М.Б.ЛАПИН, инж. (НИИЖБ), Компьютерный расчет кривой диаграммы растяжения
В практике проектирования железобетонных конструкций используется много различных видов высокопрочной стержневой проволоки и канатов. Для расчета железобетонных конструкций с учетом диаграммы работы материалов требуется достаточно достоверное математическое выражение этих диаграмм.
В настоящее время за рубежом широкое применение нашла стабилизированная проволочная арматура (СПА), которую используют в наиболее ответственных преднапряженных железобетонных конструкциях. Стабилизированные канаты и проволоку характеризуют высокие прочностные и упругие свойства (временное сопротивление ств>1770Н/мм2, условный предел текучести а0 21670Н/ММ2, СТ0 02>1470Н/ММ2) при гарантированном полном удлинении перед разрывом не менее 3,5% [1].
Целью проведенных в лаборатории арматуры НИИЖБ исследований являлось создание программного комплекса по расчету набора значений, теоретически определяющих свойства растяжения и релаксации. Преобладающими образцами для экспериментов являлись стабилизированные проволока и канаты.
Общепризнанно, что существующие в России компьютерные методы расчетов различных графиков, зависимостей и т.п. не в полной мере отвечают потребностям многих инженеров и проектировщиков. В настоящее время порой бывает очень трудно рассчитать какую-либо математическую величину, зависящую от нескольких параметров, не прибегая к помощи вычислительной машины. Особенно, когда в уравнении присутствует степень. А еще труднее в случае, когда степень является одной из неизвестных. Именно таким случаем является теоретический расчет кривой растяжения.
На сегодняшний день существует множество подходов к теоретическому расчету процесса растяжения. Из всех найденных нами подходов большинство по различным причинам непригодны для комплексного решения задачи работы арматуры в составе железобетонного элемента с учетом реологических свойств и факторов упрочнения стали. Однако имеются наиболее подходящие подходы [2, 3] для компьютерного расчета, включающие в себя только системы уравнений и не имеющие таких моментов в расчете, которые зависят исключительно от опытного видения ситуации. Эти методы описаны и скомбинированы в один универсальный подход-метод [4], который принят нами как самый подходящий для создания на его базе компьютерного расчета.
График кривой разбивается на четыре области [4], в каждой из которых существует своя зависимость (рис. 1).
В случае, когда арматура уже известна и для нее уже подобраны степени членов уравнения, то все достаточно несложно. Нужно взять калькулятор и рассчитать характерные точки для построения кривой. Проблема возникает в том случае, когда свойства исследуемой арматуры еще не известны и, соответственно, степени не подобраны. Тогда приходится производить расчет характерных точек, поочередно меняя степени и сравнивая полученный результат с экспериментальными данными. В данном случае степень может быть от 3 до 7, и число неизвестных степеней равно трем.
Программа рассчитана на расчет неизвестных степеней, а также на обыкновенный просчет характерных точек кривой. Код приложения написан на языке высокого уровня программирования Borland Delphi 5.0 (Build 5.62). Программа состоит из одного модального окна, 4 процедур и отдельного модуля, включающего в себя основной расчет.
Для этого в программе существует два режима расчета:
1. Случай, когда степени неизвестны.
2. Случай, когда степени известны.
Количество полей для входных данных всегда одинаково и равно 9.
Поля такие: ое(; а0 2; а0 5; ов; Еа; 5р; а.
В режиме, когда степени неизвестны, необходимо ввести а01;а0 3; а2 0.
Для переключения режимов необходимо установить или снять флаг “Известны степени”. При установленном флаге включается режим, когда степени известны (рис. 2).
После того, как все поля заполнены, активизируется кнопка “Посчитать”, при нажатии на которую в правой части формы приложения указывается информация о степенях (если используется режим, когда степени неизвестны), г|.,_4 и т.. При режиме, когда степени известны, дополнительно рассчитывается значение удлинения при заданном напряжении а.
Данный компьютерный метод расчета позволяет существенно уменьшить время кропотливой работы с калькулятором (до 20 раз), а также повысить точность результатов - ошибки или мелкие неточности, связанные с округлением, полностью исключены.
Практика применения изложенного подхода показывает, что в наибольшей степени его преимущества проявляются при проведении большого количества экспериментов, а также при взаимодействии с другой прикладной программой-“Расчет релаксации”, разработанной для расчета Ро,о2"ро 5 и построения графика в процессе эксперимента.
Бетон и железобетон, 2003 №6