V programu RFEM 6 umožňují typy zatížení Kaluže a Sníh simulace průběhů zatížení, které se během analýzy přizpůsobují měnící se geometrii plochy. Toto přizpůsobení je dosaženo iterativní aktualizací rozložení zatížení na základě skutečného tvaru plochy. Zatížení se může rozložit na sousední nezatížené plochy, hromadit se v nejnižších oblastech nebo případně spadnout z plochy.
Tyto typy zatížení jsou určeny ke zvýšení přesnosti simulace působení zatížení a chování konstrukce. Zohledněním skutečné geometrie plochy při každé iteraci zajišťuje program RFEM 6 co nejrealističtější průběh zatížení i při složitých konstrukčních podmínkách, jako je například hromadění deště na střechách nebo hromadění sněhu na plochách s různým sklonem. Vzhledem k tomu, že typ zatížení Sníh jako zatížení plochy není v zákaznických verzích zatím k dispozici, bude popsán v budoucím článku databáze znalostí; tento článek se bude zabývat výhradně typem zatížení Louže.
Typ zatížení Louže
Typ zatížení Louže (v programu RFEM 6 dostupný jako zatížení plochy) simuluje vliv deště na plochy s ohledem na posuny podle analýzy velkých deformací. Tato funkce je užitečná zejména pro modelování akumulace dešťové vody na membránových střechách, jiných více zakřivených plochách a plochých střechách. Algoritmus vyhodnotí geometrii plochy a určí, které části srážek odtečou a které se nahromadí v kalužích (vodních kapsách) na ploše. Velikost těchto kaluží se pak použije k výpočtu odpovídajícího zatížení konstrukce.
Efekt kaluží zohledňuje následující:
Detekce povodí
Prvním krokem při použití tohoto typu zatížení je detekce povodí na ploše. Tento proces začíná identifikací lokálních minim, což jsou nejnižší body v síti (znázorněné oranžovým uzlem na obrázku 1).
Po identifikaci nejnižších bodů algoritmus definuje konvexní okolní oblast, která zahrnuje všechny konečné prvky, které budou zatížením ovlivněny, bez ohledu na jejich původní úroveň povrchu. Poté se určí mezní vrstva a identifikuje se odtokový bod (červený uzel na obrázku 1), který je nejnižším bodem mezní vrstvy. Jedná se o bod, kde voda odtéká z povrchu, čímž se nastaví vodorovná úroveň povrchu detekované louže (oranžová čárkovaná čára na obrázku 1). Zatopeny jsou tedy pouze prvky pod touto úrovní.
Povodí se iterativně aktualizuje a při výpočtu deformace povrchu se mohou jezírka slučovat nebo mizet. Tento proces zajišťuje, že průběh zatížení zůstává přesný i při změnách geometrie povrchu v průběhu analýzy.
Efekt jezírka
Efekt jezírka simuluje hromadění kapaliny v detekovaných povodích. Jediným vstupem pro tento typ zatížení je objemová tíha kapaliny, kterou lze definovat v dialogovém okně zobrazeném na obrázku 2. Algoritmus poté zaplní povodí až po odtokový bod a zajistí, že úroveň povrchu zůstane vodorovná.
Jakmile je povodí zaplněno, vypočítá se pro každý konečný prvek odpovídající hydrostatické zatížení na základě objemu kapaliny v povodí. Tím je zajištěno, že průběh zatížení odpovídá přesnému množství nahromaděné kapaliny a jejímu působení na konstrukci.
Srážky
Volitelný parametr srážky lze aktivovat zaškrtnutím políčka „Množství srážek“ v dialogovém okně uvedeném výše (také zobrazeném na obrázku 3). Po aktivaci je objem kapaliny, který se má aplikovat na zatíženou plochu, přesně definován na základě ploch explicitně zatížených uživatelem. Algoritmus pak iterativně detekuje odpovídající hladinu vody v oblasti sběru. Objem v detekované louži, ohraničený vodorovnou plochou, odpovídá zadanému množství kapaliny definovanému jako vstupní parametr. Po výpočtu objemu na zatížených plochách se voda rozlije na sousední plochy, čímž se zajistí dynamické přizpůsobení rozložení podle geometrie plochy.
Výpočet
Pro dosažení přesných výsledků s tímto typem zatížení se doporučuje provést analýzu velkých deformací. Tento typ analýzy umožňuje aktualizovat průběh zatížení v každé iteraci na základě skutečné deformované geometrie konstrukce, čímž se zajistí, že vliv změn povrchu bude přesně zachycen v průběhu celého výpočtu.
Alternativně jsou k dispozici další výpočetní řády pro případy, kdy se předpokládají malé deformace konstrukce. Použije-li se však pouze 1. řád výpočtu, zatížení se aplikuje na původní, nedeformovanou geometrii konstrukce. To může vést k nepřesnostem ve výpočtu, protože se nezohlední deformace, ke kterým dojde během analýzy.
Závěr
Typ zatížení „Voda na povrchu“ v programu RFEM 6 představuje výkonný nástroj pro simulaci účinků akumulace vody na povrchy, jako jsou střechy. Zohledněním deformací povrchu a iterativním přizpůsobením rozložení zatížení zajišťuje přesné modelování akumulace dešťové vody a jejího vlivu na statickou integritu. Algoritmus detekce odtokové plochy v kombinaci s možností definovat srážky zvyšuje pružnost a přesnost simulací. Tato funkce tak poskytuje základní informace pro statiky navrhující pozemní stavby a střechy vystavené akumulaci vody z dešťových srážek a pomáhá optimalizovat bezpečnost a výkonnost za různých podmínek.