Липовский В.И.

Днепропетровский национальный университет

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ РЕКЛАМНОЙ ВЫВЕСКИ

В данной работе выполнено создание и разработка математической модели конструкции витража рекламной вывески, для оценки ее прочности, жесткости и устойчивости под действием статического и динамического нагружения в условиях климатической зоны г. Харькова. Конструкция рекламной вывески представляет собой пространственную рамную конструкцию. Рабочий чертеж конструкции представлен на рис.1.

Рис.1 Чертеж конструкции

При помощи метода конечных элементов было выполнено формирование и редактирование дискретной модели силовой конструкции рамы. В качестве конечного элемента использован линейный балочный элемент с поперечным сечением в виде полой прямоугольной трубы размерами 60*30*3мм. Он имеет шесть степеней свободы на один узел. Элемент воспринимает осевые, сдвигающие, изгибающие и крутящие нагрузки. Конструкция задней части круглого светового элемента представлена в виде совокупности трех горизонтальных отрезков, соответственно: нижний – узлами: 43-37-32-34-41; средний – узлами: 44-38-33-3-40; верхний – узлами: 45-39-36-42. Средний отрезок совпадает с горизонтальным диаметром круглого светового элемента, который равен три метра. Эти горизонтальные отрезки соединены при помощи вертикальных отрезков: 37-38-39 и 34-35-36. Вертикальное расстояние между горизонтальными отрезками равно одному метру. Расстояние между вертикальными стойками составляет 1669мм и соответствует чертежу. Нижняя и средняя горизонтальные стойки соединены вертикальной стойкой 31-32-33. Вертикальные и горизонтальные стойки конструкции задней части круглого светового элемента соединены с боковыми элементами витража при помощи распорных стоек. Конструкция по периметру кирпичной стенки в узлах 5,14,17,21,24,27,31 считалась защемленной, а в узлах 1,2,8,11 – шарнирно опертой. Расчетная схема и модель конструкции витража представлена на рис. 2.

Рассмотренная конструкция нагружена статической и динамической нагрузкой. Статическая нагрузка определена в виде собственного веса, веса рекламных щитов, расположенных на боковых панелях, и веса светового элемента. Вес боковых рекламных панелей принят равным по 100кГ, а вес светового элемента в 400кГ. Динамическое нагружение вызвано ветровой нагрузкой. Конструкция находится на высоте 20м и расположена в IV- зоне ветрового воздействия со скоростным напором равным 55кГ/м2 . Поправочный коэффициент на возрастание скоростного напора ветра для высоты принят равным 1.35. Коэффициент перегрузки принят равным 1.3. Аэродинамический коэффициент лобового сопротивления принят равным 1.45. Наибольшая проекция площади рекламной вывески на плоскость нормальную к направлению ветра равна 35.2м2. Максимальное ветровое усилие составило 4900кГ. Рассмотрены два взаимно-противоположных по направлению ветра случая ветровой нагрузки.

Динамическая нагрузка представлена в виде суммы двух нагружений. Первое – статическое и соответствует ветровому воздействию в узлах для данного ветрового района. Второе определяется с помощью функции формирования динамической нагрузки из суммы статических. В качестве статических приняты ветровые нагрузки, действующие в направлении наибольшей площади рекламной вывески на плоскость нормальную к направлению ветра в двух взаимно-противоположных направлениях с коэффициентами равными 0.8 и 0.8. Выполнен расчет пространственной системы на статическое и динамическое воздействия. Проведен расчет на устойчивость сжатых стержней. В расчетах учитывались СНиП 2.03.01-84 на нагрузки и воздействия и СНиП II-23-81 на стальные конструкции. В расчетах использован материал Сталь 5.

Результаты расчетов получены для стандартных линейных комбинаций нагрузок, заданных в соответствии нормативом СНиП 2.01.07-85. Расчетные сочетания нагрузок следующие: нагрузка 1 – статическая, постоянная, нагрузка 2 – ветровая, знакопеременная, кратковременная, нагрузка 3 –динамическая, особая. Соответствующие коэффициенты влияния приняты равными 1.0. Также выполнен расчет на устойчивость стержней рамной конструкции. Коэффициент запаса устойчивости, наиболее нагруженного стержня на участке между узлами 1-13, равен 3.65. По полученным нагрузкам выполнен расчет эквивалентных напряжений по четвертой теории прочности. Коэффициент запаса прочности для наиболее нагруженного стержня равен 2.2. Поля деформаций, для узлов расчетной модели 42,45,40,44,41,43 имеют завышенное значение, так как в расчетной схеме не учтен рамный кольцевой элемент заднего светового элемента конструкции. Но полученные деформации не превышают 6 мм на длине два метра, что соответствует требованиям к жесткости конструкции.

Результаты расчетов показывают, что спроектированная конструкция рекламной вывески соответствуют критериям прочности, жесткости и устойчивости.