Автоматизированный расчет стержневых конструкций. Методические указания к выполнению лабораторных работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет» Кафедра строительных конструкций

С. Б. КОЛОКОЛОВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2005

Введение

Лабораторные работы по дисциплине «Основы автоматизации проектирования в строительстве» предназначены для приобретения навыков выполнения расчетов строительных конструкций с помощью компьютерной техники. В настоящих методических указаниях приводится методика подготовки исходных данных для расчета стержневых конструкций: рам и ферм. Вначале рассматривается расчет ферм и рам по программам, разработанным автором указаний и реализующим классические методы расчета стержневых систем. Расчет ферм осуществляется методом вырезания узлов, расчет рам – с использованием метода сил для раскрытия статической неопределимости. Исходные данные для расчета готовятся в специальных текстовых файлах. Второй цикл лабораторных работ выполняется для тех же конструкций с помощью программного комплекса «Полюс», разработанного в Петрозаводском государственном университете. Исходные данные для работы с этим комплексом готовятся в виде расчетных схем, аналогично тому, как это делается при традиционном «ручном» расчете. Приемы, используемые для подготовки исходных данных, позволяют понять принципы работы с универсальными вычислительными комплексами.

3

результаты. Желательно это имя задавать похожим на файл с исходными данными (для облегчения поиска), но непременно отличающимся от него хотя бы на один символ. После окончания расчета происходит автоматический возврат в каталог, в котором находится программа. Там же размещается файл с результатами. Этот файл можно посмотреть, проанализировать результаты и внести в него фамилию выполнившего расчет. Если при работе программы получился сбой, то следует снова открыть файл исходных данных, проверить правильность данных и их полноту, внести необходимые корректировки и вновь обратиться к проектирующей программе.

Результаты расчета фермы можно посмотреть, если открыть в редакторе DOS указанный для результатов файл. Результаты представлены в виде таблицы, в которой в порядке возрастания номеров стержней приведены номера узлов, соединяемых стержнем, угол наклона в градусах (к оси Х), значение усилия со знаком минус, если стержень сжат, или плюс, если растянут. Контроль правильности расчета проще всего производить по стержням, усилия в которых можно определить без расчета, например, нулевым. Правильность описания геометрии фермы проверяется по углам наклона стержней. Обычно таких проверок достаточно, чтобы убедиться в правильности расчета.

Пример записи исходных данных для расчета фермы, схема которой показана на рисунке 1.

1 1 5

1 0 1

5

также высоту этажей и ширину пролетов. Нумерацию расчетных сечений, участков и определение координат узлов компьютер осуществляет автоматически. Под узлом понимается место сопряжения стержней друг с другом или с опорой. Нумерация узлов производится в следующем порядке: сначала нумеруются узлы, находящиеся на левой стойке, снизу вверх, затем на следующей стойке в том же порядке и т.д. Участок – стержень или его часть, расположенная между двумя узлами. Нумерация участков начинается на стойках, аналогично нумерации узлов. После этого присваиваются номера участков на ригелях, начиная с ригелей самого левого пролета, в порядке снизу вверх и далее в других пролетах в последовательности слева направо. Расчетные сечения назначаются в узлах: в опорных узлах – по одному сечению, в местах сопряжения двух участков – два сечения, по обе стороны от узла, в местах сопряжения трех участков – три сечения и т.д. Расчетные сечения нумеруются в соответствии с номером участка, на котором они расположены: левый (или нижний) узел имеет тот же номер, что и участок, а правый (верхний) – номер, на единицу больший.

Для описания нагрузок принята следующая числовая индексация. Индексы ориентировки для различения вертикальной и горизонтальной нагрузок: индекс 0, если нагрузка горизонтальная, индекс 1, если вертикальная (для изгибающего момента индекс принимается равным нулю). Индексы типа нагрузок: 0 – если нагрузка распределенная по участку, 1- если сосредоточенная. Вертикальные нагрузки, действующие снизу вверх, и горизонтальные нагрузки, действующие справа налево, задаются со знаком минус. Принимается, что вертикальная нагрузка действует только на горизонтальных участках (на ригелях), горизонтальнаятолько на стойках. Под привязкой вертикальной силы (т.е. нагрузки на ригеле) понимается расстояние сосредоточенной силы от ближайшего узла участка, на котором она действует. Если ближайший узел находится справа, то привязка берется со знаком минус. Под привязкой горизонтальной силы (нагрузки на стойке) понимается расстояние от верхнего узла участка, на котором действует нагрузка. Привязка распределенной нагрузки – нулевая. Нумерация стоек (вертикальных стержней) производится слева направо, этажей - снизу вверх.

Исходные данные заносятся в файл, создаваемый аналогично тому, как это делается при расчете фермы. Порядок записи исходных данных: в первой строке - количество этажей и количество пролетов, в следующей строке высота этажей в порядке их нумерации, в следующей строке - ширина пролетов в порядке их нумерации. Далее, с новой строки, записываются относительные изгибные жесткости участков (EJ / EJ0, где EJ0 – наименьшая из изгибных жесткостей участков) в порядке их нумерации.

Последними записываются сведения о нагрузках. Данные о каждой нагрузке размещаются на отдельной строке. В строке приводятся шесть чисел: индекс ориентировки нагрузки, номер стойки, к которой принадлежит нагрузка (если нагрузка действует на ригель и является распределенной, то указывается номер стойки, расположенной слева от ригеля, а если нагрузкой является сосредоточенная сила, то указывается номер стойки, расположенной

7

ближе; если сила строго посередине ригеля, то указывается номер стойки, находящейся слева от ригеля), номер этажа, на котором действует нагрузка, индекс типа нагрузки, величина нагрузки со знаком, привязка нагрузки. После записи последней нагрузки с новой строки записывается число 2, что означает конец информации.

Для примера приводится запись исходных данных для расчета рамы, представленной на рисунке 2. Изгибные жесткости : участки 9, 10, 13, 14 – EJ0 , участки 2, 8, 11, 12 -2EJ0, участки 1, 4, 6, 7 - 3EJ0, участки 3, 5 - 4EJ0.

8

силы, и 2 – если нагрузка в виде сосредоточенного момента. Ориентация нагрузки: 0 - горизонтальная, 1 - вертикальная. Величина нагрузки принимается со знаком минус в следующих случаях: вертикальная, действующая снизу вверх, горизонтальная, действующая справа налево, момент, действующий против часовой стрелки. Положение сосредоточенной силы или сосредоточенного момента на участке определяется привязкой - расстоянием точки приложения от левого конца (для ригелей) или от нижнего конца (для участков на стойках).

Запись исходных данных в файл осуществляется в следующем порядке. В первой строке приводится три числа: количество узлов, количество стоек, количество ригелей. Во второй строке приводятся координаты узлов рамы в порядке нумерации узлов (сначала указывается координата Х, затем координата У первого узла, затем в том же порядке координаты второго узла и т.д.). Расположение начала координат, вообще говоря, безразлично, но рекомендуется размещать его в левой опоре.

После координат с новой строки располагается информация о ригелях в порядке их нумерации: указываются номера узлов, соединяемых ригелем, и признак шарнирности примыкания к стойкам.

После информации о ригелях с новой строки записываются жесткости участков (абсолютные или относительные) в порядке возрастания номеров участков.

Затем с новой строки указывается общее количество нагрузок и далее строки с информацией о нагрузках (по каждой нагрузке информация записывается в отдельной строке). В строке приводится пять чисел в следующем порядке: номер участка, на котором действует нагрузка, признак типа нагрузки (0- распределенная, 1- сосредоточенная сила, 2- сосредоточенный момент), признак ориентации нагрузки (0- горизонтальная, 1- вертикальная или сосредоточенный момент), величина нагрузки (если направление отрицательное - со знаком минус), привязка сосредоточенной нагрузки к началу участка (для распределенной нагрузки вводится нуль).

Пример записи исходных данных для рамы, приведенной на рисунке 3:

10