Статья опубликована в №43 (март) 2017
Разделы: Строительство
Размещена 13.03.2017. Последняя правка: 12.03.2017.
Просмотров - 2227

Анализ напряженно- деформированного состояния стержневых конструкции на примере трибуны

Хазиева Чулпан Фоатовна

магистрант

Казанский государственный архитектурно- строительный университет

Кафедра механики

Тартыгашева Анастасия Михайловна доцент, кандидат физико-математических наук, кафедра механики

УДК 539.3

Введение.                                                               

Повышение качеств строительных материалов и усовершенствование конструкций в современных инженерных сооружениях приводят к тому , что значение расчета , учитывающие действительную работу элементов при проектировании все возрастает. Чем выше качество материала и чем совершеннее конструкция , тем с большим основанием можно переходить от грубых к более точным расчетам конструкции.

Актуальность темы.

 Широкое применение временных конструкций из конструктивных элементов типа Layher,  делает востребованным исследования  несущей способности таких типов конструкции. Из конструктивных элементов  Layher сооружают такие конструкции как, строительные леса, трибуны , навесы для сцен и трибун.

Конструкции  такого типа, как и все  металлоконструкции приобретают различные дефекты на всех этапах жизненного цикла.  К характерным дефектам изготовления относятся : отклонение геометрических размеров от проектных, не прямолинейность  элементов , низкое качество соединений и защитных покрытий.  На стадии монтажа наиболее характерны такие дефекты,  как отклонение от проектного положения, механические повреждения, низкое качество соединений, пропуск отдельных элементов связей. В период эксплуатации- процесс коррозии металлической поверхности, образуются прогибы отдельных стоек и ригелей, местные деформации( вмятины , расслоения, отрывы) , трещины в элементах конструкции, просадка основания [2]. Как следствие изменяется расчетная схема конструкции, происходит перераспределение усилий.

Целью исследования является :

1.Статический  расчет для определения  деформаций  и внутренних усилий  «неповрежденной»  математической модели.

2.  Определение максимального перемещения опор ,  оценка характера распределения усилий в стержнях при структурном повреждении в виде отказа одной из опор.

Постановка задачи. 

Рассматривается  стержневая конструкция типа структурной . (рис.1) Конструкция жестко закреплена у основания. Трибуна выполнена из готовых элементов Layer.

Сечение элементов трубное, с внешним диаметром 48.3 мм;

 Использованы материалы со следующими характеристиками:

Сталь 3 ;

Модуль Юнга : 210000[Н/мм ²];

Коэффициент Пуассона:0,01;

Плотность : 5е-007[кг/мм ³];

Коэффициент температурного расширения: 1,2е-005[ ].

 Расчетная схема трибуны и сам расчет были выполнены в ПК « ЛИРА-САПР2013»[1] . Все детали конструкции смоделированы в виде стержневых элементов, с формами поперечных сечений в виде труб, в соответствии с конструктивными элементами Layher.   В опорах компоненты перемещений  задавались равными нулю (Ux , Uy , Uz =0).
 При формировании расчетной схемы методом конечных элементов  был использован тип конечного элемента   КЭ 10.  В продольном направлении 56 пролетов с шагом l=2000мм , в поперечном  8 пролетов с шагом  l= 2500мм. Состоит из  8 ярусов: высота нижнего яруса  h₁=1000мм , высота верхнего яруса h₈=10870 мм. (рис.2)  При расчете использовались следующие виды загружений:

1) Свой вес;

2) Полезная нагрузка;

3) Ветер с пульсациями + Х;

4) Ветер с пульсациями + У;

На первом этапе после создания конечно-элементной схемы выполняется статический расчёт с целью определения деформаций и внутренних усилий в «неповрежденной» математической модели. Все компоненты  перемещений Ux , Uy , Uz =0.  

Рис.3. Мозаика напряжений  в вертикальных элементах N,  единица измерений  кН

 

Рис.4. Мозаика напряжений  в горизонтальных  элементах N, единица измерений  кН

Рис.5. Мозаика напряжений  в раскосах элементах N, единица измерений  кН

Анализ  статического расчета показал :

1. Области  локализации напряжений  отсутствуют ;
2. Самыми нагруженными элементами конструкции являются – нижние стойки.(рис.3,4,5).

На практике конструкция редко эксплуатируются  в идеальных условиях вводим структурное повреждение в виде отказа одной из опор. Покажем как  будет происходить  распределение деформаций и усилий при отказе одной из опор.
В расчётной схеме необходимо удалить закрепление по оси  U_z    . В общем случае для опорных узлов может рассматриваться отказ не все закреплений, а одного или нескольких из них. Тогда в расчетной схеме необходимо удалить закрепления только по тем степеням свободы, отказ которых рассматривается [3].

Конструкция симметричная, рассматриваем только половину конструкции.  Рассматриваем 1,14,28 ряды.(рис.6)

Основные выводы.

1. При подобном  изменении  расчетной схемы несущая способность будет теряться, в первую очередь, в откосе от потери устойчивости в трубной части или в узле сопряжения со стойкой (рис 7,8,9);

2. Усилия с деформированной стойки распределяются на откосы, затем на ближайшие стойки;

3. Установлена опора с максимальным перемещением , который составляет 68,078 мм.

1. Водопьянов Р.Ю. Гензерский Ю.В. , Титок В.П., Артамонова А.Е Програмный комплекс ЛИРА-САПР-2013: учеб.пособие –М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов ,2012г. -208с.
2. Фесик, С. П. Справочник по сопротивлению материалов: справочное издание - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев : Будівельник, 1982. - 280 с.
3. Дробот Д. Простой пример расчета балки на структурное повреждение в виде отказа одной из опор в динамической постановке. Лира 10.4// URL: https://dwg.ru/b/d1985/71 (дата обращения: 21.12.2015).

Рецензии:

13.03.2017, 9:07 Галкин Александр Федорович
Рецензия: Статья соответствует требованиям журнала. Стиль изложения корректный и ясный. Поставленная в статье цель достигнута. Рекомендуется к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий