Геометрически нелинейный расчет стальной рамы в SCAD

В попытках приблизить поведение расчетной модели здания, созданной в ПК СКАД, к реальной работе здания при его эксплуатации инженерам приходится назначать конечным элементам все новые, более сложные в вычислительном плане характеристики. Так загружение сооружений «в жизни» не происходит мгновенно, например, снег не выпадает всем расчетным значением на покрытие зданий, полезная нагрузка от веса людей, оборудования также ложатся на схему постепенно.

Получается, что часть нагрузки заставляет схему деформироваться, другая часть нагрузки ложиться уже на деформированную схему, уже испытывающую напряжения. Учесть такое поведение конструкции позволяет геометрическая нелинейность. Конечно, в каждой схеме использовать геометрически нелинейный расчет нецелесообразно, дополнительному исследованию следует подвергать большепролетные и высокоответственные конструкции. Разберем алгоритм присвоения геометрически нелинейных свойств элементов схемы на примере стальной рамы в ПК СКАД. Для наглядности разницы полученных значений проведем параллельно расчет двух стальных рам: в линейной (классической) и геометрически нелинейной постановке.

Стальная рама однопролетная, пролетом 16м, крепление балки к колонне жесткое, сечение колонны и балки – двутавр 40Ш1.

Первое, что нужно сделать для геометрически нелинейного расчета – это изменение типа конечного элемента. Линейный элемент имеет номер типа 5, геометрически нелинейного – 305. Во вкладке назначение выбираем команду назначения типа элемента. Установив галочку «Учет геометрической нелинейности» мы тем самым присваиваем вышеописанное свойство элементу (Рис. 2).

В качестве нагрузки используем традиционную нагрузку, равномерно распределенную по линии величиной 100кН/м (Рис.3).

Далее необходимо задать свойство стадийности загружений. ПК СКАД позволяет разбивать на части любое заданное статическое загружение, можно формировать стадийность из нескольких загружений. В «дереве процессов» выбираем команду «моделирование нелинейных нагрузок». Выбрав нужное загружение, создаем из него стадии. Задаем коэффициент загружения и количество шагов. Для вычисления коэффициента к шагу делим 1 (за единицу берем целое значение заданного загружения) на количество шагов.

Затем выбираем «Нелинейный расчет».

Результаты Геометрически нелинейного расчета анализируем традиционным способом, от загружений. ПК СКАД выдает значения последнего шага загружения. Выведем эпюру моментов двух рам (напомню, слева рама нелинейная)

Максимальное значение моментов нелинейной рамы 189,44тс*м, а линейной 182,87 тс*м. Деформации схемы также отличны:

Прогиб нелинейной рамы по z 0,49м, линейной 0,45м.

Итак, разница в результате присутствует, но в нашем примере она не столь существенна в процентом соотношении. В зданиях с большим пролетом и более сложной конструкции результаты будут меняться существеннее.