Расчет фермы в СКАДе. Часть 1: построение схемы

С помощью современных компьютерных программ стало возможным относительно просто и максимально точно высчитывать строительные конструкции. В текущей статье будет представлен пример того, как осуществляется расчет фермы в СКАДе.

Исходные данные

Характер внешней нагрузки, геометрическая схема и основные размеры для расчета фермы в СКАДе представлены на рис. 1.

Прочие данные представлены ниже:

• Ферма шарнирно оперта на опорах А и М.
• Узлы фермы шарнирные.
• Ферма загружена в своей плоскости сосредоточенными силами, приложенными в узлах верхнего пояса.
• Элементы фермы выполнены из стали.
• Поперечное сечение всех элементов фермы — два спаренных равнополочных уголка в тавр.

Задачи текущего расчета

Для текущей задачи, как расчет фермы в СКАДе, необходимо решить следующие вопросы:

• формирование расчетной плоской стержневой конечно-элементной модели.
• определение напряженно-деформированного состояния модели от заданной нагрузки.
• визуализирование компонентов НДС модели.

Алгоритм расчета фермы

Открыв программу SCAD, необходимо создать новый проект, выбрав при этом тип схемы 1 — Плоская шарнирно-стержневая система (рис. 2).

Построение плоской стержневой модели конструкции

Для создания схемы конструкции перейти во вкладку «Схема» и нажать на кнопку «Генерация прототипа фермы» (рис. 3). На экране появится диалоговое окно «Конфигурация поясов фермы«, в котором из выпадающего списка выбрать Трапецеидальные фермы и выбрать подходящее очертание решетки, как на рис. 1. В диалоговом окне ввести:

• Пролет фермы (L) — 24 м.
• Высота фермы (H) — 3,2 м.
• H1 — 2,2 м.
• Число панелей нижнего пояса — 4.

Полученная с помощью автоматической генерации ферма представлена на рис. 5.

Задание жесткостей элементам в SCAD

Расчет фермы в СКАДе обязательно включает в себя назначение сечений для стержней. Для этого надо раскрыть вкладку «Назначение» главной панели инструментов и нажать «Назначение жесткостей стержням» (рис. 6). В появившемся диалоговом окне активировать переключатель «Профили металлопроката» (рис. 7).

В разделе «Составное сечение» вкладки «Профили металлопроката» выбрать сечение из двух спаренных уголков, активировав крайнюю левую кнопку. Задать расстояние между уголками g = 12 мм. В каталоге «Уголок равнополочный» раздела «Полный каталог профилей ГОСТ» выбрать профиль 100х8. В ниспадающем списке раздела «Материал» назначить «Сталь качественная» (рис. 8). После чего выделить стержни нижнего пояса и подтвердить выбор, нажав зеленую галочку.

По аналогии назначить жесткости остальным элементам фермы. Полученный общий вид фермы с отображением сечений представлен на рис. 9.

Установка связей в опорных узлах фермы

Вызвать диалоговое окно «Связи» во вкладке «Назначение» с помощью кнопки «Установка связей в узлах«. В режиме «Полная замена» активировать кнопки X, Z и нажать кнопку «ОК» (рис. 10). Выделить курсором на схеме узел 10 и подтвердить выбор.

Аналогично установить связь в узле 14, установив ограничение перемещений только по оси Z. Визуальный контроль правильности постановки связей можно выполнить, нажав кнопку «Связи» панели «Фильтры отображения» (рис. 11).

Задание загружений на ферму

Расчет фермы в СКАДе в следующем шаге знаменуется назначением загружений.

Полезная нагрузка

Для приложения внешней узловой нагрузки кнопкой «Узловые нагрузки» вызвать одноименное диалоговое окно во вкладке «Загружения» (рис. 12). Ввести в поле Z значение 42 кН и нажать кнопку «ОК«. На схеме отметить узлы 1 и 9 и активировать назначение нагрузок. Аналогично добавить в узлы 2-8 нагрузку в 84 кН. На рис. 13. представлено общее загружение внешними нагрузками.

Чтобы сохранить загружение, нужно нажать кнопку «Сохранить/добавить загружение«. В диалоговом окне ввести имя загружения «Полезная нагрузка«, выбрать тип загружения (кратковременные), вид нагрузки (другие), ввести коэффициент надежности по нагрузке — 1,2. Внизу активировать «Сохранить и перейти к созданию нового загружения«. нажать кнопку «Записать как новое» и «ОК» (рис. 14).

Собственный вес

Загружение собственным весом осуществляем активацией кнопки «Собственный вес«. Задать коэффициент включения собственного веса — 1,05 (рис. 15). И аналогично сохранить загружение.

Задание комбинаций загружений

Комбинации загружений служат для того, чтобы совокупности заданных выше нагрузок с разными коэффициентами показывали в конечном счете деформации и усилия в элементах фермы. На самом деле, комбинаций можно предположить большое количество, исходя из конструктивной сложности рассчитываемого объекта, а так же предполагаемых условий его эксплуатации. В данном примере представлены простейшие нагрузки: собственный вес и полезная нагрузка, которая является отражением любой другой абстрактной нагрузки, например, снеговой.

Открыть окно задания комбинаций загружений можно из дерева проекта в подсписке «Специальные исходные данные» по нажатию одноименной кнопки (рис. 16).

Как видно на рис. 17, в текущем примере задана одна комбинация — на совместное действие полезной нагрузки и собственного веса с коэффициентом воздействия 1 (полное влияние).

Задание расчетных сочетаний усилий (РСУ)

В разделе «Исходные данные» дерева проекта раскрыть содержимое пункта «Специальные исходные данные» (нажать на знак «+»). Активировать пункт «Расчетные сочетания усилий«. В новом окне все данные введены автоматически, так что остается нажать «ОК» (рис. 18).

Статический расчет

Для выполнения статического расчета в дереве проекта активировать пункт «линейный» раздела «Расчет». В диалоговом окне нажать кнопку «ОК». После расчета необходимо ознакомиться с протоколом, убедившись, что все прошло успешно, выйти из этого окна, нажав красный крестик.

В следующей части статьи про расчет фермы в СКАДе будет рассказано про анализ конструкции и проверку ее на несущую способность.