Быстровозводимые металлоконструкции. Расчет.

Дата публикации: 24.11.2017

Аннотация

В данной статье рассматривается расчет быстровозводимых металлоконструкций.

Ключевые слова: Современные средства проектирования, разработка конструкций, расчет быстровозводимых металлоконструкций.

В последнее время укрепилась устойчивая тенденция постоянного роста количества и разнообразия торжественных, культурно-массовых, тематических, развлекательных и спортивных мероприятий. Постановщики стремятся разнообразить художественное оформление представлений, используют новые варианты оборудования для создания специальных эффектов, широко применяют конструкции для подъема и перемещения объектов и людей. Расширяется и география мест проведения мероприятий - это городские территории, и побережье морей и озер, и горная местность.

При этом, время на подготовку к проведению мероприятия постоянно сокращается, и это также, к сожалению, устойчивая тенденция. А значит сокращается время все этапы подготовительных работ:

1. Разработка, включающая проектные и расчетно-исследовательские работы.
2. Изготовление.
3. Транспортировка и монтаж оборудования.

Эти этапы работы выполняются последовательно, их невозможно запараллелить, при этом безусловным требованием является выполнение правил и норм безопасности. а безопасность проведения всего комплекса работ зависит от полноты и качества выполнения каждого этапа. Но существенно сократить время на втором (изготовление) и третьем (транспортировка и монтаж) этапах достаточно проблемно.

Предприятия, занимающиеся разработкой, организацией и проведением культурно-массовых мероприятий, давно перешли на применение быстровозводимых металлических конструкций, из силовых элементов которых собираются различные по виду, назначению и размерам конструкции, используя при этом типовые элементы. И только в том случае, когда это невозможно, производят разработку оригинальных элементов, стремясь минимизировать их количество и максимально их упростить. Но расчетные исследования конструкций должны быть проведены в полном объеме.

Процесс конструирования всегда сопровождается решением двух исключающих друг друга задач: первая - пока конструкция не разработана, невозможно проводить расчеты (конструкции нет и нечего рассчитывать); вторая - пока непонятны нагрузки, их виды и величины, невозможно разрабатывать конструкцию, производить выбор материалов с учетом технологических возможностей производства, осуществлять подбор крепежных элементов и т.д., то есть создавать конструкцию. Чаще всего конструктор разрабатывает вариант конструкции, производит ее расчет, по результатам которого вносит в конструкцию корректировки, затем опять проводи расчет и так до тех пор, пока не находит приемлемый вариант конструкции, соответствующий всем предъявляемым требованиям. Опыт конструктора, наличие аналогов конечно же ускоряет процесс проектирования, но при этом каждый из конструкторов заинтересован в наличии возможностей проведения быстрого экспресс-анализа прочностных возможностей создаваемой им конструкции.

Современные средства проектирования позволяют эффективно разрабатывать конструкции с использованием библиотек материалов, крепежных элементов, легко и быстро редактировать, создавать рабочую документацию. Но не всегда созданные для последующего производства конструкции и элементы можно легко (а лучше без всяких дополнительных работ) загрузить в вычислительный комплекс и произвести необходимые расчеты.

Например, разработанная в программе SolidWorks конструкция (модель) алюминиевой фермы (полный аналог фермы TQ39x39V300CXV компании МДМ-Технология) как сборка, состоящая из круглых алюминиевых труб и соединительных гнезд. В этом случае удобно выпустить комплект конструкторской документации для производства, удобно проектировать сборки, производить проверку собираемости конструкций на стадии проектирования, однако произвести расчет при помощи приложения SolidWorks Simulation не представляется возможным, т.к. невозможно корректно задать способ соединения гнезд с силовыми профилями ферм.

Если представить конструкцию фермы как единую монолитную конструкцию удобно проектировать сборки, производить проверку собираемости конструкций на стадии проектирования, но необходимо проводить дополнительные работы для создания конструкторской документации. Однако проведение расчетов очень проблематичны, т.к. только создание сетки (это процесс разбивки конструкции на конечные элементы) для одной 3-х метровой фермы составляет более 17 мин.

 А в конструкции сценических комплексов количество фермы исчисляется несколькими десятками.

Выполнить ферму как сварную деталь (какой она собственно и является) строго соответствующей оригиналу невозможно, т.к. сварные детали создаются путем вытягивания существующих или созданных дополнительно библиотечных профилей сварных деталей вдоль заданных траекторий. Соединительные гнезда таковыми не являются, это детали, полученные механической обработкой. Однако, если выполнить аналог фермы в виде сварной детали, заменив соединительные гнезда профилем другого размера, максимально близкой к оригиналу, время создания сетки сокращается до 5 сек.

Следует отметить, что номенклатура силовых элементов, применяемых для создания конструкций, у проводящих мероприятия организаций ограничена, что позволяет создать библиотеку расчетных моделей - аналогов этих элементов в виде сварных деталей. Главным требованием к расчетным моделям силовых элементов является соответствие их габаритных и присоединительных размеров, массовых характеристик, жесткостных и прочностных характеристик материала этим же параметрам реальных силовых элементов. Существенную помощь при создании расчетных моделей может оказать справочная информация компаний - производителей конструкций. Так например компания Prolyte Gruop в каталогах указывает геометрические характеристики ферм, дает информацию о массовых характеристиках ферм и о допустимой нагрузке для различных схем нагружения, указывая при этом величины прогибов ферм. Для уверенности в правильности расчетов целесообразно смоделировать простые конструкции, провести эксперимент и расчеты этих конструкций и сравнить результаты. На основании сравнения результатов расчета и эксперимента подкорректировать параметры расчетных моделей.

Имея библиотеку расчетных моделей силовых элементов, разработчик может моделировать каркасы реальных конструкций из расчетных моделей, задавать нагрузки, соответствующие реальным и определять несущую способность, запасы прочности, т.е. те параметры, которые дает представление о надежности и безопасности конструкций. Если необходимо производить разработку оригинальных силовых элементов, расчет позволяет определить действующие на них нагрузки, места их приложения. После разработки оригинальных элементов их можно оптимизировать на основании расчета только этих элементов, но по реальным нагрузкам, которые они воспринимают в составе общей конструкции. Расчет же отдельного элемента требует несоизмеримо меньших временных затрат, чем его же расчет в составе большой конструкции.

Изложенный выше подход к разработке конструкций представляется наиболее оптимальным в условиях существенных ограничений времени на подготовку к проведению мероприятий, при соблюдении требований безопасности.

© Черный Леонид Игоревич – Эксперт по промышленной безопасности

Последние Статьи

До и после: как бизнес адаптируется к кризису

ИБП для предприятий: к чему могут привести перебои в энергоснабжении?

Надежное оборудование – залог высокой эффективности и безопасности предприятий

Опыт эксплуатации промышленных кранов в сфере утилизации и переработки мусора

Промышленная безопасность: защита систем энергоснабжения

другие статьи