Сочетания нагрузок и воздействий

Проблема выбора наиболее опасных сочетаний загружений

Проблема выбора наиболее опасных сочетаний загружений является одной из сложнейших задач для инженера-расчётчика. В программном комплексе LIRA-FEM эта проблема традиционно решалась при помощи автоматизированного выбора наиболее опасных сочетаний усилий в системе Расчётные сочетания усилий (РСУ) и с помощью ручного формирования сочетаний в системе Расчётные сочетания нагрузок (РСН). Эти две системы взаимно дополняли друг друга, но имели свои ограничения. РСУ позволяла вычислить опасные сочетания для эквивалентного прямоугольного сечения, однако исторически была предназначена для поиска сочетаний только в расчётах, осуществляемых по нормам СНиП «Нагрузки и воздействия» 1985 года. Применение РСУ при расчёте промышленных зданий с мостовыми кранами ограничивалось только однопролётными зданиями, а для еврокодоподобных норм невозможно было смоделировать опасные сочетания загружений. В подобных расчётах пользователю приходилось формировать опасные сочетания вручную в системе (РСН), полагаясь на свой опыт и инженерную интуицию.

Новая система Сочетания нагрузок и воздействий (СНВ) позволяет автоматически найти наиболее опасные сочетания для норм, таких как СНиП 1985 года, а также для норм, в основе которых лежит Eurocode. Кроме того, доступна возможность создания произвольных правил (формул) формирования сочетаний загружений, заданных пользователем и привязанных или не привязанных к любым нормам проектирования.

Воспроизведение возможностей классических инструментов в новом инструменте сочетаний

LIRA-FEM имеет встроенную поддержку для формирования сочетаний более чем для 10 норм проектирования, в том числе нескольких национальных приложений Eurocode 0. Ранее для того, чтобы задать исходные данные для выбора сочетаний, необходимо было выбрать нормы для расчёта сочетаний загружений и вид загружения. Если речь шла о системе РСУ, то этого было достаточно. В системе ручного формирования сочетаний загружений РСН необходимо было также сформировать и сами сочетания загружений.

Новый инструмент Сочетания нагрузок и воздействий поддерживает все ранее реализованные нормы расчёта. Чтобы задать исходные данные для нахождения опасных сочетаний загружений для известных программе норм, достаточно выбрать нормы и вид каждого загружения (как это задавалось ранее в системе РСУ). Если речь идёт об автоматизированном вычислении наиболее опасных сочетаний загружений, то этого достаточно. Как уже было сказано выше, новый инструмент поддерживает определение наиболее опасных сочетаний загружений не только для норм, подобных СНиП 1985 года, но и для всех реализованных норм. Поэтому, как правило, задание вида загружения будет достаточно для вычисления наиболее опасных сочетаний. Напомним, что наиболее опасным считается сочетание загружений, которое вызвало максимум критерия, например, такого как максимальное сжатие в крайней фибре эквивалентного прямоугольного сечения. В новой системе «Сочетания нагрузок и воздействий» такие сочетания называются критериальными. Так же как и в системе РСУ, в новой системе поддерживается группы сочетаний (группы РСУ).

Однако бывают случаи когда требуется получить результат по какому-то вполне определённому сочетанию независимо от того, будет ли оно вызывать максимум какого-то критерия или нет. В этом случае в новом инструменте Сочетания нагрузок и воздействий следует задать так называемое «некритериальное» сочетание. Задание такого сочетания соответствует заданию сочетания из системы расчётных сочетаний нагрузок (РСН). В одной и той же таблице сочетаний могут содержаться как критериальные сочетания, то есть сочетания соответствующее сочетаниям РСУ, так и некритериальные сочетания, то есть соответствующее сочетаниям РСН. Кроме этого, к таблице сочетаний могут быть присоединенные сочетания из других задач, то есть сочетания системы МЕТЕОР.

Новые возможности создания сочетаний

Как уже было сказано выше, новый инструмент создания сочетаний загружений Сочетания нагрузок и воздействий объединяет в себе возможности старых инструментов РСУ, РСН и МЕТЕОР, что само по себе уже удобно. Но возможности нового инструмента не исчерпываются повторением возможностей предыдущих систем.

Для начала следует заметить, что новый инструмент создания сочетания загружений устраняет старые ограничения. Так, исключены ограничения на количество сопутствующих загружений, на количество групп взаимоисключения, в которые может входить загружение, и существенно расширены возможности задания объединения загружений (в первую очередь относится к заданию нагрузок от мостовых кранов). Если ранее в системе РСУ неявно предполагалось, что все краны находятся в одном пролёте, то новые возможности объединения загружений позволяют задать в каком пролёте находится кран, сколько кранов можно одновременно учитывать в каждом пролёте и сколько одновременно во всех пролётах, сколько тормозных загружений следует одновременно учитывать и какой коэффициент одновременности действия крановых загружений. Например, если учитывается одновременно четыре крана, можно задать коэффициент одновременности их действия 0.75 (то есть нагрузки от четырёх кранов будут умноженные на коэффициент 0.75), а если одновременно учитывается, например, два крана, то можно задать коэффициент одновременности действия 0.85. Для одной группы объединения загружений можно задать несколько коэффициентов одновременности действия.

В новом инструменте задание сочетаний загружений происходит при помощи формул. И если в системе РСУ эти формулы были «зашиты» внутри программы, то в новом инструменте эти формулы являются редактируемыми пользователем строками. Пользователь может задать свои собственные формулы сочетаний загружений, если по какой-то причине ему требуется отступления от реализованных в программе строительных норм.

Инструмент РСУ вычисляет опасные сочетания загружений только для одного расчётного сечения по длине элемента и поэтому мало пригоден для расчётов по Eurocode, где требуется знать напряженное состояние не только одного сечения, но для целого конструктивного элемента или даже конструктивного элемента с примыкающими к нему другими конструктивными элементами. В этом случае пользователь был вынужден пользоваться системой РСН, которая в свою очередь имеет другое ограничение: она позволяет создание не более 1000 сочетаний загружений. Чтобы обойти это ограничение в 1000 сочетаний, иногда требовалось задавать разные исходные данные РСН для разных наборов элементов схемы. Новый инструмент создания сочетаний позволяет группировать наборы элементов, в которых опасное сочетание будут вычислено не в единственном расчетном сечении по длине элемента, а для всех элементов набора, и при этом не требует дублирования исходных данных.

Новый инструмент создания сочетания загружений имеет открытую архитектуру с точки зрения вычисления критериев. Он позволяет подключать пользовательские вычислители критериев, если они написаны на компилируемом языке программирования, который поддерживает технологии COM или .NET и соответствующим образом зарегистрированы в реестре операционной системы Windows.