Верифікація pushover-аналізу
Ця стаття підсумовує, як було верифіковано pushover-розрахунок StatiCAD і ланцюжок оцінки сейсмічних характеристик залізобетонних будівель, та наводить результати. Як тестові конструкції використано залізобетонні приклади будівель, що містять як каркасну, так і стінову поведінку.
1. Підхід до верифікації
- Та сама модель, незалежний розв'язувач: StatiCAD автоматично передає до SAP2000 модель pushover (вузли, стрижні, жорстка діафрагма, маси, розподіл навантаження та власноруч обчислені несучі здатності шарнірів); SAP2000 виконує pushover власним нелінійним розв'язувачем. Таким чином порівняння є відтворюваним порівнянням моделі з моделлю, вільним від помилок ручного введення даних.
- Еталон — SAP2000 V27: його обрано еталоном верифікації, оскільки це визнаний у світі незалежний розв'язувач.
- Основний акцент порівняння — точка експлуатаційних характеристик: інженерне рішення ухвалюється в точці впливу. Тому головним критерієм є збіг переміщення в точці впливу, поперечної сили в основі, розподілу станів шарнірів і висновку щодо будівлі. Пікові значення кривих через відмінності моделювання (див. розділ 6) є другорядним показником.
Ті самі порівняння можна відтворити в кожному проєкті опціями «SAP2000 ile doğrula» (верифікувати за допомогою SAP2000) і «Hesaplara SAP2000 sonucuyla devam et» (продовжити розрахунки за результатами SAP2000) у вікні pushover.
2. Модальна верифікація
У каркасному прикладі перший власний період коливань переданої моделі в SAP2000 виявився таким самим, як у StatiCAD: T1 = 0,6061 с (StatiCAD) / 0,6063 с (SAP2000). Вхідні дані розрахункового спектра (SDS, SD1) збіглися з незалежним розрахунком точно.
3. Порівняння пошкоджень у точці впливу — основна верифікація
З таблиці станів шарнірів SAP2000 зчитується стан шарнірів на кроці, що відповідає переміщенню впливу, і порівнюється з таблицею пошкоджень StatiCAD:
| Випадок (будівля зі стінами жорсткості, EPP) | StatiCAD | SAP2000 |
|---|---|---|
| +X, вплив u = 3,45 мм | 4 кінці, що досягли текучості (Значні пошкодження), будівля: Контрольовані пошкодження | 4 шарніри в тій самій зоні — точний збіг |
| −Y, вплив u = 13,4 мм | 1–2 кінці, що досягли текучості, будівля: Обмежені пошкодження | 0–1 шарнір на межі текучості — узгоджується |
Висновок: у точці впливу, де ухвалюється інженерне рішення, два незалежні розв'язувачі дають однакову таблицю пошкоджень і однакові висновки щодо будівлі.
4. Зведене порівняння восьми комбінацій напрямів
У режимі «Продовжити розрахунки за результатами SAP2000» усі вісім комбінацій напрямів TBDY було розв'язано в SAP2000 й автоматично зведено в таблицю з результатами StatiCAD (приклад зі стінами жорсткості, EPP; u: вимога щодо переміщення верху):
| Напрям | StatiCAD u [мм] | StatiCAD рівень | SAP2000 u [мм] | SAP2000 рівень |
|---|---|---|---|---|
| +X+0,30Y | 3,45 | KH | 3,45 | KH |
| +X−0,30Y | 3,45 | KH | 3,45 | KH |
| −X+0,30Y | 3,45 | KH | 3,45 | KH |
| −X−0,30Y | 3,45 | KH | 3,45 | KH |
| +Y+0,30X | 13,40 | SH | 13,36 | KH |
| +Y−0,30X | 13,41 | SH | 13,36 | SH |
| −Y+0,30X | 13,40 | SH | 13,22 | SH |
| −Y−0,30X | 13,39 | SH | 13,22 | SH |
- Переміщення впливу збігаються точно (X: 3,45 ↔ 3,45 мм; Y: 13,4 ↔ 13,2–13,4 мм).
- Різниця поперечних сил в основі в точці впливу становить приблизно 5–10 % у напрямі X і 3–13 % у напрямі Y.
- Висновок щодо будівлі збігається у 7 з 8 напрямів. Єдина відмінність (+Y+0,30X) — це гранична ситуація, коли вплив припадає саме на межу текучості, і вона чутлива до роздільної здатності кроку запису SAP2000.
5. Опція шарнірів зі зміцненням
| Випадок (один напрям) | StatiCAD Vверх [кН] | SAP2000 Vверх [кН] | Співвідношення |
|---|---|---|---|
| +X, EPP | 19 334 | 21 503 | 0,899 |
| +X, зі зміцненням | 21 167 | 22 810 | 0,928 |
| −Y, EPP | 10 055 | ~10 990 | 0,915 |
| −Y, зі зміцненням | 10 405 | 11 704 | 0,889 |
Зміцнення підвищує несучу здатність StatiCAD на 5–10 %. Коливання співвідношень у межах ±0,03 зумовлене невеликою методичною різницею у визначенні нахилу зміцнення в двох програмах. Співвідношення піків кривих для односторонніх pushover перебувають у межах 0,89–0,93, і StatiCAD послідовно залишається в запасі міцності. Порівняння в точці впливу від зміцнення не залежать.
6. Відомі відмінності
| Відмінність | Джерело | Вплив |
|---|---|---|
| Низхідна гілка в SAP2000 ↔ плато в StatiCAD | Визначення шарніра в SAP2000 містить гілки втрати міцності; шарнір StatiCAD (EPP або зі зміцненням) низхідної гілки не містить. | Крива SAP2000 після досягнення піку спадає і в деяких випадках зупиняється, не досягнувши цілі. Це впливає на співвідношення піків, але не впливає на порівняння в точці впливу. |
| Відмінність пружної жорсткості в моделі зі стінами жорсткості | Сильна вісь стіни жорсткості в моделі pushover подається одним стрижнем із жорсткими вставками. | Є складовою різниці поперечних сил в основі за того самого переміщення. |
| Сталість осьової сили колон і стін жорсткості | В обох розв'язувачах шарніри будуються із N = G + nQ. | Порівняння не зачіпає; це спільне припущення. |
| Визначення нахилу зміцнення | Дві програми по-різному визначають гілку зі зміцненням. | Коливання ±0,03 у співвідношеннях піків для шарнірів зі зміцненням. |
| Роздільна здатність кроку запису SAP2000 | Результати SAP2000 записуються у скінченній кількості кроків. | Пошкодження зчитуються з кроку запису, найближчого до точки впливу; у випадках на межі текучості це може створювати чутливість висновку. |
7. Верифікація багатомодового pushover
- Пружна узгодженість (TBDY 5.6.6.1): для кожної моди порівнювалося замкнене спектральне переміщення з розв'язком методом скінченних елементів на тій самій матриці жорсткості. У напрямах X та Y для всіх мод відхилення становить 0,0000 %; зведене переміщення верху за CQC однакове обома шляхами.
- Pushover домінантної моди ↔ одномодовий pushover: pushover першої моди багатомодового випадку дав той самий вплив (36,8 мм), ту саму кількість кінців, що досягли текучості (23), і той самий висновок щодо будівлі (Контрольовані пошкодження), що й одномодовий pushover.
- Правило коротких періодів: для другої моди X з коротким періодом (T = 0,155 с) автоматично застосовано CR = 1,030, і мода залишилася пружною, як і очікувалося.
- Порівняння модальних розподілів із SAP2000: розподіли навантаження мод StatiCAD було передано до SAP2000 і виконано pushover на тій самій моделі з шарнірами; отримано збіг у межах 2–6 % для домінантної моди та приблизно 6 % для другої моди.
8. Загальна оцінка
- У порівнянні моделі з моделлю в SAP2000 у точці впливу, де ухвалюється інженерне рішення, переміщення збігаються точно, таблиці пошкоджень узгоджуються, висновки щодо будівлі збігаються у 7 з 8 напрямів; єдина відмінність — задокументована гранична ситуація.
- Співвідношення піків кривих для односторонніх pushover перебувають у межах 0,89–0,93, і StatiCAD послідовно залишається в запасі міцності; кожну з решти відмінностей розкладено на складові та обґрунтовано.
- Умова пружної узгодженості багатомодового pushover виконується чисельно.
Усі результати, отримані за допомогою програмного забезпечення, обов'язково має перевіряти відповідальний інженер.