Современные информационные технологии/

2. Вычислительная техника и программирование

К.т.н. Мутовина Н.В., ст.преп. Краснова Н.Н., преп. Рудометкина М.Н.,

студ. Селюкова Е.

Карагандинский государственный технический университет

Расчёт напряжённо-деформированного состояния балки

Если говорить об арматуре, как о средстве для армирования железобетонных изделий, то на сегодняшний день данный продукт металлургического производства – один из наиболее востребованных на рынке металлов. Стремительные темпы застройки современных городов объектами самого разного характера и назначения, способствуют поддержанию и возрастанию спроса на различные строительные арматуры. На современном рынке представлена арматура двух основных видов: гибкая и жёсткая. Первый вид (гибкая) – это всевозможные пруты (стержни), которые, в свою очередь, также подразделяются на гладкие и рифлёные (называемые также периодическим профилем). Второй вид (жёсткая) представляют всевозможные уголки, швеллеры, тавровые и двутавровые балки и т.п. Кроме того, имеет место деление арматуры по размерам, а именно на мерные и немерные изделия. Существует также и третий тип: мерные изделия с немерными отрезками. Строительная арматура входит в группу сортовых прокатов и изготавливается из различных марок стали способом горячей или холодной прокатки. Необходимо понимать, что от качества арматуры впрямую зависит конечное качество железобетонных изделий, как элементов строительных конструкций. Другими словами, прочность и надёжность постройки определяется именно качеством арматуры. В качестве элемента железобетона, она обеспечивает целостность и прочность любой строительной конструкции. Свойства стали, применённой для изготовления арматуры, определяют класс, к которому принадлежит готовое изделие (А1, А2, А3, А4, А5, А6).

В отличие от периодических профилей разного рода, в частности, от арматуры типа А3, арматура А1 имеет круглый профиль. Как правило, арматура строительная А1 используется при возведении многоэтажных жилых домов и промышленных зданий разного назначения. Во всех случаях арматура применяется для армирования стен и потолков. Поскольку А1 играет огромную роль в сооружении железобетонных конструкций, она всегда проверяется на соответствие требованиям безопасности и должна изготавливаться согласно соответствующему ГОСТ 5781-81. Учет этих требований характерен для горячекатаной круглой стали периодического и гладкого профиля, которая станет важным решением при армировании стандартных конструкций из железобетона. Арматура А1 является гладкой, для нее не характерно рифление.

Для изготовления арматурной стали используются низколегированная и углеродистая сталь. Длина стержней может составлять 12, 11.7, 9 и 6 метров. Арматура А1 поставляется с диаметрами 6 - 40 мм. В данном исследовании взята арматура А1 длиной 10 метров и 10 мм диаметром. Целью данного исследования является выполнение автоматизированного анализа напряженно-деформированного состояния при нагрузке F1=100кН; F2=40кН, с определением наиболее нагруженных участков и оценкой величины коэффициентов концентрации напряжений.

Рисунок 1 - Геометрическое представление балки

В данной работе для выполнения автоматизированного анализа прямого изгиба в одной плоскости упругой многопролетной балки с кусочно-постоянными изгибными жесткостями была выбрана программа – ANSYS. Важным моментом является то, что с помощью ANSYS можно проектировать различные конструкции пластины в зависимости от свойств материала. Для разбиения геометрической модели балки сеткой конечных элементов из базы ANSYS был выбран наиболее подходящий для решения нашей задачи элемент для задач плоского изгиба является балочный элемент типа BEAM3. На рисунке 2 приведена конечно-элементная модель.

Рисунок 2 – Разбиение балки на конечное число элементов и приложенная нагрузка

В качестве нагрузки к балке была приложена сила F1=100кН; F2=40кН. Силы была приложена на 2 части балки. На рисунке 3 представлены эпюры поперечных сил, максимальная поперечная сила 46,754 кН минимальная -59,997 кН.

Рисунок 3 - Эпюра поперечных сил

Рисунок 4 – Поля распределения напряжений по оси Y

Из графика, представленном на рисунке 4, видно, что максимальное напряжение возникает по оси Y. Максимальное напряжение - 401 кН×м, минимальное напряжение - 498 кН×м. На рисунке 5 показаны поля распределения деформаций. Максимальные деформации возникают в середине первой и третьей линии по оси Y. Максимальное смещение по оси Y -2,279 мм. По мере приближения к краям линии, деформация уменьшается.

Рисунок 5 – Поля распределения деформаций по оси Y

Кроме этого, арматура является надежным и прочным связующим элементом в строительстве. Без использования стальной арматуры в настоящее время не обходится ни одно строительство мира. Без этого элемента просто невозможно наделить сооружение нужной прочностью и сделать его максимально долговечным. Строительная арматура сегодня является незаменимым элементом, использующимся, как правило, в сооружениях, при строительстве которых использовался такой материал, как железобетон. Проводимые испытания прочности такого соединения, которую обеспечивает арматура, показывают, что при воздействии конструкция остается достаточно прочной и безопасной. Для обеспечения еще большей прочности рекомендуется использовать арматуру большего диаметра.