Москва, ул. Новая Басманная, д. 13/2, стр. 1 +7(499)390-06-20 expertvr@mail.ru

Главная / Статьи / Поверочный расчёт строительных конструкций постамента при главном корпусе, установка 39/5, цех №23.ООО «Новокуйбышевский завод масел и присадок»

Поверочный расчёт строительных конструкций постамента при главном корпусе, установка 39/5, цех №23.ООО «Новокуйбышевский завод масел и присадок»

Автор: Кудряшов А.М.

В ходе неразрушающего контроля постамента не было выявлено дефектов, повреждений и других факторов, ведущих к увеличению нагрузки относительно ее нормативных или рассчитанных значений, а также к изменению расчетной схемы, определяемой набором несущих конструкций.
Проведен расчет на прочность каркаса постамента с использованием сертифицированной программы «Интегрированная система прочностного анализа и проектирования конструкций SCAD Office 21».
Методика поверочного расчета на прочность

Сбор нагрузок:
Собственный вес в конструкции принимается автоматически в соответствии с принятыми для расчета сечениями. Нагрузки, воспринимаемые конструкцией, брались в соответствии со СП 20.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*)
1.    Снеговая нагрузка
2.    Ветровая нагрузка.

Исходные данные
Расчетное значение снеговой нагрузки кПа   2,4
Расчетное значение ветровой нагрузки кПа   0,38
температуры наиболее холодной пяти-дневки минус 30°С
Прочностной расчет сооружения проведен с использованием сертифицированной программы «Интегрированная система анализа конструкций Scad», в которой используется  метод конечно-элементного моделирования конструкции. Геометрические параметры конечно-элементной модели соответствовали параметрам сооружения с учетом результатов ВИК. 

Расчетные сочетания усилий
Загружения
Номер        Наименование
1     нагрузка от собственного веса
2     снеговая нагрузка
3     Нагрузка от действия ветра

Комбинации
Номер        Наименование
1     1*(1)+1*(2)+1*(3)
2     1*(1)+1*(2)

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверку устойчивости, выбор невыгодных сочетаний усилий, подбор арматуры железобетонных конструкций, проверку несущей способности стальных конструкций. В представленной ниже пояснительной записке описаны лишь фактически использованные при расчетах названного объекта возможности комплекса SCAD.
Краткая характеристика методики расчета
В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к исполь-зованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам.
Тип конечного элемента определяется его геометрической формой, правилами, определяющими зависимость между переме-щениями узлов конечного элемента и узлов системы, физическим законом, определяющим зависимость между внутренними усилиями и внутренними перемещениями, и набором параметров (жесткостей), входящих в описание этого закона и др.
Узел в расчетной схеме метода перемещений представляется в виде абсолютно жесткого тела исчезающе малых размеров. Положение узла в пространстве при деформациях системы определяется координатами центра и углами поворота трех осей, жестко связанных с узлом. Узел представлен как объект, обладающий шестью степенями свободы – тремя линейными сме-щениями и тремя углами поворота.
Все узлы и элементы расчетной схемы нумеруются. Номера, присвоенные им, следует трактовать только, как имена, которые позволяют делать необходимые ссылки.
Основная система метода перемещений выбирается путем наложения в каждом узле всех связей, запрещающих любые узловые перемещения. Условия равенства нулю усилий в этих связях представляют собой разрешающие уравнения равновесия, а смещения указанных связей – основные неизвестные метода перемещений.
В общем случае в  пространственных конструкциях в узле могут присутствовать все шесть перемещений:
1 – линейное перемещение вдоль оси X;
2 – линейное перемещение вдоль оси Y;
3 – линейное перемещение вдоль оси Z;
4 – угол поворота с вектором вдоль оси X (поворот вокруг оси X);
5 – угол поворота с вектором вдоль оси Y (поворот вокруг оси Y);
6 – угол поворота с вектором вдоль оси Z (поворот вокруг оси Z).
Нумерация перемещений в узле (степеней свободы), представленная выше, используется далее всюду без специальных оговорок, а также используются соответственно обозначения X, Y, Z, UX, UY и UZ для обозначения величин соответствующих линейных перемещений и углов поворота.
В соответствии с идеологией метода конечных элементов, истинная форма поля перемещений внутри элемента (за исключением элементов стержневого типа) приближенно представлена различными упрощенными зависимостями. При этом погрешность в определении напряжений и деформаций имеет порядок (h/L)k, где h — максимальный шаг сетки; L — характерный размер области. Скорость уменьшения ошибки приближенного результата (скорость сходимости) определяется показателем степени k, который имеет разное значение для перемещений и различных компонент внутренних усилий (напряжений).

Расчетная схема
Системы координат
Для задания данных о расчетной схеме могут быть использованы различные системы координат, которые в дальнейшем пре-образуются в декартовы. В дальнейшем для описания расчетной схемы используются следующие декартовы системы коор-динат:
Глобальная правосторонняя система координат XYZ, связанная с расчетной схемой
Локальные правосторонние системы координат, связанные с каждым конечным элементом.
Тип схемы
Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.
Количественные характеристики расчетной схемы
Количество загружений — 3
Количество комбинаций загружений — 2
Выбранный режим статического расчета
Статический расчет системы выполнен в линейной постановке.
Набор исходных данных
Детальное описание расчетной схемы содержится в документе "Исходные данные", где в табличной форме представлены сведения о расчетной схеме, содержащие  координаты всех узлов, характеристики всех конечных элементов, условия примыкания конечных элементов к узлам и др.
Граничные условия
Возможные перемещения узлов конечно-элементной расчетной схемы ограничены внешними связями, запрещающими некоторые из этих перемещений. Наличие таких связей помечено в таблице "Координаты и связи" описания исходных данных символом #.
Условия примыкания элементов к узлам
Точки примыкания конечного элемента к узлам (концевые сечения элементов) имеют одинаковые перемещения с указанными узлами.
Характеристики использованных типов конечных элементов
В расчетную схему включены конечные элементы следующих типов.
Стержневые конечные элементы, для которых предусмотрена работа по обычным правилам сопротивления материалов. Описание их напряженного состояния связано с местной системой координат, у которой ось X1 ориентирована вдоль стержня, а оси Y1 и Z1 — вдоль главных осей инерции поперечного сечения.
Некоторые стержни присоединены к узлам через абсолютно жесткие вставки, с помощью которых учитываются эксцентриситеты узловых примыканий. Тогда ось X1 ориентирована вдоль упругой части стержня, а оси Y1 и Z1 — вдоль главных осей инерции поперечного сечения упругой части стержня.
К стержневым конечным элементам рассматриваемой расчетной схемы относятся следующие типы элементов:
Элемент типа 5, который работает по пространственной схеме и воспринимает продольную силу N, изгибающие моменты Мy и Mz, поперечные силы Qz и Qy, а также крутящий момент Mk.
Результаты расчета
В настоящем отчете результаты расчета представлены выборочно. Вся полученная в результате расчета информация хранится в электронном виде.
Перемещения
Вычисленные значения линейных перемещений и поворотов узлов от загружений представлены в таблице результатов расчета «Перемещения узлов».
Правило знаков для перемещений
Правило знаков для перемещений принято таким, что линейные перемещения положительны, если они направлены в сторону возрастания соответствующей координаты, а углы поворота положительны, если они соответствуют правилу правого винта (при взгляде от конца соответствующей оси к ее началу движение происходит против часовой стрелки).

Усилия и напряжения
Вычисленные значения усилий и напряжений в элементах от загружений представлены в таблице результатов расчета «Уси-лия/напряжения элементов».
Для стержневых элементов усилия по умолчанию выводятся в концевых сечениях упругой части (начальном и конечном) и в центре упругой части, а при наличии запроса пользователя и в промежуточных сечениях по длине упругой части стержня. Для пластинчатых, объемных, осесимметричных и оболочечных элементов напряжения выводятся в центре тяжести элемента и при наличии запроса пользователя в узлах элемента.
Правило знаков для усилий (напряжений)
Правила знаков для усилий (напряжений) приняты следующими:
Для стержневых элементов возможно наличие следующих усилий:
N – продольная сила;
MKP – крутящий момент;
MY – изгибающий момент с вектором вдоль оси Y1;
QZ – перерезывающая сила в направлении оси Z1 соответствующая моменту MY;
MZ – изгибающий момент относительно оси Z1;
QY – перерезывающая сила в направлении оси Y1 соответствующая моменту MZ;
RZ – отпор упругого основания.
Положительные направления усилий в стержнях приняты следующими:
для перерезывающих сил QZ и QY – по направлениям соответствующих осей Z1 и Y1;
для моментов MX, MY, MZ – против часовой стрелки, если смотреть с конца соответствующей оси X1, Y1, Z1;
положительная продольная сила N всегда растягивает стержень.
Суммарные значения приложенных нагрузок по нагружениям.
В протоколе решения задачи для каждого из нагружений указываются значения суммарной узловой нагрузки, действующей на систему.
Расчетные сочетания усилий
Значения расчетных сочетаний усилий представлены в таблице результатов расчета «Расчетные сочетания усилий».
Вычисление расчетных сочетаний усилий производится на основании критериев, характерных для соответствующих типов конечных элементов – стержней,  плит, оболочек, массивных тел. В качестве таких критериев приняты экстремальные значения напряжений в характерных точках поперечного сечения элемента. При расчете учитываются требования нормативных документов и логические связи между загружениями.
Основой выбора невыгодных расчетных сочетаний усилий служит принцип суперпозиции. Из всех возможных сочетаний, отбираются те РСУ, которые соответствуют максимальному значению некоторой величины, избранной в качестве критерия и зависящей от всех компонентов напряженного состояния:
а) для стержней — экстремальные значения нормальных и касательных напряжений в контрольных точках сечения
б) для элементов, находящихся в плоском напряженном состоянии — по огибающим экстремальным кривым нормальных и касательных напряжений/
Нормальные напряжения вычисляются в диапазоне изменения углов от 90° до -90°, а касательные от 90° до 0°. Шаг изменения углов 15°.
в) для плит применяется аналогичный подход — расчетные формулы приобретают вид:
Кроме того, определяются экстремальные значения перерезывающих сил.
г) для оболочек также применяется аналогичный подход, но вычисляются напряжения на верхней и нижней поверхностях оболочки с учетом мембранных напряжений и изгибающих усилий.
д) для объемных элементов критерием для определения опасных сочетаний напряжений  приняты экстремальные значения среднего напряжения (гидростатического давления) и главных напряжений девиатора.
Вывод: имеющееся конструктивное исполнение постамента после устранения выявленных дефектов обеспечивает выполнение условия его прочности  при сохранении рабочих параметров.

Контактная форма