Файл: Конспект лекций. Саморядов С. В. Маси. М. 2017. с. 138, ил таб.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.03.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
35
Нормы предписывают, как следует учитывать совместное действие нагрузок, при этом в зависимости от состава учитываемых нагрузок должны различаться: а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; б) особое сочетание нагрузок, состоящее из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
При основном сочетании, если принята одна кратковременная нагрузка, она принимается без уменьшения.
Единицы измерения, принятые в настоящее время для расчетов строительных конструкций, определяются строительными нормами СН 528-
80 «Перечень единиц физических величин, подлежащих к применению в строительстве». При расчете возникает необходимость перевода единиц измерения. Обычно нагрузки, силы определяются в кН.
36
ТЕМА 4. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ КОНСТРУКТИВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
Воздействие нагрузок приводит как к деформированию отдельных элементов, так и самого сооружения в целом. Расчетом и теоретической оценкой результатов их воздействия занимается
механика
деформированного твердого тела. Частью этой науки является прикладная
механика
(сопротивление
материалов), занимающаяся расчетом простейших сооружений или их отдельных элементов. Другая ее часть –
строительная механика уже позволяет рассчитывать разные и весьма сложные многоэлементные сооружения. Механика деформированного твердого тела широко используются методы теоретической механики, изучающей равновесие и движение твердых тел, условно принимаемых за абсолютно твердые.
Для правильного расчета сооружений следует правильно применять общие законы механики, основные соотношения, учитывающие механические свойства материала, условия взаимодействия элементов, частей и основания сооружения. На этой базе формируются расчетная
схема сооружения в виде механической системы и ее математическая
модель как система уравнений.
Чем подробнее изучаются внутреннее строение сооружения, действующая на него нагрузка и особенности материала, тем сложнее становится его математическая модель. На следующей схеме (рис. 4.1) показаны основные факторы, влияющие на особенности расчета сооружения.
37
Рисунок 4.1 – Факторы, учитываемые при проектировании
В классической строительной механике рассматриваются только стержневые системы. Однако практические потребности предопределили появление новых, специальных курсов строительной механики, где рассматриваются нестержневые системы
Так как предметом строительной механики является изучение прочности и жесткости инженерных конструкций, поэтому, как правило, для изучения этих свойств обычно достаточно рассмотреть ее упрощѐнную схему, c определенной точностью отражающую действительную работу последней. Упрощенная модель сооружения называется расчетной схемой.
В зависимости от требований к точности расчѐта для одной и той же конструкции могут быть приняты различные расчѐтные схемы. Расчетная схема, представленная в виде системы элементов, называется системой.
В расчетной схеме стержни заменяются их осями, опорные устройства
– идеальными опорными связями, шарниры предполагаются также идеальными (в которых отсутствует трение), усилия на стержни принимаются через центры шарниров.
Любое сооружение представляет собой пространственный объект.
Действующая на него внешняя нагрузка также является пространственной.
Значит, и расчетную схему сооружения надо выбирать как пространственную. Однако такая схема приводит к сложной задаче
38 составления и решения большого числа уравнений. Поэтому реальное сооружение (рис. 4.2, а) стараются привести к плоской системе (рис. 4.2, б).
Рисунок 4.2 - Переход к расчетной схеме от конструктивной
Выбор и обоснование расчетной схемы – задача чрезвычайно ответственная, сложная, требующая высоких профессиональных навыков, опыта, интуиции, в определенной мере – искусства.
Особенностью выбора расчетной схемы состоит диалектическая противоречивость задачи. С одной стороны, естественно желание учесть в расчетной схеме как можно большее число факторов, определяющих работу сооружения, так как в таком случае модель становится близкой к реальному сооружению. В то же время стремление учесть множество факторов, среди которых есть и основные и второстепенные, перегружают математическую модель, она становится чрезмерно сложной, для еерешения потребуются большие затраты времени, применение приближенных методов, что в свою очередь может увести далеко от реальной картины. Актуальны и по сей день рекомендации С. П. Тимошенко в отношении процесса вычислений·, которые можно перенести и на выбор расчетной схемы: "...Можно считать заведомо
неточно, а лишь приближенно. Нужно только точность вычислений
согласовать с необходимой для приложений точностью результатов".
Следует отметить, что для одного и того же сооружения можно выбирать разные расчетные схемы. Выбор хорошей расчетной схемы приводит к экономии вычислений и точности результатов расчета.
Расчетные схемы сооружений можно классифицировать по-разному.
39
Например, различают плоские и пространственные расчетные схемы, расчетные схемы по типу или способу соединения элементов, по направлению опорных реакций, по статическим и динамическим особенностям и т. д.
Можно попытаться выделить следующие основные моменты процедуры выбора расчетной схемы:
– идеализация свойств конструкционных материалов путем задания диаграммы деформирования, т. е. закона связи напряжений и деформации при нагружении;
– схематизации геометрии конструкции, состоящая в представлении ее в виде набора одно- двух- и трехмерных элементов, тем или другим образом связанных между собой;
– схематизация нагрузки, например, выделение сосредоточенной силы, распределенной и т. д.;
– ограничение на величину возникающих в конструкции перемещений, например, по сравнению с размерами конструкции.
На практике широкое распространение получили стандартные расчетные схемы – стержни и системы из них, плиты, оболочки, массивы т.д.
В курсе строительной механики мы будем считать расчетную схем заданной и основное внимание уделим именно стандартным расчетным схемам.
Расчетная схема конcтpyкции cоcтоит из условных элементов: стержней, пластинок, соединенных между собой в узлах связями (с помощью сварки, болтов, заклепок и т. д.) и включает также условно представленные нагрузки и воздействия. Часто эти элементы и их группы можно c достаточной степенью точности считать абсолютно жѐсткими телами. Такие тела в плоских системах называют жѐсткими дисками, а в пространственных системах
жѐсткими блоками.
40
Используются элементы разных типов:
1) стержни– прямые или криволинейные элементы, поперечные размеры a и b которых намного меньше длины l(рис. 1.3, а, б, в). Основное назначение стержней
восприятие осевых сил (растягивающих и сжимающих), а также изгибающих и крутящих моментов. Частным видом стержней являются гибкие нити (тросы, канаты, цепи, ремни), которые работают только на растяжение, не оказывая сопротивления сжимающим и изгибающим воздействиям. Из стержней состоят расчетные схемы большинства инженерных конcтpyкций: ферм, арок, ром, пространственных стержневых конcтpyкций и т. д.;
2) плиты – элементы, толщина которых t меньше остальных размеров
a иb; плиты могут быть прямыми (рис. 4.3, г), и кривыми в одном или двух направлениях (рис. 4.3, д, е). Плиты воспринимают усилия в двух направлениях, что в ряде случаев наиболее выгодно и это приводит к экономии материалов. Расчѐт плит и систем, составленных из них, значительно сложнее расчѐта стержневых систем;
3) массивные тела - элементы, все три размера которых одного порядка (рис. 4.3, ж).
Рисунок 4.3 - Расчетные элементы конструкций
41
Простейшие сооружения, состоящие из таких элементов, можно подразделять на следующие типы – стержневые сооружения (рис. 4.4, а, б),
складчатые сооружения (рис. 4.4, в), оболочки (рис. 4.4, г) и массивные
сооружения − подпорные стенки (рис. 4.4, д) и каменные своды(рис. 4.4 е).
Рисунок 4.4 - Виды строительных конструкций по расчетным схемам
Современные строители научились возводить очень сложные сооружения, состоящие из разнообразных элементов различной формы и типа. Например, достаточно распространенным является сооружение, у которого основание массивное, средняя часть может состоять из колонн стержневого типа и плит, а верхняя часть − из плит или оболочек.
42
Рисунок 4.5 - Расчетные схемы балок
43
Рисунок 4.6 - Расчетные схемы рам
44
Рисунок 4.7 - Расчетные схемы арок
45
Рисунок 4.8 - Расчетные схемы стоек
Рисунок 4.9 -Основные виды сводов: а –гладкий, б-ребристый, в, г, д –
сомкнутые, е-зеркальный, ж-цилиндрический с распалубками, з-крестовый
46
1 2 3 4 5 6 7 8
ТЕМА 5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
5.1 Современные системы САПР
В настоящее время САПР представлены большим количеством различных ПК, предназначенных для определенных строительных отраслей – машиностроение, проектирование зданий и сооружений и т. п. Наиболее распространенным и функциональным является графическая среда AutoCad, подходящая для большинства графических задач строительства. AutoCad – многооконная САПР, позволяющая работать одновременно с несколькими файлами, в том числе и совместно. При помощи AutoCad можно выполнять любые чертежи, в том числе и объемные (3D графика), экспортировать файлы в другие ПК и многое другое.
Алгоритм создания графических файлов в целом аналогичен работе с другими приложениями: создается новый файл, выполняется определенный набор команд, позволяющий работать с графическими примитивами.
Результатом работы является лист или модель, содержащий в себе графическую информацию.
При оформлении графической части в AutoCad необходимо стремится к тому, чтобы чертежи были читаемы, выполнены в едином стиле, заполненность листа была максимальной, а отдельные части чертежа (планы, разрезы, узлы, фрагменты) были равномерно распределены по всему листу.
Кроме того, должны быть соблюдены все требования ГОСТ 21.1101-2009
"СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации". Для повышения удобства работы с чертежами рекомендуется использовать различные слои, которые позволяют отделить одни графические примитивы от других.
Рекомендуется выделять в отдельные в отдельные слои оси, размеры, основные конструктивные элементы (перегородки, несущие стене, колонны, фундаменты и т. п.).
47
В процессе освоения программы AutoCAD, каждый пользователь может настроить интерфейс наиболее удобным для него образом и, соответственно, повысить производительность труда.
5.2 Системы сквозного проектирования
Autodesk Revit Structure – это специализированное решение для проектирования и расчета строительных конструкций.
Autodesk Revit Structure помогает оптимизировать строительные конструкции, координируя проект с документацией и обеспечивая двустороннюю связь с расчетными программами. AutoCAD Structural
Detailing представляет собой мощное решение для быстрой и эффективной деталировки и создания рабочих чертежей стальных и железобетонных конструкций. AutoCAD Revit Structure Suite помогает коллективам проектировщиков ускорить работу и выпускать документацию к строительным конструкциям более высокого качества.
5.3 Программный комплекс ЛИРА (ПК ЛИРА)
Программный комплекс
ЛИРА
(ПК
ЛИРА)
– это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.
ПК ЛИРА с успехом применяется в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения, атомной энергетики, нефтедобывающей промышленности и во многих других сферах, где актуальны методы строительной механики.
Программные комплексы семейства ЛИРА имеют более чем 40- летнюю историю создания, развития и применения в научных исследованиях и практике проектирования конструкций. Программные комплексы семейства ЛИРА непрерывно совершенствуются и приспосабливаются к
48 новым операционным системам и графическим средам. Новейшим представителем семейства ЛИРА является ПК ЛИРА, версия 9.0.
Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок, температурных, деформационных и динамических воздействий (ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия и т. п.
Tj/F1+1) ПК ЛИРА автоматизирует ряд процессов проектирования: определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.
ПК ЛИРА позволяет исследовать общую устойчивость рассчитываемой модели, проверить прочность сечений элементов по различным теориям разрушений. ПК ЛИРА предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической и геометрической нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа и демонтажа элементов.
ПК ЛИРА состоит из нескольких взаимосвязанных информационных систем.
Система ЛИР-ВИЗОР – это единая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей и функций:
- для формирования адекватных конечно-элементных и супер- элементных моделей рассчитываемых объектов;
- для подробного визуального анализа и корректировки созданных моделей;
- для задания физико-механических свойств материалов, связей, разнообразных нагрузок, характеристик различных динамических воздействий;
- а также взаимосвязей между загружениями при определении их наиболее опасных сочетаний.
49
Возможности, предоставляемые по результатам расчета при отображении напряженно-деформированного состояния объекта, позволяют произвести детальный анализ полученных данных:
- по изополям перемещений и напряжений;
- по эпюрам усилий и прогибов;
- по мозаикам разрушения элементов;
- по главным и эквивалентным напряжениям;
- по многим другим параметрам.
ЛИР-ВИЗОР предоставляет исчерпывающую информацию по всему объекту и по его элементам.
ЛИР-ВИЗОР позволяет вести общение с комплексом на русском и английском языках, причем замена языка может осуществляться на любой стадии работы с комплексом. ЛИР-ВИЗОР дает возможность использовать любую действующую систему единиц измерения как при создании модели, так и при анализе результатов расчета.
Система СЕЧЕНИЕ позволяет в специализированной графической среде сформировать сечения произвольной конфигурации, вычислить их осевые, изгибные, крутильные и сдвиговые характеристики. Кроме того, предоставляется возможность вычисления секториальных характеристик сечений, координат центров изгиба и кручения, моментов сопротивления, а также определения формы ядра сечения. При наличии усилий в заданном сечении производится отображение картины распределения текущих, главных и эквивалентных напряжений, соответствующих различным теориям прочности.
РАСЧЕТНЫЙ
ПРОЦЕССОР
реализует современные усовершенствованные методы решения систем уравнений, обладающие высоким быстродействием и позволяющие решать системы с очень большим числом неизвестных.
