расчет в APM

Расчет в APM Structure3D

Рис 1 - закрепление опор

Расчет СПК в APM Structure3D

Расчет СПК (светопрозрачной конструкции) в программе APM Structure3D, подбор сечения стойки и ригеля по прогибу (перемещению) и напряжению.

По прогибам см. статью "Прогибы_светопрозрачных_конструкций"

Литература «Проектирование и расчет методов конечных элементов в среде APM Structure3D», автор Замрий А.А.

Отметка установки витража + 25,500 . Система крепления – на плиту.

Толщина стекла в стеклопакете 18 и 26мм.

Закрепление: ветровой кронштейн (верх витража) – перемещение запрет по Х и Y, поворот запрет по Х и Z, смотри рисунок 1.

Силовой (низ витража) несущий кронштейн - перемещение запрет по Х, Y, Z, поворот запрет по Х и Z, смотри рисунок 2.

Освободим связи (степень свободы) по UY на прямоугольной пластине (стеклопакет, в расчете мы представляем, как стекло определенной толщины), смотри рисунок 3. Визуально освобождение показано в виде зеленых кругов сверху стекла.

Рис 2 - закрепление опор, несущий кронштейн

Для передачи ветровой нагрузки на стойку и ригель устанавливаем «Пластину без жесткости».

Проверяем кнопкой «Информация о пластине» толщину стекла и параметр без жесткости для пластин в витраже. Пластина без жесткости не разбивается на конечные элементы. При расчете модели, имеющей пластины без жесткости, учитывается вес пластин, а также передаваемые им ветровая и снеговая нагрузка, однако на карте результатов (напряжений, перемещений и нагрузок) эти пластины не изображаются.

Модель с пластинами без жесткости целесообразно использовать, если необходим расчет вытянутой рамы, с соотношением сторон большим чем 1:3 – 1:4. Если рама, в которую вставлен стеклопакет (стекло), имеет соизмеримые размеры сторон, наилучшим решением является построение модели с использованием пластин с жесткостью.

В данном случаи пластина моделируется обычной пластиной, которая должна быть разбита на КЭ, такой метод сводит погрешности моделирования минимумом. Этот вариант буду рассматривать позднее.

Задаем материал:

Пиктограмма (кнопка) «Материалы» - добавить – общий – название вводим:

Алюминий AlMg 0.7Si 6063 Т6 (для профиля системы АлюТех) согласно ГОСТ 22233 – 2001. Вкладка общие нужна для сравнения с допустимыми характеристиками. Мы вводим только изотропный вариант. Изотропный вариант – параметр материал – модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава 6063 Т6, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Временное сопротивление при растяжении 215 МПа, предел текучести при растяжении 170 МПа.

Алюминий, профили прессованные из алюминиевого сплава (АГРИСОВГАЗ) – АД31 Т1 (6063 Т6) согласно ГОСТ 4784-97, ГОСТ 22233-2001. Изотропный вариант – параметр материал – модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Временное сопротивление при растяжении 196 МПа, предел текучести при растяжении 147 МПа.

Вырезка из статьи журнала «СтройПРОФИЛЬ» №3(81)2010, стр. 25, прогноз прочностных характеристик сплава АД31 Т1 (6063 Т6) показывает, что через 50 лет эксплуатации минимальная остаточная прочность подконструкций навесных фасадов составит 204 – 217 МПа, через 100 лет – 180 – 190 МПа.

Алюминий, профили прессованные из алюминиевого сплава (ШУКО) AlMgSi 6060 Т6 согласно ГОСТ 22233 – 2001. Изотропный вариант – параметр материал – модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава 6063 Т6, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Возможны другие сплавы в зависимости от поставщика. Временное сопротивление при растяжении 170 МПа, предел текучести при растяжении 140 МПа.

Стекло – изотропный материал вкладка – модуль Юнга 68000 Н/мм2, плотность р=2500 кг/м3, коэффициент Пуассона 0,19.

Пластинам задаем материал – стекло.

Рис 3 - снятие связи

Высота стойки 8230 мм., это спец прессование или стык стоек между собой. В расчете задаем длину стержня 8230 мм.

Создаем загружение, вес с множителем 1 и ветер (обязательно) с множителем 0, смотри рисунок 4. Для каждого расчета должно быть свое загружение, это обязательное условие .

Рис 4 - загружение

При расчете только стоек без ригелей (например для проверке на прогиб стойки без учета ригелей) необходимо их связать между собой внизу и верху. Связать можно, например какой ни будь балкой (труба), обычно если конструкция каркасная.

Производим разбивку вертикального стержня на узлы. Стержень будет стойка, а узлы это соединение ригеля к стойке.

Также используем инструмент «совместить узлы», значение 5мм., происходит совмещение рядом стоящих узлов, которые могли возникнуть при неправильном построении модели.

Добавление профилей в базу APM:

Для того чтобы вызвать редактор поперечных сечений выбираем файл – новый /сечение. Затем, файл/импорт, загружаем сечение в формате dxf (предварительно созданное в программе «автокад», расчленить на полилинии.), показать все, расчленение блока, контур/ простой контур и выделяем внешний и внутренний контур (происходит закрашивание внутреннего контура стойки).

Замкнутые контуры после выделения окрашиваются в синий цвет. Режим набираемый контур используется если контур не замкнут. Библиотека – добавить сечение в библиотеку или создать новую.

В процессе расчета геометрических параметров нового сечения в него вписываются стержневые конечные элементы (КЭ) треугольной формы, примерно 3200 шт. Параметры разбиения – не требуют корректировки и могут быть необходимы, например, в районе отверстия или паза (если это рассчитать).  Рисунок 5.

Для расчета необходимо зайти в меню «расчеты/расчет». Результат смотрим в меню «результаты/карта результатов», смотри рисунок 6.

Рис 5 - параметры разбиения

Рис 6 - вывод результатов

Информация о библиотеке/тип сечения – не определено.

Присваиваем сечения стержням из базы данных.

Пиковая ветровая нагрузка (согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия») будет составлять 48,44 кгс/м2 в угловой зоне, на отсос.

Для расчета берем профиль ШУКО 336240 (стойка 250мм.), момент инерции Iх = 1759,43 см4, Iу = 93,83 см4. Ригель 322430.

Допустимый прогиб однопролетной балки со стеклом L/300, получаем  8230/300 = 27,4мм.

Допустимый прогиб стекла не более 8мм. (по рекомендации переработчиков стекла).

Напряжение составит 60 Н/мм2 = 60 МПа. (с учетом коэффициента надежности по ветровой нагрузки 1,4), что меньше 140 МПа.

Перемещение (прогиб стойки) составило 30,25 мм., что недопустимо. Пробуем заменить на профиль стойка 336240 + сухарь 336260 (с моментом инерции Iх = 755,75 см4, Iу = 20,06 см4.)

Суммарный момент инерции составит 2512,5 см4. Перемещение составит 21,3мм.

Прогиб в стекле на самой высокой ячейки составит 2,4 мм. (в автокаде определил путем построения), что допустимо.

Напряжение составит 41,3 МПа.

Рис 7 - перемещение (результат)

Рис 8 - напряжение (результат)

Расчет ячейки витража без пластин (стекла)

Строим сетку витража и разбиваем на узлы. Небольшие участки до 1200мм. на 5 участков, участки до 2400 мм. на 10 участков (команда «разбить стержень»).

Программа разобьет на равные участки. Команда «распределенная на стержень ГСК»  - это распределенная сила на стержень.

Направление в ГСК по координатам, например х = 1 (от фасада) , -1 – на фасад.

Значение силы кгс/м (размерность можно изменить командой «единицы измерения»).

Для нашего случая получаем, пиковая ветровая нагрузка 48,44 кгс/м2, распределенную нагрузку пересчитываем для каждого ригеля и стойки.

Например ригель, ширина грузовой площади (1,2м+2,4м) /2 = 2,125 м. 48,44 кгс/м2 * 2,125 м = 102,935 кгс/м.

Второй способ показывает более точные результаты и намного.