Основные положения к расчету

Составление и анализ расчетной схемы будем производить с помощью метода конечных элементов, который является одним из вариационных методов и часто трактуется как метод Ритца. Область, занимаемая телом, разбивается на конечные элементы. Чаще всего это треугольники в плоском случае и тетраэдры в пространственном. Внутри каждого этого элемента задаются некоторые функции формы, позволяющие определить перемещения внутри элемента по перемещениям в узлах — местах стыков конечных элементов. За координатные функции принимаются функции, тождественно равные нулю всюду, кроме одного конечного элемента, внутри которого они совпадают с функциями формы. В качестве неизвестных коэффициентов метода Ритца берутся узловые перемещения. После минимизации функционала энергии получается алгебраическая система уравнений (так называемая основная система). [2]

Ортотропия — неоднородность физических (Физико-механических) свойств среды по двум или трем направлениям внутри этой среды.

Ортотропия является одной из физико-механический характеристик сталежелезобетонных перекрытий по профилированному листу. [1]

Результаты расчетов

Исходные данные

Участок производственного цеха, расположенный в осях 2–4/Б-Г на отм. +3,000. Перекрытие выполнено по металлическим балкам двутаврового сечения 20Б1 по ГОСТ ГОСТ Р 57837–2017. Шаг балок составляет 6 метров. Плита перекрытия выполнена по несъемной опалубке из профилированного настила Н60–845–0,8. Для осуществления совместной работы металлических балок и железобетонной плиты перекрытия использованы стад-болты Шпилька ГОСТ Р 51738–2013-UD16х40–4,8.

Выполним моделирование расчетной схемы в программном комплексе SCAD. Колонны приняты железобетонными сечением 400х400 мм, стальные балки — двутавры сечением 20Б1, перекрытие толщиной 250 мм. Марка бетона по прочности для всех бетонных конструкций принята равной В25.

Так как динамическая нагрузка от станков приложена на высоте 0,9 м от плиты перекрытия, в модель добавлены стержни высотой 900 мм с нулевой массой, для передачи нагрузки на перекрытие.

Ортотропия в расчётной модели учтена путем разделения плиты на полосы шириной равной ширине гофры (120 мм) профилированного листа и заданием различных толщин для смежных участков плиты.

На рисунке 1 и 2 представлен общий вид сталежелезобетонного перекрытия, с гофрами расположенными вдоль оси Х и вдоль оси Y соответственно.

Рис. 1. Сталежелезобетонное перекрытие с расположением гофр вдоль оси Х

Рис. 2. Сталежелезобетонное перекрытие с расположением гофр вдоль оси Y

Рис. 3. Направление приложения динамической нагрузки

Выполним расчет смоделированных расчетных схем с помощью программного комплекса SCAD. Результаты расчетов представлены на рисунках 15–20 представлены результаты расчета — максимальные амплитуды колебаний сталежелезобетонных перекрытий.

Рис. 4. амплитуда колебаний по оси Х перекрытия с гофрами вдоль оси Y

Рис. 5. амплитуда колебаний по оси Х перекрытия с гофрами вдоль оси Х

Рис. 6. амплитуда колебаний по оси Y перекрытия с гофрами вдоль оси Y

Рис. 7. амплитуда колебаний по оси Y перекрытия с гофрами вдоль оси Х

Рис. 8. амплитуда колебаний по оси Z перекрытия с гофрами вдоль оси Y

Рис. 9. Амплитуда колебаний по оси Z перекрытия с гофрами вдоль оси Х

Согласно выполненным расчетам в программном комплексе SCAD, максимальная амплитуда колебаний по оси Х для сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Х составляет 0,19 мм, что незначительно превышает максимальную амплитуду колебаний сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Y, равную 0,18 мм. максимальная амплитуда колебаний по оси Y для сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Х составляет 0,02 мм, что соответствует максимальной амплитуде колебаний сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Y. Однако максимальная амплитуда колебаний по оси Z для сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Y составляет 0,22 мм, что значительно превышает максимальную амплитуду колебаний сталежелезобетонного перекрытия с гофрами вдоль оси Х, равную 0,09 мм.

Вывод

Расположение гофр профилированного настила играет важную роль в несущей способности всего сталежелезобетонного перекрытия. Наиболее выгодным с точки зрения несущей способности является расположение профилированного настила гофрами вдоль действия горизонтальной составляющей динамической нагрузки.

Литература:

1. Моделирование сталежелезобетонного перекрытия с профилированным настилом и оценка расчетной схемы в сравнении с ручным расчетом Михаськин В. В., Карачаева М. А.
2. Метод конечных элементов в технике Зенкевич О. под редакцией Победря Б. Е.