Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №43 (март) 2017
Разделы: Строительство
Размещена 13.03.2017. Последняя правка: 12.03.2017.

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


Аннотация:
В статье изложены результаты компьютерного моделирования напряженно – деформированного состояния стержневой конструкции на примере трибуны. Результаты расчета представлены в виде мозаик напряжений, найдена опора с максимальным перемещение при отказе конструкций.


Abstract:
The article presents the results of computer modeling of stress – strain state of the rod design on the example of the rostrum. The calculation results are presented in the form isopoly stress, found support with the maximum displacement at failure.


Ключевые слова:
анализ напряженно-деформированного состояния; компьютерное моделирование; стержневые конструкции; отказ конструкции.

Keywords:
analysis of the stress-strain state; computer modelling; rod design; failure of the structure.


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[ ].

Рис 1. Физическая модель.


Математическая модель.

 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;
Рис. 2. Математическая модель.

Рис. 2. Математическая модель


Численные исследования.

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

Рис.4. Мозаика напряжений  в горизонтальных  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

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  Uz    . 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)
Рис.6. Вид сверху .

Рис.6. Вид сверху .


Из расчетной схемы исключается связь по порядку в каждом узле. Таким образом,  было проведено 27  численных экспериментов. Результаты расчета изображены на рисунках 7,8,9..


Рис.7. Мозаика напряжений  в вертикальных элементах N,  единица измерений  кН
 
Рис.7. Мозаика напряжений  в вертикальных элементах N,  единица измерений  кН

 Рис.8. Мозаика напряжений  в горизонтальных  элементах N, единица измерений  кН
 
Рис.8. Мозаика напряжений  в горизонтальных  элементах N,единица измерений  кН

Рис.9. Мозаика напряжений  в раскосах элементах N, единица измерений  кН


Рис.9. Мозаика напряжений  в раскосах элементах N, единица измерений  кН



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.

Библиографический список:

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


 
 

Вверх