Samouczki

Projektowanie konstrukcji i sprawdzenie normowe stalowej ramy (AISC)

Steel

Member

AISC (USA)

Ten artykuł jest również dostępny w:

Przetłumaczone przez AI z języka angielskiego

Postępując zgodnie z tym samouczkiem krok po kroku, nauczysz się wzmacniać stalową ramę przy użyciu IDEA StatiCa Member. Ten przykład dotyczy ramy tworzącej konstrukcję nośną dachu mansardowego.

Nowy projekt

Zacznij od uruchomienia IDEA StatiCa i wybierz aplikację Member (pobierz najnowszą wersję).

Utwórz nowy projekt, wprowadź jego nazwę i wybierz odpowiedni folder, w którym zostanie zapisany. Następnie wybierz normę/podnormę projektową, wyjściowe właściwości materiału oraz typ topologii (rama).

Począwszy od wersji 24.1 nie ma potrzeby tworzenia specjalnego materiału o zredukowanych właściwościach – IDEA StatiCa Member zajmuje się tym automatycznie we właściwym momencie procesu obliczeniowego.

Podejście to można zastosować do wszystkich odpowiednich gatunków stali – umożliwiając projektantowi sprawdzenie zarówno istniejących, jak i nowych konstrukcji.

Ustaw wyjściowy przekrój poprzeczny W10x60.

Dodaj współrzędne węzłów ramy konstrukcyjnej i zdefiniuj połączenia elementów przy użyciu tych węzłów. Na koniec kliknij Create Project, aby rozpocząć modelowanie i modyfikowanie ramy konstrukcyjnej.

Zmień analizowane elementy AM2 i AM3 na W16x89, dodając nowy element i wybierając odpowiedni przekrój z bazy danych imperialnych przekrojów dwuteowych.

Elementy powiązane

Aby dodać elementy powiązane, które pełnią rolę podpór i części przenoszących obciążenia dla szczegółu konstrukcyjnego, kliknij sześcian węzła w widoku 3D lub wybierz CON2 z listy drzewa. Tutaj możesz dodać elementy powiązane zakończone lub ciągłe, klikając kierunki osi X, Y, Z zgodnie z globalnym układem współrzędnych. Dodaj 2 elementy zakończone w kierunku Y.

Następnie wybierz element powiązany RM4 w widoku 3D lub z listy drzewa i zmodyfikuj jego właściwości, takie jak przekrój poprzeczny, długość, orientacja i podpory na wolnych końcach.

Następnie odpowiednio zmodyfikuj element powiązany RM5.

Obciążenia

W menu Obciążenia możesz dodawać i modyfikować efekty obciążeń. Efekt obciążenia stanowi grupę, do której można dodać jedno lub więcej obciążeń rozłożonych na dowolnym analizowanym lub powiązanym elemencie. Alternatywnie, w ramach efektu obciążenia można wprowadzić węzłowe siły wewnętrzne na końcach elementów.

Jeden efekt obciążenia zawierający zestaw obciążeń liniowych został wygenerowany automatycznie dla wszystkich elementów. Usuń 2 z nich, klikając lewym przyciskiem myszy każdy wiersz w zakładce i wybierając Delete lub klikając ikonę na wstążce.

Następnie przypisz jedno obciążenie rozłożone do elementu AM2 i zmień jego wartość na -11 kip/ft, a szerokość na 10", aby dopasować do belki.

Połączenia

Następnie możesz zaprojektować złącza. Wybierz sześcian węzła w widoku 3D lub wybierz CON# z listy drzewa i kliknij Edit connection.

Zacznij od złącza CON1 przy podstawie lewego słupa. Otwiera się moduł aplikacji IDEA StatiCa Connection, w którym możesz zaprojektować złącze, dodając operacje wytwórcze.

W tym przypadku dodaj tylko jedną operację Base plate i zmodyfikuj jej parametry. Kliknij przycisk Propose na wstążce.

Następnie wybierz Simple Base Plate i potwierdź wybór, klikając OK. Możesz zauważyć, że norma projektowa jest inna, ale w kolejnych krokach zostanie to uwzględnione.

Wybierz typ spoiny E70xx, typ stali A36 i typ betonu 4000psi.

Naciśnij symbol + obok typu zestawu śrub, wybierz 1" F1554 Gr. 55, a następnie naciśnij OK, aby kontynuować.

Następnie skonfiguruj parametry w BP1 zgodnie z poniższym rysunkiem, zapisz ustawienia połączenia i na koniec zamknij aplikację połączenia. Zwróć uwagę, jak zdefiniowane połączenie pojawia się w modelu Member.

Następnie wybierz złącze CON2 i kliknij 'Edit Connection' w module IDEA StatiCa Connection.

Ponownie zaproponuj połączenie z Connection Library. To doskonały sposób na tworzenie połączeń opartych na już utworzonych szablonach. Zaproponowane połączenie może nie być dokładnym dopasowaniem, ale jak już widzieliśmy, bardzo łatwo jest je zmodyfikować, aby pasowało.

Główne elementy są automatycznie pobierane z modelu. Wymagane jest jedynie przypisanie dodatkowych elementów do właściwych. Zmień rozmiar kątownika na 3 1/2 x 3 1/2 x 1/4, przechodząc do odpowiedniej biblioteki L za pomocą przycisku +, typ stali na A36 i typ spoiny na E70xx. Na koniec zmień zestaw śrub na 3/4 A325 przed naciśnięciem OK.

Biblioteki przekrojów w IDEA StatiCa są dość obszerne i obejmują kilka edycji norm AISC.

W rezultacie Twoje połączenie będzie wyglądać jak na poniższym rysunku.

Zapisz to połączenie przed zamknięciem.

Kontynuuj, edytując złącze CON3.

Tutaj dodamy operację płyta do płyty, aby utworzyć styk elementu.

Dostosuj parametry w następujący sposób, aby sfinalizować połączenie.

Zapisz i zamknij CON3.

Na koniec edytuj złącze CON4. Mimo że oprogramowanie oferuje możliwość prostego powielenia tego samego projektu co dla CON1, edytujemy połączenie, aby utworzyć inne.

Otwórz CON4, kliknij Propose i wybierz projekt płyty podstawy z kotwami i usztywnieniami, jak pokazano na poniższym rysunku.

Wybierz typ spoiny E70xx, stal A36, beton 4000psi i zestaw śrub 1" F1554 Gr 55.

Aby zakończyć projekt, zmodyfikuj operację BP1 zgodnie z poniższym rysunkiem.

Sprawdź również grubość usztywnień w WID1 zgodnie z poniższym rysunkiem.

Sprawdzenie

Przejdźmy do zakładki Check i przeprowadźmy analizę. Analiza w IDEA StatiCa Member jest obliczana w trzech krokach przy użyciu technologii CBFEM. Najpierw przeprowadź analizę MNA (materiowo nieliniową) w celu sprawdzenia nośności konstrukcji, następnie oblicz LBA (liniową analizę wyboczeniową) w celu zbadania stateczności konstrukcji, a na koniec wprowadź imperfekcje geometryczne do odpowiednich postaci wyboczeniowych i oblicz GMNIA (geometrycznie i materiowo nieliniową analizę).

Po pierwsze, dla tego szczególnie złożonego projektu należy zwiększyć Liczbę iteracji analizy do 40 oraz Liczbę iteracji rozbieżnych do 15 w Code setup (w zakładce Check), aby zapewnić wystarczającą moc obliczeniową dla obliczeń.

Następnie wybierz analizę MNA i naciśnij Calculate.

Wyniki analizy MNA są wyświetlane i można sprawdzić stan każdej części konstrukcji oraz wyniki w oknie 3D, np. rozkład odkształceń w analizowanej części konstrukcji.

Następnie przełącz się na analizę LBA i powtórz Obliczenie.

Możesz odczytać współczynniki postaci wyboczeniowych w zakładce i zobaczyć wizualizację pierwszej postaci wyboczeniowej 1, włączając wyświetlanie Uy dla lepszego przeglądu odkształceń.

Możesz przeglądać wizualizacje pozostałych postaci wyboczeniowych, wybierając je w zakładce, np. postać wyboczeniową 6.

Ponieważ co najmniej jeden ze współczynników postaci wyboczeniowych jest mniejszy niż 15, przełącz się na GMNIA, aby przeprowadzić nieliniową analizę stateczności konstrukcji. Wybierz najbardziej krytyczną postać wyboczeniową lub kombinację postaci wyboczeniowych i wprowadź imperfekcję geometryczną krytycznej belki. W tym przypadku wybierz pierwszą postać wyboczeniową 1 jako najbardziej krytyczną. Przełącz się na zakładkę GMNIA w prawym panelu i wyznacz imperfekcję wynoszącą 1/4" (L/1000 = 18*12/1000 = 0,21", przyjmijmy 1/4"), którą wpisujesz jako Amplitudę w kolumnie 1.

Następnie ponownie kliknij przycisk Calculate. W tym przypadku analiza może potrwać kilka minut.

Dla przykładu załóżmy, że analiza nie zostaje ukończona – można zauważyć, że obciążenia przyłożone w GMNIA nie osiągnęły 100%, co oznacza, że przy zadanych obciążeniach konstrukcja traci stateczność LUB po prostu chcesz uzyskać wyższy minimalny współczynnik wyboczenia – konieczne jest wzmocnienie ramy.

Operacje

Wróć do zakładki Design i w menu drzewa przejdź do Operations, kliknij prawym przyciskiem myszy na AM2 i dodaj usztywnienia poprzeczne, aby wzmocnić najbardziej naprężony narożnik ramy i zmniejszyć efekty wyboczenia.

Zmodyfikuj parametry usztywnień, aby wprowadzić serię równomiernie rozmieszczonych usztywnień wzdłuż elementu.

Następnie zmodyfikuj parametry usztywnień i dodaj jeszcze jedno usztywnienie poprzeczne do tej samej belki AM2 oraz kolejne do słupa AM3 i ustaw je we właściwej pozycji.

Skopiuj operację STIFF T1 i ustaw odległość pojedynczego usztywnienia (zmień liczbę na 1) na 220".

Dla AM2 możemy również uwzględnić efekty usztywnienia pokrycia dachowego, wprowadzając operację bocznego podparcia torsyjnego:

Zmodyfikuj parametry, aby uwzględnić rzeczywiste rozmieszczenie (np.) płatwi lub, jak w tym przypadku, ciągłego pokrycia.

Przechodząc do AM3, utwórz nową operację usztywnienia i ustaw właściwości jak pokazano na poniższym rysunku.

Teraz wróć do zakładki Check i powtórz obliczenia w trzech krokach – MNA, LBA, GMNIA. Zaprojektowana rama przeszła sprawdzenia normowe stateczności z zastosowanymi imperfekcjami geometrycznymi i można przeglądać wyniki, takie jak rozkład odkształceń i wykres sił wewnętrznych.

Jak widać po przeanalizowaniu nowych wyników, wzmocnienie i dodatkowe podparcie mają duży wpływ na współczynnik wyboczenia, umożliwiając uzyskanie bardziej wytrzymałego projektu bez konieczności zwiększania rozmiaru przekroju. W takiej sytuacji IDEA StatiCa Member jest doskonałą aplikacją do przeprowadzania zaawansowanych analiz szybko i efektywnie.