• Центр компетенций САПР
  • в строительстве с 1994 г.
Техподдержка

Техподдержка

Все о системах автоматизированного проектирования (САПР) и BIM технологии

Моделирование разрезных и неразрезных балок

Моделирование разрезных и неразрезных балок

В расчете прогонов как разрезных, так и не разрезных нет ничего сложного. Любой инженер подбирал прокат «балочки» еще в институте. Однако, при моделировании неправильного условия примыкания прогонов к главным балкам или фермам можно исказить расчет остальных конструкции, не менее важных по своим конструктивным особенностям элементов. Например, моделируем балочную клетку, второстепенные балки разрезные, крепятся к главным сверху.  Ставим шарниры в плоскости изгиба балки и получаем приемлемые изгибающие моменты по всем элементам конструкции:

моделирование балок

Теперь загрузим ту же схему боковой нагрузкой на колонны, получим изгибающие моменты, как в главной балке, так и во второстепенных балках. Происходит это потому, что стержневые конечные элементы имеют между собой шесть степеней свободы, а мы освободили поворот только в одной плоскости, что и вызвало дополнительный момент из плоскости изгиба балок.

плоскость изгиба

В реальной конструкции добиться такого жесткого защемления при поэтажном сопряжении балок сложно. В связи с этим напрашивается установка еще одного шарнира, который освободит нам поворот второстепенных балок и в этом направлении. В результате расчета мы не увидим дополнительных усилий, которые могут спровоцировать подбор балок неоправданно большего сечения. 28012017-3.png

 

В нашей конструкции моменты появились из-за неравномерного загружения конструкции (средние колонны берут на себя больше нагрузку от ветра, нежели крайние). Можно также встретить появление моментов из плоскости и из-за сложности конструкции, неравномерная деформация повлечет неравномерный изгиб конструкций.

Теперь давайте смоделируем неразрезной прогон, сопряжение также поэтажное. Логично было бы тут убрать шарнир в плоскости изгиба. Рассчитаем схему, проанализируем результат:

шарнир плоскости изгиба

Изгибающие моменты во второстепенных балках появились над опорами, что характерно для неразрезных элементов. Шарниры из плоскости балок в схеме остались по тем же причинам, о которых я писал выше, что привело к разумному отсутствию изгибающих моментов из плоскости. Однако в нашей новой схеме появились новые моменты – крутящие в балках:

крутящие моменты

Связаны они с неравномерной загрузкой крайней балки Нагрузка на нее предается с одной стороны, а жесткое примыкания ведет к повороту сечения, который ограничен на колонне. Получается, что теперь колонна подвергается действию момента из плоскости, посмотрим в расчет:

результаты расчета

Действительно, моменты в колоннах появились, что также неприемлемо, если вспомнить работу реальной конструкции. Модель необходимо доработать, сохранив при этом неразрезную работу конструкции. Рассмотрю два способа (хотя можно найти и больше):

 1 . Расшивка узлов

В этом методе программа Лира 10.6 позволяет расшить конструкции в узле крепления балки второстепенной и главной, при этом, наложив вручную связь по заданным направлениям. Операция называется «Создание групп объединения перемещений».

Для разрыва соединений необходимо выделить элементы, которые подвергаются дальнейшему  разъединению, а также узлы, в которых происходит расшивка. В этом узле после выполнения операций появится два узла (в одной координате), которые будут объединены по заданным направлениям (x,y,z).Сложность метода заключается в выделении балок и узлов в сложных схемах. 28012017-7.png

 

Результат работы привожу в эпюрах:

эпюры

Появляются только те моменты, которые мы встречаем в реальных схемах.

 2. Создание двух узловых конечных элементов упругой связи

Устранить недостаток первого метода (выделение элементов в сложных схемах) можно с помощью двухузловых конечных элементов упругой связи. Элементы можно копировать, а значит можно быстро размножать такие соединения по схеме. Для использования такого метода в схеме необходимо сперва сместить плоскость балок, и заполнить расстояние между узлами двухузловым конечным элементом упругой связи (КЭ55). 28012017-9.png

 

Жесткость таким элементам присваивается значительная, физически означающая смятие узла (поскольку жесткость упругой связи – это отношение силы на деформацию, при весьма малой деформации значение жесткости будет стремиться к бесконечности). Длина элементов упругой связи особой роли не играет, поскольку жесткость от длины не зависит. Закреплять направления необходимо ориентируясь на локальные оси элементов упругих связей, освобождая повороты из плоскости изгиба второстепенных балок, а так же кручение. Получим результаты:

эпюры результаты

Усилие момента из плоскости балок возникло из-за применения связи конечной жесткости, а не абсолютной как в первом случае, однако оно пренебрежимо мало, в сравнении с изгибающим моментом в плоскости изгиба. Метод можно считать приемлемым. У метода есть недостаток, например, при построении многоэтажной балочной клетки будет не просто учесть работу колонны выше уровня клетки. В таком случае можно попробовать балки «не довести» до колонн.

В результате можно сказать, что оба момента в схеме обеспечили реальную работу конструкции с неразрезными прогонами. Методы можно комбинировать в одной схеме, учитывая особенности работы обоих методов.

Протестировать все возможности ПК ЛИРА 10.6

Скачать демоверсию ЛИРА 10.6

Теги: ПК ЛИРА 10


« Вернуться на главную
Подписаться на блог

Облако тегов

Показать все

Предложить тему для публикации

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Подробнее