Основные принципы и приемы составления расчетных схем в ПК Лира

 

Расчетная схема отдельных конструкций, группы конструкций или зданий в целом представляет собой некую идеализированную модель.

Расчетные схемы представляют собой сочетание элементов, связанных между собой узлами.

При этом колонны, ригели и балки, прогоны, ленточные фундаменты, сваи, элементы решетчатых конструкций рассматриваются как стержни.

Перекрытия, стены, фундаментные плиты – рассматриваются как плоские элементы. Оболочки и другие криволинейные элементы – как совокупность прямоугольных элементов.

При необходимости используются соответствующие объемные элементы.

В большинстве случаев здания и их конструкции моделируются без применения объемных элементов, поэтому модели с этими элементами мы рассматривать не будем.

При составлении модели здания и их конструкций она разбивается на конечные элементы: стержни, четырехугольные и треугольные элементы. В результате такой разбивки появляются элементы и узлы, которые нумеруются.

Каждый узел имеет координаты в глобальной системе координат. Атрибутом всех конечных элементов являются их местные оси.

Конечные элементы стержневых конструкций могут иметь длину до их пролетов (у ригелей, балок, прогонов, ленточных фундаментов), длины между перекрытиями этажей или от низа фундамента до самого нижнего перекрытия (у колонн), общей длины - у свай, длины элементов между узлами в решетчатых конструкциях. То есть, их разбиение на более мелкие элементы не требуется обязательно, хотя и не запрещается и может быть полезно. В связи с этим разбиение стержневых конструкций на конечные элементы не представляет проблемы.

Конечные элементы всех плоских элементов и оболочек должны быть размер гораздо меньше их пролетов и высот. То есть требуется их обязательное разбиение на мелкие плоские конечные элементы (четырехугольные и/или треугольные). Обычно их размеры могут составлять от 0,1 м до 1 м.

В опорные узлы вводятся соответствующие связи (запрещающие перемещения по каким-либо степеням свободы, либо ограничить перемещения узла конечными элементами, моделирующими работу связи).

Нумерация узлов и элементов определяет последовательность задания исходной информации на входном языке и чтение результатов счёта.

Конечные элементы, имеющие одинаковые жёсткостные характеристики, объединяются в типы жесткости.

Выполнение расчетов конструкций в ПК ЛИРА после выбора на основании исходных материалов вида расчетной схемы, жесткости узлов сопряжения, типов связей в опорных узлах, сечений элементов, нагрузок, в основном включает следующие основные этапы:

- составление геометрии расчетной модели;

- назначение связей в опорных узлах;

- формирование шарниров;

- создание требуемых жесткостей (сечений) и их назначение элементам модели;

- назначения коэффициентов постели конструкциям на упругом основании;

- приложение нагрузок;

- выполнение расчетов:

- визуализация и анализ результатов, поиск ошибок и неточностей;

- корректировка при необходимости расчетной модели и выполнение расчетов скорректированной модели;

- получение результатов в графическом виде и табличной форме.

Составление расчетных схем в ПК Лира может осуществляться путем введения отдельных узлов по их координатам и создания отдельных элементов по существующим узлам, однако это используется редко, так как требует очень большого времени и используется в основном при редактировании моделей. В основном при составлении моделей используются опции автоматизированного создания моделей по различным параметрам, основными из которых являются:

- Создание регулярных фрагментов и сетей с генерацией рамы, ростверка, балки-стенки, плиты, прямоугольной сети;

- Создание плоских ферм;

- Создание и триангуляция контуров;

- Создание поверхностей вращения;

- Создание поверхностей Z=а(X, Y);

- Создание объекта, заданного перемещением и вращением образующей.

- Создание грунтовых массивов.

При редактировании расчетных схем кроме добавления и удаления узлов и элементов широко используются следующие основные опции:

- Перемещение выбранных объектов;

- Копирование выбранных элементов;

- Изменить размер;

- Создание и операции с блоками.

Создание геометрии расчетной схемы может быть выполнено и программе AutoCAD с сохранением ее в формате.dxf и импортированием этого файла в ПК ЛИРА по меню Файл/Импортировать задачу.

В процессе создания расчетных схем в ПК ЛИРА все их узлы и элементы автоматически нумеруются. При необходимости эти номера можно сделать видимыми постоянно, или определять через функцию просмотра информации об узлах и элементах.

Назначение (и удаление) связей в опорных узлах производится в панели Связи или в панели Информация об узле или элементе глобальной системе координат путем запрещения линейных перемещений вдоль осей X, Y, Z и запрещения вращения UX, UY, UZ вокруг этих осей (вдоль и вокруг тех осей, относительно которых необходимо установит связи). Граничные условия в опорных узлах могут быть смоделированы также с помощью связей конечной жёсткости.

При формировании шарниров следует иметь в виду, что по умолчанию при создании расчетных схем создается жесткая связь между элементами. Для создания шарниров необходимо снять жесткую связь элементов с узлом в соответствующем направлении.

Формирование (и удаление) шарниров в стержневых схемах и стержнях примыкающих к плоским элемента производится в панели Шарниры. Это делается Путем снятия жесткой связи начала (для участка, примыкающего к узлу с меньшим номером) и/или конца (для участка, примыкающего к узлу с большим номером) стержня с соответствующим узлом в требуемом направлении относительно местных осей координат (X1, Y1, Z1, UX1, UY1, UZ1).

Формирование (и удаление) шарниров по сопряжению плоских элементов более сложный процесс. Шарниры создаются путем расшивки узлов по линии, где должно существовать шарнирное сопряжение (путем создания парных улов с одинаковыми координатами, но принадлежащих к различным плоским элементам, между которыми нужно создать шарнирное сопряжение) и путем объединения их перемещений в направлениях местных осей, кроме тех относительно которых необходимо создать шарнирное соединение. Делается это в панели Объединение перемещений в закладке Создать шарнир с расшивкой швов.

Создание требуемых жесткостей (сечений) и их назначение элементам модели осуществляется в панели Жесткости элементов в которой можно создавать широкий спектр сечений через закладки Стандартные типы сечений, Базы металлических сечений, Пластинчатые, объемные, численные.

Назначения коэффициентов постели конструкциям на упругом основании производится в панели Жесткости Коэффициенты постели С1 и С2.. Причем значения этих коэффициентов могут быть вычислены в этой закладке по данным о грунтах основания, геометрическим параметрам фундаментов, нагрузкам.

Приложение нагрузок (статических и динамических) и осуществляется в панели Нагрузки на узлы и элементы по выбору либо в глобальной, либо местной системе координат по любой или вокруг (для моментов) любой из осей этих систем координат. Нагрузки могут прикладываться к узлам, элементам, в виде сосредоточенных и распределенных (равномерных и неравномерных) нагрузок. Здесь же можно задать термические нагрузки, деформации (осадки, поворот) опор.

Различные нагрузки могут быть выделены и объединены в отдельные загружения. При этом можно выполнить выбор наиболее опасных сочетаний усилий, вызывающих наибольшие по модулю значения усилий – расчетные сочетания усилий (РСУ), используемые при расчете и конструировании элементов конструкций расчетной схемы.

В ПК Лира имеется возможность формирования масс при расчетах на динамические воздействия из статических загружений.