RAMA STALOWA 3D MODELOWANIE, ANALIZA ORAZ WYMIAROWANIE W FEM-DESIGN 11.0

Transkrypt

1 Structural Design Software in Europe AB Strona: Blog: Goldenline: Facebook: Osoba kontaktowa: Iwona Budny RAMA STALOWA 3D MODELOWANIE, ANALIZA ORAZ WYMIAROWANIE W FEM-DESIGN 11.0 Uruchom FEM-Design D Structure i wybierz Eurocode jako normę do wymiarowania konstrukcji. Modelowanie: a. Definicja konstrukcji Stwórz model ramy stalowej przedstawionej na rysunku powyżej, wg. danych wymienionych w tabelce. Słupy Belki Profil: IPE 100 HEB 120 Wysokość / długość: 3 m 6 m Materiał: S235 S235 Podręcznik do programu FEM-Design (User manual), a także opis nowych funkcji w wersji 11.0 (New features) znajdują się w katalogu: FEM-Design 11.0\FEM-Design manuals, a także w menu Help programu FEM-Design.

2 Aby zdefiniować słupy (belki), użyj następujących opcji: Structure Column (Beam) Define. Ustaw wysokość słupa (Height) na 3m, jego pozycję (Placement) na Above i kierunek (Direction) na Parallel with global X axis (jak na przykładzie poniżej). Wybierz Default settings na przykładzie poniżej., aby dobrać właściwości elementu (profil, materiał, zwolnienia, etc.), jak Elementy liniowe mają domyślnie ustawione sztywne połączenia Pozostaw takie ustawienia. (End conditions Releases). 2

3 b. Podpory Zadaj wszystkim słupom podpory przegubowe. Użyj następujących opcji: Structure Point support group Define. Wybierz Default settings, aby wybrać typ podpory (jak na przykładzie poniżej). c. Obciążenia Stwórz przypadki obciążeń wymienione na rysunku poniżej. Użyj opcji: Loads Load cases. 3

4 1. Ciężar własny: w przypadku ciężaru własnego elementów konstrukcyjnych, należy zmienić jego typ na +Dead load, aby został on uwzględniony automatycznie. 2. Obciążenie użytkowe: wartość obciążenia użytkowego to 3 kn/m. Wybierz odpowiedni przypadek obciążenia z rozwijalnej listy (Obciążenie użytkowe), wpisz wartość obciążenia, a następnie użyj opcji: Loads Line load Define Line by selection i zaznacz poszczególne belki. 3. Wiatr X (Wiatr Y): wartość obciążenia wiatrem to 1 kn/m (w ubu kierunkach). Wybierz odpowiedni przypadek obciążenia z rozwijalnej listy, następnie użyj opcji: Loads Line load Define Line by selection, aby zadać obciążenie na belki. Zmień kierunek obciążenia na Parallel with global X axis (aby uzyskać obciążenie działające w płaszczyźnie poziomej, w kierunku X) lub Parallel with global Y axis (aby uzyskać obciążenie działające w płaszczyźnie poziomej, w kierunku Y). 4

5 d. Kombinacje obciążeń Stwórz 5 kombinacji obciążeń: jedną dla stanu granicznego użytkowalności (SLS Service Limit State) oraz 4 dla stanu granicznego nośności (ULS Ultimate Limit State), wg. danych przedstawionych na rysunku poniżej. Użyj opcji: Loads Load combinations. Aby szybciej wybrać przypadki obciążeń biorące udział w danej kombinacji, możesz użyć opcję Insert case(s), dzięki której jednorazowo możesz wybrać wszystkie potrzebne przypadki obciążeń. Wszystkie wybrane przypadki zostaną wstawione do tabeli z kombinacjami, razem z przypisanym im współczynnikiem obciążenia (Factor). 5

6 Analiza Aby przeprowadzić obliczenia, przejdź to zakładki Analysis i użyj opcji Calculate analizy wybierz: Load cases i Load combinations.. Jako rodzaj Wybierz OK aby rozpocząć obliczenia. Aby wyświetlić wyniki analizy, użyj opcji New result analizy.. Przycisk stanie się aktywny po zakończeniu 6

7 a. Ugięcia Pokaż wykres deformacji w przypadku stanu granicznego użytkowalności (kombinacja obciążeń SLS). W tym celu użyj opcji New result, wybierz przypadek: Analysis Load combinations Displacements i zaznacz kombinację, dla której chcesz wyświetlić wykres deformacji. Aby wyświetlić wartości przemieszczeń, użyj opcji Numeric Value. Przycisk stanie się aktywny dopiero po wyświetleniu wykresu. W oknie dialogowym wybierz opcje: Find only maximum/minimum and Selected object, a następnie kliknij prawym klawiszem na wybraną belkę, aby wyświetlić wartość przemieszczenia. Użyj następujących opcji, aby zwiększyć skalę wykresu, zwiększyć rozmiar czcionki tekstu oraz aby zmienić format prezentowanego wyniku. 7

8 b. Reakcje Wyświetl maksymalne reakcje uwzględniając wszystkie kombinacje obciążeń. W tym celu użyj opcji New result, wybierz przypadek: Analysis Maximum of load combinations Reactions Fz -. Aby wyświetlić wartości reakcji, użyj opcji Numeric Value. W oknie dialogowym wybierz opcje: Find only maximum/minimum and Selected points, a następnie zaznacz pionową strzałkę oznaczającą reakcję, aby wyświetlić wartość danej reakcji w podporze. Pytanie: Dlaczego jedna reakcja ma inna wartość niż pozostałe? c. Momenty zginające Wyświetl maksymalne momenty zginające uwzględniając wszystkie kombinacje obciążeń. W tym celu użyj opcji New result, wybierz przypadek: Analysis Maximum of load combinations Bar internal forces My + (Simultaneous: My ; Display option: Graph). Aby wyświetlić wartości momentów zginających, użyj opcji Numeric Value. W oknie dialogowym wybierz opcje: Find only maximum/minimum, Selected object oraz Maximum, kliknij prawym klawiszem na wybraną belkę. 8

9 Aby wyświetlić szczegółowe wykresy konkretnej belki, wybierz opcję Detailed result, a następnie kliknij na wybraną belkę. W oknie dialogowym Single bar result istnieje możliwość edycji poszczególnych wykresów (dodanie wartości, zwiększenie skali lub zmiany formatu wyniku). 9

10 Wymiarowanie elementów stalowych Po przeprowadzonej analizie statycznej otrzymaliśmy informacje na temat deformacji oraz sił wewnętrznych. Następnym krokiem jest sprawdzenie, czy nośność konstrukcji jest wystarczająca. W tym celu należy przejść do zakładki Steel design. Aby zweryfikować nośność elementów stalowych, należy wybrać opcję Calculate Design calculations oraz zaznaczyć Check all structural elements i wybrać OK. Aby wyświetlić wyniki weryfikacji, użyj opcji New result, wybierz przypadek: Steel bar Utilization. Wybierz Maximum jako przypadek kombinacji. Z otrzymanej mapy wykorzystania przekrojów wynika, że wg. Eurokodu, żaden z przyjętych wstępnie przekrojów nie posiada wystarczającej nośności. 10

11 Aby sprawdzić, który warunek nośności nie został spełniony, użyj opcji Detailed result wybrany element. W rezultacie otrzymasz szczegółowe obliczenia wg. Eurokodu. i kliknij na Aby zwymiarować elementy stalowe tak, aby spełniały normy nośności, użyjemy opcji Auto design. 11

12 W oknie dialogowym Auto design należy wybrać opcję Design. Następnie, w oknie dialogowym Utilization, wybierz Parameters, aby zadecydować o przekrojach, które mają być brane pod uwagę. Kliknij OK i zaznacz wszystkie elementy konstrukcyjne, aby rozpocząć wymiarowanie. Po zwymiarowaniu, wszystkie elementy powinny mieć kolor zielony lub żółty. W oknie dialogowym Utilization, możesz sprawdzić jakie przekroje zostały wybrane i jaki jest stopień ich wykorzystania. Po zmianie przekrojów (zmiana sztywności elementów), nastąpiła również zmiana w rozkładzie sił wewnętrznych. Dlatego należy przeprowadzić ponowną analizę sił wewnętrznych aby zaktualizować wyniki. W tym celu użyj opcji: Apply design changes and recalculate. Jeśli po przeprowadzeniu ponownej analizy sil wewnętrznych, jakieś elementy nie spełnią wymogów nośności (będą miały kolor czerwony na mapie wykorzystania przekroju), ponów procedurę Auto Design (aż do skutku). 12

13 Dokumentacja Aby stworzyć dokumentację projektu, należy przejść do modulu Documentation prawej części menu programu FEM-Design., który znajduje się w Na początek dodaj kilka zdjęć przedstawiających deformację konstrukcji, reakcje, etc. Wciśnij Ctrl+D, aby dodać obecny widok do dokumentacji (zdjęcia te mogą być dodane również bezpośrednio z modułu Documentation). Skorzystaj z funkcji Select result, aby powrócić do poprzednio wyświetlanych rezultatów. 13

14 Przejdź do modułu Documentation. Zdjęcia, które zostały dodane wcześniej za pomocą opcji Add view to documentation (Ctrl+D), są już wyświetlone w dokumencie. Po kliknięciu na dane zdjęcie, uzyskasz dostęp do menu Manage results i Quick change. Dzięki dostępnym opcjom, możesz dowolnie modyfikować dodane wcześniej rezultaty (zmiana skali, dodanie wartości, etc.). Każdy z wykresów może być również edytowany w swoim oknie dzięki funkcjom Zoom (scroll), Pan oraz Rotate (Ctrl+scroll). Dodaj tabelkę z rezultatami, np. reakcji w podporach dla kobinacji SLS. Użyj opcji Table Analysis Load combinations. Jako rezultat wybierz Points support group, reactions, a jako kombinację: SLS. Wybierz List data, a tabelka z wynikami pojawi się w dokumentacji. Dodaj tabelkę z wynikami wymiarowania elementów stalowych oraz stopniem ich utylizacji. Użyj opcji Table Steel Design Max. of combination Bar, Utilization. 14