Možnosti zohlednění stavebních fází v programu RFEM

Odborný článek

Současný stav výpočetní techniky a vývoje programů pro výpočty metodou konečných prvků (MKP) umožňuje počítat stále složitější konstrukční systémy. Stále častěji se výpočet MKP provádí na celém modelu konstrukce. V této souvislosti je ovšem třeba také řešit určité problémy ze stavební praxe, jaký představuje i zohlednění průběhu výstavby na modelu konstrukce.

Nastínění problému

Stavby obecně nevznikají naráz, ale po etapách. Z hlediska statiky se v průběhu stavby z jednotlivých částí postupně sestavuje určitá konstrukce. Nejpozději v okamžiku ukončení procesu výstavby je k dispozici konstrukce v plánovaném konečném stavu. Před dosažením konečného stavu prochází v průběhu stavby konstrukce různými stavebními fázemi.

Jakmile do konstrukce během její stavby přidáváme jednotlivé části, aktivuje se jejich vlastní tíha. Působící vlastní tíhu musí přenášet dále do podloží buď samotná konstrukce nebo pomocné konstrukce. Totéž platí pro dočasná zatížení způsobená zvoleným stavebním postupem nebo přírodními podmínkami.

Na zvoleném stavebním postupu a na průběhu výstavby také závisí, které konstrukční prvky a v jakém statickém systému působí. Pokud konstrukce nebo její jednotlivé části během výstavby přenášejí zatížení, jsou příslušné části konstrukce vystaveny již před dosažením konečného stavu stavby namáhání, které vede k deformacím.

Možnosti v programu RFEM

Program RFEM nabízí v zásadě dvě možnosti, jak modelovat, případně uvažovat stavební fáze pozemních staveb. Zaprvé je k dispozici přídavný modul RF‑STAGES, zadruhé máme v programu RFEM možnost deaktivovat jednotlivé konstrukční prvky v zatěžovacích stavech a v kombinacích zatížení.

V přídavném modulu RF‑STAGES se pro analýzu konstrukce v jednotlivých stavebních fázích používá nelineární výpočet metodou konečných prvků. Daný postup umožňuje zohlednit nelinearity i redistribuce v důsledku odstranění určitých konstrukčních prvků. Vytvoří se soustava rovnic, která se pak v jednotlivých fázích podle daných okolností upravuje a přepočítává. Výpočet probíhá iterativně. V každé fázi je třeba splnit podmínky rovnováhy.

[K(u)] ∙ {u} = {F}

... matice tuhosti
{u}  ... vektor deformace
{F}  ... vektor síly

V programu RFEM máme možnost deaktivovat jednotlivé konstrukční prvky (pruty, plochy, tělesa, uzlové podpory, liniové podpory, plošné podpory) v určitém zatěžovacím stavu nebo v kombinaci zatížení. Tato volba umožňuje modelovat jednoduché stavební fáze jako například stavbu lineárního systému.

Pro každou uvažovanou stavební fázi zvlášť je třeba vytvořit vlastní zatěžovací stav, resp. zatěžovací stav se stálými zatíženími. V programu RFEM aktivujeme ve výpočetních parametrech zatěžovacího stavu záložku „Deaktivovat”. Jakmile se zobrazí příslušná záložka, označíme v ní části konstrukce, které v dané stavební fázi dosud nebudou účinné.

Obr. 01 - Výpočetní parametry zatěžovacího stavu

Obr. 02 - Deaktivování částí konstrukce

Výsledky jednotlivých fází lze později superponovat do kombinace výsledků. V takovém případě je ovšem třeba dbát na to, aby se jednalo o lineární superpozici výsledků jednotlivých fází počítaných na nepřetvořené konstrukci.

Obr. 03 - Kombinace výsledků

Porovnání možností na názorném příkladu

Obě metody nyní porovnáme na běžném příkladu z pozemního stavitelství. Jako příklad nám poslouží čtyřpodlažní železobetonová konstrukce, kterou vyšetříme ve 4 stavebních fázích. Jednotlivá podlaží se budou stavět postupně, přičemž se v průběhu výstavby žádná část konstrukce neodstraní.

Obr. 04 - RF-STAGES: Deformace v konečném stavu

Obr. 05 - RFEM: Deformace v konečném stavu

Obr. 06 - RFEM: Model bez stavebních fází

Výsledek
max uZ [mm]
Model 
7.06   Model v modulu RF-STAGES
7.06   Model v programu RFEM se stavebními fázemi 
7.89   Model v programu RFEM bez stavebních fází 

Shrnutí

Z příkladu je zřejmé, že metoda deaktivování konstrukčních prvků v programu RFEM umožňuje modelovat jednoduché stavební fáze v pozemním stavitelství. I přes zásadně rozdílnou metodiku byly u dané konstrukce v programu RFEM i v modulu RF‑STAGES zjištěny stejné deformace.

Tento příklad dále ukazuje, že zohlednění stavebních fází čtyřpodlažní konstrukce má zřetelný vliv na výsledné deformace od vlastního a přidaného stálého zatížení. Pokud uvažujeme jednotlivé stavební fáze, jsou výsledné deformace asi o 10 procent menší než v případě výpočtu na celém modelu konstrukce.

Literatura

[1]  Barth, C.; Rustler, W. Finite Elemente in der Baustatik-Praxis, 2. vydání. Berlín: Beuth, 2013.
[2]  Langhammer, A. Berechnung und Modellierung von Systemänderungen im Zuge von Bauzuständen im Rahmen von Finite-Elemente-Lösungen, diplomová práce. Drážďany: Hochschule für Technik und Wirtschaft, 2013.

Odkazy

Kontakt

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte nás nebo využijte stránky s často kladenými dotazy.

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

RFEM Ostatní
RF-STAGES 5.xx

Přídavný modul

Zohlednění stavebních fází v RFEM