Статический расчет. Определение расчетных сочетаний усилий

Статический расчет необходимо выполнять по соответствующим программным комплексам с использованием электронно-вычислительной техники (расчет рам производится по плоскостной схеме). Для упрощения расчетов рекомендуется использовать симметрию систем.

Цель статического расчета – найти усилия в каждом элементе и в узловых сопряжениях их от всех видов нагрузок, а также и от расчетных сочетаний, необходимых как для подбора сечений элементов, так и для расчета сопряжений (в том числе и сопряжений с фундаментом).

Важную роль при выполнении статического расчета на ПЭВМ играет правильное выполнение формальных процедур по составлению исходной информации. Наиболее простой программой для расчета является программа «Lira Soft» (версия Lira 9.4. или Lira 9.6.).

А. Подготовка данных для расчета

При использовании программы «Lira Soft» предварительно необходимо подготовить, а затем ввести следующие данные о рассчитываемой раме:

1) обозначить цифрами характерные узлы рамы (см. РГР №1);

2) определить координаты каждого узла, задавшись системой координат.

3) предварительно необходимо задаться сечениями элементов. В РГР №1 объясняется, как это сделать.

Б. Ввод данных

Выбираем в меню «Файл» → «Новый» → Задаем название проекта → К примеру: «Primer» → выбираем «2 признак (три степени свободы в узле (два перемещения и поворот) XOZ)» → «Подтвердить» .

1) Вначале необходимо проверить единицы измерения. Для этого выбираем в меню «Опции» → «Единицы измерения».

Задаем:

Нажимаем кнопку «Подтвердить».

2) Чтобы нарисовать расчетную схему выбираем команды – «Добавить узел» → вкладка «По координатам» → «Применить» . Затем закрываем это окно.

Например:

	X	Y	Z
1 узел
2 узел
3 узел			10.2
4 узел			10.2
5 узел			10.2
6 узел
7 узел

Рис. 4.1. Схема узлов рамы

Затем команду – «Добавить элемент» → вкладку «Добавить стержень». И нужно соединить курсором узлы по порядку снизу-вверх, слева-направо (Например: 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 и т.д.). Затем закрываем это окно.

Рис. 4.2. Схема элементов рамы

После этого необходимо задать связи в опорных узлах и в местах примыкания ригеля к колонне.

Рис. 4.3. Расчетная схема рамы

Для задания связей в опорах выбираем команду «Отметка узлов» . Затем курсором отмечаем узлы 1 и 7 (эти узлы становятся красного цвета). После этого выбираем команду «Связи» и ставим галочки во всех пунктах.

Затем «Применить» (тогда красные узлы становятся синего цвета) и закрываем окно .

После этого задаем шарниры в местах примыкания ригеля к колонне. Выбираем команду «Отметка элементов» и курсором выделяем элемент №3 (этот элемент становится красным). Затем команду «Шарниры» . Ставим галочку в пункте «UY» 1-го узла. Затем «Применить» и закрываем это окно.

Выбираем команду «Отметка элементов» и курсором выделяем элемент №4(этот элемент становится красным). Затем команду «Шарниры» . Ставим галочку в пункте «UY» 2- го узла. Затем «Применить» и закрываем это окно.

3) Для расчета необходимо задать жесткостные характеристики сечений. Выбираем команду – «Жесткости элементов» → «Добавить» → вкладка «База металлических сечений» → выбираем «Двутавр» → «Сортамент» → «Двутавр с параллельными гранями полок типа К (колонный)» → «Профиль» → Номер Двутавра (например 40К5) → нажимаем кнопку «ОК».

Снова нажимаем «Добавить» → вкладка «База металлических сечений» → выбираем «Двутавр» → «Сортамент» → «Двутавр с параллельными гранями полок типа Б (балочный) → «Профиль» → Номер Двутавра (например 40Б1) → нажимаем кнопку «ОК».

Затем из «Списка типов жесткостей» выделяем и нажимаем на кнопку «Установить как текущий тип». С помощью команды «Отметка элементов» отмечаем элементы № 1, 2, 5, 6. Нажимаем в окне «Жесткости элементов» кнопку «Назначить» (красные элементы становятся снова черными).

Затем отмечаем элементы № 3 и 4. Устанавливаем текущим типом . Нажимаем кнопку «Назначить» и закрываем окно.

4) После этого задаем нагрузки. В меню «Нагрузки» выбираем «Выбор загружения» и даем название загружению – «Постоянная» и нажимаем «Подтвердить» . Затем выбираем команду – «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки на стержни» → (Равномернораспределенная нагрузка) → вводим значение нагрузки q=7.17 кН/м → «Подтвердить» → отмечаем элементы № 3, 4 → «Применить» и закрываем окно .

Затем задаем изгибающий момент в подкрановой части колонны от постоянной нагрузки М: команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → необходимо выбрать «Направление по Y» → (Момент) → вводим значение нагрузки М=20.88 кНм → «Подтвердить» → отмечаем узел № 2 → «Применить» .

Снова выбираем (Момент) → вводим значение М=-20.88 кНм (со знаком «-», чтобы момент был направлен слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем узел № 6 → «Применить» и закрываем окно .

4.1) Снова в меню «Нагрузки» выбираем «Выбор загружения» выбираем №2 и даем название второму загружению – «Снеговая» и «Подтвердить» . Затем выбираем команду – «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки на стержни» → (Равномернораспределенная нагрузка) → вводим значение нагрузки Ps=3.8 кН/м → «Подтвердить» → отмечаем элементы № 3, 4 → «Применить» и закрываем окно .

Затем задаем изгибающий момент в подкрановой части колонны от снеговой нагрузки Мs: команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → необходимо выбрать «Направление по Y» → (Момент) → вводим значение нагрузки Мs=11.07 кНм → «Подтвердить» → отмечаем узел № 2 → «Применить» .

Снова выбираем (Момент) → вводим значение Мs=-11.07 кНм (со знаком «-», чтобы момент был направлен слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем узел № 6 → «Применить» и закрываем окно .

4.2) Меню «Нагрузки» → «Выбор загружения» →Загружение № 3 → «Ветровая слева» → «Подтвердить» . Команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки на стержни» → необходимо выбрать «Направление по Х» → (Равномернораспределенная нагрузка) → вводим значение нагрузки qek=-1.14 кН/м (со знаком «-», чтобы нагрузка была направлена слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем элементы № 1, 2 → «Применить» и закрываем окно .

Затем задаем ветровую сосредоточенную нагрузку W: команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → необходимо выбрать «Направление по Х» → (Сосредоточенная нагрузка) → вводим значение нагрузки W=-4 кН (со знаком «-», чтобы нагрузка была направлена слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем узел № 3 → «Применить» и закрываем окно .

Также задаем ветровую нагрузку на правую колонну qek’=-0.765 кН/м на элементы 5, 6 и W’=-2.54 кН на узел 5.

4.3) 4 загружение это «Ветровая справа». Задается аналогично загружению №3, только симметрично справа-налево на правую и левую колонны.

4.4) В 5 загружении – «Крановая слева» задаем вертикальную силу Dmax, момент Мmax от давления крана на левую колонну и Dmin, Mmin на правую колонну.

Сначала задаем вертикальную силу Dmax: команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → (Сосредоточенная нагрузка) → вводим значение нагрузки Dmax =1836.74 кН → «Подтвердить» → отмечаем узел № 2 → «Применить» .

Затем задаем вертикальную силу Dmin: снова выбираем (Сосредоточенная нагрузка) → вводим значение нагрузки Dmin =492.2 кН → «Подтвердить» → отмечаем узел № 6 → «Применить» и закрываем окно .

Затем задаем момент Мmax: команда «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → необходимо выбрать «Направление по Y» → (Момент) → вводим значение нагрузки Мmax=-1770 кНм (со знаком «-», чтобы момент был направлен слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем узел № 2 → «Применить» .

Затем задаем момент Мmin: снова выбираем (Момент) → вводим значение нагрузки Мmin=473.7 кНм → «Подтвердить» → отмечаем узел № 6 → «Применить» и закрываем окно .

4.5) Загружение №6 «Крановая справа» задаем симметрично загружению №5.

4.6) В 7 загружении - «Торможение слева» задаем горизонтальную силу Т от торможения крана. Выбираем команду «Нагрузки на узлы и элементы» → вкладка «Нагрузки в узлах» → необходимо выбрать «Направление по Х» → (Сосредоточенная нагрузка) → вводим значение нагрузки Т=-1393 кН (со знаком «-», чтобы нагрузка была направлена слева-направо) → «Подтвердить» → отмечаем узел № 2 → «Применить» и закрываем окно .

4.7) Загружение №8 «Торможение справа» задаем симметрично загружению №7 на правую колонну.

5) В программе «Lira Soft» есть специальная команда – Флаги рисования – которая помогает отобразить информацию, изображаемой непосредственно на схеме, а также для установки опций отображения схемы. Для облегчения работы можно отметить галочками:

в вкладке «Элементы» - «Номера элементов» ,

в вкладке «Узлы» - «Номера узлов» ,

в вкладке «Общие» - «Величины нагрузок» ,

в вкладке «Результаты» - «Значения на эпюрах» .

Затем нажать «Перерисовать» .

6) Для выполнения расчета необходимо выбрать команду – «Упаковка схемы» → «Применить» и закрываем окно . Затем необходимо сохранить проект, для этого в меню «Файл» выбираем «Сохранить как»,выбираем папку для сохранения и нажимаем кнопку «Сохранить».

Чтобы выполнить расчет, в меню «Режим» выбираем «Выполнить расчет».

7) Для вывода результатов расчета в меню «Режим» выбираем «Результаты расчета».

Для облегчения работы программа «Lira Soft» выводит результаты расчета в табличной форме. Для этого выбрать меню «Окно» → «Интерактивные таблицы» → «Усилия (стержни)» → «Применить» → «Для всех элементов» → «Для всех загружений» → «Подтвердить» . Затем в меню «Файл» выбираем «Сохранить файл для Excel» и выбираем папку для сохранения и нажимаем кнопку «Сохранить».

8) Чтобы не рисовать эпюры вручную надо выбрать команду «Исходнаясхема» . Затем в меню «Усилия» выбрать «Эпюры» → «Эпюры продольных сил N», « поперечных сил Q», « изгибающих моментов М».

9) Для сохранения эпюр в правой части интерфейса имеется специальное окно. Команда «Добавить изображение» фотографирует рисунок. Затем выбрать фото → «Сохранить изображение» → выбрать папку для сохранения → тип файла обязательно назначить gif.

Определив в раме усилия от каждой из расчетных нагрузок, далее находятся их наиболее невыгодные сочетания, которые не одинаковы для разных сечений элементов рамы.

Рис. 6.4. Загружения расчетной схемы рамы

Рис. 6.5. Эпюра моментов от постоянной нагрузки

Рис. 6.6. Эпюра моментов от снеговой нагрузки

Рис. 6.7. Эпюра моментов от ветровой нагрузки слева

Рис. 6.8. Эпюра моментов от ветровой нагрузки справа

Рис. 6.9. Эпюра моментов от крановой нагрузки слева

Рис. 6.10. Эпюра моментов от крановой нагрузки справа

Рис. 6.11. Эпюра моментов от торможения крана слева

Рис. 6.12. Эпюра моментов от торможения крана справа