Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Вінницький національний технічний університет
Інститут будівництва теплоенергетики та газопостачання
Кафедра ПЦБ
Розрахункова робота на тему
«Основи моделювання каркасів будівельних конструкцій спеціального призначення»
Металева щогла
Виконала: ст. гр. 2Б-12м К. А. Чобанова
Перевірив: В.О. Попов
Вінниця 2012
ЗМІСТ
1. РОЗРАХУНКОВА СХЕМА 3
1.1 Опис розрахункової моделі та конструкцій 3
1.2 Збір навантажень 3
1.2.1 Навантаження від ваги щогли 3
1.2.2 Вітрові навантаження на елементи щогли та технологічне устаткування 4
2. аналіз результатів розрахунків 8
2.1 Результати визначення переміщень 8
2.2 Загальна стійкість щогли за результатами програмного підрахунку 8
2.3 Перевірка міцності відтяжок 9
2.4 Перевірка міцності та місцевої стійкості елементів щогли при дії повздовжньої сили та згинального моменту 9
3 висновки 14
література 15
1. Розрахункова схема
1.1 Опис розрахункової моделі та конструкцій
Розрахункова схема щогли складена у вигляді просторової стержневої системи з вантовими елементами відтяжок з урахуванням всіх елементів поясів, розкосів та розпірок. Кількість вузлів в розрахунковій схемі – 20; кількість елементів – 19. (див. додаток 1).
Внутрішні зусилля та деформації елементів було отримано за допомогою використання методу скінченних елементів, який реалізовано у програмному комплексі SCADOffice.
Всі стержневі елементи щогли (пояси, розкоси, розпірки) змодельовані просторовим стержневим кінцевим елементом № 5 з 6-ма степенями свободи у вузлах (х, у, z,Ux,Uy,Uz). Відтяжки щогли змодельовані спеціальними геометрично нелінійним вантовим кінцевим елементом № 308.
1.2 Збір навантажень
Для розрахунку просторової стержневої системи враховано наступні навантаження:
Власна вага щогли;
Вітрові навантаження на конструкції та технологічне обладнання з урахуванням коефіцієнта динамічності;
Вітрові навантаження на конструкції та технологічне обладнання з урахуванням товщини стінки ожеледі;
При розрахунку було сформовано наступні задачі:
Розрахунок навантажень виконано на основі наступних вихідних даних:
характеристичне значення вітрового тиску прийнято для 3-го вітрового району за картами районування території [1];
характеристичне значення товщини стінки ожеледі прийнято для 3-го району за картами районування території [1];
характеристичне значення вітрового тиску при ожеледі прийнято для 3-го вітрового району за картами районування території [1];
1.2.1 Навантаження від ваги щогли
Власна вага конструкцій щогли з питомою вагою Р=4,29 кг/м для елементів труби Ø 273х6мм задається автоматично з урахуванням коефіцієнту надійності за навантаженнямkf=1,05.
Власна вага відтяжок приймається за ГОСТ 2688-80*і становить 0,4616 кг/м для канатів Ø 11 мм з урахуванням коефіцієнту надійності за навантаженнямkf=1,05.
1.2.2 Вітрові навантаження на елементи щогли та технологічне устаткування
Вітрове навантаження для сільської місцевості поблизу м. Тернополя для 3-го вітрового району становить w0=550 Па згідно, з урахуванням товщини стінки ожеледі (19 мм)wв=250 Па [1]. Тип місцевості прийнято ІІ-й.
Граничне розрахункове значення вітрового навантаження визначається за формулою:
,
де
,
- коефіцієнт
надійності за граничним розрахунковим
значенням вітрового навантаженням та
вітрового навантаження з урахуванням
товщини стінки ожеледі при терміні
експлуатації висотних споруд Т=15 років;
-
характеристичне значення вітрового
тиску;
С– коефіцієнт, що визначається за формулою:
,
де
- аеродинамічний
коефіцієнт (додаток І [1]);
-
коефіцієнт висоти споруди (зміни № 1
[1]);
-
коефіцієнт географічної висоти;
(п. 9.10 [1]);
-
коефіцієнт рельєфу;
= 1 (п. 9.11 [1]);
-
коефіцієнт напрямку;
= 1 (п. 9.12 [1]);
-
коефіцієнт динамічності;
= 1,2 (п. 9.13 [1]);
Таблиця 1.1 – Граничне розрахункове вітрове навантаження на ствол щогли
|
Ділянка по висоті, м |
|
|
|
|
|
|
|
0,0 – 5,0 |
0,55 |
0,77 |
1,05 |
1,2 |
1,2 |
0,175 |
|
5,0 – 10,0 |
0,55 |
0,77 |
1,05 |
1,2-1,5 |
1,2 |
0,175-0,219 |
|
10,0 – 20,0 |
0,55 |
0,77 |
1,05 |
1,5-1,85 |
1,2 |
0,219-0,269 |
|
20,0 – 38,0 |
0,55 |
0,77 |
1,05 |
1,85-2,165 |
1,2 |
0,2690,315 |
,
кН/м2
,
кН/мТаблиця 1.2 – Граничне розрахункове вітрове навантаження з урахуванням товщини стінки ожеледі на грань щогли
|
Ділянка по висоті, м |
|
|
|
|
|
|
|
0,0 – 5,0 |
0,25 |
0,71 |
1,05 |
1,2 |
1,2 |
0,073 |
|
5,0 – 10,0 |
0,25 |
0,71 |
1,05 |
1,2-1,5 |
1,2 |
0,073-0,092 |
|
10,0 – 20,0 |
0,25 |
0,71 |
1,05 |
1,5-1,85 |
1,2 |
0,092-0,113 |
|
20,0 – 38,0 |
0,25 |
0,71 |
1,05 |
1,85-2,165 |
1,2 |
0,113-0,132 |
,
кН/м2
,
кН/мВітрові навантаження на відтяжки задаються у вигляді двох складових qy таqzв місцевій системі координат для кожної з відтяжок [4, розд. 8].
,
,
де
- діаметр
троса, м;
-
аеродинамічний коефіцієнт;
-
швидкість вітру, м/с;
-
кут між напрямком вітру і відтяжкою;
-
кут нахилу відтяжки до вертикалі.
Граничні розрахункові значення вітрового навантаження на відтяжки щогли при дії вітру таблицях 1.3 та 1.4
Таблиця 1.3 –Вітрове навантаження на відтяжки при дії вітру
|
Ярус |
№ відтяжки |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
28,06 |
0 |
20 |
0,011 |
1,2 |
0,0056 |
0,0 |
|
2 |
28,06 |
90 |
20 |
0,011 |
0,0 |
0,0063 | ||
|
3 |
28,06 |
180 |
20 |
0,011 |
0,0056 |
0,0 | ||
|
|
4 |
28,06 |
270 |
20 |
0,011 |
|
0,0 |
0,0063 |
|
2 |
1 |
30,77 |
0 |
22 |
0,011 |
1,2 |
0,0066 |
0,0 |
|
2 |
30,77 |
90 |
22 |
0,011 |
0,0 |
0,0076 | ||
|
3 |
30,77 |
180 |
22 |
0,011 |
0,0066 |
0,0 | ||
|
4 |
30,77 |
270 |
22 |
0,011 |
|
0,0 |
0,0076 | |
|
3 |
1 |
32,76 |
0 |
24 |
0,011 |
1,2 |
0,0072 |
0,0 |
|
2 |
32,76 |
90 |
24 |
0,011 |
0,0 |
0,0086 | ||
|
3 |
32,76 |
180 |
24 |
0,011 |
0,0072 |
0,0 | ||
|
4 |
32,76 |
270 |
24 |
0,011 |
|
0,0 |
0,0086 |
,
м/с
,
град
,
град
,
м
,
кг/м
,
кг/м
Таблиця 1.4 – Вітрове навантаження на відтяжки при дії вітру з урахуванням товщини стінки ожеледі
|
Ярус |
№ відтяжки |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
28,06 |
0 |
20 |
0,030 |
1,2 |
0,0153 |
0,0 |
|
2 |
28,06 |
90 |
20 |
0,030 |
0,0 |
0,0173 | ||
|
3 |
28,06 |
180 |
20 |
0,030 |
0,0153 |
0,0 | ||
|
|
4 |
28,06 |
270 |
20 |
0,030 |
|
0,0 |
0,0173 |
,
м/с
,
град
,
град
,
м
,
кг/м
,
кг/м
Продовження табл.1.4
|
2 |
1 |
30,77 |
0 |
22 |
0,030 |
1,2 |
0,0179 |
0,0 |
|
2 |
30,77 |
90 |
22 |
0,030 |
0,0 |
0,0208 | ||
|
3 |
30,77 |
180 |
22 |
0,030 |
0,0179 |
0,0 | ||
|
4 |
30,77 |
270 |
22 |
0,030 |
|
0,0 |
0,0208 | |
|
3 |
1 |
32,76 |
0 |
24 |
0,030 |
1,2 |
0,0197 |
0,0 |
|
2 |
32,76 |
90 |
24 |
0,030 |
0,0 |
0,0236 | ||
|
3 |
32,76 |
180 |
24 |
0,030 |
0,0197 |
0,0 | ||
|
4 |
32,76 |
270 |
24 |
0,030 |
|
0,0 |
0,0236 |
Граничне розрахункове значення вітрового навантаження на щоглу від технологічного устаткування визначається за формулою:
,
де F-площа поверхні антенного полотна.
Граничні та експлуатаційні розрахункові значення вітрових навантажень на стовбур щогли від технологічного устаткування при дії вітру на ребро наведені в таблиці 1.5, таблиці 1.6.
Таблиця 1.5 – Граничне розрахункове вітрове навантаження від технологічного устаткування
|
Технологічне устаткування |
Висота підвісу, м |
Площа поверхні однієї антени, м2 |
|
|
|
|
|
Антени |
+38,0 |
2,0 |
0,77 |
1,4 |
2,165 |
2,57 |
,
кН
Таблиця 1.6 – Граничне розрахункове вітрове навантаження від технологічного устаткування з урахуванням товщини стінки ожеледі
|
Технологічне устаткування |
Висота підвісу, м |
Площа поверхні однієї антени, м2 |
|
|
|
|
|
Антени |
+38,0 |
2,0 |
0,71 |
1,4 |
2,165 |
1,08 |
,
кН