Для чего используются матрицы в строительстве

Применение теории матриц в строительных расчетах

Конечные элементы, из которых собирается расчетная схема любой конструкции, имеют общие характеристики. Так, для любого конечного элемента определяющим является число его степеней свободы, то есть общее число всех возможных перемещений во всех узлах конечного элемента. При этом для элемента одного типа можно учитывать как все, так и лишь некоторые из возможных перемещений в узле. Количество учитываемых узловых перемещений определяется контекстом решаемой задачи.

Выбор типов конечных элементов для моделирования конструкции определяется в первую очередь особенностями исходной системы. В каждом конкретном случае для моделирования системы выбираются соответствующие конечные элементы с числом и характером степеней свободы (узловых перемещений), определяющих основные особенности работы системы.

В зависимости от числа учитываемых в расчете степеней свободы в узле конечного элемента формируется матрица жесткости конечного элемента.

Матрица жесткости представляет собой универсальный математический объект, используемый в методе конечных элементов для описания упругих свойств как отдельных элементов, так и более крупных частей рассматриваемой системы, а также всей системы целиком. Матрица жесткости может быть составлена и для бесконечно малого элемента.

По определению матрица жесткости представляет собой таблицу значений реакций в связях узлов конечного элемента от единичных перемещений, последовательно задаваемых по направлению этих связей.

Фактически матрица коэффициентов при неизвестных канонических уравнений метода перемещений представляет собой матрицу жесткости конструкции.

Если обратиться к таблицам традиционного метода перемещений, легко заметить, что в них содержатся элементы матрицы жесткости стержневого конечного элемента b.

Порядок матрицы жесткости определяется числом учитываемых степеней свободы конечного элемента. Для конечного элемента a с двумя степенями свободы в каждом узле (это линейные перемещения по направлению каждой из осей системы координат) порядок матрицы жесткости (4×4).

Для конечного элемента b, также имеющего две степени свободы в узле (линейное вертикальное перемещение и угол поворота),

порядок матрицы, как и в предыдущем случае, (4 × 4).

Для конечного элемента c с тремя степенями свободы в узле (двумя линейными перемещениями по направлению осей координат и углом поворота) порядок матрицы жесткости (6 × 6). Заметим, что элемент c объединяет элементы a и b. Тем не менее все рассматриваемые конечные элементы имеют право на самостоятельное существование.

Конечный элемент d используется для расчета тонких плит. В каждом узле такого конечного элемента учитываются три степени свободы. Порядок матрицы жесткости элемента (12 × 2).

Последний конечный элемент e может быть использован для расчета массивных конструкций. В каждом узле такого элемента учитывается шесть степеней свободы.

Источник

Виды моделей в строительстве

Линейный график Ганта

На оси ординат в строгой технологической последовательности все виды монтажно-строит. работ одновременно с хар-ками и параметрами (объемы работ, стоимости, трудоемкости, продолжительности, состав бригад, звеньев)

На оси абсцисс указ. календарные единицы времени (дни, месяцы, годы) в завис от сроков стр-ва

— содержание подробных характеристик

— отображение всех видов работ, включая вспомогательные и сопутствующие

— возможность построения графика движения рабочих

— определение материальных ресурсов в любой момент времени

Недостатки

— не просматриваются связи между отдельными работами

— не указывается место и порядок освоения объекта (фронт работ)

График потока – циклограмма Проф. Будников, 1937 г.

— Отобр. технологич. посл-ть видов работ, сроки и место производства работ

— возможность увидеть количество частных фронтов и порядок их освоения

— указываются связи между работами, возможность отобразить график движения рабочих

— увязка работ во времени и пространстве

— позв. увидеть движение ресурсов

— отсутствие подробных характеристик работ

— небходимость разбивки здания на фронты

— возможность отображения только основных видов работ

На оси ординат откладываются отрезки времени, соотв частным фронтам (захваткам), в ходе из освоения. на оси абсцисс – время производства работ. Ход и сроки работ отобр. наклонной линией. потребность в ресурсах выписывается под сеткой графика.

1958 Келли, Уолкер, 1925 – Эрикмус (Россия)

График представляет собой сеть, образующуюся стрелками (работами и связями) и небольшими кругами, к-рые отобр. начала и окончания работы. Кроме того, они явл. событиями.

график может быть исполнен в масшт. или безмасшт. форме.

· возможность показать четкие технологические связи между работами

· дает отобр. всех видов работ

· Выявляет резервы времени работ, а так же критический путь – путь наиб. величины (max продолжительность). События на этом пути не имеют резервов времени.

· При возрастании кол-ва работ усложняется и теряет наглядность

· не содержат детальных характеристик видов работ

· не отображают порядок освоения фронтов и потребн. в ресурсах

Расчет временных зданий

Временными зданиями называют надземные подсобно-вспомогательные и обслуживающие объекты, необходимые для обеспечения производства строительно-монтажных работ.

Количество временных зданий на строительных площадках может быть различным в зависимости от объемов работ, численности работающих и условий строительства.

Объемы временного строительства рассчитывают отдельно для определения потребности в административных и санитарно-бытовых зданиях на основе расчетной численности персонала. На стадии ПНР число рабочих определяют по календарному плану.

Nобщ = (Nрабmax + Nитр + Nслуж + Nмоп)К

Nрабmax – максимальное число рабочих

Nрабmax = Nосн + Nнеосн + Nмонт

Nосн – рабочие основного производства по ГДР

Nнеосн – подсобные рабочие, неосновного производства, 20-30% Nосн

Nмонт – числ. монтажников технологического оборудования, 20-40% Nосн

Nитр = Nрабmax · 0,06 – числ. инженерно-технических работников

Nмоп = Nрабmax · 0/04– младший обслуживающий персонал и охрана

К – коэффициент, учитывающий невыхода на работу, 1.05 – 1.06

Комплекс помещений должен быть рассчитан на всех рабочих, занятых в строительстве (включая спецподрядные организации).

На строительном объекте должны быть помещения: гардеробные с умывальниками, душевыми и сушильными; помещения для обогрева, отдыха и приема пищи; прорабская, туалет, навес для отдыха и место им курения; устройства для мытья обуви, щит со средствами пожаротушения, диспетчерская, проходная, медпункт.

Требуемые на период строительства площади временных помещений (Fтp) определяют по формуле

После расчета площадей выполняют подбор типов временных помещений, рассматривая в основном инвентарные передвижные, контейнерные, блочные сборно-разборного типа, определяют их размеры, в соответствии с которыми и наносят помещения на стройгенплан. Применение неинвентарных зданий экономически нецелесообразно и допускается в исключительных случаях.

Бытовые городки следует располагать вне опасных зон (на расстоянии не менее 50м) и с наветренной стороны господствующих ветров по отношению к установкам, выделяющим пыль, вредные газы и т.п., вблизи въездов на строительную площадку.

Матричная модель – модель строительного объекта с указанием исходных данных для выполнения расчета и составления расписания работ на каждом фронте.

Матрицы бывают двух видов:

· ОВР – ордината вид работ

· ОФР – ордината фронт работ

· четкое прослеживание связей между работами

· также можно определить резервы времени

· возможность расчета по частным фронтам и отображение порядка их освоения

· простота и наглядность

· отсутствие технологических связей между работами

· отсутствие характеристик работ

· невозможность определения ресурсов в каждый момент времени

Связи объединяют работу в единую систему и устанавливают отношение между отдельными элементами.

· связи одновременности (с нулевыми растяжениями) – максимальное сближение видов работ, увязка потока;

· с запаздыванием. При этом растяжение характеризуется положительными числами (при расчете периода развертывания)

· с опережением. Растяжение характеризуется отрицательными числами (при расчете периода развертывания).

Виды связей:

1. Ресурсная (организационная) связь – связь между смежными работами одного вида, выполняемыми на смежных фронтах. Отражает степень непрерывности смежных работ внутри частного потока. Характерна для НИР, когда после завершения работы на первом фронте, начинают работать на другом частном фронте. Непрерывно, без простоев. Растяжение ресурсных связей =0

2. Фронтальная (технологическая) связь – между работами разных видов, выполняемых на одном частном фронте. Они отображают непрерывность освоения частных фронтов, т.е. после завершения предшествующей работы начинается последующая, фронт не простаивает. Растяжение фронтальных связей =0. (НОФР)

Мы можем выполнять земл. работы на II фронте и фундамент на I фронте.

Источник

Матричное моделирование поточного строительства

Графические форм и модели,

используемые в организации, планировании и управлении

Строительным производством

Горизонтально-линейная форма, называемая еще иногда по фамилии предложившего ее в конце XIX в. американского инженера «графиками Гантта», получила широкое распространение.

Применяются следующие ее разновидности:

— цифровые и смешанные линейные графики

— масштабные календарные графики

— ортограммы и документограммы, оперограммы

Линейные ленточные графики применяют в календарном планировании сравнительно несложных сооружений: водопропускных труб, мостов, зданий и т.д.

Их используют при оперативном управлении строительством, в техническом нормировании («фотоучет графический»), при планировании строительства поточными методами.

Цифровые графики являются разновидностью горизонтально-линейной формы графиков.

На таких графиках показывают, с привязкой к календарным срокам, объемы работ (в денежном или натуральном исчислении), намеченные к выполнению (в числителе) и фактически выполненные (в знаменателе).

Такая форма моделирования принята в диспетчерской системе управления, при составлении лимитно-заборных карт на поставку материалов, при планировании организации строительства, анализе хода работ; в техническом нормировании («фотоучет цифровой») и в ряде других случаев.

Лимитно-заборная карта оформляется при условии отпуска материальных ценностей в структурные отделы, при условии систематического их потребления или в случае заранее разработанного лимита отпуска.

Смешанные графики. При использовании смешанных графиков часть информации дают в виде ленты, например продолжительность отдельной операции с привязкой к календарю, а над ней записывают в цифровом виде дополнительную информацию (о численности рабочих или об объемах работ). Область ее использования: календарное планирование производства работ, техническое нормирование («фотоучет смешанный»).

Основным недостатком рассмотренных графиков является то, что при изменении сроков отдельных работ, включении новых работ требуется полное пересоставление модели. Не видно работ, определяющих продолжительность строительства. Не создается полного представле­ния о динамике строительства, взаимосвязях работ.

Циклограммная форма, при использовании которой строительный процесс отображается в виде наклонных линий или полос в системе координат «время (горизонтальная шкала) — захватки (участки, сооружения, фронты работ) (вертикальная шкала)».

Матричная форма является разновидностью циклограммной. Все параметры циклограммы представлены в специальной таблице-матрице в цифровом виде. Применяется она при использовании поточных методов в организации строительства сложных объектов, при оперативном уп­равлении ходом работ, когда, после поступления информации с фронтов работ, требуются многочисленные пересчеты исходной матрицы. Для этого целесообразно использовать электронную технику. Методика матричного метода расчета параметров потока приводится ниже.

Блок-схемы и схемы алгоритмов используют для наглядного изображения очередности процессов, конструирования логической схемы мышления. Это функционально-ориентированные графические изоб­ражения, с помощью которых описывается последовательность шагов процесса и связи носителей функции. Связи носителей функций могут иметь форму потоков данных, материалов и т.д. При этом используют текст и специальные символы.

Сетевая форма, наряду с матричной, также является базой для автоматизации расчетов по организации строительства сложных объектов. Она используется для увязки деятельности генподрядных и субподрядых организаций, для оптимизации производственного процесса, оперативного управления строительства.

Состав сетевой модели

Сетевая модель состоит из следующих элементов:

Работа— любой процесс, требующий затраты времени и ресурсов.

Изображается сплошной стрелкой. Над ней пишется «наименование работы», под ней «продолжительность»

Продолжительность в строительстве обычно приводится в днях или числах.

Под понятие «работа» подпадает и процесс, требующий затраты только времени. Например, твердение бетона, сушка краски и т.д.;

зависимость(логическая связь) — технологическая или орга­низационная взаимосвязь между работами, изображается пунктирной стрелкой. Временной продолжительности не имеет. Показывает, что результат одной или нескольких предыдущих работ нужен для начала данной работы;

событие— результат завершения одной или нескольких работ, создающих предпосылки для начала следующих. Временной протяжен­ности не имеет. Изображается кружком.

В сетевом моделировании принято предыдущие работы обозначать буквами латинского алфавита:

Понятие пути

Путь в сетевой модели непрерывная последова­тельность работ и зависимостей. Наглядно представить, что такое «путь», можно из рассмотрения графика

График состоит из следующих путей, представленных в табл (события пронумерованы (закодированы) цифрами).

Каждый из шести путей имеет свою продолжительность. Максимальная продолжительность пути № 4 — 23 дня. Он и определяет срок стро­ительства. Путь максимальной длины носит название «критический». Все остальные пути имеют запас времени, равный разности между дли­ной критического и данного пути. Путь, у которого запас времени минимальный (№ 6 — запас 1 день) носит название «подкритического». Наряду с критическим путем, продолжительность работ на котором нельзя увеличивать, внимание руководителя должно быть обращено и на подкритический путь.

Стоит задержать одну из работ этого пути на 1 день, и он становится критическим.

Расчет сетевых моделей

Расчет сетевой модели заключается в определении его параметров, к которым относятся:

— раннее начало каждой работы — самый ранний срок, когда может быть начата данная работа;

— раннее окончание каждой работы — самый ранний срок, когда может быть завершена данная работа;

— позднее начало каждой работы — самый поздний срок, когда может быть начата данная работа (при условии, что все работы будут завершены к установленному сроку);

— позднее окончание каждой работы — самый поздний срок, когда может быть окончена данная работа (при условии, что все работы будут завершены к установленному сроку);

— полный резерв времени каждой работы — запас времени, которым располагает каждая работа (при условии, что все работы будут завершены к установленному сроку);

— частный резерв времени каждой работы — запас времени, которым располагает каждая работа при условии, что все последующие работы начнутся в ранние сроки. Это резерв времени работ каждой ветви сетевой модели, рассматриваемой в качестве самостоятельной (частной) модели.

Рассмотрим фрагмент сетевой модели приведенной в масштабный вид, с выполнением работ в ранние (б) и поздние (в) сроки.

Критический путь проходит по тем работам, для которых

Графические форм и модели,

используемые в организации, планировании и управлении

Строительным производством

Горизонтально-линейная форма, называемая еще иногда по фамилии предложившего ее в конце XIX в. американского инженера «графиками Гантта», получила широкое распространение.

Применяются следующие ее разновидности:

— цифровые и смешанные линейные графики

— масштабные календарные графики

— ортограммы и документограммы, оперограммы

Линейные ленточные графики применяют в календарном планировании сравнительно несложных сооружений: водопропускных труб, мостов, зданий и т.д.

Их используют при оперативном управлении строительством, в техническом нормировании («фотоучет графический»), при планировании строительства поточными методами.

Цифровые графики являются разновидностью горизонтально-линейной формы графиков.

На таких графиках показывают, с привязкой к календарным срокам, объемы работ (в денежном или натуральном исчислении), намеченные к выполнению (в числителе) и фактически выполненные (в знаменателе).

Такая форма моделирования принята в диспетчерской системе управления, при составлении лимитно-заборных карт на поставку материалов, при планировании организации строительства, анализе хода работ; в техническом нормировании («фотоучет цифровой») и в ряде других случаев.

Лимитно-заборная карта оформляется при условии отпуска материальных ценностей в структурные отделы, при условии систематического их потребления или в случае заранее разработанного лимита отпуска.

Смешанные графики. При использовании смешанных графиков часть информации дают в виде ленты, например продолжительность отдельной операции с привязкой к календарю, а над ней записывают в цифровом виде дополнительную информацию (о численности рабочих или об объемах работ). Область ее использования: календарное планирование производства работ, техническое нормирование («фотоучет смешанный»).

Основным недостатком рассмотренных графиков является то, что при изменении сроков отдельных работ, включении новых работ требуется полное пересоставление модели. Не видно работ, определяющих продолжительность строительства. Не создается полного представле­ния о динамике строительства, взаимосвязях работ.

Циклограммная форма, при использовании которой строительный процесс отображается в виде наклонных линий или полос в системе координат «время (горизонтальная шкала) — захватки (участки, сооружения, фронты работ) (вертикальная шкала)».

Матричная форма является разновидностью циклограммной. Все параметры циклограммы представлены в специальной таблице-матрице в цифровом виде. Применяется она при использовании поточных методов в организации строительства сложных объектов, при оперативном уп­равлении ходом работ, когда, после поступления информации с фронтов работ, требуются многочисленные пересчеты исходной матрицы. Для этого целесообразно использовать электронную технику. Методика матричного метода расчета параметров потока приводится ниже.

Блок-схемы и схемы алгоритмов используют для наглядного изображения очередности процессов, конструирования логической схемы мышления. Это функционально-ориентированные графические изоб­ражения, с помощью которых описывается последовательность шагов процесса и связи носителей функции. Связи носителей функций могут иметь форму потоков данных, материалов и т.д. При этом используют текст и специальные символы.

Сетевая форма, наряду с матричной, также является базой для автоматизации расчетов по организации строительства сложных объектов. Она используется для увязки деятельности генподрядных и субподрядых организаций, для оптимизации производственного процесса, оперативного управления строительства.

Матричное моделирование поточного строительства

Расчет параметров неритмичных потоков при большом количестве захваток и объектов, на которых работают многочисленные специализированные звенья (бригады), целесообразно вести с использованием матричного алгоритма.

Матричный алгоритм, позволяет использовать для расчетов современную вычислительную технику. Это особенно важно на этапе выполнения строительно-монтажных работ: постоянно меняющаяся ситуация приводит к необходимости частых пересчетов матриц для поиска варианта исправления допущенных отклонений от намеченных значений в проекте производства работ.

Для составления рационального плана производства работ первоначально составляют исходный план.

Строка матрицы соответствует каждому i-му номеру захватки (участка, сооружения, объекта), а столбец — каждому j-му номеру строительного процесса (специализированного звена или бригады).

В матрице специализированного потока это нечто иное как частный поток. В дополнительных строках внизу матрицы сум­мируются продолжительности работы каждой бригады — частного потока по всем захваткам (первая строка).

Расчеты нужны для определения коэффициента плотности матрицы:

Чем больше значение К_пл, тем выше степень совмещения работ в потоке и использования фронтов работ, но, вместе с тем, реализуемость плана уменьшается.

После расчета на матрице выделяют самый напряженный (критический) путь.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Матрица для изготовления строительных изделий

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Республик (ii) 961972

W t (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 271179 (21) 2843680/29-33 (S1)M Кл

В 28 В 7/36 с присоединением заявки №

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.82.Бюллетень ¹ 36

Та н ншкентский политехнический институт ин. йейун / (71) Заявитель (54) МАТРИЦА.ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к производству железобетонных иэделий с рельефным рисунком в металлической опалубке.

Известна матрица для изготовления строительных изделий, состоящая иэ антиадгеэионного, основного полимерного и армирующего из углеграфитовой ткани слоев (1 ).

Недостатками известной матрицы являются сложная технология ее изготовления и отсутствие крепления к поддону формы из ферромагнитных материалов, что приводит к частичному отрыву матриц от поддона при распалубке формы, особенно при ударном формовании.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления матрицы, обеспечение возможноcòè крепления ее к поддону формы иэ ферромагнитных материалов, а также упрощение конструкции матрицы.

Поставленная цель достигается тем, что армирующий слой выполнен в виде решетчатой конструкции, состоящей из магнитного и эластичного, например резинового слоев.

При этом армирующий магнитный слой выполнен из порошкообразного феррита бария, например,. методом спекания и намагничивается до установки его в технологическую оснастку, в которой изготавливается матрица. Это позволяет расширить процессы изготовления армирующего слоя и самих матриц и снабжать магнитами участки по изготовлению матриц на любом заводе железобетонных иэделий по мере необходимости. При этом отпадает необходимость в весьма трудоемких и вредных операциях послойного введения тканевых армирующих слоев и прокатывания роликом этих слоев при их введении в основной полимерный слой матрицы.

На фиг. 1 показана предлагаемая матрица, разрез; на фиг. 2 — разрез

Матрица содержит основной полимерный слой 1, армирующий магнитный слой 2, эластичный, например резиновый, армирующий слой 3. Армирующий слой имеет решетчатую конструкцию.

Матрица изготавливается следующим образом.

На модель с рельефным рисунком, покрытую разделительным слоем, наносят распылителем, кистью или шпателем антиадгезионный слой, а на него961972

Составитель С. Кваша

Редактор И. Михеева Техред И.Гайду Корректор А.Ференц

Заказ 7363/20 Тираж 604 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., д. 4/5

Филиал IIHII «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Матрица для изготовления строительных изделий, включающая основной полимерный слой, армированный углеграфитовой тканью, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и обеспечения возможности ее крепления к поддону формы из ферромагнитных материалов, армирующий слой выполнен в виде решетчатои конструкции, состоящей из магнитного и эластичного слоев.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 408805, кл. В 28 В 7/36, 1972 (прототип ).

Источник