РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА НДС ПРИЧАЛА СВАЙНОГО ТИПА
|
Реферат 2
1 Физическая постановка задачи 12
2 Система мониторинга деформаций пирса 14
3 Физическая постановка задачи 18
4 Математическая постановка задачи 19
5 Создание конечно-элементной модели пирса 21
6 Напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции при
статическом нагружении 26
7 Решение прямой задачи и составление базы данных соответствия
напряженного состояния и показаний датчиков 28
8 Решение обратной задачи восстановления НДС по показаниям датчиков деформации 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
1 Физическая постановка задачи 12
2 Система мониторинга деформаций пирса 14
3 Физическая постановка задачи 18
4 Математическая постановка задачи 19
5 Создание конечно-элементной модели пирса 21
6 Напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции при
статическом нагружении 26
7 Решение прямой задачи и составление базы данных соответствия
напряженного состояния и показаний датчиков 28
8 Решение обратной задачи восстановления НДС по показаниям датчиков деформации 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
Для современного этапа экономического и общественного развития в России характерно расширение строительного производства и проведение масштабного строительства в крупных городах, сопровождающееся постоянным ростом сложности возводимых объектов и условий, в которых осуществляется их строительство. Это неизбежно порождает новые задачи, связанные с обеспечением безопасной жизнедеятельности, определяющейся, во- первых, надежностью самих строящихся сооружений, и, во-вторых, влиянием проводимого строительства на уже существующую инфраструктуру.
Особое значение приобретает проблема контроля технического состояния зданий и сооружений с целью предупреждения возникновения аварийных ситуаций и обоснованность выбора комплекса инженерных мероприятий по их недопущению. При этом очевидно, что контроль технического состояния несущих конструкций должен носить систематический характер и позволять осуществлять оценку происходящих изменений на основе количественных критериев, т.е. базироваться на процедурах выявления соответствия фактической прочности, жесткости и устойчивости конструктивных элементов нормативным требованиям. Для определения и отслеживания этих параметров необходим мониторинг.
Цель данной работы заключается в разработке системы мониторинга напряженно-деформируемого состояния в оперативном режиме, что включает в себя:
1) выбор конструкции причала;
2) формулировку физической и математической постановки задачи;
3) анализ конструкции и выбор мест расположения датчиков;
4) решение прямой задачи о поиске отклика датчиков в зависимости от заданной нагрузки;
5) составление базы данных отклика конструкции для типовой нагрузки;
6) решение обратной задачи восстановления НДС по показаниям датчиков.
Причал - это комплекс сооружений, оборудования и устройств, технологически связанных между собой и обеспечивающих обработку судна. Причальными называются гидротехнические сооружения, являющиеся основным элементом причалов и предназначенные для швартовки и стоянки судов при производстве перегрузочных работ, снабжении судна всем необходимым, посадки и высадки пассажиров, ремонте и отстое судов.
Размеры причальных сооружений должны соответствовать расчетным судов, обеспечивать удобство подхода швартовки, безопасности стоянки и производства перегрузочных операций.
Типы и конструкции причальных сооружений зависят от различных естественных факторов (геологических, гидрологических) и от технологических условий. Выбор типа и конструкции причального сооружения следует производить с учетом назначения причала, технологических требований, размеров, возможных способов производства работ и т.д.
Существует множество разновидностей причальных сооружений. Рассмотрим наиболее встречающиеся из них:
1) К гравитационным причальным сооружениям относятся набережные стенки, для которых основной нагрузкой является горизонтальное давление грунта, а эксплуатационные нагрузки второстепенны.
Причальные сооружения гравитационного типа обычно состоят из трех основных частей: искусственного основания, основной конструкции и надстройки.
Причальные сооружения гравитационного типа применяют при наличии в основании скальных грунтов или плотных и средней плотности сжимаемых грунтов, обладающих достаточно высокой несущей способностью и обеспечивающих относительно равномерную осадку сооружений. Причальные сооружения гравитационного типа в зависимости от конструкции можно применять практически при любых глубинах, необходимых для эксплуатации современных крупнотоннажных судов.
Основное назначение надстройки - выравнивание конструкции и омо- ноличивание ее сборных элементов; на надстройке монтируется также технологическое оборудование. Надстройка возводится насухо, конструктивно может быть выполнена более легкой и иногда из материалов, отличающихся от материала основной части сооружения.
Для нормальной эксплуатации причалы должны быть оснащены целым комплексом вспомогательных устройств. Важнейшими являются устройства, предназначенные для защиты причалов от повреждений при подходе и стоянке судов у причала, так называемые отбойные устройства, и устройства, которые позволяют закрепить суда у причалов и ограничить их перемещения при воздействии ветра, волнения и течений, так называемые швартовные устройства.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 1.
2) Плавучий причал - это совокупность мобильных сооружений и устройств для стоянки, обработки и обслуживания судов, посадки и высадки пассажиров, проведения грузовых операций и т.д. На некоторых типах плавучих причалов могут располагаться грузоподъемные механизмы, склады и т.п.
Морские причальные сооружения эксплуатируются, как правило, в более тяжелых условиях, поэтому наиболее часто изготавливаются на металлическом и железобетонном основании. Плавучие причалы с металлическими и железобетонными корпусами предназначены для быстрого возведения причального фронта в защищенных от волнения морских акваториях с глубинами до 100 м и колебаниями уровня воды до 6 м. В зависимости от конструктивных особенностей морские плавучие причалы могут обеспечивать стоянку, погрузку и разгрузку крупных морских судов водоизмещением до 40 000 т.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 2.
3) Причал свайного типа. Сооружение с основанием из свай, прочность и устойчивость которого обеспечивается несущей способностью свай и сопротивлением грунта.
Отличительной особенностью причальных сооружений свайной конструкции является наличие опор из отдельных свай, погружаемых в грунт дна на необходимую глубину. Вследствие этого свайные опоры имеют значительную свободную длину в воде и выше уровня воды. На головы свай опирается верхнее строение в виде плиты, которое объединяет их в единое сооружение. По сравнению с гравитационными, причальные сооружения свайной конструкции более экономичны, особенно при больших глубинах.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 3.
Рассмотрим основные элементы, из которых состоит конструкция причала свайного типа:
Свая - металлический или железобетонный стержень, который заглубляют в землю в основание для придания прочности фундаменту.
Ригель-линейный несущий элемент строительных конструкций, имеющий горизонтальное расположение. Он соединяет между собой вертикальные элементы и служит опорой для балок.
Скальное основание - это каменные породы, залегающие обычно в виде сплошного массива. К ним относятся: известняк, песчаник, гранит. Скальные грунты являются наиболее надежными основаниями, так как в большей степени отвечают всем предъявляемым к ним требованиям. Эти основания имеют наибольшую прочность, являются практически несжимаемыми, обладают достаточной водоустойчивостью.
Соединения ригелей - это соединение между собой конструктивных элементов причала.
Бетонные плиты перекрытия - это изделия прямоугольной формы из бетона и арматуры.
Все эти элементы конструкции мы можем увидеть на рисунке 4.
Особое значение приобретает проблема контроля технического состояния зданий и сооружений с целью предупреждения возникновения аварийных ситуаций и обоснованность выбора комплекса инженерных мероприятий по их недопущению. При этом очевидно, что контроль технического состояния несущих конструкций должен носить систематический характер и позволять осуществлять оценку происходящих изменений на основе количественных критериев, т.е. базироваться на процедурах выявления соответствия фактической прочности, жесткости и устойчивости конструктивных элементов нормативным требованиям. Для определения и отслеживания этих параметров необходим мониторинг.
Цель данной работы заключается в разработке системы мониторинга напряженно-деформируемого состояния в оперативном режиме, что включает в себя:
1) выбор конструкции причала;
2) формулировку физической и математической постановки задачи;
3) анализ конструкции и выбор мест расположения датчиков;
4) решение прямой задачи о поиске отклика датчиков в зависимости от заданной нагрузки;
5) составление базы данных отклика конструкции для типовой нагрузки;
6) решение обратной задачи восстановления НДС по показаниям датчиков.
Причал - это комплекс сооружений, оборудования и устройств, технологически связанных между собой и обеспечивающих обработку судна. Причальными называются гидротехнические сооружения, являющиеся основным элементом причалов и предназначенные для швартовки и стоянки судов при производстве перегрузочных работ, снабжении судна всем необходимым, посадки и высадки пассажиров, ремонте и отстое судов.
Размеры причальных сооружений должны соответствовать расчетным судов, обеспечивать удобство подхода швартовки, безопасности стоянки и производства перегрузочных операций.
Типы и конструкции причальных сооружений зависят от различных естественных факторов (геологических, гидрологических) и от технологических условий. Выбор типа и конструкции причального сооружения следует производить с учетом назначения причала, технологических требований, размеров, возможных способов производства работ и т.д.
Существует множество разновидностей причальных сооружений. Рассмотрим наиболее встречающиеся из них:
1) К гравитационным причальным сооружениям относятся набережные стенки, для которых основной нагрузкой является горизонтальное давление грунта, а эксплуатационные нагрузки второстепенны.
Причальные сооружения гравитационного типа обычно состоят из трех основных частей: искусственного основания, основной конструкции и надстройки.
Причальные сооружения гравитационного типа применяют при наличии в основании скальных грунтов или плотных и средней плотности сжимаемых грунтов, обладающих достаточно высокой несущей способностью и обеспечивающих относительно равномерную осадку сооружений. Причальные сооружения гравитационного типа в зависимости от конструкции можно применять практически при любых глубинах, необходимых для эксплуатации современных крупнотоннажных судов.
Основное назначение надстройки - выравнивание конструкции и омо- ноличивание ее сборных элементов; на надстройке монтируется также технологическое оборудование. Надстройка возводится насухо, конструктивно может быть выполнена более легкой и иногда из материалов, отличающихся от материала основной части сооружения.
Для нормальной эксплуатации причалы должны быть оснащены целым комплексом вспомогательных устройств. Важнейшими являются устройства, предназначенные для защиты причалов от повреждений при подходе и стоянке судов у причала, так называемые отбойные устройства, и устройства, которые позволяют закрепить суда у причалов и ограничить их перемещения при воздействии ветра, волнения и течений, так называемые швартовные устройства.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 1.
2) Плавучий причал - это совокупность мобильных сооружений и устройств для стоянки, обработки и обслуживания судов, посадки и высадки пассажиров, проведения грузовых операций и т.д. На некоторых типах плавучих причалов могут располагаться грузоподъемные механизмы, склады и т.п.
Морские причальные сооружения эксплуатируются, как правило, в более тяжелых условиях, поэтому наиболее часто изготавливаются на металлическом и железобетонном основании. Плавучие причалы с металлическими и железобетонными корпусами предназначены для быстрого возведения причального фронта в защищенных от волнения морских акваториях с глубинами до 100 м и колебаниями уровня воды до 6 м. В зависимости от конструктивных особенностей морские плавучие причалы могут обеспечивать стоянку, погрузку и разгрузку крупных морских судов водоизмещением до 40 000 т.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 2.
3) Причал свайного типа. Сооружение с основанием из свай, прочность и устойчивость которого обеспечивается несущей способностью свай и сопротивлением грунта.
Отличительной особенностью причальных сооружений свайной конструкции является наличие опор из отдельных свай, погружаемых в грунт дна на необходимую глубину. Вследствие этого свайные опоры имеют значительную свободную длину в воде и выше уровня воды. На головы свай опирается верхнее строение в виде плиты, которое объединяет их в единое сооружение. По сравнению с гравитационными, причальные сооружения свайной конструкции более экономичны, особенно при больших глубинах.
Вид такого причала можно увидеть на рисунке 3.
Рассмотрим основные элементы, из которых состоит конструкция причала свайного типа:
Свая - металлический или железобетонный стержень, который заглубляют в землю в основание для придания прочности фундаменту.
Ригель-линейный несущий элемент строительных конструкций, имеющий горизонтальное расположение. Он соединяет между собой вертикальные элементы и служит опорой для балок.
Скальное основание - это каменные породы, залегающие обычно в виде сплошного массива. К ним относятся: известняк, песчаник, гранит. Скальные грунты являются наиболее надежными основаниями, так как в большей степени отвечают всем предъявляемым к ним требованиям. Эти основания имеют наибольшую прочность, являются практически несжимаемыми, обладают достаточной водоустойчивостью.
Соединения ригелей - это соединение между собой конструктивных элементов причала.
Бетонные плиты перекрытия - это изделия прямоугольной формы из бетона и арматуры.
Все эти элементы конструкции мы можем увидеть на рисунке 4.
1) В работе рассмотрены различные виды конструкций причала, для решения задачи была выбрана конструкция свайного типа.
2) Для выбранного типа конструкции причала сформулированы физическая и математическая постановки задачи.
3) Определены свойства материалов и характеристики элементов конструкции.
4) Проанализировано напряженно-деформированное состояние конструкции и выбраны оптимальные места расположения датчиков.
5) Решена прямая задача и составлены две базы данных в соответствии напряженного состояния и показаний датчиков для двух вариантов дальнейшего решения обратной задачи.
6) Решена обратная задача восстановления напряженно- деформированного состояния в соответствии с текущими показаниями датчиков и использованием двух баз данных "тестовых" нагрузок. В ходе решения задачи сравнивались результаты для обоих вариантов, и был определен вариант, наиболее точно соответствующий реальному отклику конструкции.
2) Для выбранного типа конструкции причала сформулированы физическая и математическая постановки задачи.
3) Определены свойства материалов и характеристики элементов конструкции.
4) Проанализировано напряженно-деформированное состояние конструкции и выбраны оптимальные места расположения датчиков.
5) Решена прямая задача и составлены две базы данных в соответствии напряженного состояния и показаний датчиков для двух вариантов дальнейшего решения обратной задачи.
6) Решена обратная задача восстановления напряженно- деформированного состояния в соответствии с текущими показаниями датчиков и использованием двух баз данных "тестовых" нагрузок. В ходе решения задачи сравнивались результаты для обоих вариантов, и был определен вариант, наиболее точно соответствующий реальному отклику конструкции.