Nástroje pro modelování lanových konstrukcí

Odborný článek z oblasti statiky za použití softwaru Dlubal

  • Databáze znalostí

Odborný článek

Tento text byl přeložen Google překladačem

Zobrazit původní text

Programy RFEM a RSTAB jsou programy pro obecné výpočty prutových konstrukcí a pro analýzu konstrukcí metodou konečných prvků, které jsou schopny pokrýt bezpočet dílčích oblastí stavebního oboru. V obou těchto programech lze také posuzovat lanové konstrukce. V našem příspěvku představíme některé nástroje pro modelování a návrh lanových konstrukcí.

Generátor řetězovek

Realistický výchozí tvar lana má příznivý vliv na stabilitu výpočtu. Také proces „dolaďování“ do požadovaného konečného stavu je pak méně náročný. Jestliže hledáme geometrii lana, které je rovnoměrně zatížené a vztažené na skutečnou délku, můžeme použít generátor řetězovek. Tuto funkci vyvoláme z hlavní nabídky „Nástroje“ → „Generovat model“ → „Obecný oblouk...“.

Obrázek 01 - Generovat řetězovku

Kromě počtu prutů a kromě průřezu je třeba zadat parametry řetězovky. Jednotlivé hodnoty výšky přitom představují vzdálenost uzlů od vrcholu řetězovky. „Parametr“ udává poloměr zakřivení ve vrcholu. Lze tak vytvářet libovolné úseky řetězovky.

Posun uzlů pomocí RF-IMP/RSIMP

Ne vždy odpovídá geometrie lana tvaru řetězovky. Jedná se spíše o výjimečný případ. Geometrie lana je obecně afinní k momentové křivce. Lano, které je například namáháno pouze osamělým břemenem ve svém středu, nabývá trojúhelníkového tvaru. Pokud budou na lano působit dvě osamělá zatížení, pak bude mít lano lichoběžníkový tvar.

Obrázek 02 - Tvar lana je podobný momentové linii

V případě libovolného zatížení, a tudíž také složitějších tvarů lze použít přídavný modul RF-IMP, respektive RSIMP, který umožňuje uzpůsobit geometrii lana příslušné deformaci. Lze tak poměrně rychle vytvořit model, který se blíží hledanému tvaru.

Obrázek 03 - Počáteční deformace posunutím uzlů

Dolaďování tvaru úpravou délek

Zmiňované metody slouží vždy ke stanovení výchozího stavu pro vlastní výpočet. V důsledku zatížení, která na lano působí, se bude lano samozřejmě dále deformovat. Zpravidla se ovšem předem určí konečný stav při působení zatížení.

Například se nastaví určitý průvěs lana při zadaném zatížení. Úkolem je pak stanovit výchozí tvar, který se při působení daného zatížení mění v požadovaný tvar. Bez použití nástrojů pro form-finding lze toho většinou dosáhnout pouze iteračním výpočtem. Možným řešením je tak dlouho upravovat počáteční stav, dokud není nalezen požadovaný průvěs. Opětovné modelování počátečního stavu výše zmíněnými metodami je možným, ovšem v důsledku iteračního postupu velmi zdlouhavým řešením. Další možností je prodlužovat nebo zkracovat lano zatížením na prut „Protažení“. Lano se pro výpočet prodlužuje nebo zkracuje a zatěžuje dalšími zatíženími. Pokud není hledaný stav ještě dosažen, lze další změnou délky rychle provést další výpočetní krok. Po dosažení požadovaného průvěsu lze k výchozí délce lan (funkce „Těžiště a informace“) přičíst délku, o kterou se lana upravovala. Součet pak odpovídá lanové délce bez zatížení.

Na tomto místě je vhodné zmínit se o rozhraní COM, které umožňuje propojit optimalizační rutinu definovanou zvlášť například v aplikaci Excel s programem RFEM nebo RSTAB.

RF-FORM-FINDING

Program RFEM s přídavným modulem RF-FORM-FINDING nabízí možnost najít hledaný tvar při daném zatížení automaticky. Je zapotřebí pouze zadat prut, zatížení a hledaný parametr.

Obrázek 04 - Parametry lana pro form-finding

Počáteční tvar ani dělení prutu není třeba specifikovat. Po výpočtu zobrazí modul v grafickém okně nalezený tvar lana, síly a také délku lana se zatížením a bez zatížení.

Porovnání

Nyní porovnáme dané možnosti. Požaduje se přitom průvěs 100 cm u lana se vzdáleností mezi podporami 20 metrů při zadaném zatížení. Porovnávat přitom budeme ruční výpočet konstrukce, na kterou bylo již předem vneseno přetvoření pomocí modulu RF-IMP (konstrukce 1), s řešením v modulu RF-FORM-FINDING (konstrukce 2).

Konstrukce 1: Lano vykazuje již počáteční deformaci 40 cm odpovídající tvaru přetvoření. Mělo by tak dojít ještě k další deformaci o 60 cm. Při výpočtu ovšem dospějeme pouze k hodnotě 6,1 cm. Lano se tak musí prodloužit. Příslušná změna délky, která je ve výsledku 10,2 cm, se musí stanovit iteračním postupem a rozloží se rovnoměrně na všechny pruty.

Obrázek 05 - Konstrukce 1: Výsledek

Délka lana bez zatížení pak odpovídá součtu délky prutů a prodloužení prutů: (20,02 + 0,102) m = 20,122 m

Konstrukce 2: U konstrukce 2, u které na pozadí automaticky probíhá form-finding, se délka lana bez zatížení stanoví na 20,12 m, má-li se při zadaném zatížení dosáhnout průvěs lana 100 cm. Výsledek odpovídá ručně spočítaným hodnotám. Náročnost tohoto postupu je ovšem výrazně menší, protože jsme jako výchozí tvar zadali pouze rovný prut, a celý iterační proces tak odpadá.

Obrázek 06 - Systém 2:

Shrnutí

V programech RFEM a RSTAB jsou různé možnosti a prostředky pro posouzení lanových konstrukcí. Vždy by se přitom měla zvážit jejich případná náročnost pro příslušný projekt. Při návrhu složitějších lanových konstrukcí, v jejichž případě se uvažují také tuhosti spodních konstrukcí nebo interakce mezi lany, se může naše práce stát poměrně rychle neekonomickou. V takových případech nabízí RFEM s přídavným modulem RF-FORM-FINDING uživatelsky přívětivé a výkonné řešení.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Lukas Sühnel

Dipl.-Ing. (FH) Lukas Sühnel

Vývoj produktů a péče o zákazníky

Ing. Sühnel zajišťuje kvalitu programu RSTAB, podílí se na vývoji programů a poskytuje technickou podporu zákazníkům.

Klíčová slova

Kabely Lanové konstrukce Form-finding IMP Řetězovka

Literatura

[1]   Stranghöner, N.; Saxe, K.; Uhlemann, J.: Essener Membranbau Symposium 2016. Herzogenrath: Shaker, 2016

Odkazy

Napište komentář...

Napište komentář...

  • Navštíveno 3685x
  • Aktualizováno 27. října 2021

Kontakt

Kontaktujte Dlubal Software

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

Online školení | Anglicky

Eurokód 3 | Ocelové konstrukce podle DIN EN 1993-1-1

Online školení 9. prosince 2021 8:30 - 12:30 CET

Pozvánka na akci

NCSEA Summit stavebních inženýrů

Konference 15. února 2022 - 16. února 2022

Pozvánka na akci

2022 NASCC: Konference o oceli

Konference 23. března 2022 - 25. března 2022

Pozvánka na akci

Mezinárodní konference o masivním dřevě

Konference 12. dubna 2022 - 14. dubna 2022

Pozvánka na akci

Kongres pro statiku staveb 2022

Konference 21. dubna 2022 - 22. dubna 2022

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Webinář 5. srpna 2021 13:00 - 14:00

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Webinář 8. června 2021 14:00 - 14:45

Časová analýza výbuchu v programu RFEM

Časová analýza výbuchu v programu RFEM

Webinář 13. května 2021 14:00 - 15:00 EST

Boulení stěn a skořepin s využitím softwaru Dlubal

Boulení stěn a skořepin s využitím softwaru Dlubal

Webinář 30. března 2021 14:00 - 14:45

Návrh oceli podle CSA S16:19 v programu RFEM

Návrh oceli podle CSA S16:19 v programu RFEM

Webinář 10. března 2021 14:00 - 15:00 EST

Nejčastější chyby uživatelů v programech RFEM a RSTAB

Nejčastější chyby uživatelů v programech RFEM a RSTAB

Webinář 4. února 2021 14:00 - 15:00 CET

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Webinář 26. ledna 2021 13:00 - 14:00 CET

Posouzení prutů podle ADM 2020 v programu RFEM

Posouzení prutů podle ADM 2020 v programu RFEM

Webinář 19. ledna 2021 14:00 - 15:00 EST

Dlubal seminář

Dlubal online seminář | 15. prosince 2020

Webinář 15. prosince 2020 9:00 - 16:00 CET

Návrh dřevěné obloukové konstrukce dle EC5

Návrh dřevěné obloukové konstrukce dle EC5

Webinář 25. listopadu 2020 13:00 - 14:00 CET

RFEM 5
RFEM

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.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RFEM 5
RF-FORM-FINDING

Přídavný modul

Hledání počátečního tvaru membránových a lanových konstrukcí

Cena za první licenci
1 750,00 USD
RFEM 5
RF-IMP

Přídavný modul

Generování počátečních deformací konstrukce a náhradních imperfekcí pro nelineární výpočet

Cena za první licenci
760,00 USD
RFEM 5
Přídavný modul RF-COM/RS-COM pro RFEM/RSTAB

Přídavný modul

Programovatelné rozhraní COM

Cena za první licenci
580,00 USD
RSTAB 8
RSTAB

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

Cena za první licenci
2 550,00 USD
RSTAB 8
RSIMP

Přídavný modul

Generování počátečních deformací konstrukce a náhradních imperfekcí pro nelineární výpočet

Cena za první licenci
450,00 USD
RSTAB 8
Přídavný modul RF-COM/RS-COM pro RFEM/RSTAB

Přídavný modul

Programovatelné rozhraní COM

Cena za první licenci
580,00 USD