Modelování přípojů pomocí plošných prvků

Odborný článek

V přídavném modulu RF-JOINTS Steel Rigid lze posuzovat rámové rohy dle Eurokódu 3. Pokud se jedná o modelování nestandartizovaného přípoje nebo podrobnější analýzu jeho chování, doporučujeme vytvořit jej pomocí plošných prvků.  Následující článek ukáže principy práce s takovým modelem.

Modelování prutového modelu

Program RFEM nabízí možnost převést pruty s tenkostěnnými průřezy na plošné prvky. Z toho důvodu by měl být nejdříve vytvořen prutový model a až poté by se měly vybrané pruty převést. Použitý model je vidět na obrázku 01 a.

Obr. 01 - Rám haly jako základ pro plošný model

Jedná se o jeden rám haly s tuhým rámovým spojem, část rámu označená šipkou byla převedena na plošný model. Délka prvků hraje důležitou roli hned ze dvou důvodů.

  1. Plošný model vyžaduje dělení na mnohem více konečných prvků než prut. Doporučuje se tedy zvolit délku náhradního plošného modelu co nejmenší, aby se minimalizovala náročnost výpočtů a tím i doba potřebná k získání výsledků. Na druhou stranu je výpočet přesnější, čím větší čast modelu je vytvořena z ploch.
  2. Převod z prutu na plochy vyžaduje úpravu zatížení, protože síly na prut musí být přeneseny z uzlu do linií průřezu. Aby bylo rozložení zatížení reálné, prut by neměl být příliš krátký.

Aby byly splněny oba požadavky, lze použít obecné pravidlo pro roznos zatížení v úhlu 60 °. Délka prutů by měla být minimálně stejná jako největší šířka průřezu.

Obr. 02 - Vliv délky sloupu

Obrázek 02 znázorňuje porovnání tří modelovaných rámových rohů v jednom řezu, který byl umístěn ve vzdálenosti poloviny šířky průřezu. Referenční hodnotou je srovnávací napětí von Mises. Je jasně patrné, že jsou zde rozdíly mezi modelem číslo 1 s délkou rovnající se šířce průřezu a modelem číslo 2 s dvojnásobnou délkou než je šířka průřezu. U třetí varianty s trojnásobnou délkou jsou již rozdíly zanedbatelné. Proto je doporučeno použít dvojnásobnou délku než je šířka průřezu, aby byla volba na straně bezpečné. Stejnou délku použijeme také na nosník. Pro zjednodušení byl převeden na plochy celý náběh bez přerušení.

Vzhledem k tomu, že sloup by měl přesahovat nad průsečík střednic, byl prodloužen nahoru o další prut. Délka byla zvolena tak, aby přesahovala nad šikmou část naběhu, později bude oříznuta na správnou délku. Upravený rámový roh je vidět na obrázku 01 b.

Vytvoření modelu z ploch

Pruty budou nyní převedeny na plochy. Převod lze spustit volbou „Generovat plochy z prutů“ z kontextového menu vyvolaného stiskem pravého tlačítka myši. Vytvořený model má však různé průsečíky. Kromě toho chybí čelní plechy, žebra a také správný sklon horní části sloupu.

Ze všeho nejdříve je třeba opravit kolidující plochy. Nejjednodušeji to lze udělat vybráním koncové hrany pásnice a za střední bod přetáhnout podél osy pásnice do průsečíku s pásnicí sloupu. Obdobně postupujeme i s druhou pásnicí náběhu. Tím jsme zároveň vyřešili i kolizi stojin sloupu a nosníku. Postup je také patrný z obrázku 03.

Obr. 03 - Seříznutí náběhu

Pokud jste neposouvali celé hrany ploch, ale jen jednotlivé body, je možné, že se plochy vytvoří nesprávně nebo zmizí. Tyto plochy jsou červeně zvýrazněny v Navigátoru > Data > Plochy a lze je opravit výběrem správných hraničních linií v jejich vlastnostech. Vzhled modelu po odstranění všech nepotřebných linií a uzlů je patrný z obrázku 04.

Obr. 04 - Přenesení sklonu nosníku na sloup

Další krok je oříznutí sloupu. Pro získání správného sklonu náběhu a vektoru posunutí pro kopírování použijeme jeden z krajních bodů horní pásnice. Postup je vidět na obrázku 04. Zkopíruje se horní průsečík pásnice sloupu a nosníku. V dialogu „Posun/Kopie“ je zadána 1 kopie a vybrán vektor počátečního a koncového uzlu pásnice nosníku. Protože se nosník zužuje, hodnota pro tento směr (dY) se nastaví na hodnotu 0. Nyní může být vytvořena linie mezi těmito dvěma uzly. Tato linie nyní také protíná opačný okraj pásnice sloupu. Pomocí nástroje „Spojit linie/pruty“ je možné vytvořit průsečík.

Obr. 05 - Oříznutí sloupu

Po získání správného sklonu se nový uzel ozrcadlí nebo zkopíruje na druhou stranu sloupu a uzly na konci sloupu se přesunou do nových poloh (obrázek 05). V tomto okamžiku lze posunout uzly navazující části sloupu na úroveň náběhu a přídavné linie pro výztuhy a čelní plech zkopírovat jako na obrázku 05 b. 

Poté bude vytvořen čelní plech náběhu. Linie průsečíku sloupu a nosníku mohou být zkopírovány kolmo na sloup. Vzdálenost závisí na tloušťce pásnice a plechu. Sečteme obě poloviny tlouštěk. V tomto případě má pásnice tloušťku 13,5 mm a čelní plech 12 mm. Výsledná tloušťka je 13 mm. Po zkopírování linií pro výztuhy lze linie nosníku posunout o tuto vzdálenost (obrázek 06) a vytvořit tak nové linie čelního plechu. Po tomto kroku dojde k vymazání ploch, protože byly změněny hraniční linie.

Obr. 06 - Vytvoření uzlu čelního plechu na nosníku

K dokončení modelu je ještě nutné vytvořit linie žeber, linie ztracených a nových ploch. To vede ke stavu jako na obrázku 07. Pro názornost jsou plochy zobrazeny v různých barvách v závislosti na tloušťce.

Obr. 07 - Hotový plošný model s přidanými výztuhami stojiny

Modelování šroubů

Spojení mezi čelním plechem nosníku a pásnicí sloupu je vytvořeno pomocí kontaktního tělesa a prutů. Kontaktní těleso je vloženo mezi dvě plochy (sloup/nosník) a zajišťuje neúčinnost spoje v tahu. Tahové síly by měly být přeneseny šrouby, které jsou modelovány pomocí prutů. 

Ze všeho nejdříve je potřeba vytvořit otvory pro šrouby. Základem otvorů pro šrouby jsou otvory v pásnici a čelním plechu. Horní rohový uzel čelního plechu je zkopírován do správné pozice (obrázek 08 a). V tomto místě pak vytvoříme kruh (dbejte na správné nastavení pracovní roviny). Hraniční plochy kontaktních těles musí mít vždy čtyři hraniční linie. Vzhledem k tomu, že v případě tohoto otvoru s jeho vnitřními plochami tomu tak není, musí být kruh rozdělen do dvou segmentů (vložte linii a použijte funkci „Spojit linie/pruty“). Pro vytvoření otvorů použijte funkci „Vybrat hraniční linie“ (obrázek 08 b).

Obr. 08 - Vytvoření otvoru do čelního plechu sloupu

V dalším kroku je vytvořený otvor a společně se středem zkopírován dolů. Oba otvory lze zrcadlit (obrázek 09 a). Kontaktní tělesa můžeme vytvořit po vybrání protějších plechů kliknutím na „Vytvořit těleso s kontaktem... “ (obrázek 09 b). Již hotové kontaktní těleso je viditelné na obrázku 09 c. „Neúčinnost při tahu“ se nastaví v dialogovém okně kontaktu.

Obr. 09 - Hotové otvory a vymodelování kontaktního tělesa

Pro modelování šroubů mohou být použity ocelové pruty s kruhovým průřezem a průměrem dle šroubu. Šroub může být zatížen předpětím. Pro přenos zatížení mezi prutem a plechem lze použít plochu „Bez membránového tahu“. Nelineární působení v otvoru je simulováno pomocí neúčinnosti v tahu (obrázek 10).

Obr. 10 - Hotový model rámového rohu se šrouby a tuhými pruty

Připojení k prutovému modelu je vytvořeno pomocí tuhých prutů. Tuhé pruty jsou umístěny na obou koncích obrysů průřezů plošného modelu a zajišťují rovnoměrný přenos namáhání mezi prutovým a plošným modelem.

Praktické tipy

Koherentní modelování se projeví během generování sítě konečných prvků. Na následujících řádcích budou představeny tři typické případy a jejich řešení.

  1. „Hraniční linie plochy nejsou uzavřené.“
    Tato zpráva se objeví během editace hraničních linií plochy. V tomto případě se jednalo o několik ploch náběhu. Původní plochy byly nahrazeny novými plochami a staré neúplné plochy byly smazány. Obecně lze konstatovat, že oprava plochy trvá často déle, než generování nové s volbou „Vybrat hraniční linie“.
  2. „Počet objektů integrovaných v kontaktních plochách neodpovídá“
    Při modelování kontaktního tělesa musí být obě plochy absolutně identické. Pokud je v ploše integrován uzel, musí být integrován také v druhé ploše. Hraniční plochy kontaktního tělesa musí stejné všude stejné.
  3. „Boční plocha XX nemá čtyři hraniční linie.“
    Všechny boční plochy kontaktního tělesa musí mít čtyři hraniční linie. To platí i pro otvory v kontaktním tělese. Příklad je vidět na obrázku 11. Zde je v případě a) vidět, že hraniční plocha má přesně čtyři linie (2, 22, 10, 23). Nicméně v případě b) je jich pět, což není možné. Počet hraničních linií kontaktních ploch není důležitý.
Obr. 11 - Správné a chybné modelování hraničních ploch kontaktního tělesa

Klíčová slova

modelování plošného přípoje

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Kontakt

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

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.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RFEM Přípoje
RF-FRAME-JOINT Pro 5.xx

Přídavný modul

Posouzení tuhých šroubovaných rámových rohů podle EN 1993-1-8 (EC 3)

Cena za první licenci
1 120,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Timber - Timber to Timber 5.xx

Přídavný modul

Posouzení přímých dřevěných spojů podle Eurokódu 5

Cena za první licenci
360,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Timber - Steel to Timber 5.xx

Přídavný modul

Posouzení nepřímých dřevěných spojů podle Eurokódu 5

Cena za první licenci
850,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - DSTV 5.xx

Přídavný modul

Standardizované spoje ocelových konstrukcí

Cena za první licenci
670,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - Pinned 5.xx

Přídavný modul

Kloubové spoje podle EN 1993-1-8

Cena za první licenci
670,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - Tower 5.xx

Přídavný modul

Posouzení kloubových spojů pro pruty v příhradových stožárech podle Eurokódu 3

Cena za první licenci
670,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - SIKLA 5.xx

Přídavný modul

Navrhování spojů Sikla

Cena za první licenci
1 120,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - Column Base 5.xx

Přídavný modul

Posouzení kloubových a vetknutých patek sloupů

Cena za první licenci
670,00 USD