5.1 Задание геометрии каркаса, особенности моделирования ферм и колонн.
Создаем новый проект при помощи команд верхнего меню →Проекты →Создать или кнопки панели инструментов. В рабочем окне появится диалоговое окно «Создать новую FE-модель» В этом окне выбираем опцию «FEA-Проект», задаем «Имя файла» (не более восьми символов без пробелов латинскими буквами)57. По окончании нажимаем кнопку «ОК». |
|
|||||||||||
Задаем расчетную схему крайней двухветвевой колонны. В верхнем меню выбираем последовательно пункты: → Редактировать → Геометрия → Создать: → - рама / ферма.58 |
|
|||||||||||
В дополнительной командной панели выбираем переключатели «Рамы» и «3D-стержни»59, а затем нажимаем кнопку «Установить». |
|
|||||||||||
Плоскость рамы задается тремя точками. Пусть данная рама будет расположена в плоскости XOZ. В окне информации появляется команда «Установите P1, начальную точку системы». Задаем координаты первой точки (0, 0, 0). |
|
|||||||||||
В окне информации появляется команда «Установите точку P2, точку положительной R-оси». Задаем координаты второй точки, лежащей на глобальной оси X (она будет совпадать с местной осью –R растра), например (1, 0, 0). |
|
|||||||||||
После появления надписи «Установите точку P3, точку в RS-плоскости» вводим координаты любой точки в плоскости XOZ, не лежащей на оси X, например (1, 0, 1). Затем в окне редактора задаем угол поворота рамы относительно оси -R (в данном случае она совпадает с глобальной осью X) «Угол =0». |
|
|||||||||||
В появившемся диалоговом окне задаем:
Затем нажимаем кнопку «ОК». |
|
|||||||||||
Нажимаем правой кнопкой мыши по клавише «Zoom» (на экране появится полное изображение подкрановой части колонны). Затем нажимаем на кнопку «XZ» под окном выбора для перевода изображения в плоскость XOZ. |
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт -массив. В появившемся диалоговом окне задаются характеристики, которые будут копироваться. Для продолжения копирования нажимаем кнопку «OK». |
|
|||||||||||
Нажимаем кнопку [Box] на планке переключателей 2. |
|
|||||||||||
В рабочем окне при помощи рамки выбираем все элементы. Выбранные элементы подсвечиваются красным цветом. |
|
|||||||||||
В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Стержни» и отключаем все прочие. Затем нажимаем кнопку «Кол-во» и в окне редактора задаем численно количество промежуточных копий 1. |
|
|||||||||||
Нажимаем кнопку «Точки», затем в окне редактора задаем координаты исходной точки копирования P1 (в данном случае она совпадает с левым нижним узлом рамы). |
|
|||||||||||
Затем в окне редактора задаем конечное положение точки копирования60. |
|
|||||||||||
В результате будут сгенерированы две копии данной рамы. Щелкаем правой кнопкой мыши по переключателю «Zoom». |
|
|||||||||||
Нажимаем на кнопку «Zoom» левой кнопкой мыши и при помощи рамки (фиолетового цвета) выбираем среднюю раму. В боковом меню выбираем пункт Делить стержни. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Кол-во» и в окне редактора задаем количество промежуточных узлов (1). При помощи рамки в рабочем окне (включен переключатель [Box]) выбираем верхний горизонтальный элемент средней колонны. Выбранный элемент подсвечивается красным пунктиром. Затем нажимаем кнопку «Старт». |
|
|||||||||||
Нажимаем кнопку
|
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт -установить. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «3D- стержни». |
|
|||||||||||
Щелкаем левой кнопкой мыши по промежуточному узлу. Затем нажимаем переключатель [X] (относительная привязка) в планке переключателей 1. Кроме этого переключателя желательно нажать переключатель [A] (привязка к актуальным объектам), а остальные кнопки отключить61. |
|
|||||||||||
Повторно щелкаем левой кнопкой мыши по промежуточному узлу. Он будет точкой, относительно которой вычисляется приращение. В окне редактора задаем величины относительных смещений: dx = 0, dy = 0, dz = 5.775. |
|
|||||||||||
Щелкаем правой кнопкой мыши по кнопке «Zoom». На экране появится изображение всех трех рам. Щелкаем левой кнопкой мыши по кнопке «Zoom», и при помощи фиолетовой рамки выбираем крайнюю левую раму. В боковом меню выбираем пункт Делить стержни. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Кол-во» и в окне редактора задаем количество промежуточных узлов (1). При помощи рамки в рабочем окне (включен переключатель [Box]) выбираем верхний горизонтальный элемент. Выбранный элемент подсвечивается красным пунктиром. Затем нажимаем кнопку «Старт». |
||||||||||||
Выбираем пункт бокового меню Сместить узлы. При помощи рамки (включен переключатель [Box] на планке переключателей 2) выбираем промежуточный узел. Все примыкающие к узлу элементы подсвечиваются красным цветом. Затем нажимаем на правую кнопку мыши (завершение выбора). |
|
|||||||||||
В появившемся диалоговом окне ставим кружок в поле «Параллельный перенос». Затем нажимаем кнопку «ОК». |
|
|||||||||||
Нажимаем кнопку [A] на планке переключателей 1 (переключатель [X] отключен). Затем щелкаем левой кнопкой мыши по выбранному узлу. |
|
|||||||||||
Задаем новое положение этого узла. Нажимаем кнопку [X] (относительная привязка) на планке переключателей 1. Затем щелкаем левой кнопкой мыши по крайнему правому узлу. В окне редактора задаем величины относительных смещений: dx = -0.675, dy = 0, dz = 0. Узел сместится в указанное положение. |
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт - установить. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «3D – стержни». |
|
|||||||||||
Щелкаем левой кнопкой мыши по промежуточному узлу при отключенном переключателе [X] в планке переключателей 1. Затем нажимаем переключатель [X]. Кроме этого переключателя желательно нажать переключатель [A] (привязка к актуальным объектам), а остальные кнопки отключить. |
|
|||||||||||
Повторно щелкаем левой кнопкой мыши по промежуточному узлу. Он будет точкой, относительно которой вычисляется приращение. В окне редактора задаем величины относительных смещений: dx = 0, dy = 0, dz = 5.775. |
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт Делить стержни. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Кол-во» и в окне редактора задаем количество промежуточных узлов (1). Выбираем левый верхний горизонтальный элемент. Выбранный элемент подсвечивается красным пунктиром. Затем нажимаем кнопку «Старт». |
|
|||||||||||
Выбираем пункт бокового меню Сместить узлы. При помощи рамки (включен переключатель [Box] на планке переключателей 2) выбираем промежуточный узел. Все примыкающие к узлу элементы подсвечиваются красным цветом. Затем нажимаем на правую кнопку мыши (завершение выбора). |
|
|||||||||||
В появившемся диалоговом окне ставим кружок в поле «Параллельный перенос». Затем нажимаем кнопку «ОК». |
|
|||||||||||
Щелкаем левой кнопкой мыши по промежуточному узлу при отключенном переключателе [X] в планке переключателей 1. |
|
|||||||||||
Затем включаем переключатель [X], щелкаем по крайнему правому верхнему узлу рамы левой кнопкой мыши и в окне редактора задаем величину относительного смещения: dx = -0.425, dy = 0; dz = 0. В этом узле будут приложены вертикальные крановые нагрузки. |
|
|||||||||||
Щелкаем правой кнопкой мыши по кнопке «Zoom» для показа на экране полного изображения модели. Аналогично создаются промежуточные узлы, и задается стержневой элемент, моделирующий надкрановую часть крайней правой колонны. |
||||||||||||
(показ узлов). Видно, что верхний
горизонтальный элемент рамы разделен
на две части, и образован один
промежуточный узел.
При помощи пунктов меню →Проекты → Сохранить как… или кнопки сохраняем файл под имеющимся или новым именем62.
Выбираем последовательно пункты верхнего меню → Редактировать → Геометрия → Создать: → -рама/ферма. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопки «Фермы», «3D-стержни», а затем кнопку «Установить». |
|
|
|||||||||||
Плоскость фермы задается тремя точками. В окне информации появляется команда «Установите P1, начальную точку системы». Задаем координаты верха средней колонны (24.125, 0, 14.55)63. |
|
|
|||||||||||
В окне информации появляется команда «Установите точку P2, точку на положительной R-оси». Задаем координаты второй точки, со смещением по глобальной оси X, например (25, 0, 14.55). |
|
|
|||||||||||
После появления надписи «Установите точку P3, точку в RS-плоскости» вводим координаты любой точки со смещением по оси Z, например (25, 0, 15.55). Затем в окне редактора задаем угол поворота рамы относительно оси -R (в данном случае она совпадает с глобальной осью X) «Угол =0». |
|
|
|||||||||||
Выбираем в появившемся диалоговом окне закладку с нужным типом фермы (сегментная), картинку с нужным подтипом (в данном случае «Подтип 2») и задаем требуемые параметры. В данном случае это пролет фермы L=23.95, и отношение высоты пролета к высоте фермы L/H=7.64 |
|
|
|||||||||||
Ферма будет сгенерирована и установлена в точке P1. |
|
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт -копировать. В появившемся диалоговом окне устанавливаем галочки напротив всех параметров, которые следует скопировать, и нажимаем кнопку «ОК». |
|
|
|||||||||||
В окне информации появляется команда «Выберите элементы для копирования». Нажимаем переключатель [Box] на планке переключателей 2. При помощи рамки выбираем все элементы фермы. Они будут подсвечены красным цветом. |
|
|
|||||||||||
На дополнительной планке переключателей нажимаем кнопки «Стержни» и «Точки». |
|
|
|||||||||||
В рабочем окне левой щелчком левой кнопки мыши указываем положение исходной точки (верх средней колонны). |
|
|
|||||||||||
Аналогично задаем вторую точку (верх крайней левой колонны). Ферма будет скопирована. |
|
|
|||||||||||
После завершения операции копирования, выбранные элементы продолжают оставаться выделенными, и, указав новое положение точки привязки, можно выполнить следующую операцию копирования и т.д. Процесс многократного копирования может быть прерван при повторном нажатии на правую клавишу мыши или при выходе из этого подпункта меню при обращении к другому подпункту. |
|
||||||||||||
Зададим материал и размеры сечений элементов колонн и ферм. Последовательно выбираем пункты верхнего меню → Редактировать → Материалы → Сечения ЖБК. В окне редактора вводим номер задаваемого материала. |
|
|
|||||||||||
В появившемся диалоговом окне выбираем закладку с прямоугольным типом сечения и задаем параметры сечения надкрановой части колонны: b=0.6 м, h = 0.5 м.65 Затем нажимаем кнопку «OK». В окне редактора появятся геометрические параметры выбранного сечения. |
|
|
|||||||||||
На рисунке в диалоговом окне «Геометрические параметры поперечного сечения стержней» показана ориентация сечения относительно местных осей. Высота сечения измеряется вдоль местной оси –s.
Посмотреть
направление местных осей стержней
можно, нажав кнопку
|
|
|
|||||||||||
В боковом меню выбираем пункт -редактировать. В появившемся диалоговом окне можно исправить параметры сечения и характеристики материала.
Выбираем закладку
«3D-стержень»,
и нажимаем кнопку
В появившемся диалоговом окне задаем вид материала «Бетон», выбираем вид бетона «тяжелый ест. тверд.» и его класс «В15». После нажатия кнопки «ОК» характеристики бетона В15 будут присвоены данному материалу. |
|
|
|||||||||||
Исправляем
значение плотности железобетона. Для
того чтобы в программе учитывались
расчетные нагрузки от собственного
веса несущих конструкций следует
умножить значение плотности на
коэффициент условий работы, т.е. Rho
=
Для выхода нажимаем кнопку «ОК». |
|
||||||||||||
В боковом меню выбираем пункт -установить. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «3D- стержни». |
|
||||||||||||
Щелкаем левой кнопкой мыши в окне редактора и задаем номер материала67. Выбираем в рабочем окне при помощи мыши надкрановые части колонн. Им будет присвоен заданный материал. |
|
||||||||||||
.
В нашем случае ось –s
всех стержневых элементов колонн и
ферм направлена из плоскости рамы.66
.
.
Параметры сечений других элементов, заданные в соответствии с направлением местных осей, представлены в таблице 3.2. Для элементов ферм в качестве материала задается бетон класса В30.
Таблица 3.2
№ материала |
Элемент |
b, м |
h, м |
|
1 |
Надкрановая часть колонн |
0.6 |
0.5 |
|
2 |
Вертикальные элементы подкрановой части (ветви колонны) |
0.25 |
0.5 |
|
3 |
Горизонтальные элементы подкрановой части (распорки) |
0.4 |
0.5 |
|
4 |
Подкрановая консоль |
1.25 |
0.5 |
|
5 |
Нижний и верхний пояса фермы68 |
0.25 |
0.25 |
|
6 |
Стойки и крайние раскосы фермы |
0.16 |
0.25 |
|
7 |
Прочие раскосы фермы |
0.2 |
0.25 |
|
Материал для всех остальных элементов задается аналогично.
Посмотреть
заданные материалы в цвете можно,
нажав кнопку
|
|
|||
при отключенной кнопке
.
При помощи пунктов меню →Проекты → Сохранить как… или кнопки сохраняем файл под имеющимся или новым именем.
Поскольку считается, что влияние жесткости узлов на величину продольных сил и прогибов несущественно, то расчет этих параметров можно проводить по шарнирной схеме. Однако при реальном проектировании необходимо учитывать и влияние изгибающих моментов. В данном случае мы проведем расчет фермы с жесткими узлами. Шарниры будут установлены только в верхней части колонн, чтобы смоделировать шарнирное опирание фермы покрытия на колонны.
Шарниры могут быть узловыми (т.е. обнуляются соответствующие усилия во всех элементах узла), элементными (обнуляются указанные усилия в конкретном элементе) и разрезными. Разрезные шарниры позволяют продублировать узел в соседних элементах (создать два узла с разными номерами, но с одинаковыми координатами), и объединить перемещения исходного и дублирующего узла только по тем степеням свободы, по которым шарнир не установлен.
Шарниры всех видов могут быть обычными идеальными или упругими. Это определяется величиной жесткости шарнира. Идеальный шарнир (при С=0) полностью отделяет элемент от соседних (это утверждение относится к тому узлу и к той степени свободы, для которых задан шарнир). Упругий шарнир (если С>0) соединяет элемент с соседними при помощи пружины.
Элементные шарниры могут быть как двусторонними, так и односторонними. Это определяется типом шарнира. Шарниры типа 0 – это двусторонние шарниры, работающие всегда, при любых условиях. Шарниры типа +1, -1, +2, -2 являются односторонними. В данном примере они не будут рассматриваться.
Последовательно выбираем пункты верхнего меню →Фрагмент →Материал →-установить. Нажимаем переключатель [Einz] на планке переключателей 2. В рабочем окне щелкаем левой кнопкой мыши по надкрановой части колонн.
В верхнем меню выбираем пункты Редактировать Геометрия Делить стержни. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Кол-во» и в окне редактора задаем количество промежуточных узлов (Кол-во = 1). При помощи рамки (переключатель [Box] на планке переключателей 2) выбираем все элементы в рабочем окне. Затем нажимаем кнопку «Старт».69 |
|
|
Выбираем пункт бокового меню Сместить узлы. При помощи рамки (включен переключатель [Box] на планке переключателей 2) выбираем созданные промежуточные узлы. Примыкающие к ним концы стержневых элементов выделяются красным цветом. Затем нажимаем на правую кнопку мыши (завершение выбора). |
|
|
Щелкаем левой кнопкой мыши по одному из промежуточных узлов при отключенном переключателе [X] в планке переключателей 1. Затем включаем переключатель [X], щелкаем по верхнему узлу этого же элемента и в окне редактора задаем величину относительного смещения: dx = 0, dy = 0, dz = -0.1.70 |
|
|
Таким образом, можно передать на колонну сосредоточенные моменты, вызванные наличием эксцентриситетов в приложении нагрузок от покрытия, при сохранении шарнирного опирания ферм покрытия на колонны.
Последовательно выбираем пункты верхнего меню → Редактировать → Шарниры → Элементные: →-установить.71 В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопки «ГСК» (глобальная система координат), тип шарнира «0», степень свободы, по которой вводится шарнир «Ry/s» (поворот вокруг глобальной оси Y). Остальные кнопки отключаем. |
|
|
В рабочем окне щелкаем левой кнопкой мыши (переключатель [Einz] на планке переключателей 2) по верхнему элементу колонны ближе к верхнему узлу72. Аналогично задаются шарниры в двух остальных колоннах73. |
|
|
При визуализации шарниров на экране изображаются только те шарниры, степени свободы, вид и система координат которых соответствует активным в данный момент переключателям каждой из четырех вышеперечисленных групп.
В рабочем окне степени свободы шарниров изображаются при помощи кодирования числами. Изображаемое число образуется в результате суммирования для каждой степени свободы шарнира числа 2, возведенного в степень:
0 - для перемещения вдоль OX (или оси –r в местной системе координат);
1 - для перемещения вдоль OY (или оси –s в местной системе координат);
2 - для перемещения вдоль OZ (или оси –t в местной системе координат);
3 - для поворота вокруг OX (или оси –r в местной системе координат);
4 - для поворота вокруг OY (или оси –s в местной системе координат);
5 - для поворота вокруг OZ (или оси –t в местной системе координат);
Например, если
установлен шарнир для поворота вокруг
оси OY, то будет
показано число 16 (
).
Если установлены шарниры для поворота
вокруг оси OX и для поворота вокруг
оси OZ, то будет показано число 40
(
,
,
32 + 8 = 40).
Последовательно выбираем пункты верхнего меню → Фрагмент → Элементы → -установить. В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку «Вся модель».
Последовательно выбираем пункты верхнего меню → Редактировать → Связи → Опорные закрепления → Узловые опоры: → -установить.
В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопки «ГСК» (общая или глобальная система координат), «Сж.+Р.» (связь работает по двум противоположным направлениям), а также кнопки, соответствующие тем направлениям, по которым накладывается связь. Поскольку колонны имеют жесткое закрепление, то следует нажать все кнопки: «X», «Y», «Z», «Rx», «Ry», «Rz» (закрепление от перемещения и поворота по всем направлениям). В окне редактора задаем жесткости всех связей равными нулю (абсолютно жесткое закрепление). |
|
|
Нажимаем переключатель [Box] на планке переключателей 2 и при помощи рамки в рабочем окне выбираем все опорные узлы рамы. |
|
|
При помощи пунктов меню →Проекты → Сохранить как… или кнопки сохраняем файл под имеющимся или новым именем.