46686 (Автоматизированное проектирование железобетонных конструкций стержневых систем)

Министерство образования и науки Украины

Харьковский государственный технический университет

строительства и архитектуры

Кафедра компьютерного моделирования и информационных технологий

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Автоматизированное проектирование железобетонных конструкций стержневых систем

по дисциплине: „Информатика (спецкурс)”

Выполнил:

Проверил:

Сизова Наталья Дмитриевна

Харьков

2009

Содержание

Введение

1 Теоретическая часть

1.1 Общие сведения о программном комплексе ЛИРА

2 Практическая часть

2.1 Неразрезная балка

2.1.1 Понятие балки как стержневой системы

2.1.2 Постановка задачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) неразрезной балки

2.1.3 Алгоритм вычисления НДС балки

2.1.4 Визуализация результатов расчета

2.2 Арочная ферма

2.2.1 Понятие арочной фермы как стержневой системы

2.2.2 Постановка задачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) арочной фермы

2.2.3 Алгоритм вычисления НДС арочной фермы

2.2.4 Визуализация результатов расчета

2.3 Плоская рама

2.3.1 Понятие плоской рамы как стержневой системы

2.3.2 Постановка задачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) плоской рамы

2.3.3 Алгоритм вычисления НДС плоской рамы

2.3.4 Визуализация результатов расчета

Выводы

Литература

Введение

Основной задачей при разработке проекта любой строящейся конструкции является расчет ее прочности и долговечности. Следовательно, задачей строительной механики есть определение внутренних усилий, которые возникают от разных внешних влияний (вынужденных колебаний, равномерной нагрузки, момента, температуры и т.д.). Знание этих усилий дает возможность определить параметры (геометрические и физические) начального поведения конструкции (т.е. стойкости, надежности, экономии ресурсов и т.п.), не приводя конструкцию к разрушению.

В наше время продолжают расти и темпы строительства, и количество объектов, особенно в области гражданского строительства, торговых и складских помещений. Соответственно растет и внимание к программному обеспечению работы специалистов этой сферы. Повышается спрос на работников, которые владеют современными программными пакетами по автоматизации проектирования разных инженерных сооружений.

Сегодня существует много пакетов прикладных программ, которые автоматизируют решение разных инженерно-строительных задач и построены они по разным принципам.

Используемый в данной работе для расчетов программный комплекс 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.

1 Теоретическая часть

1.1 Общие сведения о программном комплексе ЛИРА

Программный комплекс ЛИРА (ПК ЛИРА) является современным инструментом для численного исследования прочности и устойчивости конструкций и их автоматизированного конструирования.

ПК ЛИРА включает следующие основные функции:

• развитую интуитивную графическую среду пользователя;

• мощный многофункциональный процессор;

• развитую библиотеку конечных элементов, позволяющую создавать компьютерные модели практически любых конструкций: стержневые плоские и пространственные схемы, оболочки, плиты, балки-стенки, массивные конструкции, мембраны, тенты, а также комбинированные системы, состоящие из конечных элементов различной мерности (плиты и оболочки подпертые ребрами, рамно-связевые системы, плиты на упругом основании и др.);

• расчет на различные виды динамических воздействий (сейсмика, ветер с учетом пульсации, вибрационные нагрузки, импульс, удар, ответ-спектр);

• конструирующие системы железобетонных и стальных элементов в соответствии с нормативами стран СНГ, Европы и США;

• редактирование баз стальных сортаментов;

• связь с другими графическими и документирующими системами (AutoCAD, ArchiCAD, MS Word и др.) на основе DXF и MDB файлов;

• развитую систему помощи, удобную систему документирования;

• возможность изменения языка (русский/английский) интерфейса и/или документирования на любом этапе работы;

• различные системы единиц измерения и их комбинации.

ПК ЛИРА состоит из нескольких взаимосвязанных информационных систем.

Все расчеты настоящей контрольной работы будут производится с помощью системы ЛИР-ВИЗОР, которую и следует рассмотреть подробнее.

Система ЛИР-ВИЗОР – это единая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей и функций:

• для формирования адекватных конечно-элементных и суперэлементных 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.

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 и др. параметрам.

Надо добавить, что программные комплексы семейства ЛИРА постоянно совершенствуются и приспосабливаются к новым операционным системам и средам. Одним из последних представителей ЛИРА является ПК ЛИРА, версия 9.2, которую мы и будем использовать для решения заданий и визуализации результатов в данной контрольной работе.

2 Практическая часть

2.1 Неразрезная балка

2.1.1 Понятие балки как стержневой системы

В строительной механике при расчете сооружений на прочность вместо самого сооружения рассматривается ее упрощенное представление, свободное от второстепенных факторов, которые не играют значительную роль в работе конструкции, так называемая расчетная система.

Более всего что часто встречается элемент конструкции - балки.

Балка – это стрежень, который работает на изгиб, ось балки искривляется под действием:

• сил, приложенных в плоскостях, которые проходят через ось балки;

• пары сил;

• силы, перпендикулярной к его оси.

На балку действуют приложенные силы и реакция опор:

• шарнирно-недвижимые, т.е. балка свободно возвращает вокруг шарнира, но не допускает перемещения в этой опоре;

• шарнирно-подвижные, т.е. допускает поворот и перемещения в соответствующем направлении;

• затиснутый конец, т.е. отсутствие сил в плоскости их действия.

Расчет стержневой конструкции предусматривает определение напряжений в сечении того стрежня, которым замененная конструкция, исследование эпюр изгибающего момента и поперечных сил из соответствующих условий равновесия конструкции.

Среди балочных конструкций различают неразрезные балки, т.е. балка, которая проходит не перерываясь над промежуточными сопротивлениями, с которыми она соединена шарнирно. Крайние сопротивления могут быть шарнирными или затиснутыми.

2.1.2 Постановка задачи для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) неразрезной балки

Постановка задачи и исходные данные:

1. рассчитать и проанализировать напряженно-деформированное состояние 4-х пролетной неразрезной балки (рис.2.1).

Рис. 2.1 Неразрезная балка 4-х пролетная

Каждый стрежень пролета имеет соответственно длину: l₁ – 8 м, l₂ – 10 м, l₃ – 12 м, с – 4.9 м.

Профиль стрежней – брус (бетон) – имеет прямоугольную форму c размерами h=40 см, b=20 см.

Механические характеристики: модуль Юнга Е=3е6 тс/м²; плотность материала Ro=2,75 тс/м³.

Нагрузка на конструкцию:

а) собственный вес (1 загружение);

б) сосредоточенные силы в 1-ом и 2-ом пролетах, соответственно, по 5,5 т и 11,5 т (2 загружение);

в) распределенная нагрузка в 3-ем и 4-ом пролетах, соответственно, по 1,9 т/м и 1,1 т/м (3 загружение).

2) Вывести эпюры поперечных сил и сгибающих моментов в каждом загружении.

2.1.3 Алгоритм вычисления НДС балки

Для построения балки при открытии ПК ЛИР-ВИЗОР необходимо создать новый файл. Для этого необходимо в меню ФАЙЛ выбрать команду НОВЫЙ и в диалоговом окне, которая открылась, «ПРИЗНАК СХЕМЫ» ввести такие данные:

имя файла – БАЛКА,

признак схемы – 2 ( Три степени свободы в узле – два перемещения и поворот в плоскости X0Z).

Для создания геометрии схемы необходимо выбрать команду СХЕМА/СОЗДАНИЕ/РЕГУЛЯРНЫЕ ФРАГМЕНТЫ И СЕТИ (пиктограмма ).

В соответствующих окнах диалоговой панели «Создание плоских фрагментов и сетей» указать следующие значения:

После этого нажать на кнопку «Подтвердить ».

Задать закрепление узлов можно, используя команду СХЕМА/СВЯЗИ или пиктограмму . Для этого необходимо:

–выделить узел a (левый крайний узел балки) командой ВЫБОР/ОТМЕТКА УЗЛОВ;

– подать команду СХЕМА/СВЯЗИ;

– назначить в диалоговой панели «Связи в узлах» связи по перемещениям X и Z;

– нажать на кнопку «Подтвердить» ;

– выделить узлы с одинаковыми закреплениями b, c, d и аналогично узлу a назначить связи по перемещению узлов по направлению Z. После этого нажать на кнопку «Подтвердить ». Все узлы, которым предназначенные связи, приобретают синий цвет.

Выбор необходимых жесткостей элементов осуществляется командой ЖЕСТКОСТИ/ЖЕСТКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма ). Для формирования списка типов жесткости указываем на кнопку "Добавить".

В этой задаче в диалоговом окне «Жесткости элементов» необходимо выбирать такое сечения элементов – Брус. В диалоговой панели «Задание стандартного сечения» необходимо указать следующие параметры: модуль упругости – E = 3е6 тс/м², геометрические размеры сечения – Н = 40 см, В = 20 см, объемный вес – Ro =2.75 тс/м³ (как разделитель целой и дробовой части использовать точку).

Нажатие кнопки "Нарисовать" позволяет увидеть созданное сечение Для дальнейшего применения выбранного сечения необходимо нажать на кнопку «Подтвердить ». При этом откроется диалоговое окно, в котором содержится следующий список сечений:

"Брус 20x40"

На следующем этапе проектирования конструкции назначаем жесткости элементам:

– для задачи текущего типа жесткости войти в меню ЖЕСТКОСТЬ /ЖЕСТКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ (пиктограмма );

– в диалоговом окне указать на строку "Брус 20x40" (он выделится синим цветом). Дальше установить этот тип жесткости как текущий. Это можно сделать двумя способами: или двойным щелчком левой клавиши мыши на этой строке или нажатием на кнопку "Установит как текущий тип";