Введение в возможности анализа и проектирования конструкции моста для конкурса AISC Student Steel Bridge
Почти круглый год, Университеты по всей территории Соединенных Штатов являются домом для своих соответствующих команд и клубов AISC Student Steel Bridge, которые соревнуются в Конкурс студенческих стальных мостов AISC. Это влечет за собой долгий учебный год по проектированию и строительству моста в масштабе модели, который тестируется при различных условиях нагрузки и других критериях оценки.. Для студентов, этот процесс включает в себя все, от сбора средств до предварительного проектирования моста, к заказу, изготовление и сборка моста. Спонсируется и поддерживается AISC, Студенческий конкурс стальных мостов дает учащимся представление о реальных инженерных закупках., процессы проектирования и проверки.
Очень важный аспект процесса – вы могли бы сказать, что наиболее актуальны для аспирантуры – это анализ и моделирование конструкции моста. Программное обеспечение для проектирования конструкций играет важную роль, предоставляя учащимся возможность быстро анализировать и принимать решения по проектам мостов на протяжении всего процесса проектирования..
SkyCiv Structural 3D дает учащимся идеальное сочетание аналитической мощности и адаптивности.. SkyCiv гордится сокращением времени запуска, необходимого для изучения программного обеспечения и его эффективной работы., ведет к большему времени добавив значение к своим проектам, и раньше тоже.
анализ и проведение проверок конструкционной стали по этому проекту, давайте взглянем на предварительный проект конструкции моста для конкурса AISC Student Steel Bridge..
Моделирование конструкции фермы
Использование документов ограничений оболочки моста, предоставленных AISC, в студенческом стальном мосту AISC. – 2019 Правила, мы наблюдаем следующее:
фигура 1: Чертеж конверта AISC Student Steel Bridge
(Источник: Конкурс студенческих стальных мостов AISC 2019 Правила)
Мы будем использовать ферму Пратта для нашего примера.. Щелкните ссылки для получения дополнительной информации о Типы ферм и Моделирование фермы. Мы собираемся проанализировать стрингеры как единый элемент, чтобы упростить нашу модель на этом этапе.. Более сложные стрингеры могут быть легко смоделированы по мере того, как учащиеся продвигаются вперед в процессе проектирования..
Глядя на участок моста, мы будем считать, что уровень земли является Y-высотой 0, и центр тяжести нашего стрингера проходит через Y-возвышение 1 ступня. Глядя на боковой фасад, давайте предположим, что наши опоры сосредоточены в каждом из 1′-0″ широкие опоры. Это даст нам длину нижнего стрингера 22 ноги. Для верхнего стрингера фермы моста, допустим, что его центроид проходит через Y-возвышение 4.75 фут. в заключение, будем считать, что между концами наших нижних стрингеров шесть равных промежутков., таким образом, расстояние между точками соединения нашей фермы равно 22 фут/6 = 3.67 фут.
Теперь, когда у нас есть общие размеры, наша оболочка моста, давайте создадим узлы. Вот наша таблица узлов, где направление X является длинным размером фермы, а направление Y является высотой.
впоследствии, давайте нарисуем элементы между этими узлами с помощью шаблона ферм Пратта. Обязательно выберите “Ферма” кнопка в левом окне при создании стержней, чтобы концы стержней освобождались в момент. Вот наша ферма Pratt:
Теперь давайте добавим несколько опор. Еще раз взглянем на чертеж оболочки моста AISC., правая опора расположена внутрь от конца моста, создание консоли. Чтобы приспособить это, давайте переместим узел 6 и узел 8 совпадать с расположением этой опоры; Центр основания равен 3.′-0″ внутрь от правой езды, так что наше X-измерение будет 19 ноги. в заключение, давайте добавим опоры для штифтов на N0de 1 и узел 8. Взгляните на нашу обновленную ферму:
следующий, давайте повторим нашу ферменную конструкцию по ширине моста. Это можно сделать, выделив всю структуру, включая узлы и опоры, и собираюсь редактировать – Дублировать. Снова смотрим на рисунок 1, будем считать, что фермы будут центрированы в пределах каждой стороны ограждающей конструкции моста.. Следовательно, они будут разнесены на 4′- 3 1/2″, или 4.22 фут, это наше измерение дублирования. Нам также необходимо отрегулировать опоры, как показано на рисунке. 1, левая ферма опирается на конец моста. После дублирования нашей ферменной конструкции по поперечной оси (Прочность на изгиб будет учитываться в соответствии с AS4600.), наша 3D-структура теперь выглядит так:
Сейчас же, нам нужно соединить нашу конструкцию с помощью боковых распорок, чтобы завершить предварительное моделирование нашей конструкции моста.. Эта часть дизайна представляет собой своего рода итеративный процесс для учащихся.; они попытаются определить правильные точки соединения каждой фермы, чтобы свести к минимуму поперечное раскачивание., основная метрика, оцененная во время расчета поперечной нагрузки. Вставляем диагональную арматуру между верхними и нижними стрингерами ферм.. Например, как показано на виде сверху:
Моделирование в модуле Structural 3D SkyCiv чрезвычайно интуитивно понятно и приводит к более быстрому анализу и более простым результатам.. Дайте своим учащимся попробовать смоделировать ферму в 2D с помощью нашего Бесплатный калькулятор ферм.
Приложение нагрузок к нашему мосту
После моделирования, теперь мы можем начать применять нагрузки, установленные AISC. Существует два типа нагрузки, или нагрузки, что мост будет испытан на: Боковая и вертикальная. Величины каждого загружения даны AISC., но их точное расположение по длине моста не. Следовательно, учащиеся должны будут проанализировать несколько различных местоположений для каждого случая нагрузки, чтобы выяснить наихудший сценарий для каждого случая.. Следует отметить, что каждое загружение применяется независимо.; конструкция не видит обе ситуации загрузки одновременно.
Поскольку нагрузки, поставляемые AISC, ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ нагрузки, которые будут использоваться на соревнованиях, мы можем предположить, что это служебные нагрузки. Мы пытаемся спроектировать этот мост как можно легче, но при этом соответствовать критериям прогиба.. следовательно, наши комбинации нагрузок не будут включать какие-либо усиливающие коэффициенты нагрузки.
Боковая нагрузка
Для случая боковой нагрузки, давайте посмотрим на чертеж загрузки, предоставленный AISC в 2019 Правила (фигура 2):
фигура 2: План испытаний на боковую нагрузку для конкурса AISC Student Steel Bridge
(Источник: Конкурс студенческих стальных мостов AISC 2019 Правила)
Первый, вы замечаете, что существует не только 50 фунт поперечной силы на стороне езды, но есть 75 вертикальная нагрузка в фунтах с левой стороны в том же относительном месте по длине моста. Второй, Заметка 2 утверждает, что место “S” определяется случайным образом. Во время тестирования, AISC использует металлическую решетку / настил для поддержки веса, а также в качестве точки крепления для боковой силы.:
Источник: Руководство по соревнованиям AISC для участников
Для этого примера, мы будем применять 50 lb боковая нагрузка на “Узел 21″ нашей модели. В 75 фунт вертикальной нагрузки на противоположной стороне будет применяться как равномерная распределенная нагрузка по 3′-0” ширина настила.
\(Боковой :Нагрузка = 50\:фунт = 0.05\:кип )
\(Vertical\:Load=75\:lb/3\:ft = 25\:фунт / фут = 0.025\:kip/ft\)
Как уже упоминалось ранее, это служебные нагрузки, поэтому обе эти нагрузки будут возникать при созданном нами загружении, называемом “Боковая нагрузка” и будет рассматриваться Живая нагрузка. Последующая комбинация нагрузок будет LC. #1 и выглядит следующим образом:
\(LC\:1=1.0*Self\:Weight\:of\:Структура + 1.0*Боковой :Load\:Case\)
Очередной раз, учащиеся должны будут применить боковую и вертикальную нагрузку в нескольких местах по длине моста, чтобы определить место, которое дает основные результаты анализа.. Вот как выглядит наша модель, будут ли приложены эти нагрузки:
Вариант вертикальной нагрузки
Для случая вертикальной нагрузки, давайте посмотрим на чертеж загрузки, предоставленный AISC в 2019 Правила (фигура 2):
фигура 3: План испытаний на вертикальную нагрузку для конкурса AISC Student Steel Bridge
(Источник: Конкурс студенческих стальных мостов AISC 2019 Правила)
Аналогично варианту боковой нагрузки, места, на которые действуют вертикальные нагрузки, прямо не указаны. На этот раз, есть два отдельных случая загрузки, которые нам нужно оценить. Первый, Здесь 100 состояние предварительной загрузки фунтов. затем, дополнительный 1400 и 900 фунты добавляются, чтобы равняться 1500 и 1000 фунт нагрузки соответственно, как показано на рисунке 3. Будем считать, что нагрузки распределены между фермами равномерно., и что они действуют как равномерно распределенная нагрузка по длине настила.. Также, мы идентифицируем все вертикальные нагрузки как Живая нагрузка.
Предварительная загрузка будет отдельным загружением и будет называться “Вариант вертикальной нагрузки – Предварительная загрузка”. Давайте применим распределенные нагрузки с центром в узле 21/9 и узел 24/12. Узел 24 и 12 зеркально отражены по центру моста.
\(Предварительная загрузка = (100\:фунт/2)/3\:ft = 16.7\:фунт / фут = 0.0167\:lb/ft\)
впоследствии, комбинация нагрузок:
\(LC\:2=1.0*Self\:Weight\:of\:Структура + 1.0*Vertical\:Load\:Case-Preload\)
Вот как выглядит наша модель с предзагрузочным чехлом:
Сейчас же, давайте добавим оставшуюся нагрузку. С левой стороны общая нагрузка теперь 1500 фунт, а с правой стороны сейчас 1000 фунт. Мы сохраним это как другое загружение, называемое “Вариант вертикальной нагрузки – Общий”.
\(Total\:Load\:on\:Left\:Side\: знак равно (1500\:фунт/2)/3\:ft = 250\:фунт / фут = 0.25\:kip/ft\)
\(Total\:Load\:on\:Right\:Side\: знак равно (1000\:фунт/2)/3\:ft = 167\:фунт / фут = 0.167\:kip/ft\)
Таким образом, наша последняя комбинация нагрузок идентифицируется как:
\(LC\:3=1.0*Self\:Weight\:of\:Структура + 1.0*Vertical\:Load\:Total\)
Вот как выглядит наша модель с полной нагрузкой, приложенной в случае вертикальной нагрузки.:
См. ниже изображение недавнего соревнования и механизма загрузки для варианта вертикальной нагрузки.:
Источник: Руководство по соревнованиям AISC для участников
Анализ загружений/сочетаний
Последняя часть этого упражнения — запуск анализа конструкции моста и интерпретация результатов.. Прежде чем мы это сделаем, давайте посмотрим на комбинации нагрузок и их коэффициенты нагрузки:
Эти нагрузки являются служебными нагрузками, поэтому мы будем использовать коэффициент загрузки 1.0 на всех них. Эти три комбинации нагрузок охватывают условия нагружения, представленные между вариантом поперечной нагрузки и вариантом вертикальной нагрузки., предоставлено AISC. Сейчас же, давайте проведем наш анализ. Для практических целей, мы рассмотрим осевые результаты для правой фермы с консольным концом для LC 3.
SkyCiv дает пользователям возможность скрывать, изолировать и просматривать свои структурные результаты любым способом, который они считают нужным. Посмотрите на всю структуру, чтобы получить более глобальную идею, или изолировать комбинации или отдельные элементы для оценки на более детальном уровне. Отсюда, учащиеся должны будут пройти итеративный процесс проектирования и совместной работы со своей командой.. Теперь студенты могут сосредоточиться на том, чтобы стать лучшими и хорошо подготовленными инженерами не только для конкурса AISC Student Steel Bridge., но как инженер-стажер и профессиональный инженер.
Этот пример показывает, насколько мощным, но простым может быть SkyCiv 3D., с его интуитивно понятными модулями, ориентированными на пользователей, начиная от студентов первого курса инженерных специальностей и заканчивая старшими инженерами на пике карьеры. SkyCiv надеется, что это станет заметным инструментом для использования в классе., позволяя студентам сосредоточиться на изучении инженерии, а не на изучении программного обеспечения.
Ссылки:
- «Университетские программы». МАКО, 2019, www.aisc.org/education/university-programs/student-steel-bridge-competition/.
