Typ pręta "Sprężyna" służy do symulacji liniowych i nieliniowych właściwości sprężyny za pomocą obiektu liniowego. Funkcja ta pomaga w modelowaniu sztywności w jednostce siła/przemieszczenie.
Czy wiecie, że...? Do obliczeń konstrukcji murowych w programie RFEM zaimplementowano nieliniowy model materiałowy. Opiera się ona na podejściu Lourenco, złożonej powierzchni plastyczności powierzchni według RANKINE'A i HILLA. Model ten umożliwia opisywanie i modelowanie konstrukcyjnego zachowania muru oraz różnych mechanizmów uszkodzenia.
Parametry graniczne dobrano tak, aby zastosowane krzywe projektowe odpowiadały normatywnej krzywej projektowej.
Proste definiowanie etapów budowy konstrukcji w RFEM wraz z wizualizacją
Dodawanie, usuwanie, modyfikowanie i reaktywacja elementów prętowych, powierzchniowych i bryłowych oraz ich właściwości (np. przeguby prętowe i liniowe, stopnie swobody dla podpór itp.)
Ręczna oraz automatyczna kombinatoryka obciążeń na poszczególnych etapach budowy konstrukcji (np. w celu uwzględnienia obciążeń montażowych, tymczasowych urządzeń dźwigowych itp.)
Uwzględnienie wpływów nieliniowych, takich jak uszkodzenie prętów rozciąganych lub nieliniowe zachowanie podpór
Czy wiecie, że...? W przypadku odciążenia elementu konstrukcyjnego za pomocą plastycznego modelu materiałowego, w przeciwieństwie do modelu Izotropowy | Nieliniowy sprężysty model materiałowy, odkształcenie pozostaje po całkowitym odciążeniu.
Do wyboru są trzy różne typy definicji:
Norma (definicja naprężenia równoważnego, przy którym materiał ulega uplastycznieniu)
Bilinearny (definiowanie naprężenia zredukowanego i modułu wzmocnienia)
W przypadku ponownego zwolnienia elementu konstrukcyjnego z materiałem nieliniowo sprężystym odkształcenie wróci do tej samej trajektorii. W przeciwieństwie do Izotropowego|Plastyczny model materiałowy, po całkowitym odciążeniu nie pozostaje odkształcenie.
Do wyboru są trzy różne typy definicji:
Norma (definicja naprężenia równoważnego, przy którym materiał ulega uplastycznieniu)
Bilinearny (definiowanie naprężenia zredukowanego i modułu wzmocnienia)
Wykres naprężenie-odkształcenie:
Określenie wielokątnego wykresu naprężenie - odkształcenie
W programie RFEM istnieje możliwość łączenia powierzchni o typach sztywności "Membrana" i "Membrana ortotropowa" z modelami materiałowymi "Izotropowy nieliniowy sprężysty 2D/3D" i "Izotropowy plastyczny 2D/3D" (moduł dodatkowy (RF-MAT NL ).
Ta funkcja umożliwia symulację nieliniowych odkształceń np. folii ETFE.
Jeżeli pole wyboru 'Liczba przyrostów obciążenia' jest nieaktywne, liczba przyrostów obciążenia zostanie określona automatycznie w programie RFEM w celu efektywnego rozwiązywania zadań nieliniowych.
Zastosowana metoda oparta jest na algorytmie heurystycznym.
RF-CUTTING-PATTERN jest aktywowany poprzez wybranie odpowiedniej opcji w zakładce Opcje w danych ogólnych dowolnego modelu programu RFEM. Po aktywacji modułu dodatkowego w sekcji Dane modelu wyświetlany jest nowy obiekt "Szablony cięcia". Jeżeli rozkład powierzchni membrany dla cięcia w pozycji podstawowej jest zbyt duży, można podzielić powierzchnię, przecinając linie (typu linii "Cięcie za pomocą dwóch linii" lub "Cięcie za pomocą przekroju") w odpowiednich pasmach częściowych.
Następnie można zdefiniować indywidualne wpisy dla każdego szablonu cięcia przy użyciu obiektu "Wzorzec cięcia". Tutaj można ustawić linie graniczne, kompensacje i naddatki.
Kroki sekwencji roboczej:
Tworzenie linii cięcia
Tworzenie szablonu poprzez wybór jego linii granicznych lub przy użyciu półautomatycznego generatora
Dowolny wybór orientacji osnowy i wątku poprzez wprowadzenie kąta
Zastosowanie wartości kompensacji
Opcjonalne definiowanie różnych kompensacji dla linii granicznych
Różne naddatki (spoina, linia graniczna)
Wstępne przedstawienie szablonu cięcia w oknie graficznym, bez rozpoczynania głównych obliczeń nieliniowych
Ponieważ moduł RF-/STEEL Warping Torsion jest w pełni zintegrowany z modułami RF-/STEEL AISC i RF‑/STEEL EC3, dane są wprowadzane w taki sam sposób, jak w przypadku obliczeń w tych modułach. W oknie dialogowym Szczegóły, zakładka Skręcanie skrępowane (patrz rysunek po prawej stronie), konieczne jest tylko zaznaczenie opcji "Przeprowadzić analizę skręcania skrępowanego". W tym oknie dialogowym można również zdefiniować maksymalną liczbę iteracji.
Analiza skręcania skrępowanego jest przeprowadzana dla zbiorów prętów w modułach RF-/STEEL AISC i RF-/STEEL EC3. Można dla nich zdefiniować warunki brzegowe, takie jak podpory węzłowe lub zwolnienia na końcach prętów. Możliwe jest również określenie imperfekcji do obliczeń nieliniowych.
Przed rozpoczęciem obliczeń można dokonać sprawdzenia danych początkowych. Następnie moduł CONCRETE wyszukuje wyniki odpowiednich przypadków, grup i kombinacji obciążeń do obliczeń. Jeżeli nie zostaną one odnalezione, program RSTAB rozpocznie obliczenia w celu określenia wymaganych sił wewnętrznych.
Moduł CONCRETE oblicza wymagane pola zbrojenia podłużnego i zbrojenia na ścinanie oraz odpowiednie wyniki pośrednie na podstawie wybranej normy obliczeniowej. Jeżeli zbrojenie podłużne określone poprzez obliczenia w stanie granicznym nośności nie będzie wystarczające dla obliczeń maksymalnej szerokości rys, można automatycznie zwiększyć zbrojenie, aż do osiągnięcia określonej wartości granicznej.
Obliczanie elementów konstrukcyjnych niosących ze sobą ryzyko niestateczności można przeprowadzić za pomocą obliczeń nieliniowych. W zależności od normy dostępne są różne podejścia.
Obliczenia odporności ogniowej prowadzone są według metody uproszczonej opisanej w EN 1992-1-2, 4.2. Moduł CONCRETE wykorzystuje metodę strefową opisaną w załączniku B2. Ponadto można uwzględnić naprężenia termiczne w kierunku podłużnym oraz termiczne wygięcie początkowe powstające dodatkowo w wyniku asymetrycznych oddziaływań pożaru.
Po zakończeniu obliczeń wyświetlane są przejrzyste tabele zawierające wymagane zbrojenie oraz wyniki obliczeń stanu granicznego użytkowalności. Wszystkie wartości pośrednie są uwzględnione w sposób zrozumiały. Oprócz tabel przedstawiane są graficznie aktualne naprężenia i odkształcenia w przekroju.
Propozycje zbrojenia podłużnego i na ścinanie wraz z szkicami są dokumentowane zgodnie z aktualną praktyką. Propozycję zbrojenia można edytować i dostosowywać na przykład liczbę prętów i zakotwienie. Zmiany zostaną automatycznie zaktualizowane.
Przekrój betonu wraz ze zbrojeniem można wyświetlić w postaci renderu 3D. W ten sposób program zapewnia optymalną opcję tworzenia dokumentacji w celu tworzenia rysunków zbrojenia, w tym zestawień konstrukcji stalowych.
Obliczenia szerokości rys są przeprowadzane z wykorzystaniem wybranego zbrojenia sił wewnętrznych w stanie granicznym użytkowalności. Generowane wyniki obejmują naprężenia w stali, minimalne zbrojenie, graniczne średnice i maksymalny rozstaw prętów, a także rozstaw rys i maksymalne szerokości rys.
Wynikiem obliczeń nieliniowych są stany graniczne nośności przekroju ze zdefiniowanym zbrojeniem (wyznaczonym liniowo w sposób sprężysty) oraz ugięcia efektywne pręta z uwzględnieniem sztywności w stanie zarysowanym.
Do analizy wartości własnych dostępnych jest kilka metod:
Metody bezpośrednie
Metody bezpośrednie (Lanczosa, pierwiastki wielomianu charakterystycznego, metoda iteracji podprzestrzeni) są odpowiednie dla małych i średnich modeli. Te szybkie metody rozwiązywania równań wykorzystują dużą ilość pamięci RAM (RAM). Systemy 64-bitowe zużywają więcej pamięci, dzięki czemu można szybko obliczyć nawet większe układy konstrukcyjne.
ICG metoda iteracji
Ta metoda wymaga tylko niewielkiej ilości pamięci. Wartości własne są określane jedna po drugiej. Może być stosowany do obliczania dużych układów konstrukcyjnych o niewielkiej liczbie wartości własnych.
Moduł dodatkowy RF-STABILITY umożliwia również nieliniową analizę stateczności. Również w przypadku konstrukcji nieliniowych dostarczane są wyniki zbliżone do rzeczywistości. Współczynnik obciążenia krytycznego jest określany poprzez stopniowe zwiększanie obciążeń w podstawowym przypadku obciążenia, aż do osiągnięcia niestateczności. Przyrost obciążenia uwzględnia nieliniowości, takie jak ulegające uszkodzeniu pręty, podpory i fundamenty oraz nieliniowości materiałowe.
W przypadku analizy wartości własnych dostępnych jest kilka metod:
Metody bezpośrednie
Metody bezpośrednie (Lanczosa [RFEM], pierwiastki z wielomianu charakterystycznego [RFEM], metoda iteracji podprzestrzeni [RFEM/RSTAB], przesunięta iteracja odwrócona [RSTAB]) są odpowiednie dla małych i średnich modeli. Z szybkich metod rozwiązywania problemów należy korzystać tylko w przypadku, gdy komputer posiada dużą ilość pamięci RAM.
Metoda iteracji ICG (niekompletny sprzężony gradient [RFEM])
Z drugiej strony, ta metoda wymaga tylko niewielkiej ilości pamięci. Wartości własne są określane jedna po drugiej. Może być stosowany do obliczania dużych układów konstrukcyjnych o niewielkiej liczbie wartości własnych.
Rozszerzenie Stateczność konstrukcji umożliwia nieliniową analizę stateczności przy użyciu metody przyrostowej. Analiza ta dostarcza wyniki zbliżone do rzeczywistości również w przypadku konstrukcji nieliniowych. Współczynnik obciążenia krytycznego jest określany poprzez stopniowe zwiększanie obciążeń w podstawowym przypadku obciążenia, aż do osiągnięcia niestateczności. Przyrost obciążenia uwzględnia nieliniowości, takie jak ulegające uszkodzeniu pręty, podpory i fundamenty oraz nieliniowości materiałowe. Po zwiększeniu obciążenia można opcjonalnie przeprowadzić liniową analizę stateczności na ostatnim stabilnym stanie w celu określenia postaci stateczności.
Wyznaczanie zbrojenia podłużnego, na ścinanie i skręcanie
Określanie zbrojenia minimalnego i ściskanego
Określanie położenia osi obojętnej, odkształceń betonu oraz stali w przekroju
Wymiarowanie przekrojów obciążonych momentem zginającym w dwóch kierunkach (My,Mz)
Wymiarowanie prętów o przekrojach zbieżnych
Wyznaczanie odkształcenia w stanie II, na przykład zgodnie z EN 1992-1-1, 7.4.3
Uwzględnienie usztywnienia przy rozciąganiu
Uwzględnienie pełzania i skurczu
Szczegółowe informacje o przyczynach nieudanych obliczeń podczas wymiarowania
Szczegóły dotyczący wymiarowania dostępne we wszystkich kluczowych lokalizacjach na elemencie aby lepiej śledzić wyznaczanie zbrojenia
Opcje optymalizacji przekrojów
Wizualizacja przekroju betonowego wraz ze zbrojeniem w postaci renderu 3D
Wyświetlanie pełnego zestawienia konstrukcji stalowych
Obliczenia odporności ogniowej według metody uproszczonej (metoda strefowa) zgodnie z EN 1992-1-2 dla przekrojów prostokątnych i okrągłych
Opcjonalne rozszerzenie modułu dodatkowego RF-CONCRETE Members o nieliniowe obliczenia konstrukcji szkieletowych dla stanów granicznych nośności i użytkowalności. Rozszerzenie umożliwia wymiarowanie potencjalnie niestatecznych elementów konstrukcyjnych za pomocą obliczeń nieliniowych lub nieliniowej analizy odkształceń konstrukcji 3D. Więcej informacji można znaleźć w opisie produktu dotyczącego modułu dodatkowego RF-CONCRETE NL.
Nieliniowa analiza deformacji jest przeprowadzana metodą iteracyjną, z uwzględnieniem sztywności w przekrojach zarysowanych i niezarysowanych. Nieliniowe modelowanie betonu zbrojonego wymaga zdefiniowania właściwości materiału, które różnią się w zależności od grubości powierzchni. Dlatego element skończony jest dzielony na określoną liczbę warstw stali i betonu w celu określenia wysokości przekroju.
Średnie wytrzymałości stali zastosowane w obliczeniach oparte są na 'Normie modelu probabilistycznego', opublikowanym przez komitet techniczny JCSS. To od użytkownika zależy, czy wytrzymałość stali zostanie przyłożona do granicy wytrzymałości na rozciąganie (wzrost rozgałęzienia w obszarze plastycznym). W odniesieniu do właściwości materiałowych można kontrolować wykres naprężenie-odkształcenie dla wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie. Jako wytrzymałość betonu na ściskanie można wybrać paraboliczny lub paraboliczno-prostokątny wykres naprężenie-odkształcenie. Po stronie rozciągania betonu istnieje możliwość dezaktywacji wytrzymałości na rozciąganie, a także zastosowania wykresu liniowo-sprężystego, wykresu zgodnie z normą modelu CEB-FIB 90:1993 oraz rezydualnej wytrzymałości betonu na rozciąganie z uwzględnieniem usztywnienia rozciąganego między rysami.
Ponadto można określić, które wartości wyników mają być wyświetlane po obliczeniach nieliniowych w stanie granicznym użytkowalności:
Odkształcenia (globalne, lokalne dla układu niezdeformowanego/nieodkształconego)
Szerokości, wysokości rys oraz rozstaw górnej i dolnej powierzchni w głównych kierunkach I oraz II
Naprężenia w betonie (naprężenie i odkształcenie w głównym kierunku I i II) oraz w zbrojeniu (odkształcenie, pole przekroju, profil, otulina i kierunek w każdym kierunku zbrojenia)
RF-CONCRETE Members:
Nieliniowa analiza deformacji konstrukcji szkieletowych jest przeprowadzana metodą iteracyjną, uwzględniającą sztywność w przekrojach zarysowanych i niezarysowanych. Właściwości materiałowe betonu i stali zbrojeniowej wykorzystywane w obliczeniach nieliniowych są wybierane zgodnie ze stanem granicznym. Udział wytrzymałości betonu na rozciąganie pomiędzy rysami (wzmocnienie przy rozciąganiu) można określić za pomocą zmodyfikowanego wykresu naprężenie-odkształcenie stali zbrojeniowej lub poprzez zastosowanie rezydualnej wytrzymałości betonu na rozciąganie.
Konstrukcje są wprowadzane jako modele 1D, 2D lub 3D. Typy prętów, takie jak belki, kratownice lub pręty rozciągane, ułatwiają definiowanie właściwości prętów. Do modelowania powierzchni dostępne są na przykład typy Standardowa, Ortotropowa, Szklana, Laminowana, Sztywna, Membrana itd.
Ponadto program RFEM może wybierać spośród modeli materiałowych: Izotropowy liniowy sprężysty, Izotropowy plastyczny 1D/2D/3D, Izotropowy nieliniowy sprężysty 1D/2D/3D, Ortotropowy sprężysty 2D/3D, Ortotropowy plastyczny 2D/3D (Tsai-Wu 2D/3D) i Izotropowy termiczno-sprężysty, Izotropowy mur 2D, Izotropowy zniszczenie 2D/3D.
Proste definiowanie etapów budowy konstrukcji w programie RFEM/RSTAB wraz z wizualizacją
Dodawanie, usuwanie i modyfikacja właściwości pręta, powierzchni i brył (np. przegubów prętowych, mimośrodów powierzchniowych, stopni swobody dla podpór itp.)
Możliwość superpozycji etapów budowy z dodatkowymi obciążeniami tymczasowymi; na przykład obciążenia montażowe lub montaż dźwigów i inne
Uwzględnienie efektów nieliniowych, takich jak uszkodzenie pręta rozciąganego, sprężyste podłoże lub podpora nieliniowa
Numeryczne i graficzne wyświetlanie wyników dla poszczególnych etapów budowy lub jako obwiednia (Maks./Min.) wszystkich etapów budowy
Szczegółowy protokół wydruku wraz z dokumentacją wszystkich danych konstrukcyjnych i obciążeń dla każdego etapu budowy
Po zakończeniu obliczeń, moduł wyświetla przejrzyście ułożone tabele zawierające wyniki obliczeń nieliniowych. Wszystkie wartości pośrednie są uwzględnione w sposób zrozumiały. Graficzne przedstawienie stopni wykorzystania, odkształceń, naprężeń w betonie i stali zbrojeniowej, szerokości i głębokości rys oraz odległości między rysami w programie RFEM ułatwia szybki przegląd obszarów krytycznych lub zarysowanych.
Komunikaty o błędach lub uwagi dotyczące obliczeń ułatwiają znajdowanie problemów obliczeniowych. Ponieważ wyniki obliczeń są wyświetlane według powierzchni lub punktów wraz ze wszystkimi wynikami pośrednimi, można odtworzyć wszystkie szczegóły obliczeń.
Dzięki opcjonalnemu eksportowi tabel danych wejściowych lub wyników do MS Excel, dane pozostają dostępne do wykorzystania w innych programach. Pełne zintegrowanie wyników z protokołem wydruku programu RFEM gwarantuje weryfikowalność wymiarowania konstrukcji.