Расчет пространственной металлической конструкции в программном комплексе Лира 10.6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Расчет пространственной металлической конструкции в программном комплексе Лира 10.6

Фролова О.А., канд.техн.наук, доцент,

Жданова А.С., Мажирина А.Д., Маршинская О.А.

Металлические пространственные конструкции представляют собой один из лучших методов перекрытия достаточно больших пролетов в архитектурных конструкциях и в настоящее время являются одним из самых востребованных покрытий промышленных зданий.

Пространственные металлоконструкции в строительстве применяют для создания ангаров, спортивных залов, крытых рынков, выставочных павильонов, вокзалов, производственных здании.

Все составляющие системы имеют неразрывную связь друг с другом и работают одновременно. Это сокращает расход материала и массу покрытия, делает конструкцию более экономичной и способствует перекрытию больших площадей без промежуточных опор.

Основными типами пространственных конструкций являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, подвесные покрытия. Выбор типа пространственных покрытий зависит от функции здания, его размеров, способов строительства и иных факторов.

При создании пространственных конструкций используют: прямолинейные элементы четырехстороннего пространственного опорного контура; гибкие нити, направленные параллельно одной из диагоналей опорного контура и прикрепленные к нему своими концами с возможностью натяжения; прямоугольные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно двум из противолежащих элементов контура и прикрепленные своими концами к двум основным элементам; тонколистовой и кровельный настил [1].

Металлоконструкции изготавливаются из стали и сплавов алюминия. Преимуществами металлических конструкций являются такие факторы, как надежность, высокая прочность при работе на статические (растяжение, сжатие, изгиб) и динамические (пульсация ветра, вибрационные и гармонические воздействия) нагрузки; водонепроницаемость и газонепроницаемость (особенно необходимо для листовых конструкций), высокая индустриальность и эстетичность объектов.

Недостатками металлоконструкций являются малая коррозионная стойкость стали (можно избежать путем нанесения защитных лакокрасочных покрытий) и малая огнестойкость (сталь при высокой температуре около 600°С в полной мере утрачивает прочность, а сплавы алюминия - при 300°С, что устраняется с помощью защитного покрытия металлоконструкций из огнеупорных материалов).

Инновационный уровень развития строительства характеризуется применением современных программных комплексов при проектировании зданий и сооружений. Среди многообразия систем автоматизированного проектирования программный комплекс ЛИРА 10.6 занимает лидирующие позиции. Данный программный комплекс позволяет моделировать сложные технические системы, состоящие из стержневых и пластинчатых элементов, выполнять проверку и подбор сечений, проверку и подбор армирования, выполнять расчет напряжений, деформаций, устойчивости при различных силовых воздействиях (статические, динамические, температурные нагрузки) в линейной и нелинейной постановке задачи. В программе реализован метод конечных элементов [2-4].

Интерфейс программы представлен в виде «стека активных режимов», что позволяет экономить полезное пространство и увеличить рабочую зону, а вспомогательные панели сделать более функциональными.

Создание расчётной схемы, просмотр результатов, конструирование элементов и подготовка отчёта по результатам происходит непосредственно внутри одного программного комплекса, что является его отличительной чертой от предыдущих версий.

Целью данной работы является анализ возможностей программного комплекса ЛИРА 10.6 при моделировании и расчете пространственной металлической конструкции (рисунок 1).

Рисунок 1 - Расчетная схема

пространственный металлический конструкция программный

Расчет проводился с учетом рекомендаций нормативных документов [5, 6] на следующие виды нагрузок: собственный вес, вес покрытия, снеговая нагрузка, ветровая нагрузка с учетом пульсации. Материал конструкции - сталь С245. Назначенные сечения приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Сечения элементов конструкции

При нарушении соосности стыковки стержневых элементов в узле применяются жесткие вставки. В данной конструкции были использованы жесткие вставки в месте стыковки прогона и верхнего пояса фермы (рисунок 3).

Рисунок 3 - Применение жестких вставок

Характер работы элементов стальных конструкций (центральное растяжение-сжатие; сжатие-растяжение с изгибом вокруг одной или двух главных осей; изгиб в одном или в двух главных направлениях) производится программой. В результате этого пользователю не нужно самому анализировать работу элементов. Это в значительной мере снижает вероятность допущения ошибки, поскольку один и тот же элемент при различных комбинациях загружений может работать по-разному. Расчет проводится по первому и второму предельным состояниям.

Данный программный комплекс позволяет определить периоды, частоты и формы собственных колебаний на начальном этапе расчета при модальном анализе (рисунок 4), что необходимо при расчете на пульсационное воздействие.

Рисунок 4 - Периоды и частоты собственных колебаний

При анализе работы конструкции можно выводить на экран эпюры внутренних усилий в стержнях и результаты по перемещениям в узлах элементов (рисунок 5).

Рисунок 5 - Результаты внутренних усилий в стержнях и перемещений в узлах элементов конструкции

В программном комплексе реализована возможность при проверке по предельным состояниям анализировать процент использования металлоконструкции и выполнять подбор сечений с выводом протоколов результатов расчета (рисунок 6). Перед расчетом необходимо задать параметры конструирования (топологию сечений).

Рисунок 6 - Процент использования металлоконструкции

Полезной функцией данного программного комплекса является преобразование результатов расчета в исходные данные, что позволяет выполнять проверку подобранных сечений и пересчет схемы с учетом подобранных сечений.

С помощью функции унификации можно объединять несколько конечных элементов в одну группу по отдельным сечениям, что позволяет назначать подобранные сечения элементам целой группы (рисунок 7).

Рисунок 7 - Панель активного режима унификации расчетных сочетаний усилий

В версии ЛИРА 10.6 есть возможность вычисления и анализа напряжений в стержневых конечных элементах, при этом существует возможность использовать в качестве исходных данных как загружения, так и сочетания нагрузок (рисунок 8). Данная функция позволяет понять работу сложной конструктивной схемы.

а) напряжения у_min

б) деформации е_max

Рисунок 8 - Напряжения и деформации в стержневых элементах

Полученные результаты расчета с помощью системы документирования можно представить в виде сформированных таблиц и экспортировать отчет в Word, Eхсel, PowerPoint или сохранить в формате HTML (рисунки 9, 10).

Рисунок 9 - Панель активного режима таблиц результатов расчета (экстремальные расчетные сочетания усилий в стержнях)

Рисунок 10 - Формирование отчета

В данной статье рассмотрены основные функции программного комплекса ЛИРА 10.6, позволяющие выполнять расчет и проанализировать полученные результаты, на примере пространственной металлической конструкции.

Список литературы

1 Кользеев, А.А. Основы металлических конструкций. Учеб. пособие / А.А. Кользеев, К.А. Шафрай. - Новосибирск: НГАСУ, 2001 - 80 с.

2 Сайт компании «ЛИРА софт» (Москва), являющейся правообладателем программного комплекса ЛИРА 10. - Режим доступа: http://lira-soft.com.

3 Фролова, О.А. Анализ напряженно-деформированного состояния стержневых элементов конструкций с учетом статических и динамических воздействий / О.А. Фролова. - Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки: материалы VIII Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений». - 2016. - Т.21. - Вып. 3. - С. 1400-1404. - Режим доступа: http://vestnik.tsutmb.ru/rus/index.php?option=com_sobi2&sobi2Task=sobi2Details&catid=412&sobi2Id=10767&Itemid.

4 Фролова, О.А. Применение САПР при моделировании, расчете и анализе конструкций / О.А. Фролова. - Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн: материалы II международной научно-практической конференции: изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ». - Вып.2. -Т.II. - С. 160-163.

5 СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. - Введ. 2011-05-20. - М.: Изд-во стандартов, 2010. - 172 с. - Режим доступа http://docs.cntd.ru/document/1200084089.

6 СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*- Введ. 2011-05-20. - М.: Изд-во стандартов, 2010. - 92 с. - Режим доступа http://docs.cntd.ru/document/1200084089.

Размещено на Allbest.ru