Настоящая статья посвящена разработке и совершенствованию методики численного моделирования конструкций преднапряженных стальных канатов и защитной оболочки с использованием функций форм конечного элемента (КЭ) «неправильной» призмы, гексаэдра, обеспечивающих в достаточной степени эффективную аппроксимацию объемной модели и улучшенную интерполяцию узловых усилий преднапрягаемых армоканатов, наряду с быстрым алгоритмом работы.
В статье представлены основные положения математического аппарата, составляющего основу метода, даны иллюстрации примеров интерполяции векторов сил как для отдельных конечных элементов, так и всей модели в целом. Выполнен расчет защитной оболочки применительно к проекту АЭС‑2006 и сравнение результатов с использованием метода интерполяции функциями форм тетраэдра и функциями форм «неправильной» призмы, изложены основные предпосылки дальнейшего развития метода моделирования напрягаемых армоканатов, учитывая более сложные физико-механические явления и реальное поведение конструкции контаймента.
Результатом изложенной методологии является созданный автором программный комплекс, позволяющий выполнять расчет с моделированием системы преднапряжения защитной оболочки (СПЗО), учитывая произвольную пространственную трассировку армоканатов. Основная цель — оптимизация расположения армоканатов СПЗО, их мощности и параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции железобетонного контаймента, учитывая расчетные нагрузки и воздействия, регламентируемые современными нормами и требованиями безопасности как в России, так и за рубежом.
The present article has been devoted to development and improvement of method used for numerical modeling structures of containment prestress system (CPS) tendons via functions of finite element (FE) forms of «irregular» prism, hexahedron, providing sufficiently effective approximation of the volume model and more improved interpolation of rope nodal efforts, along with fast algorithm of operation.
The article presents main provisions of the mathematical apparatus, being a basis of the method; force vectors' interpolation examples are given for separate finite elements and the prestressed containment whole model. CPS is calculated as per the AES-2006 design, and the calculation results are compared using interpolation method of tetrahedron form functions and «irregular» prism form functions; the major prerequisites are set forth for subsequent development of prestressed tendons modeling method, considering the more sophisticated physical-mechanical phenomena and real performance of containment structure.
The produced method outcome is the author's developed domestic software complex, allowing with sufficient accuracy to carry out calculations and modelling of the CPS, considering arbitrary spatial trace of tendons within the containment, giving reply to the main questions: whether is the minimum level of compression sufficient and whether is the operational suitability of a structure provided?