3.2. Завдання

Для запропонованої схеми навантаженої рами за допомогою системи SCAD необхідно вирішити такі задачі:

• сформувати її розрахункову просторову стержневу скінченно-елементну модель;

• визначити НДС моделі від заданого навантаження;

• візуалізувати на екрані монітора комп’ютера компоненти визначеного НДС моделі.

Рис. 3.1

3.3. Алгоритм вирішення завдання

3.3.1. Запуск обчислювального комплексу scad

Для запуску обчислювального комплексу “двічи клацнути” на піктограмі SCAD for Windows. На екрані з’явиться діалогове вікно SCAD. Для продовження процедури запуску необхідно натиснути кнопку ОК, після чого на екрані з’явиться вікно Structure CAD (значення параметрів моделі, їх розмірності, а також команди, пункти меню і тощо, які потрібно ввести або вибрати, виділені тут і далі в тексті жирним шрифтом).

3.3.2. Створення нового проекту

Для створення нового проекту встановимо курсор на кнопку Создать новый проект інструментальної панелі і натиснемо ліву кнопку миші. На екрані з’являється діалогове вікно Новый проект (див. рис. 2.2), в якому потрібно задати інформацію про даний проект в позиціях Наименование (Пример 2), Организация (КНУСА), Заказчик (Каф. строит. механики) — в деяких версіях SCAD ця позиція може бути відсутня, Объект (Пространственная рама). З норм проектування обираємо СНГ. Тип розрахункової схеми (5 – Система общего вида) вибираємо зі списку Тип схемы. Призначаємо одиниці виміру, натискуючи кнопку Единицы измерения, яка активізує відповідне вікно. В списках Линейные размеры, Размеры сечений, Силы встановлюємо відповідні розмірності (м, см, кН) вхідних параметрів моделі. Далі натискуємо кнопки ОК в вікнах Единицы измерений і Новый проект.

На екран виводиться вікно Создание нового проекта SCAD, в яке заносимо ім’я файла.

Після натиснення кнопки Сохранить даний проект реєструється в програмі і на екран виводится дерево проекта (див. рис. 2.3).

3.3.3. Побудова просторової стержневої моделі споруди

Встановимо курсор на розділ дерева Расчетная схема і натискуємо ліву кнопку миші. Керування передається графічному препроцесору, за допомогою якого виконується синтез схеми. Інструментальна панель препроцесора (див. рис. 2.4) включає різні функції створення геометрії системи, призначення граничних умов, навантажень і т.п.

3.3.3.1. Формування початкової схеми фрагменту рами

Встановимо курсор на закладці Схема і натискуємо ліву кнопку миші. В полі інструментальної панелі натискуємо на кнопку Генерация прототипа рамы, після чого на екран виводиться діалогове вікно Выбор конфигурации рамы, в якому вибираємо схему багатоповерхової рами і натискуємо кнопку ОК.

В діалоговому вікні Задание параметров регулярной рамы (див. рис. 2.5) вводимо геометричні параметри початкової схеми (поперечника ABCD просторової рами): в лівій частині вікна описуємо прольоти (6, 1), в правій — поверхи (5, 1) поперечника. Вимкнемо режим Автоматическая установка связей і натиснемо кнопку ОК.

Пронумеруємо вузли та елементи, натискуючи кнопки відповідно Номера узлов та Номера элементов на панелі Фильтры отображения.

В

Рис. 3.2

результаті в графічному полі екрана отримуємо початкову схему рами (рис. 3.2).

Далі потрібно (див. рис. 3.1) додати до ціє схеми два додаткових опорних вузла F та K (які лежать поза площиною фрагмента ABCD рами) та розділити пополам стояки AB і CD вузлами G і H відповідно.

Для завдання додаткових вузлів обираємо закладку Узлы и элементы, натискуємо кнопку Узлы та кнопку Ввод узлов. У вікні Ввод узлов задаємо координати одного додаткового вузла F (X = 0, Y = 9, Z = 0), натискуємо кнопку Добавить; і другого K — (X = 6, Y = 9, Z = 0), натискуємо кнопку Добавить та кнопку Закрыть.

Д

Рис. 3.3

ля розділення двох стояків на два елемента в тій же закладціУзлы и элементы, натискуємо кнопку Элементы та кнопку Разбивка стержня. У вікні Деление элемента вмикаємо перемикач На N равных участков, задаємо параметр N=2 і натискуємо кнопку ОК.. Відмічаємо курсором на схемі (див. рис. 3.2) стержні 1 і 2 та натискуємо кнопку Подтверждение головної панелі інструментів.

В результаті в графічному полі екрана отримуємо початкову схему фрагмента рами (рис. 3.3), на якій введені додаткові вузли 5, 6, 7, 8. Цю схему далі скорочено будемо позначати літерою С.

Записуємо створену схему на диск за допомогою меню Проект та його підпункту Сохранить проект как... . У вікні Сохранение проекта SCAD задаємо ім’я файла. Натискуємо кнопку Сохранить.

3.3.3.2. Формування додаткової підсхеми рами

Переходимо в екран керування проектом (закладка Управление, кнопка Перейти в экран управления проектом) і активізуємо розділ дерева проекту Расчетная схема.

Керування передається графічному препроцесору, за допомогою якого виконується побудова додаткової плоскої підсхеми DCLK заданої просторової рами.

Обираємо розділ Схема та натискуємо кнопку Генерация прототипа рамы. На запитання в вікні SCAD відповісти натисненням кнопки Да. В вікні Выбор конфигурации рамы натискуємо кнопку ОК.

В результаті цих дій заходимо у вікно Задание параметров регулярной рамы, де вводимо довжини прольотів (3) та їх кількість (3), висоти поверхів (2.5) та їх кількість (2). Далі натискуємо кнопку ОК.

В результаті в графічному полі екрану отримуємо підсхему DCLK рами (рис. 3.4), на якій всі вузли і стержні окремо позначені відповідною місцевою нумерацією.

За допомогою меню Проект та його підпункту Сохранить проект как... записуємо на диск створену підсхему, яку далі скорочено будемо позначати символом П. У вікні Сохранение проекта SCAD задаємо ім’я файлу, наприклад, ПГС5105П (останній символ П нагадує користувачу, що в цьому файлі буде зберігатися підсхема П рами). Натискуємо кнопку Сохранить.

Рис. 3.4

3.3.3.3. Складання проміжної розрахункової схеми рами

В розділі Управление натискуємо кнопку Открыть существующий проект.

У вікні Открытие проекта SCAD задаємо ім’я файла, в якому міститься раніше записана інформація про створену схему (у даному прикладі ПГС5105С) та натискуємо кнопку Открыть.

Входимо у режим складання проміжної розрахункової схеми рами шляхом переходу у розділ Расчетная схема та натисканням кнопки Режим сборки в закладці Схема. Для підключення підсхеми натискуємо кнопку Загрузка подсхемы інструментальної панелі. У вікні Открытие проекта SCAD задаємо ім’я файла, в якому міститься раніше записана інформація про створену підсхему (в цьому прикладі ПГС5105П) та натискуємо кнопку Открыть.

Завдяки цьому схема С розташовується в основному робочому вікні SCAD ...ПГС5105С, а підсхема П розташовується в допоміжному вікні SCAD ...ПГС5105П.

Пронумеруємо вузли та елементи, натискуючи кнопки відповідно Номера узлов та Номера элементов на панелі Фильтры отображения.

Починаємо процес складання зі схеми С і підсхеми П проміжної розрахункової схеми. Для цього натискуємо кнопку Выбор способа сборки у вікні Сборка схемы (рис. 3.5). Вибираємо спосіб складання: Совпадение трех узлов та натискуємо кнопку ОК.. Далі курсором відмічаємо вузли: № 2 схеми С та № 1 підсхеми П (вони будуть відображені червоним кольором); № 4 схеми С та № 9 підсхеми П (зеленим кольором); № 6 схеми С та № 4 підсхеми П (жовтим кольором). Натискуємо кнопку Подтверждение на інструментальній панелі, а у вікні Результат — кнопку Подтвердить сборку.

Рис. 3.5

Аналогічно приєднуємо підсхему з другого боку схеми. Для цього курсором відмічаємо вузли схеми С: № 1 (червоним); № 3 (зеленим); № 5 (жовтим кольором). Натискуємо кнопку Подтверждение на інструментальній панелі, а у вікні Результат — кнопку Подтвердить сборку.

В результаті вищезазначених операцій отримуємо проміжну схему рами (рис.3.6).

Рис. 3.6

Повторним натисканням кнопки Режим сборки вимикаємо режим складання.

3.3.3.4. Формування повної розрахункової схеми просторової рами

Для доповнення отриманої вище проміжної схеми рами відсутніми стержневими елементами в розділі Узлы и элементы натискуємо кнопку Элементы та кнопку Добавление стержней. Відмічаємо попарно вузли: 22, 14; 23, 15; 24, 16 і отримуємо повну схему просторової рами.

3.3.3.5. Перенумерація вузлів і елементів

В розділі Управление натискуємо кнопку Упаковка данных і у вікні Удалять узлы, не принадлежащие элементам натискуємо кнопку Да.

В результаті одержуємо схему, яка показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7

3.3.3.6. Запис проекту

В розділі Проект головного меню пунктом Сохранить проект как... активізуємо вікно Сохранение проекта SCAD та виконуємо запис вхідних даних на жорсткий диск (наприклад, в раніше сформований файл ПГС51052).

3.3.3.7. Призначення жорсткостей елементам рами

Формуємо І-ий тип жорсткості стержнів. Для цього в розділі Назначения натискуємо кнопку Назначение жесткостей стержням. У вікні Жесткости стержневых элементоввибираємо розділ Жесткости стержней. Встановлюємо перемикач Параметрические сечения та переходимо до розділу Параметрические сечения, в якому заповнюємо інформацію про матеріал (Бетон тяжелый В30), про переріз (суцільний прямокутний) та його параметри (b=20см; h=40см). Для перевірки введених величин натискуємо кнопку Контроль, а потім кнопку ОК.

Вищесформований І-ий тип жорсткості призначаємо вертикальним елементам рами. Для цього правою (!) кнопкою миші активізуємо вікно Выбор узлов и элементов, у розділі якого Выбор стержней натискуємо кнопки Вертикальные, Инвертировать выбор элементов та кнопку ОК. Вертикальні стержні будуть відображені червоним кольором. Процес закінчуємо натисканням кнопки Подтверждение.

Далі аналогічно формуємо ІІ-й тип жорсткості стержнів. В розділі Назначения натискуємо кнопку Назначение жесткостей стержням. У вікні Жесткости стержневых элементов обираємо розділ Жесткости стержней. Встановлюємо перемикач Параметрические сечения та переходимо до розділу Параметрические сечения, в якому заповнюємо інформацію про матеріал (Бетон тяжелый В30), про переріз (тавровий, полкою донизу) та його параметри (b=8см; h=40см; b1=24см; h1=12см). Для перевірки введених величин натискуємо кнопку Контроль та кнопку ОК.

ІІ-й тип жорсткості призначаємо всім горизонтальним елементам. Для цього правою (!) кнопкою миші активізуємо вікно Выбор узлов и элементов, у розділі якого Выбор стержней, відключаємо кнопку Вертикальные, натискуємо кнопки Горизонтальные, Инвертировать выбор элементов та кнопку ОК. Всі горизонтальні стержні будуть відображені червоним кольором. Процес закінчуємо натисканням кнопки Подтверждение.

Так як таврові перерізи верхніх горизонтальних ригелів відрізняються від нижніх ригелів тільки протилежним розташуванням полки, то формування ІІІ-го типу жорсткості для верхніх ригелів виконується шляхом поворотів на 180^о навколо відповідних поздовжніх місцевих координатних осей X1 верхніх ригелів, яким до того був призначений другий тип жорсткості (разом з нижніми ригелями). Для цього в розділі Назначения кнопкою Задание ориентации местных осей координат элементов активізуємо вікно Ориентация осей инерции. В його розділі Угол поворота осей F встановлюємо перемикач В градусах і вводимо значення кута повороту F=180. Натискуємо кнопку ОК. На схемі відмічаємо елементи за номерами 1, 30, 31, 32 і натискуємо кнопку Подтверждение.

Для перевірки заданої інформації у вікні Фильтры отображения натискуємо кнопку Информация об элементе. Після чого у вікні Информация об элементе вводимо номер елемента, наприклад 1, та натискуємо кнопку Поиск. Переглянувши внизу вікна інформацію про орієнтацію осей місцевої відносно загальної системи координат даного стержня, натискуємо кнопку Выход.

3.3.3.8. Накладання в’язів в опорних вузлах рами

Для накладання опорних в’язів в розділі Назначение інструментальної панелі за допомогою кнопки Установка связей в узлах визиваємо діалогове вікно Связи. В режимі Вид операции — Полная замена в розділі Направления связей натискуємо кнопки X, Y, Z та кнопку OK. Позначаємо курсором на схемі вузли за номерами 1, 17, 18, 5, 2, 9, 10, 6 і натискуємо кнопку Подтверждение інструментальної панелі. Внаслідок цих операцій відповідні вузли будуть приєднані до опорної поверхні нерухомими сферичними шарнірами.

3.3.3.9. Завдання схеми навантаження рами

В розділі Загружения кнопкою Узловые нагрузки активізуємо вікно Ввод узловых нагрузок. В його розділі Силы натискуємо кнопку X, а в розділ Величина нагрузки вводимо значення 5 кН, і натискуємо кнопку ОК. На схемі відмічаємо вузол 4 і підтверджуємо кнопкою Подтверждение інструментальної панелі.

Візуальний контроль навантажень виконуємо за допомогою кнопок панелi Фильтры отображения: Узловые нагрузки та Значения нагрузок.

Записуємо створене навантаження в проект. Для цього натискуємо кнопку Сохранить/Добавить загружение інструментальної панелі. В діалоговому вікні Сохранить загружение вводимо ім’я навантаження Загружение 1, Номер загружения 1 і натискуємо кнопку ОК.

Після виконання всіх попередніх пунктів отримуємо розрахункову модель рами з номерами вузлів та елементів, з опорними в’язями та з навантаженням.

3.3.3.10. Запис вхідних даних сформованої моделі

Активізацією розділу Проект головного меню і пункту Сохранить проект виконуємо запис всіх параметрів сформованої моделі на жорсткий диск (в нашому випадку - в попередньо сформований файл ПГС51052).