8 Подбор сечений, выполнение проверок
Команды меню Проектирование позволяют выполнить подбор рациональных сечений рам на основе известных методик и формул СниП, выполнить проверки несущей способности элементов рамы в соответствии с требованиями СниП, а также выполнить проектирование типовых узлов рам.
8.1 Подбор сечений двутавров по прочности
Реализованная в программе Гепард-А методика подбора сечений изгибаемых элементов изложена в [3] п. 28.17-28-22 и [5], табл. 2.
Выполнение команды Проектирование → Подбор сечений изгибаемых элементов начинается с назначения параметров подбора сечений в диалоговом окне, рис. 8.1.
После нажатия на кнопку Перейти к подбору может появиться диалоговое окно Задание параметров анализа – в том случае, если статический анализ не был предварительно выполнен, или параметры модели были изменены после выполнения последнего анализа.
Подбор сечений рамы выполняется в диалоговом окне, конфигурация которого показана на рис. 8.2 Подбор может выполняться при фиксации некоторых из его параметров, для этого нужно включить флажок справа от поля параметра и нажать на кнопку Выполнить подбор.
8.2 Подбор сечений изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов
Опция подбора сечений позволяет автоматически назначить рациональные сечения всего изгибаемого или сжато-изгибаемого элемента за одну операцию. Ее удобно использовать, в частности, для ригелей и колонн рам с шарнирным опиранием на фундамент и для ригелей рам с моментным опиранием на фундамент.
Конструктивный элемент задается двумя основными сечениями в начале и в конце элемента, а также несколькими дополнительными сечениями внутри элемента. На позициях дополнительных сечений может происходить изменение толщины стенки и полок и ширины полок. Таким образом от пользователя требуется задать только позиции дополнительных сечений.
Подбор сечений изгибаемых элементов выполняется с помощью команды Проектирование → Подбор изгибаемых конструктивных элементов по прочности, интерфейс которой аналогичен интерфейсу команды Проектирование → Подбор сечений двутавров по прочности.
Однако эта возможность имеет несколько важных отличий от опции подбора сечений двутавров по прочности:
При подборе контролируется прочность всех сечений изгибаемого элемента, а не только заданных;
Из множества вариантов подобранных сечений, удовлетворяющих ограничениям по прочности, выбирается вариант с минимальным весом;
После выполнения команды подбора сечений пользователю не нужно выполнять операции по согласованию сечений на элементе.
Перед выполнением подбора сечений необходимо определить в модели изгибаемые элементы. Эта операция выполняется с помощью команды Инструменты → Определить изгибаемые элементы. При определении элемента его сечения перечисляются слева направо для левых элементов.
Пример подбора сечений
Откроем проект Рама_пример_1.pwk, масса рамы 8427 кг.
- Выполним проверку прочности:
Проектирование → Экспресс проверки при проектировании;
Перейти на вкладку Проверки прочности; Включить огибающую
Выполнить проверку
- Определим изгибаемые элементы:
Инструменты → Определить изгибаемые элементы; Название изгибаемого элемента = Ригель; Принять;
Выбрать последовательно в окне Сечения: Левый ригель в стыке с колонной; Сечение 1; Левый ригель в коньке.
Применить; Завершить
- Выполним подбор сечений ригеля:
Проектирование → Подбор изгибаемых конструктивных элементов по прочности;
Заполнить поля Начальная гибкость стенки и Расстояние между поперечными ребрами; Учитывать ограничения на размеры:
Перейти к подбору;
Выполнить подбор; Масса рамы уменьшилась - 8268 кг.
Завершить подбор.
- Выполним проверку прочности:
Проектирование → Проверки ограничений и параметры проверок;
Коэффициенты использования увеличились.
8.3 Подбор сечений колонн постоянного сечения
Реализованная в программе Гепард-А методика подбора сечений колонн постоянного сечения изложена в [3] п. 28.10-28.16. Выполнение команды Проектирование → Подбор сечений колонн постоянного сечения начинается с назначения параметров в диалоговом окне, рис. 8.3.
Подбор сечения колонны выполняется в диалоговом окне, конфигурация которого показана на рис. 8.4.
8.4 Подбор сечений фермы
Подбор сечений фермы может быть выполнен для двутавров и труб командой Проектирование → Подбор сечений фермы ригеля. Диалоговое окно при выполнении этой команды имеет начальную конфигурацию, приведенную на рис. 8.5.
Пользователь может выбрать одну из опций:
Выполнить проверку;
Выполнить подбор.
В первом случае сечения не меняются. После выполнения проверки или подбора, коэффициенты использования для каждой группы элементов отображаются на вкладке Коэффициенты использования, рис. 8.6. В процессе подбора можно менять тип сечений, количество раскреплений и параметры сетки фермы.
8.5 Проверки ограничений по прочности и устойчивости
Проверки по ограниченному количеству основных критериев прочности и устойчивости, не требующих задания большого количества данных выполняются с помощью команды Проектирование → Экспресс проверки при проектировании. Диалоговое окно при выполнении этой команды имеет начальную конфигурацию, приведенную на рис. 8.7.
На вкладке Коэффициенты условий работы можно изменить значения коэффициентов \(\gamma_c\).
На панели Сочетания нагрузок можно выбрать, при наличии сейсмических загружений, одно из доступных сочетаний и провести проверку с учетом или без учета дополнительного коэффициента условий работы 1.3 для сейсмических загружений.
Параметры проверок прочности задаются на вкладке Проверка прочности, рис. 8.8.
После выбора критерия проверки и нажатия на кнопку Выполнить проверку элементы, для которых коэффициент использования меньше или равен 1.0 будут закрашены в зеленый цвет, а элементы, для которых коэффициент использования больше 1.0 – в красный. Рядом с элементом будет отображаться критерий в заданной форме, если будет включена опция Отобразить критерий. Кнопками на панели инструментов, которая находится справа, можно установить требуемую комбинацию нагружений, для которой будет выполняться проверка, или выполнить проверку по всем комбинациям, и отобразить критерий по огибающей проверок.
Проверки ограничений по прогибам выполняются для узлов балочной модели рамы по комбинациям для второго предельного состояния. Параметры проверки по прогибам задаются на вкладке Ограничения по прогибам, рис. 8.9 Узлы, для которых проверка по прогибам выполняется, закрашиваются зеленым цветом, узлы, для которых проверка не выполняется – красным.
Проверка местной устойчивости стенок изгибаемых элементов выполняется для отсеков конструктивных элементов нагруженных изгибом, продольной и поперечной силами. Границы отсеков определяются автоматически по основным и дополнительным сечениям, и установленным поперечным ребрам жесткости. Таким образом, перед выполнением этой проверки в модель рамы должны быть включены все необходимые ребра жесткости.
Коэффициент использования несущей способности по местной устойчивости стенок может быть вычислен одним из двух методов. На вкладке Местная устойчивость стенок, рис. 8.10, задается метод проверки. Метод интегральной оценки устойчивости (teta-метод) изложен в [5]. После выполнения проверки для выбранного отсека может быть получен полный отчет в формате Word.
Проверка несущей способности ригеля с гибкой стенкой заключается в проверке прочности, свесов и устойчивости стенки и выполняется для рам, у которых в диалоговом окне задания основных параметров включена опция При выполнении анализа считать, что ригель работает как балка с гибкой стенкой. Требуемый критерий проверки выбирается на вкладке Ригель с гибкой стенкой, рис. 8.11 Для выполнения этой проверки должен быть задан шаг поперечных ребер, сами ребра могут отсутствовать в модели.
Проверка устойчивости колонн постоянного сечения выполняется для колонн двутаврового сечения с жестких опиранием на фундамент. Проверка заключается в вычислении коэффициентов несущей способности по нескольким критериям, рис. 8.12, с использованием соответствующих формул СНиП. Проверка выполняется либо для текущей комбинации нагружений, либо по огибающей. При выполнении проверки используются коэффициенты расчетных длин. После выполнения проверки для выбранной колонны может быть получен полный отчет в формате Word.
Проверка устойчивости изгибаемых элементов по изгибно-крутильной форме выполняется для участков конструктивных элементов, в которых приведенный относительный эксцентриситет m~ef~ \20, рис. 8.13. Проверка выполняется в соответствии с п. 8.4.1, 8.4.4, 8.4.6 [6]. Перед выполнением проверки необходимо убедиться, что типы заданный тип закрепления и вид нагружения соответствуют конструктивному элементу.
Проверка прогибов колонн от крановых нагрузок выполняется на соответствующей вкладке, рис. 8.14 Проверка выполняется только для загружений и комбинаций, включающих нагрузки от торможения кранов.
8.6 Проверка прочности и устойчивости элементов по СП 16.13330.2011
Проверка выполняются с помощью команды Проектирование → Проверка прочности и устойчивости элементов по СП 16.13330.2011. Диалоговое окно при выполнении этой команды имеет конфигурацию, приведенную на рис. 8.15.
После выбора группы на Шаге 2 задаются параметры проверок, рис. 10.1 По умолчанию, часть параметров соответствует заданным ранее параметрам рамы, например, коэффициент условий работы γc, или расчетные длины.
При выборе проверок на Шаге 3 учитываются РСУ для элементов группы и заданные параметры проверок. Список проверок отображается после нажатия кнопки Шаг 3, а после нажатия кнопки Шаг 4 рядом с наименованием проверки появляется соответствующий коэффициент использования, рис. 8.17.
После выполнения проверок может быть выведен сводный отчет по группам – кнопка Вывод Сводного отчета.
Подробнее о функциях проверок в разделе 16.
8.7 Вычисление расчетных длин
Вычисление расчетных длин конечных элементов балочной модели выполняется автоматически после расчета потери устойчивости по Эйлеру. Команда Проектирование → Вычисление расчетных длин позволяет вывести энергетические критерии, по которым определяется номер формы потери устойчивости для конструктивных элементов рамы. Энергетические критерии и номера форм выводятся в таблице диалогового окна команды, рис. 8.18.
Энергия деформации конечного элемента при малых перемещениях вычисляется как
здесь – вектор перемещений на элементе, матрица жесткости элемента.
Удельная энергия деформации конструктивного элемента подсчитывается как сумма удельных энергий деформаций конечных элементов, входящих в этот конструктивный элемент, при перемещениях под действием статической нагрузки. По определению все эти величины положительны.
Если подсчитать энергию деформации конструкции по i-ой собственной форме потери устойчивости, то она по определению будет равна нулю:
здесь – вектор i-ой собственной формы потери устойчивости, матрица жесткости конструкции, матрица геометрической жесткости конструкции, коэффициент критической нагрузки.
Это значит, что вычисленная таким образом, энергия деформации на элементах может быть как положительной, так и отрицательной.
Вывести диаграмму энергетических критериев потери устойчивости можно нажатием кнопки на правой вертикальной панели инструментов.
Отрицательная энергия деформации означает, что на данном элементе работа внешних сил превышает внутреннюю энергию деформации – элемент “потерял устойчивость”, положительная энергия означает, что при данной форме потери устойчивости внутренняя энергия деформации превышает работу внешних сил, элемент стремится вернуться к статической форме равновесия. Преобладание элементов с отрицательной энергией позволяет сделать вывод, что данный конструктивный элемент теряет устойчивость по данной форме, рис. 8.19.
Пользователь может по своему усмотрению изменить номер формы в табл. 1, и затем вычислить расчетные длины элементов, нажав соответствующую кнопку. Эти расчетные длины элементов будут транслироваться в текстовый файл при выполнении команды экспорта расчетной модели в формате программы SCAD.
8.8 Расчет поясных сварочных швов
При расчете поясных сварочных швов используется методика, приведенная в [2] п. 15.1. Перед расчетом поясных швов выполняется статический анализ, и назначаются параметры сварных швов в диалоговом окне, рис. 8.20.
Результаты расчета появляются в таблице диалогового окна.
