Выводы о приобретенных профессиональных знаниях, умениях и навыках (владениях) в процессе прохождения практики

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

ОтчЁт По практике

Вид практики:	производственная

Тип практики:	преддипломная

Направление 08.04.01 «Строительство»

Направленность (магистерская программа): «Промышленное и гражданское строительство»

Студента	Гостевой Маргариты		группы	СГС-251


Руководитель практики			Левитский В.Е.

Научный руководитель магистранта			Белостоцкий А.М.


Место прохождения практики		РУТ (МИИТ)

Москва – 2019

Содержание отчёта по практике

1. Введение. 3

1.1. Цель практики. 3

1.2. Задачи практики. 3

1.3. Индивидуальное задание на практику. 4

1.4. Дневник выполнения программы практики. Перечень основных работ и заданий, выполненных в процессе прохождения практики. 4

2. Основная часть. 7

3. Заключение. 8

3.1. Выводы о приобретенных профессиональных знаниях, умениях и навыках (владениях) в процессе прохождения практики. 8

3.2. Индивидуальные итоги научно-исследовательской деятельности. 9

Список использованных источников. 9

Введение

Цель практики

Целью преддипломной практики магистранта является:

- формирование и развитие профессиональных знаний в сфере избранной специальности;

- закрепление полученных теоретических знаний по дисциплинам направления и специальным дисциплинам магистерской программы;

- овладение необходимыми профессиональными компетенциями по избранному направлению специализированной подготовки;

- формирование дополнительной мотивации в получении новых знаний при последующей учебе и самостоятельной работе.

Задачи практики

Основными задачами преддипломной практики магистранта являются:

А) изучить:

- патентные и литературные источники по разрабатываемой теме с целью их использования при выполнении выпускной квалификационной работы;

- методы проведения экспериментально-исследовательских работ;

- правила эксплуатации приборов и установок;

- методы анализа и обработки экспериментальных данных;

- физические и математические модели процессов и явлений, относящиеся к исследуемому объекту;

- информационные технологии в научных исследованиях, программные продукты, относящиеся к профессиональной сфере;

- требования к оформлению научно-технической документации;

- порядок внедрения результатов научных исследований и разработок;

Б) выполнить:

- анализ, систематизацию и обобщение научно-технической информации по теме исследований;

- теоретическое или экспериментальное исследование в рамках поставленных задач, включая математическое моделирование;

- анализ достоверности полученных результатов;

- сравнение результатов исследования объекта разработки с отечественными и зарубежными аналогами;

- анализ научной и практической значимости проводимых исследований, а также технико-экономической эффективности разработки;

В) приобрести навыки:

- формулирования целей и задач научного исследования;

- выбора и обоснования методики, разработки программы исследования;

- работы с прикладными программными пакетами, используемыми при проведении научных исследований и разработок;

- оформления результатов научных исследований (оформление отчёта, написание научных статей, тезисов докладов);

- работы на экспериментальных установках, приборах и стендах.

- инновационной деятельности (подготовить заявку на патент или на участие в гранте).

Индивидуальное задание на практику

Подготовить выпускную квалификационную работу (магистерскую диссертацию) на тему: « МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО МОНИТОРИНГА КОНСТРУКЦИЙ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ СООРУЖЕНИЙ. ».

Дневник выполнения программы практики. Перечень основных работ и заданий, выполненных в процессе прохождения практики

№ п/п	Вид рабочей деятельности обучающегося	Сроки	Освоенные компетенции в соответствии с рабочей программой практики
1.	- организационное собрание по практике, установочная лекция; - инструктаж по технике безопасности и охране труда; - получение индивидуального задания на практику; - предварительное формулирование методологического аппарата диссертационного исследования;	28.03 – 04.04	ПК-2 (владением методами оценки инновационного потенциала, риска коммерциализации проекта, технико-экономического анализа проектируемых объектов и продукции);
2.	- подготовка обзорной главы диссертации;	05.04 – 18.04	ПК-4 (способностью вести разработку эскизных, технических и рабочих проектов сложных объектов, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования);
3.	- подготовка теоретической главы диссертации;	19.04 – 03.05	ПК-4 (способностью вести разработку эскизных, технических и рабочих проектов сложных объектов, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования);
4.	- подготовка практической главы диссертации; - анализ полученных результатов результатов;	04.05 – 17.05	ПК-4 (способностью вести разработку эскизных, технических и рабочих проектов сложных объектов, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования);
5.	- написание введения к диссертации; - окончательное формулирование методологического аппарата диссертационного исследования;	18.05 – 24.05	ПК-2 (владением методами оценки инновационного потенциала, риска коммерциализации проекта, технико-экономического анализа проектируемых объектов и продукции);
6.	- подготовка отчёта по практике; - участие в круглом столе по итогам практики; - защита отчёта по практике.	25.05 – 05.06	ПК-2 (владением методами оценки инновационного потенциала, риска коммерциализации проекта, технико-экономического анализа проектируемых объектов и продукции);

Основная часть

В разделе должна быть представлена общая характеристика работы и её основные положения.

1. Обоснование актуальности избранной темы. За последнее десятилетие Россия организовывала несколько важных спортивных событий, такие как Универсиада в Казани в 2013 г., Зимние Олимпийские игры в Сочи в 2014 г., Чемпионат мира по футболу в 2018 г. Данные события повлекли за собой создание ряда уникальных сооружений, что собой привлекло внимание к таким объектам, побудило посмотреть на вопрос их проектирования под другим углом. Ведь с проектированием спортивных уникальных объектов связано много требований по комплексной безопасности. В том числе это и объемно-планировочные решения для необходимого в массовых мероприятиях развода потоков, и конструктивные решения работы конструкций при прогрессивном обрушении, и эксплуатационные качества огромного в размерах здания.

В свою очередь спортивные сооружения должны обладать выразительностью, захватывающим зрительным эффектом. В последствие каждая вновь возведенная арена или стадион демонстрируют смелость архитектурной идеи, последние достижения науки и техники.

Во время своего жизненного цикла сооружение воспринимает на себя ряд характерных воздействий. Такие как эксплуатационные и климатические нагрузки (плановые), а также техногенные, аварийные, связанные с природно-климатическим коллапсом, от окружающей здание инфраструктуры (внеплановые). Все это порождает ряд отклонений, деформаций и повреждений конструкций, вследствие чего конструктивные параметры не соответствуют проектным. Как результат повышается вероятность аварийного отказа из-за уменьшения надежности конструкций сооружения по средствам накопленных отклонений. Что наталкивает на мысль экономической целесообразности предотвращения прогрессирующих разрушений за счет восстановления нормативного технического состояния конструкций вовремя.

Во время всего жизненного цикла уникального большепролетного, имеющего высокую общественную значимость здания, такого как крупного общественного или спортивного (начиная от строительства и во время самой эксплуатации) мониторинг становится неотъемлемым частью контроля безопасности и жизнеобеспечения данного сооружения.

Условием обеспечения нормальной работоспособности конструкций объектов мониторинга и соответствия их технического состояния нормативным требованиям является отсутствие признаков наступления I и II предельных состояний, подтвержденное результатами инженерных расчетов и инструментальными измерениями. В связи, с чем целью мониторинга является осуществление контроля нагрузок, воздействий, усилий, перемещений, деформаций конструкций, напряжений в их сечениях; установление соответствия фактического напряженно-деформированного состояния конструкций расчетным данным и рабочему проекту для оценки технического состояния объекта и упреждающего обнаружения критических и предаварийных состояний.

Важным вопросом становится возможность контроля процесса деформирования и накопления повреждений материалами конструкций с течением времени, и, как следствие, изменение схемы работы конструктивной системы в целом, а также возможного разрушения конструктивных узлов, переход сооружения в аварийное состояние с вероятностью обрушения. Внедрение в практику проектирования конструкций учета процессов изменения НДС на всех этапах жизненного цикла дает возможность уже на стадии проектирования выполнить достоверную оценку НДС, и провести многовариантные численные эксперименты. Для полного и достоверного описания напряженно-деформированного состояния любого здания и сооружения, необходимо не только с высокой точностью определить внешние воздействия, но и правильно произвести переход от реального объекта к его расчетной модели. Проведена классификация процессов, влияющих на формирование (изменение) НДС конструкций зданий и сооружений на протяжении его жизненного цикла и разработка и применение методов теории упругости, позволяющих их учесть на основополагающей стадии – стадии проектирования[1].

Одним из самых важных моментов проектирование является механическая безопасность сооружения[5]. Большое внимание уделяется защите их от прогрессирующего обрушения. Именно поэтому особенно тщательно необходимо учитывать нагрузки на колонны, а также на конструкции фундаментов. Следует предусматривать необходимые мероприятия при возникновении аварийных ситуаций, в том числе на этапах строительства и эксплуатации здания.

Для оценки изменения несущей способности конструкций в ходе мониторинга их технического состояния необходимо проведение проверочных расчетов их элементов с учетом изменчивости характера нагрузок и внешнего воздействия, геометрических характеристик конструкций и условий их работы, свойств грунтов и конструкционных материалов (прочностных, деформационных, теплофизических, структурных)[2]. Реализация математической модели на компьютере дает возможность многократно и в широком диапазоне изменять входные параметры и условия функционирования сложных систем, заменяя, таким образом, экспериментальные исследования численным экспериментом.

Таким образом, наряду с периодическим обследованием и геодезическими измерениями важнейшим элементом системы мониторинга технического состояния конструкций зданий и сооружений является численная оценка в ходе проверочных расчетов изменений НДС элементов конструкций по предельным состояниям, выполняемая на основании результатов инструментальных измерений, полученных в ходе мониторинга.

2. Краткую характеристику степени разработанности исследуемой проблемы.

На данный момент разработаны методические указания использования АСМЗ, однако они носят рекомендательный характер, что в свою очередь ослабляет серьезность подхода к вопросу постоянного мониторинга уникальных сооружений.

3. Определение цели и задач магистерской диссертации.

Целью работы является исследовать теоретические и практические предпосылки системного мониторинга уникального большепролетного здания Большой Ледовой Арены с помощью анализа напряженно-деформированного состояния конструкций здания на базе расчетной модели в программе ANSYS.

Задачами исследования являются:

· нормативная оценка прочности ж/б и металлических конструкций при нормативно регламентированных сочетаниях вертикальных весовых, технологических, снеговых, ветровых, а также сейсмических нагрузок;

· анализ предпосылок создания автоматизированного мониторинга конструкций Большой Ледовой Арены на базе расчетов;

· исследование программного комплекса АСМК на примере Большой Ледовой Арены

4. Определение предмета и объекта исследования.

В процессе жизненного цикла конструктивная схема сооружения многократно изменяется, усилия и перемещения перераспределяются, значительно повышая вероятность трещинообразования и возникновения аварийной ситуации. Для изучения физической системы методами численного моделирования ее заменяют абстрактной системой - математической моделью. Объектом исследования в данной работе является большепролетное сооружение Большого Ледового дворца в г. Сочи, расположенного в 300-х м от моря, имеющего эллипсоидовидную надземную часть высотой 40 метров размерами в плане 196х144м. Подземная часть здания представляет собой обширный стилобат высотой 8 метров размерами в плане 277х233м. Само сооружение располагается в весьма опасном сейсмическом районе и имеет неоднородный коэффициент постели основания.

5. Определение методологической основы, нормативно-правовой, теоретической и эмпирической базы исследования.

Надежность и безопасность зданий и сооружений все более связывается с формированием научных подходов моделирования действительной работы конструкций для нормального и аварийного режимов эксплуатации. Важным вопросом становится возможность контроля процесса деформирования и накопления повреждений материалами конструкций с течением времени, и, как следствие, изменение схемы работы конструктивной системы в целом, а также возможного разрушения конструктивных узлов, переход сооружения в аварийное состояние с вероятностью обрушения. Внедрение в практику проектирования конструкций учета процессов изменения НДС на всех этапах жизненного цикла дает возможность уже на стадии проектирования выполнить достоверную оценку НДС, и провести многовариантные численные эксперименты. Для полного и достоверного описания напряженно-деформированного состояния любого здания и сооружения, необходимо не только с высокой точностью определить внешние воздействия, но и правильно произвести переход от реального объекта к его расчетной модели/схеме.

Для изучения физической системы методами математического моделирования ее заменяют абстрактной системой – математической моделью. Реализация математической модели на компьютере дает возможность многократно и в широком диапазоне изменять входные параметры и условия функционирования сложных систем, заменяя, таким образом, экспериментальные исследования вычислительным экспериментом. Кроме того, при решении ряда сложных конструкторских задач возможно и необходимо применение вариантного проектирования. На современном этапе развития компьютерной техники разработано множество программных комплексов, реализующих метод конечных элементов и позволяющих производить расчеты сложных систем.

Исследование НДС сооружения с помощью метода конечных элементов.[12]

Для снижения трудоемкости вычислительных работ и сокращения сроков проектирования используют вычислительные комплексы, основанные на численных методах расчета. Одним из основных численных методов для расчета строительных конструкций является метод конечных элементов (МКЭ). Метод имеет обоснованную теоретическую базу.

Самой трудоёмкой частью компьютерного моделирования здания является построение достаточно достоверной и подробной картины напряжённо-деформированного состояния сооружения. Т.е. построение картины перемещений его характерных точек, а также деформаций, напряжений, возникающих в этих точках, усилий, действующих в элементах этого сооружения.

Сначала строится приближенная математическая модель деформируемой конструкции. Это математическое выражение описывает закономерность изменения интересующего параметра конструкции по её объему, и возможно, в период какого-то отрезка времени. А устанавливается такая закономерность из соображений физических и философских.

Искомый параметр присутствует в этом математическом выражении в виде неизвестной математической функции. А известные характеристики конструкции, без знания которых невозможно прогнозировать поведение сооружения и решить задачу математического моделирования, участвуют в формулирующем задачу выражении в виде известных функций и коэффициентов. Это размеры и очертания конструкции, физические свойства её материала, места и способы закрепления, контактов, параметры внешних воздействий и др.

Метод конечных элементов относится к численным методам. Имея строгий математический контекст численного вариационного метода, метод конечных элементов хорошо трактуется с позиций и строительной механики,и проектно - конструкторской практики.

Под внешними воздействиями сооружение деформируется. Это значит, что при этом каждая его точка перемещается. Основной частью расчёта сооружения методом конечных элементов «в перемещениях» является определение перемещений узлов его расчётной модели. Перемещения остальных точек расчётной модели (между её узлами) определяется интерполяцией узловых перемещений.

Таким образом, каждому узлу объёмной конечно-элементной расчётной модели можно приписывать шесть степеней свободы, а возможное перемещение каждого узла представлять шестью независимыми друг от друга компонентами перемещений по направлениям его степеней свободы:

· тремя поступательными (линейными), измеряемыми в метрах,

· и тремя поворотными (угловыми), измеряемыми в радианах (градусах).

Перемещения расчётной модели сооружения возможны по степеням свободы всех её узлов. Количество степеней свободы расчётной модели, а именно суммарное количество степеней свободы всех её узлов определяет размерность задачи нахождения перемещений (количество их вычисляемых значений) конечно-элементной расчётной модели.

Форма пластинчатых и оболочечных элементов задаётся их срединной поверхностью. При этом узлы этих элементов располагаются на срединных поверхностях, а толщина элементов входит в описание их жесткостных свойств.

При построении объёмных расчётных моделей используются также сориентированные в пространстве однородные стержневые элементы (стержни). Такими элементами моделируются, например, колонны, ригели, арки, конструктивные элементы ферм, рам или фрагменты этих элементов. Форма и размер поперечного сечения стержневого элемента задаются вместе с его жесткостными характеристиками.

При формировании двумерных расчётных моделей используют плоские сплошные конечные элементы, чаще четырёхугольной или треугольной формы, и стержневой конечный элемент. Толщина плоских элементов, а также геометрические характеристики поперечного сечения стержневого элемента включаются в исходную информацию о конечном элементе.

Внешняя силовая нагрузка, деформирующая сооружение, как и искомые перемещения, сводится к значениям в узлах его конечно-элементной расчётной модели. Но в действительности нагрузка может действовать и между узлами. Это, например, нагрузка, распределённая на поверхности конечных элементов (давление на поверхность конструкции), или распределённая внутри конечных элементов (например, собственный вес конструкции). Моделирование такой нагрузки выполняется её заменой равнодействующими ей силами, действующими в узлах.

При представлении нагрузки, действующей между узлами, эквивалентными узловыми усилиями, можно использовать правила статики для определения статически эквивалентных сил. Однако всё же предпочтительнее в местах действия сосредоточенных силовых воздействий размещать узлы конечно-элементной сетки.

Направления компонент сил в узле соответствуют направлениям компонент перемещений в этом узле. Количество компонент узловых сил и компонент перемещений равно количеству учитываемых степеней свободы в узле.

Необходимость подробного численного анализа зданий и сооружений диктуется: усложнением конструктивных решений и условий эксплуатации (многомерность, комплексность и многофункциональность зданий и сооружений, их внушительные габариты, исключительная сложность мониторинга по текущему техническому состоянию, невозможность их ремонта без полного исключения нагрузок, склонность к изменению объемно – планировочных решений и режимов нагрузки в ходе эксплуатации); уникальностью (грунтовые, климатические и другие внешние условия, неповторимая сложность и продолжительность возведения и эксплуатации, повышенная роль «человеческого фактора» на всех стадиях жизненного цикла); а также неполнотой и неопределенностью исходных данных

6. Положения, выносимые на защиту.

1) Для эффективной работы автоматизированных систем мониторинга строительных конструкций требуются пассивные методы неразрушающего контроля, которые могут быть реализованы в автоматизированном и/ или автоматическом режиме и не требуют применения внешних нагрузок, которые затруднительно использовать на стадии эксплуатации зданий, а реализация их в автоматическом режиме экономически не обоснована.

Поэтому разработка новых пассивных методов неразрушающего контроля, интегрально характеризующих качество строительных конструкций, является весьма актуальным направлением исследований в теории сооружений и в области управления качеством строительной продукции. Среди перспективных методов неразрушающего контроля качества особое место занимают экспериментально-теоретические методы, в основу которых положены исследования динамических характеристик. Контроль только собственной частоты колебания не достаточен для контроля напряженно-деформированного состояния объекта, также необходим контроль других динамических характеристик. В основе анализа временных рядов колебаний (смещения, скорости, ускорения) строительных конструкций зданий, сооружений лежит гипотеза о том, что при изменении напряженно-деформированного состояния конструкций изменяется их энергия колебания. В этом случае, если имеется информация о параметрах колебания конструкций в различных точках здания, то изменение энергии колебания сигнализирует об изменениях напряженно-деформированного состояния в соответствующих точках. Согласно преобразованию Фурье периодическую функцию можно представить суммой отдельных гармонических составляющих. Гармонические колебания представляют собой перемещение по следующему закону:

X = Asin(ωt + φ),

где A — амплитуда колебания; ω —частота колебания; φ — фаза колебания.

Кинетическая энергия гармонических колебаний вычисляется по формуле

X = mv²\2

где m — масса колеблющегося тела (точки); v — скорость колеблющегося тела (точки).

Скорость гармонических колебаний есть производная от перемещения гармонических колебаний по времени:

Соответственно формула вычисления кинетической энергии колебания принимает следующий вид

Потенциальная энергия гармонических колебаний при отклонении колеблющейся точки на расстоянии x от положения равновесия вычисляется по формуле

где F — сила, равная произведению массы на ускорение:

тогда потенциальная энергия принимает вид

Полная энергия гармонических колебаний примет вид

Таким образом, полная энергия колебания прямо пропорциональна массе, квадрату амплитуды и частоте колебания.

Известно, что значения собственных частот колебания обратно пропорциональны массе и прямо пропорциональны жесткости механической системы. В случае маятника собственная частота определяется следующей зависимостью:

где m — масса; k — жесткость.

Если зафиксировать массу конструкций как неизменяемую величину (в процессе эксплуатации здания изменения массы по сравнению с массой всего здания являются незначительными), а возникновение дефектов рассматривать как изменение жесткости, тогда изменение A²ω² указывает на возникновение дефектов в конструкциях здания.

Расчет данных параметров может осуществляться путем регистрации ускорений (скоростей, смещений) колебаний по одной или нескольким осям X, Y, Z системы координат, связанной со зданием, с заданным временным окном (dT) в различных точках здания, расчета спектральных характеристик колебаний в каждой такой точке, вычисления энергетических параметров A²ω² в каждой точке и по каждой оси в виде суммы квадрата произведений амплитуд на соответствующие частоты —

где n - количество точек (частот) в спектре, которое определяется длиной записи колебаний dT (временного окна). Для вычисления суммарного энергетического параметра в точке осуществляется суммирование энергетических параметров по осям (S = SX + SY + SZ).

Изменение энергетических параметров с течением времени может определяться как соотношение St - значение энергетического параметра в текущий момент времени t - к значению S0 в предшествующий момент времени, относительно которого определяется изменение напряженно-деформированного состояния строительных конструкций для каждой точки измерения.

В соответствии с изложенным значением изменения энергетического параметра для момента времени t определяется по формуле

где K - изменение энергетического параметра; St - значение параметра в момент времени t; S₀ - значение параметра в предшествующий момент.

2) В результате выполненных разработок и расчетных исследований напряженно-деформированного состояния, устойчивости и динамики железобетонных конструкций и металлоконструкций покрытия Большой ледовой арены г. Сочи при учете весовых, полезных, снеговых и сейсмических нагрузок можно сформулировать следующие выводы и рекомендации.

По разработанным КЭ-моделям в верифицированном ПК ANSYS определены параметры напряженно-деформированного состояния системы (перемещения, усилия, напряжения) при расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий, динамические характеристики и критические нагрузки/формы потери устойчивости.
Анализ результатов расчетных исследований показал в целом ожидаемую картину распределения параметров НДС в несущих ж/б и металлических конструкциях БЛА.В частности, выявлено– слабое влияние податливости опорной подсистемы «основание – ж/б конструкции» на статическое состояние и устойчивость металлоконструкций покрытия;– отсутствие значимых эффектов геометрической нелинейности в деформировании системы и подсистем.
Выполненными расчетными исследованиями установлено, что при соблюдении принятых параметров проекта (геометрия, свойства материалов и соединений, величины и сочетания нагрузок и воздействий и др.):

1) состояние железобетонных конструкций удовлетворяет нормативным критериям несущей способности (деформативности, прочности и устойчивости);
2) состояние несущих металлических конструкций покрытия удовлетворяет нормативным критериям несущей способности (деформативности, прочности и устойчивости);

С учетом уникальности реализуемых конструктивных решений рекомендуется разработать программу мониторинга состояния несущих конструкций БЛА для стадий строительства и эксплуатации, опирающуюся как на результаты выполненных расчетов, так и (главное) на специально разрабатываемые калибруемые мониторинговые математические модели.

3) НПО СОДИС заявляет о внедрении уникальной системы мониторинга конструкций на спортивных объектах в Сочи. Технология применяется при эксплуатации Центрального олимпийского стадиона, Большой ледовой арены, Ледового дворца спорта, Трамплинного комплекса, Малой ледовой арены, Крытого конькобежного центра, Санно-бобслейной трассы.

Работа над системами мониторинга для сочинских объектов начиналась со сбора имеющейся эксплуатационной информации, чертежей, и на этой основе создавали трехмерную информационную модель. Также в модель добавлялась информация по инженерным системам и строительным конструкциям. На этапе строительства на олимпийских объектах были размещены датчики – акселерометры, инклинометры, геодезические датчики, контролирующие абсолютные координаты конструкций. Все данные были интегрированы в трехмерную BIM-модель на платформе Autodesk. Впоследствии, когда здания уже были построены и начался период эксплуатации, данные с этих приборов стали поступать в ту же информационную модель и анализироваться. Так получилось готовое информационное решение для диспетчерской службы и службы эксплуатации здания

В конце 2013 года компания НПО СОДИС стала победителем конкурса инновационных проектов Autodesk Innovation Awards. «Модели выполнены с детальной проработкой, кроме физической содержат также аналитическую модель, которая используется для расчета конструкций на прочность. Безопасность здесь очень важна, так как вместимость объектов измеряется десятками тысяч людей», - отметили в жюри конкурса.

Работая над этим проектом, компания SODIS Lab решала сразу несколько задач. Во-первых, это оснащение объекта высокоэффективными системами мониторинга несущих конструкций (СМК) и инженерных систем (СМИС), Кроме того, система мониторинга должна была функционировать не только в процессе возведения здания, но и после завершения строительства.

Для выполнения этой комплексной задачи SODIS Lab использовала ПО SODIS Building M. Весь процесс работы SODIS Building M (мониторинг объекта строительства, анализ полученных данных) основан на применении 3D-модели стадиона (BIM-модель объекта строительства).

7. Положения диссертации, самостоятельно полученные автором.

Для современных сложных сооружений (мосты, большепролетные покрытия, высотные здания и др.), как правило, конструктивная схема обуславливается не только упругим расчетом, но и процессами изменения напряженно-деформированного состояния во времени. В процессе жизненного цикла конструктивная схема сооружения многократно изменяется, усилия и перемещения перераспределяются, значительно повышая вероятность трещинообразования и возникновения аварийной ситуации. Для изучения физической системы методами численного моделирования ее заменяют абстрактной системой - математической моделью.

Реализация математической модели на компьютере дает возможность многократно и в широком диапазоне изменять входные параметры и условия функционирования сложных систем, заменяя, таким образом, экспериментальные исследования численным экспериментом. Кроме того, при решении ряда сложных конструкторских задач необходимо применение вариантного проектирования. На современном этапе развития компьютерной техники разработано множество программных комплексов (ЛИРА-САПР, -

НОМАХ-САПР, SCAD, STARK, COSMOS,ANSYS, NASTRAN и др.), реализующих метод конечных элементов и позволяющих производить расчеты сложных систем.

На современном этапе в строительном проектировании происходит переход от основополагающего критерия несущей способности конструкций к критерию безопасностистроительных объектов для людей и окружающей среды на протяжении всего жизненного цикла строительного объекта. Обеспечение безаварийной эксплуатации существующих зданий и сооружений предполагает умение прогнозировать их поведение при изменении условий эксплуатации в аварийных ситуациях при частичной потере несущей способности, а для этого требуются высокопроизводительные программные комплексы.

Каждое здание, сооружение или отдельная конструкция имеет определенное назначение, эксплуатируется в определенных условиях и обязательно должно удовлетворять требованиям безопасности. Требования безопасности включают в себя. требования предотвращения аварий и обрушений строительного объекта в целом или составляющих его частей, которые могут представлять опасность для здоровья и жизни людей, либо нанести ущерб окружающей среде или послужить причиной других аварийных ситуаций. Немаловажным условием для надежной и безопасной работы является проведение мониторинга зданий и сооружений в процессе их строительства и эксплуатации. Общей целью мониторинга объектов является проведение долговременного контроля нагрузок, усилий, перемещений, деформаций конструкций, напряжений в контрольных сечениях для установления соответствия фактического напряженно-деформированного состояния конструкций расчетным данным и рабочему проекту. Кроме того, в результате мониторинга могут быть обнаружены критические и предаварийные состояния наблюдаемых сооружений.

8. Краткая характеристика структуры работы.

В первой главе проведен обзор теоретических основ мониторинга технического состояния конструкций сооружений, а именно методы мониторинга, используемые в настоящее время. Одним из них является непрерывный автоматизированный мониторинг, основанный на использовании постоянно действующих автоматизированных систем контроля технического состояния конструкций объекта. Данные системы наряду с другими системами контроля инженерных систем объекта (тепло и водоснабжения, пожарной безопасности, климатических условий и т.п.) функционирует в автоматическом режиме с выводом информации на централизованные диспетчерские пункты. Исходная информация о состоянии объекта при помощи преобразователей различного типа (линейных и угловых перемещений, усилий, напряжений и т.д.) непрерывно собирается на компьютеризованных измерительных приборах в пределах локальных зон. Далее, по локальным компьютерным сетям информация поступает и обрабатывается в централизованном диспетчерском пункте. Следующий и более распространенный периодический мониторинг, проводящийся по установленному графику, представляет собой специализированное обследование, повторяемое по заранее запланированной программе, основной задачей которого является выявление изменений технического состояния конструкций сооружения с помощью визуального и инструментального контроля ряда параметров сооружения, который может проводиться, в том числе, и с элементами автоматизации. Данный метод ведения наблюдений не рассматривается как альтернативный, а является основополагающим и обязательным элементом общей системы мониторинга. Преимуществом периодического мониторинга следует считать наличие в его составе достаточного объема работ по визуальному контролю состояния объекта, осуществляемого с наибольшей надежностью, обеспечиваемой непосредственным присутствием специалистов. Динамический метод является частным видом периодического и применяется для установления НДС конструкций при заданных динамических воздействиях, а также оценки схемы работы и состояния конструкций в режиме собственных и вынужденных колебаний. Динамические измерения основаны на сравнении волновых полей, и позволяют определять собственные частоты колебания конструкций и их изменения во времени с целью получения картины деформаций. Геодезический метод помогает исследовать неравномерные деформации основания, во многих случаях носящие сложный пространственный характер, вызывающий, в свою очередь, пространственные деформации всего объекта. Конфигурация, пространственная жесткость сооружения, различные физико-механические характеристики материалов, наличие дефектов, повреждений несущих элементов и т.д. влияют на перераспределение деформаций по всему объему сооружения и, как следствие, возникает разброс значений перемещений в вертикальных и горизонтальных плоскостях, что необходимо учитывать для получения объективной картины изменения технического состояния конструкций. Традиционно пространственные перемещения сооружений определяются при помощи геодезических измерений с применением целого ряда различных геодезических методов, относящихся к дистанционным оптическим способам получения информации о техническом состоянии конструкций объектов. Наиболее распространенным на сегодняшний день является определение деформаций зданий и сооружений с использованием современной геодезической аппаратуры – дальномеров, теодолитов, нивелиров и т.д.

Исследовав уникальное сооружение необходимы расчеты конструкций эксплуатируемых сооружений, производимые с целью оценки их технического состояния на основании данных инженерного обследования, отражающие их реальную работу на текущем этапе эксплуатации. При объективной и достоверной оценке фактических условий, установленных в результате обследования, должны подтвердить результаты натурной диагностики (например, соответствие расчетного и фактического прогиба конструкции).

Во второй главе, рассматривается методика, заложенная в мониторинге уникальных зданий, целью которого является осуществление контроля нагрузок, воздействий, усилий, перемещений, деформаций конструкций, напряжений в их сечениях; установление соответствия фактического напряженно-деформированного состояния конструкций расчетным данным и рабочему проекту для оценки технического состояния объекта и упреждающего обнаружения критических и предаварийных состояний.

При создании систем мониторинга ставились и решались, как правило, следующие основные задачи:

· выбор конструктивных элементов (объектов контроля), ответственных за несущую способность и надежность сооружения для диагностирования НДС и других параметров состояния инструментальными и визуальными методами;

· проведение наблюдений за техническим состоянием, деформациями, перемещениями и другими контролируемыми параметрами несущих конструкций здания; обработка результатов измерений, определение деформаций, напряжений, усилий в сечениях элементов; проведение, при необходимости, расчетов конструкций; определение ожидаемых, расчетных, предельно допустимых (критических) величин параметров НДС конструкций, в том числе с учетом фактических механических свойств материалов, геометрических размеров, расчетных схем, условий эксплуатации;

· оценка и установление категории технического состояния конструкций по данным натурных наблюдений и результатам расчетов, которое может квалифицироваться от нормативного до ограниченно работоспособного.

В третьей главе приведен анализ верификации программы Ansys, в которой моделировались математические модели. Программный комплекс ANSYS предназначен для расчета и проектирования строительных конструкций различного назначения с реализацией метода суперэлементов и визуализацией на всех этапах, производит расчеты геометрически и физически нелинейных сложных систем. Он позволяет пользователю быстро и удобно создать расчетную схему сооружения, обладает функциями документирования. В расчетах колонны и ригели моделируются пространственными стержнями с жесткими узлами, несущие стены, диафрагмы - универсальными конечными элементами плоской задачи теории упругости, перекрытия - конечными элементами плиты, работающими в двух плоскостях. Моделирование процесса возведения имеет большое значение для конструкций большепролетных зданий из монолитного железобетона, так как в этом случае необходимо учитывать такие эффекты:

• неравномерная осадка вертикальных элементов (колонны и пилоны имеют большие деформации, чем стены и диафрагмы);

• конструкции, как правило, включаются в работу до набора бетоном расчетной прочности (как правило, распалубка производится значительно раньше, чем бетон наберет расчетную 28-дневную прочность);

• установка и удаление временных стоек, которые существенно изменяют конструктивную схему здания на этапах возведения; и многие другие эффекты.

Учет особенностей возведения железобетонных конструкций большепролетных зданий реализован в программных комплексах САПР. Моделирование процесса возведения, по сути, является нелинейной задачей, обусловленной не только последовательно изменяющейся расчетной схемой (генетическая и конструктивная нелинейность), но и учетом нелинейных свойств материала (физическая нелинейность). Решение этой задачи в ANSYS основана на основных методах, которые в физическом смысле представляют собой моделирование процесса нагружения с изменяемой расчетной схемой.

В четвертой главе затрагивается тема самого объекта исследования, представляющего собой арену на 12 тыс. человек, расположенную в композиции олимпийских объектов в г. Сочи на берегу Черного моря. Согласно проекту, объемно-планировочное решение здания Большой Ледовой Арены (БЛА) принято в виде оболочки. Сооружение имеет сложную обтекаемую форму. В здании предусмотрены два подземных и пять надземных уровней, соединенных между собой лестницами, пешеходными пандусами и лифтами. В качестве несущей системы применены монолитные железобетонные рамно-связевые каркасы с нерегулярной сеткой колонн. Трибуны для зрителей устроены по монолитной сплошной плите, опирающиеся на колонны и стены каркаса и усиленной радиально ориентированными, проходящие в створе колонн. Покрытие арены представляет собой эллипсоид, образованный конструкциями плоских шпренгельных ферм переменного пролета с треугольной решеткой для центральной части и саблевидных ферм с треугольной решёткой в вестибюльной части. Район расположения объекта сейсмически-активный, находящейся в низменности на берегу моря, где здание может быть подвержено большим порывам ветра на открытом пространстве.

А также приведена методика расчета, сами модели систем здания формировавшиеся в виде пространственных оболочечно-стержневой систем, адекватно отражающих проектные геометрические параметры, жест-костные, инерционные и нагрузочным характеристики и результирующее напряженно-деформированное состояние железобетонных и металлических конструкций БЛА. Системы "основание – ж/б конструкции – металлоконструкции покрытия". Расчетная модель железобетонной части БЛА включает в себя такие элементы, как плиты перекрытий, стены, ЖБ колонны, трибуны, пандусы. Размерность модели 96 тыс. узлов, 114 тыс. элементов. Расчетная модель металлоконструкций покрытия БЛА с размерностью – 41 тыс. узлов, 46,5 тыс. стержневых конечных элементов. Также приведены результаты расчетных исследований НДС, устойчивости и динамики конструкций.

В заключении приведены основные выводы и результаты исследования.

Заключение

Выводы о приобретенных профессиональных знаниях, умениях и навыках (владениях) в процессе прохождения практики

В процессе прохождения преддипломной практики мною были получены следующие знания, умения и навыки.

а) Знания:

- о современных достижениях науки и техники в области проектирования, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений;

- методов проведения экспериментально-исследовательских работ;

- правил эксплуатации приборов и установок;

- методов анализа и обработки экспериментальных данных;

- физические и математические модели процессов и явлений, относящиеся к исследуемому объекту;

- требования к оформлению научно-технической документации;

- порядок внедрения результатов научных исследований и разработок.

б) Умения:

- выполнять анализ, систематизацию и обобщение научно-технической информации по теме исследований;

- выполнять теоретическое или экспериментальное исследование в рамках поставленных задач, включая математическое моделирование;

- выполнять анализ достоверности полученных результатов;

- выполнять сравнение результатов исследования объекта разработки с отечественными и зарубежными аналогами;

- выполнять анализ научной и практической значимости проводимых исследований, а также технико-экономической эффективности разработки.

в) Навыки и (или) опыт деятельности:

- формулирования целей и задач научного исследования;

- выбора и обоснования методики, разработки программы исследования;

- работы на экспериментальных установках, приборах и стендах.

- инновационной деятельности (подготовить заявку на патент или на участие в гранте).

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 98; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!