Расчет плоских рам в ПК ЛИРА-САПР. Методические указания для студентов

+Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Строительство и архитектура»








РАСЧЕТ ПЛОСКИХ РАМ В ПК «ЛИРА-САПР»

Методические указания к выполнению расчетно-графического задания
по дисциплинам «Практикум по компьютерной технике»,
«Строительные конструкции. Спецкурс», «Строительная механика»






Комсомольск-на-Амуре 2012
УДК 539.4:624.01:681.3.06

Расчет плоских рам в ПК «ЛИРА» : методические указания к выполнению расчетно-графического задания по дисциплинам «Практикум по компьютерной технике», «Строительные конструкции. Спецкурс», «Строительная механика» / сост. Ю. Н. Чудинов. – Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2008. – 28 с.
В методических указаниях изложены краткие сведения о ПК «ЛИРА», о методе конечных элементов, реализуемом в системе «ЛИРА», рассмотрен пример расчета плоской рамы.
Предназначены для студентов специальностей для студентов специальностей 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство», 270302 «Дизайн архитектурной среды» очной и заочной форм обучения.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет».

Согласовано с отделом менеджмента качества.





Рецензент В. А. Дзюба
Редактор Ю. Н. Осинцева ________________________________________________________________
Подписано в печать 05.02.2008.
Формат 60 ( 84 1/16. Бум. тип. № 3. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,805. Тираж 50. Заказ 21204.

Редакционно-издательский отдел Государственного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»
681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

Полиграфическая лаборатория Государственного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»
681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
Введение

Программный комплекс ЛИРА (ПК ЛИРА-САПР) – это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.
ПК ЛИРА с успехом применяется в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения и во многих других сферах, где актуальны методы строительной механики.
Программные комплексы семейства ЛИРА имеют более чем 40-летнюю историю создания, развития и применения в научных исследованиях и практике проектирования конструкций. В данных методических указаниях рассматривается версия ПК ЛИРА-САПР 2011
Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок, температурных, деформационных и динамических воздействий (ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия и т.п.) ПК ЛИРА-САПР автоматизирует ряд процессов проектирования: определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.
ПК ЛИРА-САПР позволяет исследовать общую устойчивость рассчитываемой модели, проверить прочность сечений элементов по различным теориям разрушений.
ПК ЛИРА-САПР предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической и геометрической нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа и демонтажа элементов.
Возможности, предоставляемые по результатам расчета при отображении напряженно-деформированного состояния объекта, позволяют произвести детальный анализ полученных данных:
по изополям перемещений и напряжений;
эпюрам усилий и прогибов;
мозаикам разрушения элементов;
главным и эквивалентным напряжениям;
и по многим другим параметрам.
Полное изложение всего инструментария ПК «ЛИРА-САПР» и его возможностей можно найти в Руководстве пользователя [1].
Настоящие методические указания ставят своей целью дать описание основных операций при расчете плоских рам и балок в ПК «ЛИРА-САПР», а также указать на причины типичных ошибок, наиболее часто встречающихся на практике.
В качестве примера рассматривается расчет плоской рамы на вертикальные нагрузки.
1 БИБЛИОТЕКА СТЕРЖНЕВЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПК «ЛИРА-САПР»

Теоретической основой ПК «ЛИРА-САПР» является метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в форме перемещений. Выбор именно этой формы объясняется простотой ее алгоритмизации и физической интерпретации, наличием единых методов построения матриц жесткости и векторов нагрузок для различных типов конечных элементов (КЭ), возможностью учета произвольных граничных условий и сложной геометрии рассчитываемой конструкции.
При расчете МКЭ стержневые конструкции представляются в виде совокупности конечных элементов, соединенных между собой в узловых точках. В отличие от более сложных конструкций - пластин, оболочек и т.д., при расчете стержневых систем каждый стержень постоянного сечения принимается за отдельный элемент. Решение в этом случае (при условии линейной постановки задачи) получается точным, совпадающим с аналитическим решением.
Библиотека конечных элементов ПК «ЛИРА-САПР» содержит элементы, моделирующие работу различных типов конструкций:
элементы стержней,
четырехугольные и треугольные элементы плоской задачи, плиты, оболочки,
элементы пространственной задачи – тетраэдр, параллелепипед, трехгранная призма.
Кроме того, в библиотеке имеются различные специальные элементы, моделирующие связь конечной жесткости, упругую податливость между узлами, элементы, задаваемые численной матрицей жесткости.
Состав библиотеки наиболее часто используемых типов конечных стержневых элементов для линейных задач расчета строительных конструкций приведен в приложении А.

2 НАЧАЛО РАБОТЫ В ПК «ЛИРА-САПР»

Запуск основного модуля программного комплекса осуществляется через меню Пуск рабочего стола Windows:
(Пуск | Программы | |).
ПК «ЛИРА-САПР» функционирует в трех основных режимах работы:
режим создания расчетной схемы объекта;
режим процессора;
режим анализа и документирования результатов расчета.
При загрузке ПК активным является основной режим (создание расчетной схемы).

2.1 Основные расчетные схемы конструкций в
ПК «ЛИРА-САПР»

Сразу после старта ПК открывается стандартное диалоговое окно Признак схемы (рисунок 1), в котором необходимо задать имя и шифр задачи (если необходимо, дать краткое описание задачи) и самое главное выбрать признак расчетной схемы.

Рисунок 1 – Диалоговое окно Признак схемы
ПК «ЛИРА-САПР» реализует пять основных расчетных схем (моделей).
Самая общая расчетная схема – №5, которая предполагает шесть степеней свободы в каждом узле и с помощью которой может быть рассчитана любая конструкция: от простой фермы до сложной комбинированной системы с использованием плоских и объемных КЭ. Но для наиболее часто встречаемых на практике конструкций применимы более простые схемы.
Расчетная схема №1 (две степени свободы в каждом узле – линейные перемещения по осям Ox, Oz) позволяет рассчитывать плоские ферменные конструкции (стержневые конструкции, шарнирно соединенные).
Расчетная схема №2 – самая популярная, так как с ее помощью выполняется расчет плоских балок и рам, обладающих тремя степенями свободы в каждом узле – линейные перемещения по осям Ox, Oz и угол поворота вокруг оси Oy.
!!! В ПК «ЛИРА-САПР» для первых двух расчетных схем основной рабочей плоскостью является плоскость xOz в отличие от AutoCAD – другой популярной программы (где основная рабочая плоскость xOу). Это несоответствие приводит к частым ошибкам у начинающих пользователей, когда они задают координаты узлов или направление нагрузок по оси Oу.
С помощью расчетной схемы №3 могут быть выполнены расчеты плоских плит перекрытий и покрытий, фундаментных плит и т.д. В данной схеме КЭ считаются абсолютно жесткими в своей плоскости (здесь рабочая плоскость – xOу) и поэтому в этой модели учитываются только нормальные перемещения по оси Oz и два угла поворота вокруг осей Ox и Oy.
Данная схема рассматривает изгиб конструкций в двух направлениях.
Расчетная схема №4 (три степени свободы в каждом узле линейные перемещения по осям Ox, Oу, Oz) позволяет рассчитывать пространственные ферменные конструкции.
Заполним поля диалогового окна, отметим расчетную схему №2 (рисунок 2) и щелкнем левой кнопкой мыши по кнопке Потвердить и тем самым войдем в режим создания и редактирования модели конструкции.

Рисунок 2 – Диалоговое окно Признак схемы
с выбранными расчетными параметрами
На рисунке 3 показаны основные панели рабочего окна в режиме создания модели. В приложении Б приведены основные команды (функции) этих панелей, которые также могут выполняться с помощью команд ниспадающих меню.


Рисунок 3 – Основные панели ПК «ЛИРА» в режиме создания модели

2.2 Основные этапы расчета плоских рам и балок в
ПК «ЛИРА-САПР»

Во избежание ошибок и затруднений при расчете конструкций, первое, что должен хорошо понять и запомнить начинающий пользователь ПК «ЛИРА-САПР» – это алгоритм расчета задачи (основные операции), приведенный ниже.
Алгоритм расчета балок и плоских рам:
1) Выбор расчетной схемы №2 (признака схема). Этот параметр можно поменять в любой момент создания и редактирования модели с помощью пиктограммы или команды меню Схема ( Признак схемы.
2) Выбор единиц измерения для исходных данных и результатов расчета: команды меню Опции ( Единицы измерения. Единицы измерения также можно менять в процессе редактирования модели, но для избежания ошибок и путаницы лучше взять себе за правило выполнять эту операцию в самом начале расчета.
3) Создание геометрической схемы конструкции. Для конструкций, имеющих простые регулярные схемы, эту операцию проще всего выполнять с помощью пиктограмм: для балок и рам – , для ферм – .
4) Закрепление опорных узлов – пиктограмма или команда меню Схема ( Связи.
5) Выбор требуемых типов жесткости из библиотеки жесткостных характеристик.
6) Присвоение жесткостей, занесенных в библиотеку файла конкретным конечным элементам схемы.
7) Задание нагрузок на отдельные узлы и элементы.
8) Выполнение расчета конструкции МКЭ.
9) Анализ результатов расчета.
!!! На всех этапах (кроме первых двух) большинство команд связано с работой с отдельными КЭ и узлами. Поэтому надо внимательно следить за тем, какие из узлов и элементов являются выделенными в конкретный момент времени. Много ошибок у начинающих пользователей связаны с тем, что они задают жесткости (прикладывают нагрузку и т.д.) не к тем узлам и элементам из-за простой невнимательности.

3 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЛОСКОЙ РАМЫ НА СТАТИЧЕСКИЕ
НАГРУЗКИ

3.1 Исходные данные

В качестве примера выполним расчет трехпролетной плоской рамы (рисунок 4) по исходным данным, приведенным в [2], а именно:
а) пролет рамы (длина ригеля) Lb = 7 м;
б) высота этажа (длина колонны) Hэт = 4.2 м;
в) сечение колонны hc = bc = 0.4 м;
а)

б)

в)

Рисунок 4 – Схема рамы: а – первый вариант загружения;
б – второй вариант загружения; в – сечение элементов
г) сечение ригеля bb = 0.25 м, hb = 0.6 м;
д) класс бетона ригеля и колонны В25 (модуль упругости для аного класса бетона равен Е = 27 000 Мпа = 27 000 000 Кпа).
Раму необходимо рассчитать на два варианта загружения:
а) на равномерно-распределенную постоянную нагрузку g = 28.39 кН/м, действующую во всех трех пролетах (см. рисунок 4, а);
б) на равномерно-распределенную временную нагрузку v = 35.34 кН/м, действующую только в среднем пролете (рисунок 4, б).

3.2 Порядок расчета рамы

Этапы
и операции
Команда и ее инструмент
Ваши действия
Рекомендации
и комментарии

Запуск системы ЛИРА-САПР 2011

Выполните команды Windows: Пуск ( Программы ( Lira-SAPR( ЛИРА-САПР 2011(ЛИРА-САПР
См. примечания 1

1 Создание новой задачи

В диалоговом окне «Признак схемы» задайте имя задачи: «Плоская рама», введите комментарий «Поперечная рама каркасного здания», отметьте признак схемы: «2»


2 Задание единиц измерения

Выполните команды меню Опции ( Единицы измерения. В диалоговом окне «Единицы измерения» установите размерности, соответствующие системе СИ. Подтвердите выбор новых размерностей, щелкнув по кнопке «подтвердить»
Закладка «Исходные данные»: геометрия – м, сечения – см, нагрузки – кН, объемный вес – кН и м
Закладка «Результаты расчета»: перемещения – м, сечения – см, , усилия – кН и м, напряжения - –Па
Закладка «Арматура»: диаметр арматуры – мм,
площадь арматуры – см, вес арматуры – кг,
ширина раскрытия трещин - мм, площадь опалубки – м.


3.Создание геометрической схемы рамы

3.1 Генерация
рамы

В диалоговом окне «Создание плоских фрагментов и сетей» активизируйте закладку «Генерация рамы», затем задайте шаг конечных элементов вдоль горизонтальной оси и количество шагов, а также шаг КЭ вдоль вертикальной оси и количество шагов.
13 EMBED PBrush 1415
После этого щелкните по кнопке Применить. Закройте окно «Создание плоских фрагментов и сетей», щелкнув по кнопке 13 EMBED PBrush 1415
Это окно, как и многие другие, является немодальным. То есть с расчетной схемой можно работать, не закрывая его, что удобно для создания и корректировки расчетной схемы. !!!Разделитель дробной части в ПК "ЛИРА"- точка. Если при наборе второго шага появляется сообщение об ошибке - значит вместо точки набрана запятая

3.2 Выбор
«лишних»
элементов

Активизируйте режим отметки элементов. Выделите три верхних горизонтальных элемента, последовательно щелкнув на них мышью. Выделенные элементы должны окраситься в красный цвет (цвет выделенных элементов и узлов, принятый в программе по умолчанию)
Другой вариант выделения и элементов (узлов)- растягивание вокруг нужных элементов (узлов) "резинового окна". Если по ошибке выделен другой элемент – еще раз щелкните по нему (выделение исчезнет)

3.3 Удаление
«лишних»
элементов

Щелчок на эту кнопку удалит выделенные элементы.
Другой вариант удаления выделенных объектов – нажатие клавиши Delete на клавиатуре

3.4 Сохранение
данных
13 EMBED PBrush 1415
В диалоговом окне «Сохранить активный документ» задайте папку, в которую будет сохранена эта задача
С помощью открывшегося окна «Сохранить как» найдите Вашу рабочую папку и сохраните файл в эту папку. См. также примечание 2

4 Задание граничных условий

4.1 Вывод на экран номеров узлов



Щелчком на кнопку «Флаги рисования» откройте диалоговое окно «Показать». Активизируйте закладку «Узлы». После этого отметьте опцию Номера узлов и щелкните по кнопке Применить
На расчетной схеме отобразятся номера узлов

4.2 Выделение узлов № 1-4, 9-12

Активизируйте режим отметки узлов. Выделите узлы № 1-4, 9-12
Узлы окрашиваются в красный цвет.

4.3 Назначение граничных условий в выделенных узлах

В диалоговом окне «Связи в узлах» активизируйте закладку «Назначить связи», отметьте направления, по которым запрещены перемещения узлов (X, Z) и щелкните по кнопке Применить. Закройте окно «Связи в узлах», щелкнув по кнопке 13 EMBED PBrush 1415
Узлы окрашиваются в синий цвет. Исключение двух линейных степеней свободы узлов моделирует шарнирно-неподвижную опору. Другие варианты закреплений опорных узлов см. в приложении В

5 Формирование типов жесткости из библиотеки жесткостных характеристик

5.1 Вывод на экран окна «Жесткости и материалы»
13 EMBED PBrush 1415
Откройте диалоговое окно «Жесткости и материалы»


5.2 Выбор типа сечения «Брус»
13 EMBED PBrush 1415
доб
Щелкните по кнопке Добавить и, выбрав закладку «Стандартные типы сечений», активизируйте сечение «Брус»
Для того чтобы вызвать окно задания параметров сечения, дважды щелкните на пиктограмме сечения

5.3 Задание параметров сечения «Брус» для вертикальных элементов рамы (колонн)

В диалоговом окне «Задание стандартного сечения» введите параметры сечения:
- модуль упругости – Е = 27 000 000 кН/м2;
- геометрические размеры – В = 40 см;
Н = 40 см, комментарий – колонна. Подтвердите задание типа жесткости, щелкнув по кнопке «подтвердить»
Комментарии особенно важны, когда ведется расчет конструкций с несколькими типами жесткостей, и важно не напутать при присвоении их элементам

5.4 Задание параметров сечения «Брус» для горизонтальных элементов рамы (ригелей)

Активизируйте окно «Задание стандартного сечения» двойным щелчком по пиктограмме сечения «Брус». Занесите параметры нового сечения:
- модуль упругости – Е = 27 000 000 кН/м2;
- геометрические размеры – В = 25 см;
Н = 60 см, комментарий – ригель. Подтвердите задание типа жесткости, щелкнув по кнопке «подтвердить»
Если была допущена ошибка при задании жесткостных параметров сечений, необходимо выбрать редактируемую жесткость в окне списков и щелчком по кнопке «изменить» войти в режим редактирования

6 Назначение жесткостей элементам рамы

6.1 Назначение типа жесткости «1.Брус 40х40» колоннам

Выделите нужную жесткость в окне списка и щелкните по кнопке Установить как текущий тип
В окне текущего типа отобразится выбранная жесткость

6.2 Выделение вертикальных элементов

Выделите вертикальные элементы, последовательно щелкнув на них или растянув вокруг вертикальных элементов «резиновое окно»
Выделенные элементы окрашиваются в красный цвет.

6.3 Назначение выделенным элементам текущего типа жесткости

В диалоговом окне «Жесткости и материалы» щелкните по кнопке Назначить
С элементов снимается выделение. Это свидетельство того, что выделенным элементам присвоена текущая жесткость

6.4 Назначение типа жесткости «2.Брус 25х60» ригелям

Выделите нужную жесткость в окне списка и щелкните по кнопке Установить как текущий тип


6.5 Выделение горизонтальных элементов

Выделите горизонтальные элементы


6.6 Назначение выделенным элементам текущего типа жесткости

В диалоговом окне «Жесткости и материалы» щелкните по кнопке Назначить


6.7 Закрытие диалогового окна «Жесткости и материалы»

В диалоговом окне «Жесткости и материалы» щелкните по кнопке Закрыть


7 Задание нагрузок

Формирование загружения № 1 (постоянная нагрузка)

7.1 Задание имени загружению
13 EMBED PBrush 1415
Откройте диалоговое окно «Активное загружение». Задайте имя загружения 1 – постоянная нагрузка. Подтвердите имя загружения щелчком по кнопке Применить
Номер активного загружения отражается в окне «Загружение»:
13 EMBED PBrush 1415

7.2 Вывод на экран номеров элементов



Щелчком на кнопку «Флаги рисования» откройте диалоговое окно «Показать». Активизируйте закладку «Элементы». После этого выберите команду Номера элементов и щелкните по кнопке Применить
На расчетной схеме отобразятся номера элементов

7.3 Выделение элементов № 9,10 и 11

Выделите горизонтальные элементы №9, 10 и 11.


7.4 Задание постоянной нагрузки g на выделенные элементы № 9,10 и 11
13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415
В диалоговом окне «Задание нагрузок» активизируйте закладку «Нагрузки на стержни». Укажите (или проверьте) опции кнопок – система координат «Глобальная», направление – вдоль оси «Z». Щелчком по кнопке равномерно распределенной нагрузки вызовите диалоговое окно «Параметры местной нагрузки». В этом окне введите интенсивность g = 28.386 кН/м и подтвердите ввод. После этого в диалоговом окне «Задание нагрузок» щелкните по кнопке Применить
После выполнения команд по заданию постоянной нагрузки на рабочем экране отобразится нагрузка на горизонтальные элементы

13 EMBED PBrush 1415


Формирование загружения № 2 (временная нагрузка)

7.5 Смена номера текущего загружения
13 EMBED PBrush 1415
В диалоговом окне «Активное загружение» задайте номер и имя нового загружения – 2, временная нагрузка
Номер активного загружения можно поменять через окно «Загружение».
13 EMBED PBrush 1415
Но в этом окне нельзя задать новое имя загружению

7.6 Выделение элемента № 10

Выделите элемент № 10


7.7 Задание временной нагрузки v на выделенный элемент № 10
13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415
В диалоговом окне «Задание нагрузок» активизируйте закладку «Нагрузки на стержни». Проверьте опции кнопок - система координат «Глобальная», направление – вдоль оси «Z». Щелчком по кнопке равномерно распределенной нагрузки вызовите диалоговое окно «Параметры местной нагрузки». В этом окне введите интенсивность v = 35.34 кН/м и подтвердите ввод. После этого в диалоговом окне «Задание нагрузок» щелкните по кнопке Применить


8 Расчет рамы МКЭ

8.1 Запуск задачи на расчет

Щелкните по кнопке инструмента или введите команды Режим ( Выполнить расчет.
Если в процессе формирования расчетной модели допущены ошибки, в конце расчета появится сообщение ЗАДАНИЕ НЕ ВЫПОЛНЕНО. В этом случае необходимо закрыть текущее окно и исправить допущенные ошибки (см. примечание 3)

8.2 Переход в режим Результаты расчета

Щелкните по кнопке инструмента или введите команды Режим ( Результаты расчета


9 Вывод результатов расчета

9.1 Вывод на экран недеформированной схемы
13 EMBED PBrush 1415
Уберите с экрана деформированное положение рамы. Щелкните по кнопке инструмента или введите команды Схема ( Исходная схема
См. примечание 4

9.2 Вывод на экран графического контейнера

Введите команды меню Окно ( Графический контейнер
В правой части экрана появиться окно Графического контейнера (см. примечание 5)

9.3 Добавление недеформированной расчетной схемы в окно графического контейнера
13 EMBED PBrush 1415
Щелкните по кнопке инструмента в окне графического контейнера
В окне графического контейнера появится рисунок расчетной схемы (см. также примечание 6)

9.4 Перенос изображения недеформированной расчетной схемы в буфер обмена
13 EMBED PBrush 1415
Сделайте изображение расчетной схемы в окне графического контейнера активным, щелкнув по нему левой кнопкой мыши. Далее щелкните по кнопке копировать в этом же окне
Изображение расчетной схемы перенесется в буфер обмена, откуда его можно вставить в программу обработки результатов расчета (см. примечание 7)

9.5 Вывод на экран панели Эпюры

Панель Эпюры вызывается на экран щелчком по кнопке инструмента с панели Перемещения и напряжения


9.6 Вывод на экран эпюры MY

Щелкните по кнопке инструмента на панели Эпюры
На экране отобразится эпюра изгибающих моментов

9.7 Вывод на экран значений усилий на эпюрах

13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
Щелчком на кнопку «Флаги рисования» откройте диалоговое окно «Показать». Активизируйте закладку «Результаты». Отметьте опцию Значения на эпюрах и щелкните по кнопке Перерисовать
На эпюре изгибающих моментов отобразится значение усилий в начальных и конечных сечениях элементов (см. примечание 8)

9.8 Добавление эпюры моментов в окно графического контейнера
13 EMBED PBrush 1415
Щелкните по кнопке инструмента в окне графического контейнера
В окне графического контейнера появится изображение эпюры моментов

9.9 Вывод на экран эпюры QZ

Щелкните по соответствующей кнопке инструмента на панели Эпюры
На экране отобразится эпюра поперечных сил

9.10 Добавление эпюры поперечных сил в окно графического контейнера
13 EMBED PBrush 1415
Щелкните по кнопке инструмента в окне графического контейнера
В окне графического контейнера появится изображение эпюры поперечных сил

9.11 Вывод на экран информационного окна для элемента №9

Щелкните сначала по кнопке «Информация об узлах и элементах», а затем по элементу №9. На экране отобразится окно информации для указанного элемента
Другой вариант – команды меню: Выбор ( Информация об элементе №( 9 ( подтвердить

9.12 Вывод на экран эпюр QZ и MY для элемента №9
13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415
Отметьте в информационном окне опцию «Эпюры». В открывшемся окне снимите щелчками мыши выделение всех эпюр, кроме QZ и MY
Окно эпюр QZ и MY
13 EMBED PBrush 1415

9.13 Добавление эпюр QZ и MY для элемента №9 в окно графического контейнера
13 EMBED PBrush 1415
Щелкните по кнопке инструмента в окне графического контейнера
В окне графического контейнера появится изображение эпюр QZ и MY для элемента №9 поперечных сил

9.14 Вывод на экран таблицы усилий для элементов
№9-11
13 EMBED PBrush 1415
Выделите одним из способов элементы №9-11. Щелкните по кнопке инструмента на панели Выбор. В открывшемся окне редактора форм выберите в списке опцию «Усилия(стержни)» и щелкните по кнопке «Таблицу на экран». Отметьте в новом окне опцию «Для выбранных элементов» и нажмите на кнопку «Создать».
На экране появится таблица усилий для элементов №9-11
13 EMBED PBrush 1415Если необходим вывод усилий для отдельных элементов, их выбор обязательно должен быть сделан до открытия редактора форм. После открытия редактора форм выбор элементов и узлов невозможен

9.15 Добавление таблицы усилий для элементов №9-11 в окно графического контейнера

В созданной таблице усилий выполните команду меню Файл ( Копировать документ
Таблица усилий скопируется в окно графического контейнера (см. также примечание 9)

9.16 Завершение работы
13 EMBED PBrush 1415
Скопируйте все содержимое графического контейнера в программу MathCAD. Сохраните результаты своей работы и закройте ПК ЛИРА



Примечания
1) Если на компьютере в качестве разделителя для десятичных дробей установлена запятая, то при запуске ПК «ЛИРА» появится окно

и после нажатия кнопки «ОК» программа «ЛИРА-САПР» закроется.
Для возможности дальнейшей работы с ПК «ЛИРА -САПР» необходимо поменять разделитель с помощью меню Пуск рабочего стола Windows: Пуск(Панель управления(Языки и региональные стандарты (Настройка(Числа.
2) Полезный совет – дополните имя файла Плоская рама дополнительной информацией (например, добавьте свою фамилию). Практика показывает, когда на одном компьютере аналогичные задачи выполняют много пользователей, сохраняя файлы под одним именем (пусть и в разные папки), часто происходит путаница и в дальнейшем у пользователя могут возникнуть проблемы с поиском своей работы.
3) Одна из наиболее типичных ошибок – расчетная модель представляет геометрически изменяемую конструкцию.
Три основные причины такой ошибки:
а) неправильно выбран признак схемы;
б) неправильно заданы условия закрепления опорных узлов;
в) неправильно произведена стыковка отдельных конечных элементов и узлов (такая ошибка характерна для моделей, формируемых не по стандартным геометрическим шаблонам, а по отдельным узлам и КЭ).
Как исправить эти ошибки?
а) Проверить выбор признака схемы №2 в диалоговом окне «Признак схемы» .
б) Выбрать последовательно опорные узлы и проверить закрепление двух линейных степеней свободы узлов X и Z, с помощью команд Выбор ( Информация об узле. К сожалению, в ПК ЛИРА не предусмотрен визуальный контроль условий закрепления (номера исключенных степеней свободы нельзя вывести на экран).
в) Провести упаковку схемы с помощью команд Схема ( Корректировка( Упаковка схемы( Упаковать (или с помощью кнопки упаковка схемы , расположенной на панели корректировка).
4) Деформированная схема в данном примере не соответствует реальной картине деформаций, т.к. каждый конструктивный элемент моделируется одним КЭ. Для получения наглядной картины деформирования необходимо более мелкое разбиение отдельных конструктивных элементов на КЭ.
5) Графический контейнер позволяет собирать копии экрана из различных окон приложения для их дальнейшей обработки. Он позволяет копировать изображения в другие приложения через буфер обмена, сохранять их как графические файлы, а также распечатывать.
6) При выводе расчетной схемы обратите внимание, чтобы на ней были отражены номера КЭ. Это потребуется в дальнейшем при анализе результатов расчета, представленных в табличном виде.
7) Все результаты расчета рамы (рисунки и таблицы) необходимо будет в дальнейшем перенести в программу MathCAD и соответствующим образом оформить. Пример оформления приведен в приложении Г.
8) При выводе численных значений внутренних усилий на эпюрах обычно происходит наложение, что приводит к невозможности просмотра всех результатов. Такой вывод информации эффективен больше для балок, чем для рам, где более удобным является табличный вывод информации или построение эпюр отдельно для каждого рассматриваемого конечного элемента.
9) Таблицу усилий с помощью команд меню Файл можно также скопировать в буфер для последующей вставки в документ программы Excel или сразу сохранить в виде документа Excel.

4 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ

В расчетно-графическом задании необходимо выполнить расчет трехпролетной плоской рамы на два варианта загружения (рисунок 4)и соответствующим образом оформить результаты расчета. Расчетные схемы рамы приведены на рисунке 5. Процедура «врезки» шарниров для схемы (рисунок 5, б) приведена в приложении Г.

а) б)


Рисунок 4 – Расчетные схемы рамы: а – полный каркас;
б – неполный каркас

4.1 Правила оформления РГЗ

При выполнении расчетно-графического задания надо строго придерживаться указанных ниже правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не зачитываются и возвращаются студентам для переработки.
Расчетно-графическое задание должно быть оформлено в соответствии с примером, приведенном в Приложении Д настоящих методических указаний.
Оформление расчетно-графического выполняется в программе MathCAD, куда должны быть перенесены все результаты расчета рамы (рисунки и таблицы).
Перед решением РГЗ надо выписать полностью его условие и исходные данные.
На расчетной схеме рамы должны быть указаны численные значения геометрических размеров и нагрузок для выполняемого варианта.
Перед сдачей зачета студент обязан защитить расчетно-графическое задание.

4.2 Исходные данные

Данные о геометрии рамы, нагрузках действующих на раму, и материалах конструкций выбираются из таблицы 1 по номеру варианта. Номер варианта представляет двухзначное число – последние две цифры шифра зачетной книжки (студенческого билета).

Таблица 1 – Исходные данные к РГЗ

Геометрия
Цифра


0
1
2
3
4
5
6
7
8
9


Первая цифра варианта

1 Тип здания (каркас)
полный
неполный
полный
неполный
полный
неполный
полный
неполный
полный
неполный

2 Высота этажа (м)
3.6
3.4
3.2
3
2.8
3.5
3.3
3.1
2.9
2.7

3 Длина ригеля (м)
7
7.2
7.4
7.1
6
6.3
6.6
6.9
6.5
6.4

Нагрузки, материалы
Вторая цифра варианта

1 Постоянная расчетная нагрузка (кН/м)
28.20
30.40
29.50
21.60
32.30
25.26
29.18
30.25
24.18
28.15

2 Временная расчетная нагрузка (кН/м)
32.30
35.10
29.12
25.48
24.25
30.89
34.58
36.28
28.57
29.14

3 Класс бетона ригеля
B20
B25
B30
B35
B30
B30
B20
B25
B25
B30

4 Класс
бетона
колонны
B20
B25
B20
B25
B20
B25
B20
B25
B20
B25


Примечание. Размеры поперечных сечений колонны и ригеля для всех вариантов принимаются одинаковыми: сечение колонны – hc = bc = 0.4 м, сечение ригеля bb = 0.25 м, hb = 0.6 м.
Например, исходные данные для варианта номер 25:
по первой цифре варианта 2:
каркас – полный;
высота этажа Hэт = 3.2 м;
длина ригеля Lb = 7.4 м;
по второй цифре варианта 5:
постоянная расчетная нагрузка – g = 25.26 Н/м;
временная расчетная нагрузка – v = 30.89 Н/м;
класс бетона ригеля – B30;
класс бетона колонны – B25.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций. ЛИРА Версия 9.2. Руководство пользователя. – Киев : Факт, 2005. – 140 с.
2 Дзюба, В. А. Расчет железобетонных элементов сборного балочного перекрытия : учеб. пособие. – Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2004. – 91 с.










ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
БИБЛИОТЕКА СТЕРЖНЕВЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПК «ЛИРА»

Номер КЭ
Наименование КЭ
Признак схемы
Плоскость расположения
Степени свободы
Комментарий

10
Универсальный
стержень
13 EMBED PBrush 1415
1
2
3
4
5
Произвольно
X, Y, Z, UX, UY, UZ
1 Допускается наличие упругого основания в двух плоскостях.
2 Предусмотрен учет сдвиговой жесткости и обжатия

1
Стержень плоской фермы
1
XOZ
X, Z
Частный случай
КЭ-10

2
Стержень плоской
рамы
2
XOZ
X, Z, UY
Частный случай
КЭ-10

3
Стержень балочного ростверка
3
XOY
Z, UX, UY
Частный случай
КЭ-10

4
Стержень пространственной фермы
4
Произвольно
X, Y, Z
Частный случай
КЭ-10

5
Пространственный стержень без учета сдвига
5
Произвольно
X, Y, Z, UX,
UY, UZ
Частный случай
КЭ-10





Приложение Б
(справочное)
Основные команды ПК «ЛИРА»

Команда
Описание команды
Меню
Кнопка

Панель «Файлы»

1 Открыть существующий документ
Загрузка созданного ранее файла с исходными данными
Файл ( Открыть


2 Сохранить активный документ
Сохранение текущей задачи под исходным именем, а также промежуточное сохранение данных
Файл ( Сохранить


3 Изменение признака схемы
Вызывается соответствующее диалоговое окно, в котором пользователь может изменить имя задачи, признак схемы и описание задачи
Схема ( Признак схемы


4 Выполнение расчета
Происходит расчет задачи
Режим ( Выполнить расчет


5 Переключение на режим визуализации результатов расчета
Переключение системы на режим визуализации результатов расчета
Режим ( Результаты расчета


Панель «Вид»

1 Установка флагов рисования
Вызывается диалоговое окно Показать, которое предназначено для установки флагов рисования, то есть информации, изображаемой непосредственно на схеме, а также опций отображения схемы. Диалоговое окно содержит четыре закладки (Элементы, Узлы, Общие, Результаты). Закладка Результаты доступна только в режиме визуализации результатов расчета
Опции ( Флаги рисования


2 Перерисовать
Команда выполняет перерисовку схемы в случае необходимости
Вид ( Перерисовать


3 Режим увеличения схемы
Более детальное изображение фрагмента расчетной схемы
Вид ( Увеличить


4 Возврат к полному изображению
Восстановление исходного размера расчетной схемы после выполнения операции Увеличить
Вид ( Исходный размер


Панель «Выбор»

1 Полифильтр
Управления отображением расчетной схемы и ее атрибутов
Выбор ( ПолиФильтр


2 Выбор узлов для коррекции
Отметка узлов на схеме одиночным указанием курсора или растягиванием вокруг нужных узлов «резинового окна»
Выбор ( Отметка узлов


3 Выбор элементов
Отметка элементов на схеме одиночным указанием курсора или растягиванием вокруг нужных элементов «резинового окна»
Выбор ( Отметка элементов


4 Отменить отметку узлов и элементов
Отмена сделанной ранее отметки узлов и элементов
Выбор ( Отмена выделения


5 Получение информации об узлах и элементах
Вывод на экран диалоговых окон с информацией об узлах и элементах схемы и их атрибутах
Выбор ( Информация


6 Информация о длинах, узлах и площадях
Вывод диалогового окна, которое предназначено для вычисления геометрических параметров схемы – расстояний между двумя узлами, углов, площадей плоских фигур, содержит три соответствующие закладки
Выбор ( Информация о размерах


7 Интерактивные таблицы
Вывод диалогового окна редактора форм, с помощью которого создаются графические таблицы исходных данных и результатов расчета задачи
Окно ( Интерактивные таблицы
13 EMBED PBrush 1415

Панель «Создание»

1 Генерация регулярных фрагментов (рам, балочных ростверков, плит, балок-стенок) и сетей
Диалоговое окно содержит пять закладок для задания регулярных фрагментов - рам, ростверков, балок-стенок, плит и плоских оболочек, сетей
Схема ( Создание ( Регулярные фрагменты и сети


2 Генерация ферм
Генерация фермы по очертанию пояса, по очертанию решетки и задание численных параметров
Схема ( Создание ( Фермы


Панель «Корректировка»

1 Удаление выбранных объектов
Удаление предварительно отмеченных на схеме узлов и элементов.
Схема ( Корректировка ( Удаление


2 Перенумерация, сшивка совпадающих и удаление удаленных узлов
В диалоговом окне можно заказать упаковку данных и перенумерацию узлов и элементов схемы с учетом удаленных
Схема ( Корректировка ( Упаковка схемы


3 Добавить элемент
Диалоговое окно предназначено для добавления элементов в расчетную схему и содержит 6 закладок, которые предоставляют возможности задания элементов
Схема ( Корректировка ( Добавить элемент


4 Добавить узел
Диалоговое окно предназначено для добавления узлов в расчетную схему и содержит 6 закладок, которые предоставляют возможности задания узлов
Схема ( Корректировка ( Добавить узел


Панель «Связи, жесткости, нагрузки»

1 Закрепление отмеченных узлов
В диалоговом окне указываются направления, по которым требуется запретить перемещения узлов – X, Y, Z, UX, UY, UZ. Удаление связей производится аналогично
Схема ( Связи


2 Задание и назначение жесткости
Выбор требуемых типов (параметров) жесткости из библиотеки жесткостных характеристик и присвоение их конечным элементам схемы
Жесткости ( Жесткости элементов
13 EMBED PBrush 1415

3 Задание нестандартного сечения и вычисление характеристик
Вызов подсистемы ЛИР-КС (Конструктор сечений) для формирования геометрии нестандартных сечений элементов конструкции и расчета их жесткостных характеристик
Жесткости ( Конструктор сечений (ЛИР-КС)


4 Изменить номер активного загружения
В диалоговом окне задается номер текущего (активного) загружения
Нагрузки ( Выбор загружения
13 EMBED PBrush 1415

5 Генерация нагрузки
Диалоговое окно содержит закладки для задания нагрузок на узлы, стержни, пластины, объемные элементы и суперэлементы. Окно содержит также закладку для корректировки или удаления нагрузок текущего загружения
Нагрузки ( Нагрузка на узлы и элементы
13 EMBED PBrush 1415

6 Удаление нагрузок в отмеченных узлах и элементах
С отмеченных узлов и элементов схемы удаляются все ранее заданные нагрузки
Нагрузки ( Удаление нагрузок


7 Шарниры
Диалоговое окно предназначено для задания шарниров в начале (1-й узел) и/или в конце (2-й узел) стержня. Удаление шарниров производится аналогично
Схема ( Шарниры



Приложение В
(справочное)
ОСНОВНЫЕ ВАРИАНТЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
ОПОРНЫХ УЗЛОВ ДЛЯ ПЛОСКИХ СИСТЕМ

1 Шарнирно-подвижная опора
(исключено линейное вертикальное перемещение по оси Оz)



2 Шарнирно-неподвижная опора
(исключены два линейных перемещения: по оси Ох и Оz)



3 Жесткая заделка
(исключены два линейных перемещения: по оси Ох и Оz
и поворот вокруг оси Оу)


ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(справочное)
ПРОЦЕДУРА СОЗДАНИЯ И УДАЛЕНИЯ ШАРНИРОВ
В БАЛКАХ И РАМАХ

Этапы и операции
Команда и ее инструмент
Ваши действия
Рекомендации
и комментарии

Выбор элемента,
на конце (концах) которого необходимо врезать шарнир

Активизируйте режим отметки элементов. Выделите элемент, щелкнув на него мышью или захватите его «резиновым окном»
Элемент выделится
красным цветом

Вывод на экран диалогового окна «Шарниры»

Откройте диалоговое окно «Шарниры», щелкнув на кнопку «Шарниры» на панели «Связи, жесткости, нагрузки». Данное окно предназначено для задания шарниров в начале (1-й узел) и/или в конце (2-й узел) стержня
Другой вариант - введите команды Жесткости( Шарниры

Врезка шарнира в первый узел элемента
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
Отметьте опцию UY для первого узла (см. примечание), тем самым, врезав шарнир в этот узел (обнулив изгибную жесткость узла). Щелкните по кнопке «Применить», подтвердив свой выбор
С элемента снимется выделение цветом, а на экране отобразится шарнир
13 EMBED PBrush 1415

Аналогичным образом создаются шарниры для других элементов

Удаление шарнира
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
Если шарнир был врезан не в тот узел, снимите опцию в диалоговом окне «Шарниры» и подтвердите свой выбор, щелкнув по кнопке «Применить»
Изображение шарнира удалится с экрана


Примечание. Нумерация узлов для конкретного конечного элемента зависит от того, в каком порядке его создавали. Для элементов, созданных с помощью регулярных структур, нумерация узлов идет слева направо и снизу вверх.




Приложение Д
(обязательное)
Пример ОФОРМЛЕНИЯ РГЗ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный
технический университет»


Факультет кадастра и строительства
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»





РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
по дисциплине «Практикум по компьютерной технике»

Расчет плоской рамы в ПК ЛИРА

Вариант №25









Студент группы 5ПС-1 А.Н. Николаев

Преподаватель Ю.Н. Чудинов








2008
Задание.
Выполнить статический расчет плоской рамы (рисунок Д.1) в ПК «ЛИРА» на два варианта загружения:
а) на равномерно-распределенную постоянную нагрузку g = 28.39 кН/м, действующую во всех трех пролетах (см. рисунок Д.1, а);
б) на равномерно-распределенную временную нагрузку v = 35.34 кН/м, действующую только в среднем пролете (рисунок Д.1, б).
а)

б)

в)

Рисунок Д.1 – Схема рамы (полный каркас): а – первый вариант
загружения; б – второй вариант загружения; в – сечение элементов

Исходные данные:
1) пролет рамы (длина ригеля) Lb = 7 м;
2) высота этажа (длина колонны) Hэт = 4.2 м;
3) сечение колонны hc = bc = 0.4 м;
4) сечение ригеля bb = 0.25 м, hb = 0.6 м;
5) класс бетона ригеля и колонны В25;
6) класс бетона колонны В25.
Модуль упругости для класса бетона В25 равен Е = 27000 МПа = = 27000000 КПа.
Результаты расчета.
Все результаты расчетов импортированы из ПК ЛИРА-САПР в программу MathCAD.
На рисунке Д.2 приведена расчетная схема плоской рамы с нумерацией КЭ и узлов.

Рисунок Д.2 – Нумерация конечных элементов и узлов

Ниже на приведены эпюры внутренних усилий: на рисунке Д.3 – для всех элементов рамы; на рисунке Д.4 – для конечного элемента №9.

а)

б)


Рисунок Д.3 – Эпюры внутренних усилий:
а – изгибающих моментов М (кН ( м);
б – поперечных сил Q (кН)



Рисунок Д.4 – Эпюры внутренних усилий для элемента №9
(загружение №1 – постоянная нагрузка)

На рисунке Д.5 приведены значения усилий в табличном виде для конечного элемента №9 для двух вариантов загружения.

а)

б)


Рисунок Д.5 – Таблицы внутренних усилий для элемента №9:
а – загружение №1 – постоянная нагрузка; б – загружение №2 –
временная нагрузка








13PAGE 15


13PAGE 142115




Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 2345710
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 2

Добавить комментарий