Санкт-Петербург,
ул. Профессора Попова д.23 лит. М
(812) 933-61-27

Как выбрать программу для расчета мостов

Как выбрать программу для расчета мостов 7 Июля 2014

Как выбрать программу для расчета мостов

Автор: к.т.н. В. А. Петров

В давние времена у мостостроителей был обычай: при пропуске первого поезда автор проекта должен стоять под мостом и отвечать за надёжность сооружения собственной жизнью. В те годы самым совершенным инструментом для расчёта конструкций была логарифмическая линейка. Для мостов были характерны большие запасы прочности и перерасход материалов.

Наша эпоха принесла современные технологии строительства, новые материалы и сложные конструктивные формы. На первый план вышли проблемы экономической эффективности. Сегодня проектирование и расчёты мостовых конструкций невозможны без применения современных компьютерных технологий.

Перед проектировщиком встал вопрос: какую компьютерную программу выбрать для расчёта моста на прочность? Нужна программа, которая поможет выполнить расчёт без ошибок, простая и удобная в применении и включающая достаточный набор возможностей для решения нужного круга расчётных задач.

Скорее всего, нам не подойдут известные с конца 80-х годов крупные программные комплексы МКЭ, такие, как ANSYS, NASTRAN, COSMOS. Это программы общего назначения, они не ориентированы на расчёт мостовой конструкции. В них не предусмотрены необходимые для мостов специальные возможности (например, построение линий влияния для расчёта на подвижные нагрузки). Хотя эти программы могут оказаться полезными для решения некоторых частных задач (например, для расчёта узловых сопряжений, для проверки местной устойчивости, для расчёта термонапряжённого состояния опор).

Видимо, нас не вполне устроят и программные комплексы отечественного производства, такие, как LIRA, SCAD, MICROFE. Они скорее ориентированы на расчёт промышленных и гражданских зданий и хороши для применения в своей области строительства.

На сегодняшний день в мировой практике проектирования известно не так уж много серьёзных программных комплексов, остро заточенных на расчёт мостовых конструкций. Среди таких комплексов наиболее известны LUSAS (Великобритания), GTSTRUDL (США), MIDAS/CIVIL (Корея) и RM BRIDGE (Австрия). Хороший модуль для расчёта мостов имеется также в программном комплексе SOFISTIK (Германия).

Программный комплекс MIDAS/CIVIL появился в России в 2003 году и быстро завоевал популярность среди специалистов по проектированию и расчёту мостов. Корейские программисты создали очень дружественную оболочку (интерфейс), которая позволяет строить конечно-элементные расчётные модели сооружений с минимальными затратами труда. И это, действительно, является их большим достижением.

Однако подобная особенность программы таит в себе опасность. Молодым неопытным инженерам часто кажется, что достаточно запомнить несколько комбинаций кнопок на клавиатуре компьютера, чтобы выполнить расчёт сложной конструкции моста. Они забывают, что программа – это всего лишь инструмент, предназначенный для того, чтобы довести до числа представления инженера о работе конструкции. Подобное заблуждение часто оказывается причиной грубых ошибок в расчётах и проектировании.

В принципе необходимо с большой осторожностью относиться к применению численных методов в расчётах строительных конструкций. Вопросы численной устойчивости и сходимости решений здесь имеют первостепенное значение. В литературе имеется большое число задач, решение которых классическими численными методами затруднено, а иногда – невозможно.

Много таких примеров приведено в книгах академика РААСН, проф. В.И. Сливкера [1, 2]. Наиболее наглядный пример – задача об устойчивости механической системы, включающей в себя абсолютно жёсткое тело. Для правильного решения такой задачи программа должна сформировать геометрическую матрицу жёсткости. Однако ни одна из известных нам программ МКЭ, кроме SCAD, такой возможности не предусматривает.

Попытаемся решить простую задачу с помощью программы MIDAS/CIVIL – задачу об изгибе прямоугольной пластины Рейсснера, шарнирно опёртой по контуру, под действием равномерно распределённой статической нагрузки. В результате расчёта получим, что пластина отрывается от опор в угловых точках. Однако решение, приведённое в классических учебниках по теории пластин и оболочек [3], показывает, что данный результат является ошибочным.

Опыт использования MIDAS/CIVIL в расчётах мостовых конструкций многократно показал, что получаемые результаты требуют тщательного анализа и проверки.

Программный комплекс RM BRIDGE производства Австрийской компании BENTLEY SYSTEMS стал известен в нашей стране сравнительно недавно. На него, в первую очередь, обратили внимание специалисты по динамической работе мостовых конструкций. Особенно ценными оказались разработки в области аэродинамики вантовых мостов, реализованные в программе в виде отдельных наукоёмких модулей.

Оказалось, что RM BRIDGE имеет преимущества не только для учёных, занимающихся динамикой мостов. Российские специалисты обратили внимание, что основные модули программы работают надёжно и, как правило, дают достоверные результаты. Инженеров-расчётчиков привлекла сквозная параметризация конечно-элементных моделей, позволяющая перестраивать модели в короткие сроки. Программа позволяет также подробно учитывать стержневое и предварительно напряжённое армирование железобетонных конструкций. В ней реализованы российские нормативные документы, что позволяет выполнять проверки на прочность, устойчивость, трещиностойкость и выносливость. Многим понравился высокий уровень постпроцессорной графики и обширная документация, в том числе – на русском языке.

Почему же программа RM BRIDGE на сегодняшний день до сих пор не получила широкого распространения среди мостовых проектных организаций? По нашему мнению, это произошло из-за того, что программа не имеет дружественного интерфейса, подобного реализованному в MIDAS/CIVIL. Поэтому на освоение программы требуется больше времени. Формирование расчётных моделей в ней несколько затруднено. А хотим мы этого или нет, популярность программы определяется, прежде всего, удобной оболочкой, а не широким спектром возможностей и качественными решающими модулями.

Недостаточно дружественный интерфейс свойственен и многим другим системам, в частности, давно известному американскому комплексу GTSTRUDL.

Подводя итог, можно сделать вывод, что каждая система, предназначенная для расчёта мостовых конструкций, имеет свои достоинства и свои недостатки. Идеального программного комплекса не существует, и, скорее всего, он никогда не будет создан.

Как же правильно ответить на вопрос, поставленный в заголовке статьи?

Ответ один: рабочее место современного инженера-проектировщика и расчётчика должно быть оснащено несколькими программными средствами, которые в совокупности предоставляют необходимый набор расчётных возможностей.

Проектные организации, являющиеся лидерами отечественного мостостроения, сегодня стремятся приблизиться именно к такому уровню оснащения. Среди ведущих компаний можно назвать ЗАО «Гипростроймост» (Москва), ЗАО «Стройпроект» (Санкт-Петербург), ОАО «Трансмост» (Санкт-Петербург), ЗАО «Гипростроймост – Санкт-Петербург». Расчётчики Московского института «Гипростроймост» (д.т.н. Г.Э. Мазур) выбрали в качестве программных инструментов комплексы NASTRAN и LUSAS. Специалисты Петербургского института «Гипростроймост» (к.т.н. Р.Н. Гузеев) пользуются программами GTSTRUDL, MIDAS/CIVIL, SCAD, RM BRIDGE.

Наибольшая доля трудозатрат инженера-расчётчика приходится на создание конечно-элементных моделей сооружений. Если мы планируем выполнить расчёты одной и той же конструкции в разных программных комплексах, то модель придётся создавать многократно, и эта доля возрастёт в несколько раз.

В подобной ситуации на помощь должны прийти специальные программы, предназначенные для автоматического конвертирования исходных данных из одной программной системы в другую. Идея создания таких программ-конвертеров далеко не нова. Большинство современных крупных программных комплексов общего назначения включают встроенные программные модули для конвертирования исходных данных в родственные системы.

Однако в программах, ориентированных на расчёт мостовых конструкций, встроенные модули конвертирования, как правило, отсутствуют. Поэтому перед инженерами-мостовиками встаёт задача самостоятельной разработки таких программных средств.

Инженер ЗАО «Гипростроймост – Санкт-Петербург» Д.А. Маслов разработал универсальный язык программирования, с помощью которого удобно создавать различные программы-конверторы частного вида, например, из GTSTRUDL в MIDAS/CIVIL или из MIDAS/CIVIL в SCAD. Эти программы широко используются в расчётной практике института, дают большую экономию рабочего времени, позволяют избежать лишних ошибок при составлении расчётных моделей.

Таким образом, программы-конверторы являются необходимым звеном в арсенале программных средств на рабочем месте современного инженера-расчётчика.

Для выполнения расчётов мостовых конструкций на современном научно-техническом уровне инженер-расчётчик должен располагать набором различных программных комплексов, объединённых в единую систему с помощью специальных программ, предназначенных для конвертирования расчётных задач из одной программы в другую.

Особенность нашего времени состоит в том, что развитие программных средств сильно опережает уровень подготовки пользователей. Программы есть, а выполнять расчёты на необходимом уровне – некому. Поэтому сегодня для российских проектных организаций самой актуальной является задача подготовки и обучения молодых кадров, владеющих базовыми знаниями математики, механики, численных методов теории упругости, анализом статической и динамической работы сооружений, техникой конечно-элементного моделирования, программированием и операционными системами.

Резервные расчётные средства абсолютно необходимы современному инженеру-расчётчику строительных конструкций. Не зря при входе в расчётный отдел ЗАО «Гипростроймост – Санкт-Петербург» висят старые бухгалтерские счёты с надписью «Резервный расчётный инструмент. Использовать только в случае крайней необходимости».

Список литературы:

1. А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. Расчётные модели сооружений и возможность их анализа. Киев, изд-во «Сталь», 2002. - 600 с.

2. А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. Москва, изд-во СКАД СОФТ, 2011. – т. 1, 2, 3.

3. С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. Пластинки и оболочки. Москва, изд-во «Наука», 1966. – 636 с. 


Возврат к списку