Stanovení vlastního kmitání i analýza spektra odezvy se provádějí vždy na lineárním systému. Pokud v systému existují nelinearity, jsou linearizovány, a tudíž se nezohledňují. Mohou to být například tahové pruty, nelineární podpory nebo nelineární klouby. V tomto článku ukážeme, jak s nimi zacházet při dynamické analýze.
Liniová uvolnění jsou v programu RFEM 6 speciální objekty, které umožňují ve statickém modelu rozpojení objektů spojených v určité linii. Většinou se používají k rozpojení dvou ploch, které nejsou pevně spojeny nebo přenášejí pouze tlakové síly na společné hraniční linii. Zadáním liniového uvolnění se na dotyčném místě vygeneruje nová linie, která přenáší pouze uzamknuté stupně volnosti. V tomto článku si ukážeme na praktickém příkladu zadání liniových uvolnění.
Plastické klouby jsou bezpodmínečně nutné pro analýzu postupného přitěžování (pushover analýzu POA) jako nelineární statickou metodu pro seizmickou analýzu konstrukcí. V programu RFEM 6 lze plastické klouby zadat jako klouby na koncích prutů. V tomto článku si ukážeme, jak zadat plastické klouby s bilineárními vlastnostmi.
Vlastnosti spojení mezi železobetonovou deskou a zděnou stěnou lze správně zohlednit při modelování v programu RFEM 6 pomocí speciálního liniového kloubu. V tomto příspěvku ukážeme na praktickém příkladu, jak zadat tento typ kloubu.
V tomto příspěvku si ukážeme, jak lze v programu RFEM 6 správně zohlednit spojení mezi plochami, které se navzájem dotýkají v jedné linii, pomocí liniových kloubů.
Optimální úloha pro posouzení na protlačení podle ACI 318-19 [1] nebo CSA A23.3:19 [2] je takový případ, kdy je deska vystavena zatížení nebo reakci vysoce koncentrovanými do jednoho bodu. V programu RFEM 6 se uzel, v němž dochází k protlačení, označuje jako uzel protlačení. Tyto vysoké koncentrace sil mohou být způsobeny sloupem, osamělou silou nebo uzlovou podporou. Spojovací stěny mohou také vést k osamělým zatížením na koncích a v rozích těchto stěn a na koncích liniových zatížení a podpor.
Posouzení na protlačení se má podle EN 1992-1-1 provést u desek se soustředěným zatížením nebo reakcí. Uzel, kde se provádí posouzení na únosnost ve smyku při protlačení (tj. v případě problému s protlačením), se označuje jako uzel protlačení. Soustředěné zatížení v těchto uzlech lze zadat pomocí sloupů, osamělé síly nebo uzlových podpor. Koncový bod lineárního zatížení na deskách se také považuje za soustředěné zatížení, a proto by měla být kontrolována smyková únosnost také na koncích a v rozích stěn a na koncích nebo v rozích liniových zatížení a liniových podpor.
Komplexní konstrukce představují soubor konstrukčních prvků s různými vlastnostmi. Přesto mohou mít určité prvky stejné konstrukční vlastnosti (např. podpory, nelinearity, úpravy konců, klouby atd.) i vlastnosti pro posouzení (např. vzpěrné délky, návrhové podpory, výztuže, třídy provozu, redukce průřezů atd.). V programu RFEM 6 lze tyto prvky seskupovat na základě jejich společných vlastností, a zohledňovat je tak společně při modelování i při posouzení.
Pro simulaci vůle ložiska ve spoji mezi pruty lze použít funkci „Diagram“ pro klouby na koncích prutů. Chcete-li použít tuto možnost, musíte nejdříve definovat odpovídající stupeň volnosti jako kloub. Pak je možné zvolit v seznamu možnost „Diagram...“.
V přídavném modulu RF-/TIMBER Pro je možné provést analýzu kmitání známou z DIN 1052 pro posouzení podle EN 1995-1-1. V této analýze, při stálém a kvazistálém působení u ideálního prostého nosníku, průhyb nesmí překročit mezní hodnotu (6 mm podle DIN 1052). Pokud vezmeme v úvahu vztah mezi vlastní frekvencí a průhybem u prostého, kloubově uloženého nosníku zatíženého konstantním spojitým zatížením, je výsledkem pro 6 mm vlastní frekvence okolo 7,2 Hz.
V přídavném modulu RF‑/STEEL EC3 je možné najednou přiřadit stejné parametry více prutům či sadám prutů. Současné přiřazení vstupních dat je možné pro mezilehlé podpory, účinné délky, uzlové podpory, klouby na koncích prutů, smyková pole a torzní uložení.
Nejčastější příčinou nestabilních modelů je nelinearita při neúčinnosti prutu jako jsou tahové pruty. Nejjednodušším příkladem je rám s kloubově podepřenými sloupy a momentovými klouby v hlavicích sloupů. Takový nestabilní systém musí být stabilizován křížovým ztužením tahovými pruty. V případě kombinací zatížení s vodorovným zatížení zůstává takový systém stabilní. Pokud je však konstrukce zatížena pouze svisle, oba tahové pruty ztužení jsou neúčinné a systém se stává nestabilním, což způsobí přerušení výpočtu. Tomu se lze vyhnout nastavením Zvláštních úprav vypadávajících prutů v menu „Výpočet“ → „Parametry výpočtu“ → „Globální parametry výpočtu“.
V programech RFEM 5 a RSTAB 8 lze přiřadit nelinearity kloubům na konci prutu. Kromě nelinearit „Pevný, je‑li...“ a „Částečná účinnost“ můžete také zvolit „Diagram“. Pokud zvolíte možnost „Diagram“, je třeba zadat odpovídající nastavení pro působení kloubu na konci prutu. Pro jednotlivé definiční body je nezbytné určit souřadnice hodnot (deformace nebo pootočení a na nich závislé vnitřní síly), které definují kloub.
Únosnost po smykové síle VRd,c bez vypočtené smykové výztuže podle 6.2.2, EN 1992-1-1 [1] nebo 10.3.3, DIN 1045-1 [2] se vypočítá v závislosti na stupni podélného vyztužení. Pokud se pro výpočet VRd,c použije požadovaná podélná výztuž z posouzení ohybu, vede to k podceňování únosnosti ve smyku bez smykové výztuže v blízkosti kloubových koncových podpěr. Tam požadovaná ohybová výztuž, na rozdíl od působení posouvající síly, ubývá ve směru podpory. Navíc skutečně použitá podélná výztuž v oblasti koncových podpěr se významně liší od požadované ohybové výztuže (například v případě neodstupňované výztuže nosníku).
Jako rychlý prostředek pro změnu geometrie modelu je v "Navigátoru projektu - Data“ pod položkou „Pomocné objekty“ k dispozici možnost „Liniový rastr“.
U kloubů na konci prutu lze v programu RFEM i RSTAB definovat nelineární vlastnosti. Kromě diagramů účinnosti a závislostí deformací na síle existuje také jednoduchá možnost použít jako kritérium účinnosti kloubu znaménko nebo mezní hodnoty vnitřních sil. Tímto způsobem lze předepsat, které vnitřní síly se na konci prutu přenášejí.
Při modelování prutových konstrukcí nabízejí programy RSTAB a RFEM různé možnosti pro nastavení přenosu vnitřních sil ve styčných bodech. Zaprvé lze zadáním typu prutu stanovit, zda mají na připojené pruty působit pouze síly nebo také momenty. Zadruhé lze z přenosu vyloučit určité vnitřní síly pomocí kloubů. Zvláštní případ představují nůžkové klouby, které umožňují realisticky modelovat například střešní konstrukce.
Průběhy sil, které se při vyhodnocování stanoví na liniových podporách, se někdy zdají být na první pohled nepravděpodobné. Zejména v případě proměnných zatížení v místech, kde byla definována také uzlová podpora, v dělicích a okrajových bodech podepřených linií lze ve výsledcích zaznamenat nečekané podporové reakce. Ani použití funkce pro lineární vyhlazení výsledků, kterou nabízí Navigátor projektu - Zobrazit, nezaručuje vždy očekávaný průběh výsledných hodnot.
Vzhledem ke specifickým vlastnostem materiálu, jakým je sklo, je třeba při modelování v programu MKP věnovat zvláštní pozornost detailům. Sklo má velmi vysokou pevnost v tlaku, a proto lze pozorovat určitou tendenci posuzovat ho pouze na tahová napětí. Zvláštní nevýhodou tohoto materiálu je jeho křehkost. Proto by se neměly opomíjet případné špičky napětí ve výpočtu.
V tomto příspěvku si ukážeme, jak lze zohlednit polotuhé spojení mezi plochami pomocí liniových kloubů a liniových uvolnění. Polotuhé spojení mezi plochami lze zohlednit pomocí liniových kloubů a liniových uvolnění. Příkladem mohou být styčné spáry v železobetonových konstrukcích nebo rohová spojení v konstrukcích z křížem lepeného dřeva.
Spoje s deskou na stojině jsou oblíbenou formou kloubových ocelových spojů a běžně se používají u příčných nosníků v ocelových konstrukcích. Lze je bez problému použít pro spoj nosníků se stejnou horní hranou jako například u pracovních plošin. Výroba v dílně ani montáž na místě stavby nejsou zpravidla nijak náročné. Posouzení se zdá být opravdu jednoduché a rychlé, což je ovšem poněkud relativní, jak se následně ukáže. Přípoj lze v zásadě navrhnout jako kloubový spoj nosníku na nosník anebo kloubový spoj nosníku na sloup, přičemž první případ je v praxi mnohem častější.
Pro posouzení kloubového spoje s čelní deskou nabízí program RFEM následující možnosti. Zaprvé můžeme použít modul RF-JOINTS Steel - Pinned, který nám nabízí jednoduché a rychlé zadání příslušných parametrů a následné sestavení dokumentace včetně obrázků. Zadruhé můžeme takový přípoj modelovat individuálně v programu RFEM a výsledky adekvátně vyhodnotit, respektive ručně posoudit. V následujícím příkladu si popíšeme zvláštnosti takového modelování a pro názornost porovnáme smykové síly ve šroubech s příslušnými výsledky z modulu RF-JOINTS Steel - Pinned.
V nabídce programů společnosti Dlubal Software najdeme řadu přídavných modulů, které umožňují posoudit spoje v ocelových a dřevěných konstrukcích. Přídavný modul RF‑/JOINTS Steel - Column Base slouží k posouzení patek kloubově uložených nebo vetknutých ocelových sloupů. Rozhodující úlohu pro hospodárný a bezpečný návrh patky sloupu má výběr upevnění, geometrie základu a materiálů.
Okrajové podmínky pro uložení desky lze v programech pro výpočty MKP zadávat rychle jako uzlové nebo liniové podepření. Pokud však již při modelování nevezmeme v úvahu poddajnost podepření, pak často nejpozději při analýze napětí, případně při výpočtu nutné výztuže bude potřeba důkladněji se podívat na zadání podpor.
Při statickém posouzení konstrukce se nepočítají a nevyhodnocují pouze vnitřní síly a deformace. Je také třeba zajistit, aby se síly a momenty v konstrukci spolehlivě přenášely dále do základů. Dlubal Software nabízí širokou škálu produktů pro statické výpočty ocelových a dřevěných spojů. Modul RF-/JOINTS Steel – Column Base slouží k posouzení patek kloubově uložených nebo vetknutých ocelových sloupů. Patní desky sloupů lze přitom navrhnout s výztuhami či bez výztuh.
Pushover analýza neboli metoda postupného přitěžování je nelineární statický výpočet, který se používá pro seizmickou analýzu konstrukcí. Uvažovaný průběh zatížení se přebírá z dynamického výpočtu náhradních zatížení. Tato zatížení se pak postupně zvyšují, dokud nedojde k selhání konstrukce. Nelineární chování budov se obvykle modeluje pomocí plastických kloubů.
Některé složené nosníkové konstrukce, jako jsou zásobníky na sebe nebo zasunuté teleskopické tyče, přenášejí síly ve spojích mezi konstrukčními prvky třením. Únosnost takového spoje závisí na účinné normálové síle kolmo na rovinu tření a na součinitelích tření mezi oběma třecími plochami. Například, čím více jsou třecí plochy stlačeny, tím větší vodorovnou smykovou sílu mohou třecí plochy přenášet (statické tření).
Deskové dílce by se měly v místech působení soustředěného zatížení posoudit nejen na smyk, ale i na protlačení podle pravidel uvedených v článku 6.4, EN 1992-1-1 [1]. Soustředěné zatížení vzniká na ojedinělých místech například v důsledku umístění sloupu, bodových podpor nebo působení osamělého zatížení. Také koncový bod liniového zatížení, které působí na plochu, je třeba vyhodnotit jako soustředěné zatížení. Spadají sem například konce a rohy stěn, liniových zatížení nebo liniových podpor. Na protlačení se posuzují desky a stropní desky, případně základy, přičemž se přihlíží k topologii desky okolo uvažovaného uzlu protlačení. Při posouzení na protlačení podle EN 1992-1-1 je třeba ověřit, zda posouvající síla vEd nepřekračuje únosnost vRd.
V přídavném modulu RF -JOINTS Timber - Steel to Timber lze u svorníkových spojů zohlednit minimální prokluz svorníku. Tento prokluz se v programu RFEM zohlední poddajností v kloubech na koncích prutů.