Формирование расчетной схемы. Формирование стержневой части фермы

Формирование стержневой части фермы

Раскроем вкладку Схема и нажмем на кнопку Генерация прототипа фермы . В результате увидим на экране диалоговое окно Конфигурация поясов фермы показанное на рисунке 4.3.

Рис. 4.3

Отметим пункт Двускатная ферма и нажмем кнопку ОК.

В диалоговом окне Параметры фермы (рис. 4.4)вводим параметры геометрической схемы фермы: Пролет фермы (L) - (12), Высота фермы (H) - (0.242), Количество панелей - (4), Угол наклона (а) – (14). В правой части диалогового окна представлены на выбор фермы с различными типами решеток. Выбираем 8 (при счете сверху-вниз) тип решетки и нажимаем кнопку ОК.

Нелишним будет уточнить способ получения вышеперечисленных параметров. Так для получения расчетной схемы фермы была применена графическая САПР – AutoCAD (Autodesk, Inc ™). В версии 2002 данного продукта появилось много новых возможностей, благодаря которым, используя чертеж вычерченный в масштабе, можно достаточно быстро получить расчетную схему. Все размеры и углы наклона могут быть при этом сняты со схемы применяя соответствующие инструменты.

Рис. 4.4

В результате получаем прототип стержневой части фермы (рис. 4.5).

Рис. 4.5

Корректирование полученной схемы

Раскрываем вкладку Узлы и элементы главной панели инструментов.

Удалим лишние элементы. Для этого активизируем кнопку Элементы и нажмем кнопку Удаление элементов . Отмечаем курсором на расчетной схеме элементы 9, 10, 12, 14, 16, 17. Нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Теперь нам необходимо перенести узлы, так как длина крайних панелей стержневой части у нас равна 2.28 м. Для этого раскрываем вкладку Узлы и элементы главной панели инструментов и нажимаем кнопку Узлы . В раскрывшемся наборе кнопок нажимаем Перенос узлов . На экране появляется диалоговое окно Перенос узлов (рис. 4.6), где в разделе Смещение/Координаты задаем смещение dX (0.72). Остальные пункты оставляем по умолчанию. Нажимаем ОК. Далее отметив на схеме узел 1, нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели. Подобную операцию необходимо проделать для узлов: 5 (dX (- 0.72)); 6 (dX (0.72), dZ (0.18)); 10 (dX (- 0.72), dZ (0.18)), задав при этом указанные значения смещений.

Рис. 4.6

Переместим начало общей системы координат в узел 1. Для этого нажимаем кнопку Перенос начала координат в заданный узел . В появившемся диалоговом окне Перенос начала системы координат оставляем установки по умолчанию. Нажимаем ОК. Отмечаем на схеме узел 1 и нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Перенумерация узлов и элементов

Для выполнения перенумерации во вкладке Управление нажимаем кнопку Упаковка данных . В диалоговом окне SCAD в ответ на вопрос Удалять узлы не принадлежащие элементам? нажимаем кнопку Да и получаем необходимую нам схему стержневой части фермы (рис. 4.7).

Рис. 4.7

Формирование пластинчатой части фермы

Для задания пластинчатых элементов введем узлы. Для ввода узлов раскрываем вкладку Узлы и Элементы инажимаем кнопку Узлы . В раскрывшемся наборе кнопок нажимаем кнопку Ввод узлов .В появившемся диалоговом окне Ввод узлов последовательно введем узлы по координатам X, Y, Z, соответственно для левой пластинчатой части, (0; 0; -0,09), (- 0.7; 0; -0.09), (-0.7; 0; 0.36), (0; 0; 0.535), (0; 0; 0.309) и (0; 0; 0.09) и для правой пластинчатой части (10.56; 0; 0.535), (11.26; 0; 0.36), (11.26; 0; -0.09), (10.56; 0; -0.09), (10.56; 0; 0.09) и (10.56; 0; 0.309). После задания очередных трех координат нажимаем кнопку Добавить. По завершении закрываем вышеуказанное диалоговое окно.

Теперь необходимо задать пластины. Для этого раскрываем вкладку Схема и нажимаем кнопку Генерация треугольной сетки элементов на плоскости . В раскрывшемся наборе кнопок нажимаем кнопку Задание контура . Теперь обводим «резиновой нитью» опорные узлы внешнего контура, так для левой пластинчатой части это будут узлы: 11, 12, 13, 14. При этом можно не задавать промежуточные узлы лежащие на прямой, а достаточно лишь указать крайние. Замыкание контура выполняется двойным щелчком мыши после ввода последнего узла или указанием на первый узел. Теперь нажимаем кнопку Генерация треугольной сетки КЭ на плоскости и в открывшемся диалоговом окне Автоматическая триангуляция (рис. 4.7) в разделе Назначение шага триангуляции в поле Шаг триангуляции вводим значение 0.1. Далее нажимаем кнопку Жесткости и в диалоговом окне Жесткости пластин задаем: в разделе Материал выбираем из ниспадающего списка Бетон тяжелый В30; в разделе Параметры, в пункте Толщина пластин задаем 0.2. Нажимаем ОК.

Рис. 4.7

Теперь нажимаем кнопку ОК диалогового окна Автоматическая триангуляция и можем увидеть на экране результаты триангуляции. Следующим нашим шагом будет присоединение результатов триангуляции к схеме, для этого нажимаем кнопку Установка результатов триангуляции на место в схеме . В появившемся окне сообщений SCAD нажимаем кнопку ОК. Для выхода из режима генерации снова нажимаем кнопку Генерация треугольной сетки КЭ на плоскости .

Аналогично формируется правая пластинчатая часть фермы. Автор предлагает пользователю освоить это самому.

Сохранение проекта

Для сохранения проекта раскрываем вкладку Управление и нажимаем кнопку Сохранить текущий проект .

В результате проделанных действий на экране появится схема показанная на рисунке 4.8.

Рис. 4.8

Задание элементов препятствующих угловым перемещениям

Согласно рекомендациям на создание расчетных схем, для жесткого соединения пластин со стержнями необходим разнос области примыкания на несколько узлов. Схема такого разноса показана на рисунке 4.9.

Рис. 4.9

Для выполнения разноса добавим дополнительные узлы. Для этого раскроем вкладку Узлы и Элементы и нажмем кнопку Узлы . В раскрывшемся наборе нажмем кнопку Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных . На экране появиться диалоговое окно Ввод узлов. В поле dX введем значение 0.015, а в поле Количество – значение 1. Нажмем кнопку ОК. Применим инструмент Увеличение изображения расположенный на панели Визуализация. Отметим на схеме узлы 14, 6, 15, 16, 1, 11 и нажмем кнопку Подтверждение инструментальной панели. Подобную операцию проделаем и справа (для узлов 17, 10, 22, 21, 5, 20), указав в поле dX значение - 0.015.

Корректирование схемы

Удалим стержни 5, 8, 1, 4. Для этого раскрываем вкладку Узлы и Элементы и нажимаем кнопку Элементы . В раскрывшемся наборе кнопок нажимаем кнопку Удаление элементов . Отмечаем на схеме стержни 5, 8, 1, 4 и нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Теперь зададим стержни через узлы:

-для левой части: 110 и 7; 14 и 112; 6 и 110; 15 и 113; 113 и 110; 110 и 112; 16 и 114; 1 и 109; 11 и 111; 109 и 2; 111 и 109; 109 и 114;

-для правой части: 9 и 116; 120 и 116; 116 и 117; 117 и 17; 116 и 10; 120 и 22; 4 и 115; 118 и 115; 115 и 119; 119 и 21; 115 и 5; 118 и 20. Для этого раскроем вкладку Узлы и Элементы и нажмем кнопку Элементы . В раскрывшемся наборе кнопок нажмем кнопку Добавление стержней . Теперь установим курсор на узел 110, нажмем левую кнопку мыши, курсором “тянем нить” от узла 110 к узлу 7 и снова нажимаем левую кнопку мыши. Затем таким же образом соединяем остальные вышеперечисленные узлы.

Задание жесткостей элементов

Для задания жесткостей стержней заходим во вкладку Назначение главной панели инструментов. Нажимаем кнопку Назначение жесткостей стержням . В диалоговом окне Жесткости стержневых элементов активизируем переключатель Параметрические сечения и в появившейся вкладке Параметрические сечения задаем параметры. Из ниспадающего списка раздела Материал выбираем Бетон тяжелый В30, затем выбираем тип поперечного сечения (сплошное прямоугольное), вводим размеры b (20) и h (22) и нажимаем кнопку Контроль. Диалоговое окно примет вид как на рисунке 4.10. Далее нажимаем кнопку ОК.

Рис. 4.10

Теперь приступаем к присвоению установленного типа жесткости элементам схемы. Для этого курсором отмечаем на схеме все стержневые элементы верхнего пояса и нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели. В результате проведенных операций элементам верхнего пояса назначена жесткость первого типа, которая формируется на основе вышеописанных параметров.

Далее всем вертикальным стержням аналогично назначаем жесткость второго типа. Для этого в той же вкладке Назначение нажимаем кнопку Назначение жесткостей стержням .В появившемся на экране диалоговом окне Назначение жесткостей стержням активизируем переключатель Параметрические сечения в появившейся вкладке Параметрические сечения задаем параметры. Из ниспадающего списка раздела Материал выбираем Бетон тяжелый В30, затем выбираем тип поперечного сечения (сплошное прямоугольное), вводим размеры b (15) и h (18) и нажимаем кнопку Контроль. Далее нажимаем кнопку ОК. Отметив их на схеме нажмем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Для назначения третьего типа жесткости элементам нижнего пояса проделаем описанные ранее действия, задав следующие размеры сечения: b (20), h (18). Отметим элементы нижнего пояса на схеме и нажмем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Назначение типов конечных элементов

На этом этапе мы поясняем программе какие типы конечных элементов необходимо использовать для генерации конечно-элементной модели. Для задания типов раскрываем вкладку Назначения и нажимаем кнопку Назначение типов конечных элементов .В появившемся диалоговом окне Назначение типа элемента (рис. 4.11) выбираем в разделе Стержень пункт 2 Стержень плоской рамы. Нажимаем ОК.

Рис. 4.11

Теперь выделяем курсором на схеме все стержневые элементы. Завершаем присвоение заданного типа конечных элементов нажатием кнопки Подтверждение инструментальной панели.

Пластинам нам тоже необходимо назначить тип конечных элементов. Назначим 25 Треугольный (до 6 уз.) КЭ балки-стенки который можно выбрать активизировав раздел Балка стенка диалогового окна Назначение типа элемента.

Наложение связей в опорных узлах фермы

Для выполнения этой операции в разделе Назначение инструментальной панели с помощью кнопки Установка связей в узлах вызываем диалоговое окно Связи. В режиме Полная замена активизируем кнопки X, Z (рис. 4.12) и нажимаем кнопку OK. Обозначаем курсором на схеме узел: 12 и нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели, которая обеспечивает шарнирно-неподвижное закрепление опорного узла в плоскости XоZ. Для узла 19 в диалоговом окне Связи активизируем лишь кнопку Z. Визуальный контроль правильности постановки опорных связей выполняем нажатием кнопки Связи на панели Фильтры отображения.

Задание загружений фермы

1. Задание сосредоточенной нагрузки на узлы 13 и 18: во вкладке Загружения кнопкой Узловые нагрузки вызываем одноименное диалоговое окно (рис. 4.13).

Рис. 4.13

В подразделе Силы раздела Направление действия нагрузки вводим в пункте Z значение нагрузки (42). Нажимаем кнопку ОК диалогового окна. Выделив на схеме узлы 13 и 18 нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Задание сосредоточенной нагрузки на узлы 7, 8 и 9: во вкладке Загружения кнопкой Узловые нагрузки вызываем одноименное диалоговое окно, где в подразделе Силы раздела Направление действия нагрузки вводим в пункте Z значение нагрузки (84). Нажимаем кнопку ОК диалогового окна. Отмечаем на схеме узлы 7, 8, 9 и нажимаем кнопку Подтверждение инструментальной панели.

Записываем созданное загружение. Для этого нажимаем кнопку Сохранить/Добавить загружение инструментальной панели. В диалоговом окне Сохранить загружение вводим имя загружения (Полезная нагрузка), номер загружения (1) и нажимаем кнопку ОК. На экране появляется диалоговое окно SCAD с вопросом Перейти к формированию следующего загружения? В ответ нажимаем кнопку Да.

3. Загружение собственным весом осуществляем нажатием кнопки Собственный вес расположенной во вкладке Загружения.

Записываем созданное загружение. Для этого нажимаем кнопку Сохранить/Добавить загружение инструментальной панели. В диалоговом окне Сохранить загружение вводим имя загружения (Собственный вес), номер загружения (2) и нажимаем кнопку ОК. На экране появляется диалоговое окно SCAD с вопросом Перейти к формированию следующего загружения? В ответ нажимаем кнопку Нет.

Отображением нагрузок на схеме управляем кнопками панели Фильтры отображения: Узловые нагрузки , Распределенные нагрузки , Сосредоточенные нагрузки , Значения нагрузок .

Задание расчетных сочетаний усилий

Во вкладке Управление нажимаем кнопку Выйти в экран управления проектом . Раскрываем содержимое пункта Специальные исходные данные (нажатием на знак «+») раздела ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ дерева проекта. Активизируем пункт Расчетные сочетания усилий и в одноименном окне в колонке Тип таблицы Загружения для полезной нагрузки выбираем из ниспадающего списка тип Временное длительно действующее. Заканчиваем работу с окном нажатием кнопки ОК.

Статический расчет

После создания расчетной модели сооружения проводим его статический расчет. Для этого выходим в дерево проекта с помощью раздела Управление и кнопки Выйти в экран управления проектом. В дереве проекта активизируем пункт Линейный раздела РАСЧЕТ дерева проекта. В диалоговом окне после ознакомления с содержанием окна Параметры расчета нажимаем кнопку ОК.

На экране появляется диалоговое окно SCAD с вопросом Проект был модифицирован. Сохранить изменения? В ответ нажимаем кнопку Да.

После окончания расчета нужно просмотреть информацию, которая размещается в окне Протокол выполнения расчета (рис. 4.14), используя линейку прокрутки. Если в протоколе подтверждается правильность выполнения расчета словами Задание выполнено и нет замечаний типа Геометрически изменяемая система, то нажатием кнопки Выход переходим в дерево проекта для анализа результатов расчета.

Рис. 4.14

Просмотр результатов статического расчета

В разделе РЕЗУЛЬТАТЫ дерева проекта установим курсор в позицию Графический анализ и активизируем окно постпроцессора, где отображаются результаты определенного НДС рамы: деформированная схема, эпюры усилий, и т.п.

Просмотрим деформированную схему рамы на фоне недеформированной. Для этого во вкладке Деформации нажимаем кнопку Совместное отображение исходной и деформированной схемы , в результате чего на экране получаем соответствующее изображение (рис. 4.15).

Рис. 4.15

Для получения эпюры изгибающих моментов в стержнях фермы во вкладке Эпюры усилий из списка Выбор вида усилия выбираем M, из списка Выбор загружения выбираем L1 Полезная нагрузка. Нажимаем кнопку Эпюры усилий инструментальной панели и получаем эпюру изгибающих моментов M (рис. 4.16). Для получения значений максимальных усилий в стержнях нажимаем кнопку Цветовая индикация положительных значений усилий или кнопку Цветовая индикация отрицательных значений усилий . Аналогично можно вывести на экран остальные эпюры (N, Q), выбрав их из ниспадающего списка Выбор вида усилия.

Рис. 4.16

Для получения полей напряжений в пластинах фермы во вкладке Поля напряжений из списка Выбор вида напряжения выбираем NX, из списка Выбор загружения выбираем L1 Полезная нагрузка. Нажимаем кнопку Отображение изополей напряжений инструментальной панели и получаем картину напряжений NX (рис. 4.17).

Рис. 4.17

Следует заметить, что эпюры и значение внутренних усилий в стержнях получены относительно соответствующих местных координатных систем X1 Y1 Z1.