Расчет плиты, лежащей на упругом основании

 

1. Цель и содержание работы

Цель – ознакомление с методикой создания расчетных схем плоских конструкций в программном комплексе SCAD путем генерации схемы по параметрическим прототипам плит на упругом основании.

Содержание – формирование и расчет плиты, лежащей на упругом основании в программном комплексе SCAD путем генерации схемы по параметрическим прототипам конструкций.

 

2. Теоретическое обоснование

При расчете конструкций на упругом основании возникают проблемы учета распределительных свойств основания, которые игнорируются в простейшем случае винклерова основания (клавишная модель). Большинство реальных грунтов обладают распределительной способностью, когда, в отличие от винклеровой расчетной схемы, в работу вовлекаются не только непосредственно нагруженные части основания. Следовательно, для учета распределительной способности основания необходимо, во-первых, использовать отличные от винклеровой модели основания и, во-вторых, ввести в расчетную схему те части основания, которые расположены за пределом фундаментной конструкции.

Учет части основания, расположенной за областью W, занимаемой самой конструкцией, в SCAD может выполняться с использованием «бесконечных» конечных элементов типа клина или полосы. Эти элементы позволяют смоделировать все окружение области W, если она является выпуклой и многоугольной (рисунок 6.1).

Многоугольность области практически всегда обеспечивается с той или иной степенью точности. Если же область W является невыпуклой или неодносвязной, то она должна быть дополнена до выпуклой области конечными элементами ограниченных размеров. При этом в дополняемых частях толщина плиты принимается равной нулю.

 

Рисунок 6.1 – Расположение законтурных конечных элементов типа клина и полосы: 1 – плита; 2 – дополнение области W до выпуклой; 3 – элемент-полоса; 4 – элемент-клин

 

Вычислительный комплекс SCAD предоставляет пользователям процедуры для расчета зданий и сооружений в контакте с основаниями. Эти процедуры состоят в вычислении обобщенных характеристик естественных или искусственных оснований. Обычно проектировщики испытывают определенные затруднения при назначении этих характеристик, особенно для неоднородных слоистых оснований, т.к. получение соответствующих экспериментальных данных требует проведения специальных натурных испытаний, а накопленные табличные данные далеко не всегда адекватны реальным условиям проектирования.

 

3. Аппаратура и материалы

Компьютерный класс на 25 мест. Программный комплекс SCAD. Нормативно-техническая документация в строительстве.

 

4. Указания по технике безопасности

К выполнению лабораторных работ допускаются только студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

Расстояние от рабочего места до монитора должно быть не менее 1 м. Запрещается трогать руками экран монитора, двигать системный блок в рабочем состоянии.

 

5. Методика и порядок выполнения работы

Создать Новый проект.

Выбрать Тип схемы.

Сформировать Схему – прямоугольную сетку с переменным (рисунки 6.3 – 6.4) или постоянным шагом (рисунок 6.5), расположенную в плоскости XoY или XoZ. Назначение параметров сетки выполняется в диалоговом окне, изображенном на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Диалоговое окно

 

Тип схемы и ее положение в пространстве назначаются с помощью кнопок, установленных в верхней части окна. При правильном выборе типа схемы конечным элементам автоматически будет назначен тип и его не придется изменять в процессе работы со схемой. Плитам по умолчанию назначается тип 11.

Рисунок 6.3 – Схема плиты с разным шагом сетки вдоль осей Х и Y

Рисунок 6.4 – Схема плиты с переменным шагом сетки вдоль осей Х и Y

Рисунок 6.5 – Прямоугольная плита с постоянным шагом сетки конечных элементов

При назначении разного шага сетки следует помнить, что наиболее качественное решение будет получено при соотношении сторон четырехузловых конечных элементов, близким к 1. Не рекомендуется назначать соотношение более 1/5. Идеальным в этом смысле является квадрат.

 

Произвести ввод нагрузок.

Задание вида, направления и значения нагрузок выполняется в диалоговом окне Задание нагрузок на пластинчатые элементы (рисунок 6.6), которое открывается после нажатия кнопки Нагрузки на пластины в инструментальной панели Загружения. В окне следует установить систему координат, в которой задается нагрузка (общая или местная), вид нагрузки (сосредоточенная, распределенная, трапециевидная), ввести значение нагрузки и ее привязку (для распределенных и трапециевидных нагрузок привязка не задается). В диалоговом окне демонстрируется пиктограмма, показывающая положительное направление действия нагрузки.

Рисунок 6.6 – Диалоговое окно Задание нагрузок на пластинчатые элементы

 

После нажатия кнопки ОК в диалоговом окне можно приступить к назначению нагрузки на элементы схемы. Перед началом ввода нагрузок желательно включить соответствующий фильтр отображения.

При вводе сосредоточенных нагрузок программа выполняет контроль привязки нагрузок в границах элемента. Если нагрузка не попадает на элемент, выдается сообщение и отмечаются на схеме элементы, в которых допущена ошибка привязки.

Нагрузка на пластинчатые элементы может быть задана и распределенной по линии, соединяющей два указанных пользователем узла элемента. Для задания этой нагрузки необходимо:

– в диалоговом окне назначить вид нагрузки (равномерно распределенная или трапециевидная) и активизировать соответствующую кнопку По линии;

– установить направление и ввести величину нагрузки;

– нажать кнопку ОК в диалоговом окне;

– выбрать на схеме элементы, к узлам которых привязывается нагрузка;

– нажать кнопку ОК в разделе Загружения;

– в диалоговом окне Назначение узлов привязки нагрузки по линии (рисунок 6.7) назначить узлы, к которым привязывается нагрузка (узлы обводятся на схеме зеленым и желтым кольцами для первого и второго узлов привязки соответственно);

– нажать кнопку Назначить только выбранному элементу или Повторить для всех выбранных элементов.

Рисунок 6.7 – Диалоговое окно Назначение узлов привязки нагрузки по линии

 

В случае использования кнопки Назначить только выбранному элементу нагрузка будет назначена одному элементу (его номер указан в окне). После назначения маркер выбора этого элемента будет погашен, и управление перейдет к следующему по порядку элементу.

Если была нажата кнопка Повторить для всех выбранных элементов, тонагрузка будет автоматически назначена всем выбранным элементам. Естественно, что при этом необходимо быть уверенным, что положение узлов, между которыми задается нагрузка, во всех выбранных элементах соответствует замыслу нагружения.

Выполнить расчет.

Получить различные формы представления результатов расчета.

Произвести печать результатов.

6. Содержание отчета и его форма

 

Структура отчета:

– цель и содержание работы;

– методика и порядок выполнения работы;

– результаты;

– выводы.

Результаты оформляются в виде таблиц и графического материала, в соответствии с полученными данными.

 

7. Контрольные вопросы и защита работы

В чем заключается особенность расчета конструкций на упругом основании?

Как сформировать прямоугольную сетку с переменным шагом для пластинчатого элемента в ПК SCAD?

Как сформировать прямоугольную сетку с постоянным шагом для пластинчатого элемента в ПК SCAD?

В чем заключается особенность ввода нагрузок для пластинчатого элемента в ПК SCAD?

Задание нагрузок, распределенных по линии, на пластинчатые элементы.

Как произвести учет части основания, расположенной за областью, занимаемой самой конструкцией?

К какому типу относится плита на упругом основании?

 

 

8. Список рекомендуемой литературы: [1, 2, 8].

 

Лабораторная работа 7