Министерство образования и науки Украины
Харьковский государственный технический университет
строительства и архитектуры
Кафедра компьютерного моделирования и информационныхтехнологий
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Автоматизированноепроектирование железобетонных конструкций стержневых систем
по дисциплине: „Информатика(спецкурс)”
Выполнил:
Проверил:
Сизова Наталья Дмитриевна
Харьков
2009
Содержание
Введение
1 Теоретическая часть
1.1 Общие сведения о программномкомплексе ЛИРА
2 Практическая часть
2.1 Неразрезная балка
2.1.1 Понятие балки как стержневойсистемы
2.1.2 Постановка задачи для расчетанапряженно-деформированного состояния (НДС) неразрезной балки
2.1.3 Алгоритм вычисления НДС балки
2.1.4 Визуализация результатоврасчета
2.2 Арочная ферма
2.2.1 Понятие арочной фермы какстержневой системы
2.2.2 Постановка задачи для расчетанапряженно-деформированного состояния (НДС) арочной фермы
2.2.3 Алгоритм вычисления НДС арочнойфермы
2.2.4 Визуализация результатоврасчета
2.3 Плоская рама
2.3.1 Понятие плоской рамы какстержневой системы
2.3.2 Постановка задачи для расчетанапряженно-деформированного состояния (НДС) плоской рамы
2.3.3 Алгоритм вычисления НДС плоскойрамы
2.3.4 Визуализация результатоврасчета
Выводы
Литература
Введение
Основной задачей приразработке проекта любой строящейся конструкции является расчет ее прочности идолговечности. Следовательно, задачей строительной механики есть определениевнутренних усилий, которые возникают от разных внешних влияний (вынужденныхколебаний, равномерной нагрузки, момента, температуры и т.д.). Знание этихусилий дает возможность определить параметры (геометрические и физические)начального поведения конструкции (т.е. стойкости, надежности, экономии ресурсови т.п.), не приводя конструкцию к разрушению.
В наше время продолжаютрасти и темпы строительства, и количество объектов, особенно в областигражданского строительства, торговых и складских помещений. Соответственно растети внимание к программному обеспечению работы специалистов этой сферы. Повышается спрос на работников, которыевладеют современными программными пакетами по автоматизации проектированияразных инженерных сооружений.
Сегодня существует многопакетов прикладных программ, которые автоматизируют решение разных инженерно-строительныхзадач и построены они по разным принципам.
Используемый в даннойработе для расчетов программный комплекс ЛИРА – это многофункциональныйпрограммный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкцийразличного назначения.
ПК ЛИРА с успехомприменяется в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения,атомной энергетики, нефтедобывающей промышленности и во многих других сферах,где актуальны методы строительной механики.
1 Теоретическая часть
1.1 Общие сведения опрограммном комплексе ЛИРА
Программный комплекс ЛИРА(ПК ЛИРА) является современным инструментом для численного исследованияпрочности и устойчивости конструкций и их автоматизированного конструирования.
ПК ЛИРА включаетследующие основные функции:
- развитую интуитивную графическуюсреду пользователя;
- мощный многофункциональный процессор;
- развитую библиотеку конечныхэлементов, позволяющую создавать компьютерные модели практически любыхконструкций: стержневые плоские и пространственные схемы, оболочки, плиты,балки-стенки, массивные конструкции, мембраны, тенты, а также комбинированныесистемы, состоящие из конечных элементов различной мерности (плиты и оболочкиподпертые ребрами, рамно-связевые системы, плиты на упругом основании и др.);
- расчет на различные виды динамическихвоздействий (сейсмика, ветер с учетом пульсации, вибрационные нагрузки,импульс, удар, ответ-спектр);
- конструирующие системы железобетонныхи стальных элементов в соответствии с нормативами стран СНГ, Европы и США;
- редактирование баз стальныхсортаментов;
- связь с другими графическими идокументирующими системами (AutoCAD, ArchiCAD, MS Word и др.) на основе DXF иMDB файлов;
- развитую систему помощи, удобнуюсистему документирования;
- возможность изменения языка (русский/английский)интерфейса и/или документирования на любом этапе работы;
- различные системы единиц измерения иих комбинации.
ПК ЛИРА состоит изнескольких взаимосвязанных информационных систем.
Все расчеты настоящейконтрольной работы будут производится с помощью системы ЛИР-ВИЗОР, которую иследует рассмотреть подробнее.
Система ЛИР-ВИЗОР – этоединая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей ифункций:
- для формирования адекватныхконечно-элементных и суперэлементных моделей рассчитываемых объектов,
- для подробного визуального анализа икорректировки созданных моделей,
- для задания физико-механическихсвойств материалов, связей, разнообразных нагрузок, характеристик различныхдинамических воздействий, а также взаимосвязей между загружениями приопределении их наиболее опасных сочетаний.
Возможности,предоставляемые по результатам расчета при отображениинапряженно-деформированного состояния объекта, позволяют произвести детальныйанализ полученных данных:
- по изополям перемещений и напряжений,
- по эпюрам усилий и прогибов,
- по мозаикам разрушения элементов,
- по главным и эквивалентнымнапряжениям и др. параметрам.
Надо добавить, чтопрограммные комплексы семейства ЛИРА постоянно совершенствуются иприспосабливаются к новым операционным системам и средам. Одним из последнихпредставителей ЛИРА является ПК ЛИРА, версия 9.2, которую мы и будемиспользовать для решения заданий и визуализации результатов в даннойконтрольной работе.
2 Практическая часть
2.1 Неразрезная балка
2.1.1 Понятие балкикак стержневой системы
В строительной механикепри расчете сооружений на прочность вместо самого сооружения рассматривается ееупрощенное представление, свободное от второстепенных факторов, которые неиграют значительную роль в работе конструкции, так называемая расчетнаясистема.
Более всего что частовстречается элемент конструкции — балки.
Балка – это стрежень,который работает на изгиб, ось балки искривляется под действием:
- сил, приложенныхв плоскостях, которые проходят через ось балки;
- пары сил;
- силы,перпендикулярной к его оси.
На балку действуютприложенные силы и реакция опор:
- шарнирно-недвижимые,т.е. балка свободно возвращает вокруг шарнира, но не допускает перемещения вэтой опоре;
- шарнирно-подвижные,т.е. допускает поворот и перемещения в соответствующем направлении;
- затиснутый конец,т.е. отсутствие сил в плоскости их действия.
Расчет стержневойконструкции предусматривает определение напряжений в сечении того стрежня, которымзамененная конструкция, исследование эпюр изгибающего момента и поперечных силиз соответствующих условий равновесия конструкции.
Среди балочных конструкций различают неразрезные балки, т.е.балка, которая проходит не перерываясь над промежуточными сопротивлениями, скоторыми она соединена шарнирно. Крайние сопротивления могут быть шарнирнымиили затиснутыми.
2.1.2 Постановказадачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) неразрезнойбалки
Постановка задачи иисходные данные:
1) рассчитать и проанализировать напряженно-деформированноесостояние 4-х пролетной неразрезной балки (рис.2.1).
2)
/>
Рис. 2.1 Неразрезнаябалка 4-х пролетная
Каждый стрежень пролетаимеет соответственно длину: l1 – 8 м, l2 –10 м, l3 – 12 м, с – 4.9 м.
Профиль стрежней – брус(бетон) – имеет прямоугольную форму c размерами h=40 см, b=20 см.
Механическиехарактеристики: модуль Юнга Е=3е6 тс/м2; плотность материала Ro=2,75тс/м3.
Нагрузка на конструкцию:
а) собственный вес (1 загружение);
б) сосредоточенные силы в1-ом и 2-ом пролетах, соответственно, по 5,5 т и 11,5 т (2 загружение);
в) распределеннаянагрузка в 3-ем и 4-ом пролетах, соответственно, по 1,9 т/м и 1,1 т/м (3 загружение).
2) Вывести эпюрыпоперечных сил и сгибающих моментов в каждом загружении.
2.1.3 Алгоритмвычисления НДС балки
Для построения балки при открытии ПК ЛИР-ВИЗОР необходимосоздать новый файл. Для этого необходимо в меню ФАЙЛ выбрать команду НОВЫЙ и вдиалоговом окне, которая открылась, «ПРИЗНАК СХЕМЫ» ввести такие данные:
имя файла – БАЛКА,
признак схемы – 2 (Три степени свободы в узле – два перемещения и поворот в плоскости X0Z).
Для создания геометрии схемынеобходимо выбрать команду СХЕМА/СОЗДАНИЕ/РЕГУЛЯРНЫЕ ФРАГМЕНТЫ И СЕТИ (пиктограмма/>).
В соответствующих окнахдиалоговой панели «Создание плоских фрагментов и сетей» указать следующиезначения:
шаг вдоль 1-и (горизонтальной) оси
шаг вдоль 2-и (вертикальной) оси Значение Количество Значение Количество L(м) N L(м) N 8 1 10 1 12 1 4,9 1
После этого нажать накнопку «Подтвердить».
Задать закрепление узлов можно,используя команду СХЕМА/СВЯЗИ или пиктограмму /> . Для этого необходимо:
–выделить узел a (левыйкрайний узел балки) командой ВЫБОР/ОТМЕТКА УЗЛОВ;
– подать командуСХЕМА/СВЯЗИ;
– назначить в диалоговойпанели «Связи в узлах» связи по перемещениям X и Z;
– нажать на кнопку «Подтвердить»;
– выделить узлы содинаковыми закреплениями b, c, d и аналогично узлу a назначить связи поперемещению узлов по направлению Z. После этого нажать на кнопку «Подтвердить».Все узлы, которым предназначенные связи, приобретают синий цвет.
Выбор необходимых жесткостейэлементов осуществляется командой ЖЕСТКОСТИ/ЖЕСТКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма />). Дляформирования списка типов жесткости указываем на кнопку "Добавить".
В этой задаче вдиалоговом окне «Жесткости элементов» необходимо выбирать такое сеченияэлементов – Брус. В диалоговой панели «Задание стандартного сечения» необходимоуказать следующие параметры: модуль упругости – E = 3е6 тс/м2,геометрические размеры сечения – Н = 40 см, В = 20 см, объемныйвес – Ro =2.75 тс/м3 (как разделитель целой и дробовой частииспользовать точку).
Нажатие кнопки "Нарисовать"позволяет увидеть созданное сечение Для дальнейшего применения выбранногосечения необходимо нажать на кнопку «Подтвердить». При этом откроетсядиалоговое окно, в котором содержится следующий список сечений:
"Брус 20x40"
На следующем этапе проектированияконструкции назначаем жесткости элементам:
– для задачи текущеготипа жесткости войти в меню ЖЕСТКОСТЬ /ЖЕСТКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма />);
– в диалоговом окне указатьна строку "Брус 20x40" (он выделится синим цветом). Дальшеустановить этот тип жесткости как текущий. Это можно сделать двумя способами:или двойным щелчком левой клавиши мыши на этой строке или нажатием на кнопку"Установит как текущий тип";
– на расчетной схемевыделим элементы сечением 20x40 (все элементы) и нажимаем кнопку «Назначить».
Для назначения нагрузок в менюНАГРУЗКА рядом с другими командами находятся команда изменения номера загрузки(НАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ) и команда задачи типа нагрузки (НАГРУЗКА/НАГРУЗКАНА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ). Рассмотрим задачу нагрузок в 3-х загрузках.
Назначим как нагрузку в1-ом загружении — собственный вес. Для этого необходимо:
— выделить все элементысхемы;
— подать командуНАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ и установить номер загрузки 1 (по умолчанию);
— войти в меню НАГРУЗКА ивыбрать команду ДОБАВИТЬ СОБСТВЕННЫЙ ВЕС.
Назначим нагрузку во 2-омзагружении, выполнив следующую последовательность действий:
— выбрать командуНАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ (пиктограмма />)и задать номер активнойзагрузки 2;
— выделить первый элементсхемы;
— подать командуНАГРУЗКА/НАГРУЗКА НА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ;
— назначитьсосредоточенную силу на этот элемент:
а) в диалоговой панели «Заданиенагрузок» с помощью переключателя указать систему координат "Местная";
б) с помощьюпереключателя задать направление действия нагрузки вдоль местной оси Z;
в) для того, чтобы задатьсосредоточенную силу, в диалоговом окне выбрать пиктограмму />;
г) в диалоговом окне задатьвеличину силы Р =5.5 т и расстояние точки приложения силы от первогоузла элемента b = 2.1м;
д) нажать кнопку «Подтвердить».
Аналогично назначаемнагрузку для второго элемента:
в диалоговом окне длязадания сосредоточенной силы задаем величину силы Р =11.5 т и расстояниеточки приложения силы от первого узла элемента b = 2.1 м, нажимаем кнопку «Подтвердить».
Назначим нагрузка в 3-ем загружении.Для задачи распределенной силы на элемент 3 необходимо:
— выделить на схемеэлемент 3;
— изменить номер загрузкина 3 (НАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ);
— подать командуНАГРУЗКА/НАГРУЗКА НА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ:
а) в диалоговой панелиуказать систему координат "Местная";
б) задать направлениедействия нагрузки вдоль местной оси Z;
в) для того, чтобы задатьравномерно-распределенную нагрузку в диалоговом окне выбрать кнопку />;
г) в диалоговом окне,которое появилось, задать величину силы Р =1,9 т/м;
д) нажать на кнопку «Подтвердить».
Аналогично задаемраспределенную силу на элемент 4:
-в диалоговом окнеНАГРУЗКА/НАГРУЗКА НА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ задаем величину равномерно-распределеннуюнагрузки – сила Р =1,1 т/м,
— нажимаем на кнопку «Подтвердить».
Формирование таблицы расчетныхсоединений усилий (РСУ):
– в меню НАГРУЗКА выбратькоманду РСУ, а потом — пункт Генерация таблицы РСУ;
– выбрать вид загрузкидля 1-го загружения (пункт постоянное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в сведеннойинформационной таблице РСУ и автоматически переключится номер загрузки на 2-и);
– выбрать вид загрузкидля второй загрузки (пункт кратковременное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в сведеннойинформационной таблице РСУ и автоматически переключится номер загрузки на 3-и);
– выбрать вид загрузкидля четвертой загрузки (пункт временное длительное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в сведеннойинформационной таблице РСУ);
– указать на кнопку"Закончить".
Для выполнения расчета необходимовыбрать команду РЕЖИМ/ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТ (пиктограмма />). После выполнения расчетаЛИР-ВИЗОР остается в режиме формирования расчетной схемы конструкции.
2.1.4 Визуализациярезультатов расчета
Для отображения на экранерезультатов расчета графически:
– войдем в меню РЕЖИМ/РЕЗУЛЬТАТЫРАСЧЕТА (пиктограмма />);
– выведем на экран эпюрынагрузок в разных загружениях на деформированной или на недеформированной схеме(команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ);
– выведем на экран эпюры Qzв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ПОПЕРЕЧНЫХСИЛ или пиктограмма />). Получаем схему следующего вида:
/>
– выведем на экран эпюры Myв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ИЗГИБАЮЩИХМОМЕНТОВ или пиктограмма />). Получаем схему следующего вида:
Схема будет иметь такойвид:
/>
Аналогично выводятсяэпюры для других номеров загружений:
эпюра Qz во2-м загружении недеформированной схемы:
/>
эпюра My в2-м загружении недеформированной схемы:
/>
эпюры Qz в3-м загружении недеформированной схемы:
/>
эпюры My в3-м загружении недеформированной схемы:
/>
Полученные результаты быливставлены в отчет выполненной работы с помощью ДОКУМЕНТАТОРА.
2.2 Арочная ферма
2.2.1 Понятие арочнойфермы как стержневой системы
ФЕРМА (франц. ferme — отлат. firmus — прочный), в строительной механике — геометрически неизменяемаястержневая система, у которой все узлы принимаются при расчете шарнирными.Металлические, железобетонные, деревянные и комбинированные фермы применяют впокрытиях зданий, мостах и др. В настоящее время термин «ферма» имеет болееширокую трактовку, чем раньше – сейчас им обозначают и фермы с криволинейным верхнимпоясом (т.н. арочные фермы), и замкнутые рамы (безраскосные фермы), а нагрузкавозможна и внеузловая.
Другой, еще болеесовершенной и сложной конструкцией, которая почти не использовалась до 20 века,является арка. Арочные конструкции применяются для перекрытия значительныхпролетов, соизмеримых с пролетами ферм, но в отличие от них, арки приодинаковых условиях менее материалоёмкие, т.е. легкие. Низкая материалоёмкостьарок обеспечивается сложным расчетом при проектировании и соответствующим уровнеммонтажных работ. Наиболее распространенные виды арок – это лучковые, циркульныеи стрельчатые арки.
Арочные фермы – этоособый вид конструкций, которые схожи и с арками и с фермами, но при этомвыгодно отличаются и от тех и от других. В отличие от арок, арочные фермы неимеют распора, а от ферм они отличаются большей несущей способностью применьшей материалоёмкости. Все эти особенности делают арочные фермыконструкцией, уникальной по своим потребительским свойствам.
Арочные фермы – этофермы, в которых шарниры работают на сжатие.
2.2.2 Постановказадачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) арочной фермы
Постановка задачи иисходные данные:
1) рассчитать ипроанализировать напряженно-деформированное состояние арочной фермы ( рис.2.2).
Арочная ферма состоит из труб, внешний диаметр которой D = 12мм и внутренний диаметр d=10 мм.
/>
Рис. 2.2 Арочная ферма
Пролет арочной фермы имеетдлину 12 м, высоту 4,5 м.
Вписанный изгиб аркирассчитать по формуле: />
Механическиехарактеристики: модуль Юнга Е= 2,1е7 тс/м3; плотность материалаRo=2,75 тс/м3.
Нагрузка на конструкцию:
а) сосредоточенные силы в1-ом и 2-ом пролетах, соответственно, по 6 т и 13 т (1 загружение);
б) распределеннаянагрузка в 3-ем и 4-ом пролетах – 1,3 т/м в 3-ем и 4-ом пролетах – 1,3 т/м и в5-ом и 6-ом пролетах – 3 т/м (2 загружение).
2) Вывести эпюрыпоперечных сил и сгибающих моментов в каждм загружении.
2.2.3 Алгоритмвычисления НДС арочной фермы
Для построения балки при открытии ПК ЛИР-ВИЗОР необходимосоздать новый файл. Для этого необходимо в меню ФАЙЛ выбрать команду НОВЫЙ и вдиалоговом окне, которая открылась, «ПРИЗНАК СХЕМЫ» ввести такие данные:
имя файла – БАЛКА,
признак схемы – 2 (Три степени свободы в узле – два перемещения и поворот в плоскости X0Z).
Для создания геометрии схемынеобходимо выбрать команду СХЕМА/СОЗДАНИЕ/РЕГУЛЯРНЫЕ ФРАГМЕНТЫ И СЕТИ (пиктограмма/>).
В соответствующих окнахдиалоговой панели «Создание плоских фрагментов и сетей» указать следующиезначения:
шаг вдоль 1-и (горизонтальной) оси
шаг вдоль 2-и (вертикальной) оси Значение Количество Значение Количество L(м) N L(м) N 12 1 4.5 1
Теперь необходимо разделить вертикальныеэлементы на 2 равные части дополнительным узлом посередине и горизонтальныйэлемент на 6 равных частей. Для этого выбираем командуСХЕМА/КОРРЕКТИРОВКА/ДОБАВИТЬ ЭЛЕМЕНТ/Разделить на N равных частей и, выделив вертикальные элементы, в появившемсяокошке ввести цифру 2 и нажать «Применить». Аналогично для горизонтальногоэлемента — цифру 6 и нажать «Применить». При этом вышеуказанные элементы будутразделены появившимися узлами.
Для того, чтобы нарисовать часть окружности,вписанной в раму, необходимо сначала определить значение координаты z поформуле f-R. В этом примере f=2,25 м,R=9,12 м, поэтомукоордината точки z равняется «-4,62 м».
Теперь необходимо вписатьв раму круг, центр которого находится в точке х=6м, z=-4,62м.Выберем пункт меню СХЕМА/КОРРЕКТИРОВКА/ ДОБАВИТЬ УЗЕЛ. Введем в диалоговое окноДОБАВИТ УЗЕЛ значение параметров x=6, y=0, z= -4.62, Выбор плоскости – XOZ, R=9.12, n=60, Fi2=180 и нажать «Применить».
На экране появитсяконструкция, в которой необходимо удалить лишние элементы, выделив растяжкойлишние узлы и элементы и нажав Del.
Создать вертикальные ребражесткости. Для этого необходимо соединить узлы горизонтальной балки с узлами,которые находятся на круге с помощью стержней (пункт меню СХЕМА/ КОРРЕКТИРОВКА
/ДОБАВИТ ЭЛЕМЕНТ/ДОБАВИТЬ СТЕРЖЕНЬ).
После этого нажать накнопку «Применить».
Для того, чтобы добавить шарнир вцентре вертикальной балки необходимо: выделить элемент, где будет расположеншарнир; избрать меню ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ; установить в окне ШАРНИРЫ переключательдля второго узла в направлении UY.
В результате выполненныхпостроений наша конструкция примет вид:
/>
Задать закрепление узлов можно,используя команду СХЕМА/СВЯЗИ или пиктограмму /> . Для этого необходимо:
– выделить нижние узлыкомандой ВЫБОР/ОТМЕТКА УЗЛОВ;
– подать командуСХЕМА/СВЯЗИ;
– назначить в диалоговойпанели «Связи в узлах» связи по перемещениям X и Z;
– нажать на кнопку «Подтвердить».
Все узлы, которымпредназначенные связи, приобретают синий цвет.
Выбор необходимых жесткостейэлементов осуществляется командой ЖЕСТКОСТИ/ЖЕСТКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма />). Дляформирования списка типов жесткости указываем на кнопку "Добавить".
В этой задаче вдиалоговом окне «Жесткости элементов» необходимо выбирать такое сеченияэлементов – Кольцо. В диалоговой панели «Задание стандартного сечения» необходимоуказать следующие параметры: модуль упругости – E = 2.1е7 тс/м2,геометрические размеры сечения – D = 12 мм, d= 10 мм, объемныйвес – Ro =2.75 тс/м3 Для дальнейшего применения выбранногосечения необходимо нажать на кнопку «Применить». При этом откроетсядиалоговое окно, в котором содержится следующий список сечений:
"Кольцо 12х10"
На следующем этапе проектированияконструкции назначаем жесткости элементам:
– для задачи текущеготипа жесткости войти в меню ЖЕСТКОСТЬ /ЖЕСТКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ;
– в диалоговом окне указатьна строку "Кольцо 12х10". Дальше установить этот тип жесткостикак текущий, двойным щелчком левой клавиши мыши;
– на расчетной схемевыделим все элементы сечением и нажимаем кнопку «Назначить».
Для назначения нагрузок в менюНАГРУЗКА рядом с другими командами находятся команда изменения номера загружения(НАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ) и команда задачи типа нагрузки (НАГРУЗКА/НАГРУЗКАНА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ). Рассмотрим задачу нагрузок в 2-х загрузках.
Назначим нагрузку в 1-омзагружении, выполнив следующую последовательность действий:
— выбрать командуНАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯи задать номер активной загрузки «1»;
— выделить крайний левыйверхний узел;
— подать командуНАГРУЗКА/НАГРУЗКА НА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ;
— назначитьсосредоточенную силу на этот элемент:
а) в диалоговой панели «Заданиенагрузок» с помощью переключателя указать систему координат "Местная";
б) с помощьюпереключателя задать направление действия нагрузки вдоль местной оси Z;
в) для того, чтобы задатьсосредоточенную силу, в диалоговом окне выбрать соответствующий типу нагрузкиярлычок;
г) в диалоговом окнезадать величину силы Р =6 т;
д) нажать кнопку «Подтвердить».
Аналогично назначаемнагрузку для второго элемента: в диалоговом окне для задания сосредоточеннойсилы задаем величину силы Р =13 т и нажимаем кнопку «Подтвердить».
Назначим нагрузки в 2-омзагружении. Для задачи распределенной силы на элементы 3 и 4 необходимо:
— выделить на схемеэлементы 3 и 4;
— изменить номер загруженияна 2 (НАГРУЗКА/ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ);
— подать командуНАГРУЗКА/НАГРУЗКА НА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ:
а) в диалоговой панелиуказать систему координат "Местная";
б) задать направлениедействия нагрузки вдоль местной оси Z;
в) для того, чтобы задатьравномерно-распределенную нагрузку в диалоговом окне выбрать кнопку />;
г) в диалоговом окне,которое появилось, задать силу Р =1,3 т/м;
д) нажать на кнопку «Подтвердить».
Аналогично задаемраспределенную силу на элемент 5 и 6:
-в диалоговом окне НАГРУЗКА/НАГРУЗКАНА УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ задаем величину равномерно-распределенную нагрузки – силаР =3 т/м,
— нажимаем на кнопку «Подтвердить».
Формирование таблицы расчетныхсоединений усилий (РСУ):
– в меню НАГРУЗКА выбратькоманду РСУ, а потом — пункт Генерация таблицы РСУ;
– выбрать вид загрузкидля 1-го загружения (пункт постоянное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в сведеннойинформационной таблице РСУ и автоматически переключится номер загрузки на 2-и);
– выбрать вид загрузкидля второй загрузки (пункт временное длительное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в информационнойтаблице РСУ);
– указать на кнопку "Закончить".
Для выполнения расчета необходимовыбрать команду РЕЖИМ/ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТ (пиктограмма />). После выполнения расчетаЛИР-ВИЗОР остается в режиме формирования расчетной схемы конструкции.
2.2.4 Визуализациярезультатов расчета
Для отображения на экранерезультатов расчета графически:
– войдем в менюРЕЖИМ/РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА;
– выведем на экран эпюрынагрузок в разных загружениях на деформированной или на недеформированной схеме(команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ);
– для наглядностипроизведенных системой расчетов выведем на экран сравнительную схему зайдя вменю СХЕМА/Исходная+деформированная.
Получаем схему следующеговида:
/>
– выведем на экран эпюры N в 1-м загружении недеформированнойсхемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ). Получаем схему следующеговида:
/>
– выведем на экран эпюры Qzв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ПОПЕРЕЧНЫХСИЛ или пиктограмма />). Получаем схему следующего вида:
/>
– выведем на экран эпюры Myв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ИЗГИБАЮЩИХМОМЕНТОВ). Получаем схему следующего вида:
/>
Аналогично выводятсяэпюры для 2-го загружения:
– эпюра N во 2-м загружении недеформированнойсхемы:
/>
– эпюра Qzво 2-м загружении недеформированной схемы:
/>
– эпюра Myв 2-м загружении недеформированной схемы:
/>
Полученные результатыбыли вставлены в отчет выполненной работы с помощью ДОКУМЕНТАТОРА.
2.3 Плоская рама
2.3.1 Понятие плоскойрамы как стержневой системы
РАМА (от польск. Rama инем. Rahmen) – плоская или пространственная, геометрически неизменяемаястержневая система, элементы которой (стойки и ригели) во всех или некоторыхузлах жёстко соединены между собой. Применяют в качестве несущих конструкций взданиях, инженерных сооружениях (мосты, путепроводы, эстакады и др.), в авиационныхи судостроительных конструкциях и т.д., являются несущими частями машин (например,вагонная рама).
Рама – это балка сломанной осью, горизонтальные ее стержни – это ригель, вертикальные стрежни – стойкирамы. Ригель и стойка соединены между собой твердым узлом, который создает непрерывнуюв систему. На раму могут действовать крановые и надкрановые нагрузки.
2.3.2 Постановказадачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) плоской рамы
Постановка задачи иисходные данные:
1) рассчитать ипроанализировать напряженно-деформированное состояние рамы ( рис. 2.3).
Арочная ферма состоит из труб, внешний диаметр которой D = 12мм и внутренний диаметр d=10 мм.
/>
Рис. 2.3 Рама
/>Рама имеет П-образный пролет в 12м и два симметричныхгоризонтальных элемента по 6 м, надкрановую и подкрановую части соответственновысотой по 4 м.
Профиль стрежней колоннимеет прямоугольную форму – Брус – размерами h=60 см, b=40 см, сечениеригелей – тавр с размерами B=10см, H=80 см, B1=30см, H1=12 см.
Механическиехарактеристики: модуль Юнга Е= 3e6тс/м2; плотность материала Ro=2.75 тс/м3.
Нагрузка на конструкцию(рис.2.3):
а) постоянные местныенагрузки F1=50 кН, F2=55 кН, F3=135кН (1 загружение);
б) постоянные равномерно распределенныенагрузки q1=10 кН/м, q2=12 кН/м, q3=15кН/м (2-е загружение).
2) Вывести эпюрыпродольных, поперечных сил и сгибающих моментов в каждом загружении.
2.3.3 Алгоритмвычисления НДС плоской рамы
Для созданияфайла необходимо в меню ФАЙЛ выбрать команду НОВЫЙ и в диалоговом окне, котороеоткроется, «ПРИЗНАК СХЕМЫ» ввести такие данные:
имя файла – РАМА;
признак схемы – 2(Три степени свободы в узле – два перемещения и поворот в плоскости X0Z).
Для создания геометрии схемы необходимо войти в меню СХЕМА/СОЗДАНИЕ/РЕГУЛЯРНЫЕФРАГМЕНТЫ И СЕТИ (пиктограмма />).
В соответствующих окнахдиалоговой панели «Создание плоских фрагментов и сетей» указываются следующиезначения: Шаг вдоль 1-и (горизонтальной) оси шаг вдоль 2-и (вертикальной) оси Значение Количество Значение Количество L(м) N L(м) N 6 1 4 1 12 1 4 1 6 1
Введение соответствующихзначений для генерации рамы закончить нажатием кнопки «Применить».
/>
Рис. 2.4 Общая схемасозданной рамы
Для того, чтобы задать закрепление вузлах необходимо:
– выделить узел 2 (рис.2.4);
– назначить связи в этомузле по направлениям X, Z инажатькнопку «Применить»;
– выделить узлы 1, 6 и 9,назначить связи по Z и щелкнуть по кнопке «Применить».
Все узлы, которымпредназначенные связи, имеют синий цвет.
Для того, чтобы добавить шарнир вцентре вертикальной балки необходимо: выделить элемент 4, где будет расположеншарнир; избрать меню ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ; установить в окне ШАРНИРЫ переключательдля второго узла в направлении UY.
Для выбора необходимых жесткостейэлементов необходимо:
– войти в менюЖЕСТКОСТИ/ЖЕСТКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма />) и сформировать список типовжесткости, для чего
указать на кнопку "Добавить";
– в диалоговом окне«Жесткости элементов» выбрать сечения элементов:
а) для вертикальныхэлементов – Брус (бетон).
В диалоговой панелиуказываются следующие параметры: модуль упругости – E = 3е6 тс/м2,геометрические размеры сечения – В = 60 см, Н = 40 см, объемныйвес Ro= 2.75 тс/м3.
Для дальнейшегоиспользования разработанного сечения необходимо нажать кнопку «Подтвердить».
б) для горизонтальныхэлементов — Тавр (бетон). В соответствующей диалоговой панели указываютсяследующие параметры: модуль упругости – E = 3е6 тс/м2, геометрическиеразмеры сечения – В = 10 см, Н = 80 см, В1 = 30 см, Н1= 12 см, объемный вес – Ro=2.75 тс/м3.
Для подтверждениявведения необходимо нажать кнопку «Подтвердить», перейти в следующее окнои нажать на кнопки «Подтвердить» и "Закончить". Приэтом откроется диалоговое окно, в котором находится следующий список сечений:
«Брус 40x60»,
«Тавр_Т 10х80»;
– не закрывая диалоговоеокно «Жесткости элементов», отметить на схеме соответствующие элементы, инажать кнопку «Назначить».
Следующим этапом будет назначениенагрузок.
Рассмотрим задачунагрузок в 2-х загружениях.
1 загружение:
– выделить элемент 3 (пиктограмма />). Задать сосредоточеннуюсилу Р=-5т, а=2м и указать систему координат «Глобальная», направление –вдоль оси Х ;
– выделить элемент 4.Задать сосредоточенную силу Р=13.5т, а=3м и указать систему координат «Глобальная»,направление – вдоль оси Z;
– выделить элемент 6. Задатьсосредоточенную силу Р=5.5т, а=2м и указать систему координат «Глобальная»,направление – вдоль оси Х.
2 загружение:
– выделить элемент 1. Задать равномернораспределенную нагрузку q2 = 1.2 т/м и указать систему координат «Глобальная»,направление – вдоль оси Z;
– выделить элементы 4 и 5.Задать равномерно распределенную нагрузку q1=1 т/м и указать системукоординат «Глобальная», направление – вдоль оси Z;
– выделить элемент 7. Задатьравномерно распределенную нагрузку q3=1.5 т/м и указать системукоординат «Глобальная», направление – вдоль оси Х.
Формирование таблицы расчетныхсоединений усилий (РСУ):
– в меню НАГРУЗКА выбратькоманду РСУ, а потом — пункт Генерация таблицы РСУ;
– выбрать вид загрузкидля 1-го загружения (пункт кратковремееное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в сведеннойинформационной таблице РСУ и автоматически переключится номер загрузки на 2-и);
– выбрать вид загрузкидля второй загрузки (пункт временное длительное в имеющемся списке);
– указать на кнопку «Подтвердить»(после этого введенные данные отобразятся отдельной строкой в информационнойтаблице РСУ);
– указать на кнопку "Закончить".
Для выполнения расчета необходимовыбрать команду РЕЖИМ/ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТ (пиктограмма />). После выполнения расчетаЛИР-ВИЗОР остается в режиме формирования расчетной схемы конструкции.
2.3.4 Визуализациярезультатов расчета
Для отображения на экранерезультатов расчета графически:
– войдем в менюРЕЖИМ/РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА;
– выведем на экран эпюрынагрузок в разных загружениях на деформированной или на недеформированной схеме(команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ);
– для наглядностипроизведенных системой расчетов выведем на экран сравнительную схему для«Загружения 1» зайдя в меню СХЕМА/Исходная+деформированная.
Получаем схему следующеговида:
/>
– выведем на экран эпюры N в 1-м загружении недеформированнойсхемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ). Получаем схему следующеговида:
/>
– выведем на экран эпюры Qzв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ПОПЕРЕЧНЫХСИЛ или пиктограмма />). Получаем схему следующего вида:
/>
– выведем на экран эпюры Myв 1-м загружении недеформированной схемы (команда УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ/ЭПЮРЫ ИЗГИБАЮЩИХМОМЕНТОВ). Получаем схему следующего вида:
/>
Аналогично выводятсяэпюры для 2-го загружения:
– эпюра N во 2-м загружении недеформированнойсхемы:
/>
– эпюра Qzво 2-м загружении недеформированной схемы:
/>
– эпюра Myв 2-м загружении недеформированной схемы:
/>
Полученные результатыбыли вставлены в отчет выполненной работы с помощью ДОКУМЕНТАТОРА.
Выводы
Вданной работе были рассмотрены несколько примеров расчетанапряженно-деформированного состояния заданных конструкций. Примеры, содержащиеосновные виды систем и нагрузок, предоставили возможность детально ознакомитьсяна практике с основными возможностями рассматриваемой программы, что позволит вдальнейшем самостоятельно решать поставленные задачи при помощи ЛИР-ВИЗОР.
Последовательно– от простого к сложному – рассматриваются в данной работе поэтапные техники,используемые при формировании расчетных схем и их атрибутов, при анализерезультатов расчета. Приводятся также приемы автоматизированного проектированияжелезобетонных и стальных конструкций.
Вкаждом примере были выполнены необходимые действия, связанные с корректнымприменением требуемых диалоговых окон и выбором цепочки требуемых команд. Крометого, каждый пример был детально описан и снабжен необходимыми комментариями,поясняющими те или иные особенности структуры исходных данных и принятыхалгоритмов расчета, что позволяет закрепить навыки работы с программой, а такжев дальнейшем обращаться к данной работе как к справочной за информацией порасчету основных типов сооружений и конструкций.
Литература
1 . Баженов В.А.,Гранат С. Я., Шишов О.В. Строительная механика. — К.: Выща школа, 1999.
2 . Барабаш М.С.,Гензерский Ю.В., Марченко Д.В., Титок В.П. Лира 9.2. Примеры расчета ипроектирования.- Киев: Факт, 2005.-106 с.
3 . Снип2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Г.: Стройиздат, 1986.
4 . Снип2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Г.: Стройиздат, 1985.
5 . Динамическийрасчет зданий и сооружений. Справочник проектировщика. — Г.: Стройиздат, 1984.
6 . ГородецкийА.С., Олин А.И., Батрак Л.Г., Домащенко В.В., Маснуха А.М., «ЛИРА-ПК»- программный комплекс для расчета и проектирования конструкций, Киев,вып.НИИАСС, 2002.
7 . ГородецкийА.С., Шмуклер А.В., Бондарев А.В. Информационные технологии расчета ипроектирования строительных конструкций.- Харьков: НТУ «ХПИ», 2003 — 889 с.
8 . Методическиеуказания, контрольные задачи и типичные примеры к изучению курса «Строительнаямеханика»/Упоряд. С.В. Олешкевич и др. — Харьков: ХДТУБА, 2001.- 116 с.
9 . Расчетнапряженно-деформированных состояний стержневых конструкций с помощью ПК«ЛИРА-Windows».Методическое пособие — Харьков: ХДТУБА, 2006.- 50 с.