нагрузки

MX, MY, MZ [кНм] узловые моменты

MB [кНм2]

sum суммы соответствующих узловых нагрузок

9.5 Нагрузки на элементы QUAD

Нагрузки на элементы QUAD

Элементы с начала Номер элемента

to Номер конечного элемента inc Шаг Тип нагрузки Тип нагрузки

Prim LC / CC Основной номер случая загружения или номер этапа строительства для ветровой нагрузки: распечатка из правил проектирования или распреде-ление ветрового давления

Значение нагрузки [кН/м2] Значение нагрузки для элементов QUAD

Размеры Размеры нагрузки

Вариация dP / dX Изменение нагрузки при разнице нагрузок между

dP / dY ссылка на эталонную точку в dP / dZ расстояние X,Y или Z

9.6 Нагрузки на элементы BRIC

Нагрузки на элементы BRIC

Элементы с начала Номер элемента

to Номер конечного элемента inc Шаг Тип нагрузки Тип нагрузки


SOFiSTiK 2014 9-21

Prim LC / CC Основной номер случая загружения или номер этапа строительства для ветровой нагрузки: распечатка из правил проектирования или распреде-ление ветрового давления

Значение нагрузки [кН/м2] Значение нагрузки для элементов BRIC

Размеры Размеры нагрузки

Вариация dP / dX Изменение нагрузки при разнице нагрузок между

dP / dY ссылка на эталонную точку в dP / dZ расстояние X,Y или Z

9.7 Нагрузки на балки

Нагрузки на элементы BEAM

Номер Номер балки

Тип Тип нагрузки и направление

a [м] Расстояние нагрузки от начала общей бал-ки

l [м] Длина нагрузки (для одинарных нагру-зок балки значения не приводятся)

Loadval Начальное значение нагрузки

Loadval [кН/м] Конечное значение нагрузки (для оди-нарных нагрузок балки значения не приводятся)

Dimens. Размеры нагрузки

ya, za [м] Местные эксцентриситеты точки нагрузки в начале

ye, ze [м] Местные эксцентриситеты точки нагрузки в конце

9.8 Нагрузки на фермы и тросы

Нагрузки на элементы ферм

Номер Номер элемента ферм


Loadval Значение нагрузки в начале фермы

Loadval Значение нагрузки в точке конца фермы (выпускает постоянную нагрузку фермы)



9-22

SOFiSTiK 2014

Нагрузки на элементы тросов

Номер Номер элемента троса


Loadval Значение нагрузки в начале троса

Loadval Значение нагрузки в точке конца троса (выпускает постоянную нагрузку троса)


9.9 Ускорения

Если поступательное или вращательное ускорение применяется с помо-щью записи ACCE, то оно преобразуется программой в соответствующие нагрузки на элементы и выводится в печать.

9.10 Ветровая нагрузка

Тип и размеры вывода ветровой нагрузки зависят от ввода одинарных оп-ределений ветра и системы. Список ветровых нагрузок выводится в пе-чать после контрольного списка выбора случая загружения:

Ветровая нагрузка

Ветер в соответствии с правилами Выбранные правила проектирова-ния распечатываются здесь.

Z или зона ветровая зона R Зона неравномерности атмосферный ветер v = Тип ветра и скорость ветра в [м/с] Высота поверхности

Направление ветра с выводом компонентов направления

Эталонная точка с выводом координат

Эталонное направление с выводом компонентов направления

Коэффициенты ветрового спектра

(...) Тип ветрового спектра в соответствии с вводом или явным вводом для явного ука-зания

A1, A2, A3, B, C коэффициенты

Продольная продольная компонента спектра

Поперечная поперечная компонента спектра


SOFiSTiK 2014 9-23

Вертикальная вертикальная компонента спектра Продольная

Поперечная

Вертикальная

Профиль неравномерности

D [км] Расстояние от здания r [м] Неравномерность Hr [м] Относительная высота Hi [м] Высота воздействия

Топологический хребет/вершина Вывод глобальных координат XM,YM,ZM

Направление длины Направление главных значений рас-ширения DX,DY,DZ

Высота над землей Ширина высоты Длина высоты Выводится только для топологической

вершины

Вывод профиля ветра осуществляется следующим образом:

Профиль ветра (в соответствии с правилами проектирования или явное указание) или Ветровой профиль v-boe

h Высота над землей

v-mean Среднее значение скорости ветра v-boe Максимум порыва ветра t-lon Продольная турбулентность t-lat Поперечная турбулентность t-ver Вертикальная турбулентность l-lon эффективная длина продольной

турбулентности l-lat эффективная длина поперечной

турбулентности l-ver эффективная длина вертикальной турбу-

лентности

9-24

SOFiSTiK 2014


Наконец в печать выводится соответствующая нагрузка элементов.

9.11 Функция нагрузки и времени

После определения функции нагрузки с помощью записи FUNC график функции, а также (для ECHO LOAD EXTR или отключенного URSULA) таблица единичных значений функции выводится в печать перед факти-ческой нагрузкой. После параметров функции выводится результат для периодических функций:

Изменение нагрузки во времени

Амплитуда [-] Значение функции Частота [1/сек] Значение частоты Фаза [сек] Начало сдвига фаз Начало [сек] Время начала Конец [сек] Время завершения

или

Время [сек] Отдельное значение времени

Коэффициент [-] Значение функции

График и/или таблица также выводится в печать перед выводом соответ-ствующего случая загружения для определения функции времени с по-мощью записи STEP.

Изменение нагрузки во переходном времени

T [сек] Отдельное значение времени в секундах nn Номер использованного случая загружения

9.12 Экспорт случаев загружения

При экспорте нагрузки из базы данных в файл ввода с помощью записи EXPO программа SOFiLOAD генерирует файл DAT с явно определенным именем или с именем проекта LFD.DAT по умолчанию. Сгенерированный файл включает в себя соответствующие записи ввода SOFiLOAD для генерирования нагрузок.

SOFiLOAD Manual, Version 2014 · В качестве специального расширения...

Documents

Transcript of SOFiLOAD Manual, Version 2014 · В качестве специального расширения...