Podpory obliczeniowe i ugięcia

Rejestr Podpora obliczeniowa i ugięcie jest dostępny w oknie dialogowym edycji pręta lub zbioru prętów, jeżeli aktywowane są właściwości projektowe obiektu (patrz rysunek Właściwości projektowe pręta). Podpory obliczeniowe pełnią zasadniczo dwie funkcje:

1. Definicja warunków brzegowych dla warunku "Docisk prostopadle do włókien"
2. Segmentacja pręta lub zbioru prętów dla warunku ugięcia w projektowaniu konstrukcji drewnianych

Wytyczne dla warunku ugięcia powierzchni można określić w rejestrze Ugięcie okna dialogowego edycji powierzchni.

Pręty

Dialog „Edycja pręta“, karta „Podpory do wymiarowania i ugięcie“

Podpora obliczeniowa

Jak wspomniano, podpory obliczeniowe są wymagane dla warunku "Docisk prostopadle do włókien" na podporze. Specyficzne parametry dla tego warunku można określić w rejestrze Docisk prostopadle do włókien. Podpory obliczeniowe oferują ponadto możliwość segmentacji prętów i zbiorów prętów dla warunku ugięcia.

Podpory obliczeniowe można przypisać nie tylko do początku i końca pręta, lecz także do węzłów wewnętrznych. W tabeli dlatego automatycznie wstępnie ustawione są węzły typu 'Węzeł na linii/pręcie' oraz węzły standardowe pomiędzy prętami zbioru prętów.

Wybierz z listy podporę obliczeniową lub utwórz nowy typ za pomocą przycisku (patrz rysunek Nowa podpora obliczeniowa). Za pomocą przycisku można edytować wybrany typ, za pomocą przycisku można wybrać w modelu już przypisaną podporę obliczeniową.

Okno dialogowe „Nowa podpora do wymiarowania”

Okno dialogowe jest dostosowane do Norma. Jeżeli do pręta lub zbioru prętów przypisano materiał drewniany, domyślnie ustawiony jest typ Drewno. W przeciwnym razie należy wybrać tę opcję z listy.

Za pomocą dwóch opcji Aktywna można sterować, dla których kierunków (oś z i/lub oś y) istnieje podpora obliczeniowa. Jeżeli pręt jest na przykład obrócony o 90°, można dezaktywować 'Podporę w osi z/z' i zamiast tego ustawić ją jako aktywną dla osi y.

Jeżeli warunek "Docisk prostopadle do włókien" nie ma być przeprowadzany, ale podpora obliczeniowa ma służyć do segmentacji pręta lub zbioru prętów dla warunku ugięcia, należy dezaktywować opcję Podparcie bezpośrednie: Tym samym nie są konieczne dane dotyczące geometrii i położenia podpory; podpora służy wyłącznie do segmentacji dla warunku odkształcenia. Alternatywnie można również wybrać typ podpory obliczeniowej 'Ogólna', dla którego docisk podporowy nie jest badany.

Długość podparcia jest zawsze odniesiona do rzeczywistej belki. Jest ona przedstawiana – wychodząc od układu statycznego względnie od węzła – w grafice okna dialogowego w połowie w dodatnim kierunku osi x pręta i w połowie w ujemnym kierunku osi x.

Definition der Auflagerlänge bei Bemessungsauflager

Graficzne dostosowywanie długości pręta za pomocą "Modyfikacji końca"

Dzięki opcji Podparcie od krawędzi program automatycznie rozpoznaje, czy podpora obliczeniowa otrzymuje siły ściskające czy rozciągające. Odpowiednio, tylko w przypadku sił ściskających przeprowadzany jest warunek "Docisk prostopadle do włókien".

Jeżeli podpora obliczeniowa działa na podporze pośredniej, należy zaznaczyć pole wyboru Podpora wewnętrzna. W zależności od normy projektowej, to ustawienie wpływa na określenie efektywnej powierzchni podparcia.

Za pomocą opcji Redukcja siły tnącej warunek nośności na ścinanie przy podporze jest prowadzony z miarodajną siłą tnącą. Przy tym siła tnąca jest uwzględniana w projektowaniu w określonej odległości od krawędzi podpory. Odległość zależy od normy projektowej. Zakłada to, że siła działa po przeciwległej stronie podparcia, a więc zazwyczaj na górnej stronie belki.

Jeżeli poprzeczne naprężenia ściskające są zbyt duże, można je przejąć za pomocą wzmocnień śrubami (tylko dla EN 1995-1-1 i podparcia bezpośredniego). W tym celu należy zaznaczyć pole wyboru Elementy wzmacniające. W rejestrze Elementy wzmacniające można następnie zdefiniować właściwości śrub z pełnym gwintem.

Za pomocą pola wyboru Aktywna dla projektowania ognioodporności można sterować, czy warunek docisku podporowego ma być przeprowadzany również dla przypadku pożaru.

Jeżeli podpora obliczeniowa nie ma być uwzględniana dla segmentacji, należy dezaktywować opcję Aktywna dla wymiarowania ugięcia.

Warunek ugięcia

Segmenty i długości odniesienia

W prawej części okna dialogowego rejestru Podpora obliczeniowa i ugięcie wyświetlane są segmenty, które powstają przez przypisanie podpór obliczeniowych dla odpowiednich kierunków warunku ugięcia. Dla każdego punktu kontrolnego w segmencie wyświetlana długość L_c jest używana jako długość odniesienia do określenia wartości granicznej.

Jeżeli chcemy zmienić automatycznie wyznaczone długości odniesienia (na przykład dlatego, że długość odniesienia zakrzywionego pręta odbiega od długości segmentu), należy zaznaczyć pole wyboru 'Długości zdefiniowane przez użytkownika'. Wartości stają się wtedy edytowalne. Te zdefiniowane przez użytkownika długości nie są jednak automatycznie dostosowywane, jeżeli później zmienimy długość pręta w modelu.

Wartości graniczne dla belek i belek wspornikowych

Wartości graniczne ugięcia dla belek podpartych obustronnie i belek wspornikowych są zarządzane w Konfiguracjach stanu granicznego użytkowalności. Odpowiednia wartość graniczna jest przyjmowana w zależności od rozmieszczenia podpór obliczeniowych dla każdego segmentu podczas warunku: Segment z podporami obliczeniowymi po obu stronach lub bez podpór obliczeniowych jest przyjmowany jako typ segmentu Belka, segment z podporą obliczeniową po jednej stronie jako Belka wspornikowa.

Kierunek warunku

Za pomocą 'Kierunku warunku' należy określić, które wartości wynikowe ugięcia mają być sprawdzane. Na liście dostępne są do wyboru lokalne osie y i z, ugięcie wypadkowe oraz lokalne osie pomocnicze y' i z'. Segmenty poniżej dostosowują się odpowiednio.

Ustawianie kierunku obliczeń

Odniesienie przemieszczenia

Za pomocą opcji listy 'Odniesienie przemieszczenia' można wpływać na sprawdzane wartości ugięcia dla warunku:

• Układ nieodkształcony: Lokalne wartości odkształcenia u_y i u_z są przejmowane bezpośrednio z wyników.
• Odkształcone końce segmentów: Wartości ugięcia dla warunku są redukowane o wartości odkształcenia węzłów początkowych i końcowych, tak że sprawdzane są tylko lokalne ugięcia.

Wygięcie wstępne (nadwyżka)

Podczas warunku można uwzględnić dla każdego segmentu wygięcie wstępne i tym samym zredukować wartość ugięcia. Wygięcie wstępne jest przyjmowane dla segmentów belek jako forma jednofalowa, dla segmentów belek wspornikowych jako przebieg liniowy. Należy wprowadzić wygięcie wstępne w_c,z względnie w_c,y jako wartość dodatnią, jeżeli występuje przeciwnie do lokalnej osi pręta z względnie y. Dla warunku kierunku wypadkowego następuje przeliczenie udziałów wygięcia wstępnego na kierunek wypadkowy.

Przykład: Na poniższym rysunku na węźle pośrednim nr 50 nie zdefiniowano podpory obliczeniowej. W konsekwencji program rozpoznaje tylko jeden segment, a długość odniesienia odpowiada długości pręta.

Definicja segmentów do analizy deformacji | Bez podpory obliczeniowej w węźle pośrednim

Jeżeli na węźle pośrednim zostanie zdefiniowana podpora obliczeniowa, rozpoznawane są dwa segmenty. Długość odniesienia odpowiednio się dostosowuje.

Definicja segmentów do analizy deformacji | Z podporą obliczeniową w węźle pośrednim

Jeżeli segment nie ma być badany na odkształcenie, można go dezaktywować za pomocą pola wyboru:

Dezaktywacja segmentów do analizy deformacji

Elementy wzmacniające

Ten rejestr jest dostępny przy projektowaniu według EN 1995-1-1, jeżeli w rejestrze 'Podstawa' zaznaczono opcję Elementy wzmacniające. Tutaj można zdefiniować śruby z pełnym gwintem, które są uwzględniane przy warunku "Docisk prostopadle do włókien" jako elementy wzmacniające na docisk poprzeczny.

Definiowanie właściwości elementów wzmacniających

Obecnie możliwe są tylko elementy wzmacniające typu 'Śruby'. Należy określić wytrzymałości i długości śrub zgodnie ze specyfikacją producenta. Można również użyć właściwości elementów wzmacniających, które zdefiniowano jako Śruby do drewna. W tym celu należy użyć odpowiedniej opcji na liście.

Wybierz element wzmacniający

Wybierz już zdefiniowaną śrubę do drewna lub utwórz nowy typ za pomocą przycisku .

W sekcji 'Geometria w osi z/y' należy określić liczbę śrub i ich rozmieszczenie.

Śruby są sprawdzane na wciskanie i wyboczenie. Dodatkowo przeprowadzany jest warunek nośności na docisk poprzeczny w płaszczyźnie ostrza śruby. Kąt rozkładu obciążenia 'Rozkład obciążenia' można uwzględnić liniowo pod kątem 45° lub – jak opisano w [1] – nieliniowo (patrz także grafika w oknie dialogowym).

Powierzchnie

Podczas projektowania powierzchni w stanie granicznym nośności badane są składowe naprężeń. Warunki opierają się na właściwościach materiału i grubościach powierzchni. Dla warunku stanu granicznego użytkowalności natomiast wymagane są dane specyficzne dla powierzchni. Można je wprowadzić w rejestrze Ugięcie okna dialogowego 'Edytuj powierzchnię'.

Okno dialogowe „Edycja powierzchni”, karta „Ugięcie”

Typ powierzchni

Za pomocą typu powierzchni należy określić, które wartości graniczne ugięcia są stosowane podczas warunku. Na liście dostępne są dwie możliwości do wyboru:

• Podparta dwustronnie
• Belka wspornikowa

Wartości graniczne są zapisane w oknie dialogowym Konfiguracje stanu granicznego użytkowalności dla różnych sytuacji obliczeniowych powierzchni z podparciem jedno- lub dwustronnym.

Odniesienie przemieszczenia

Odniesienie przemieszczenia steruje, który model odniesienia służy do warunku odkształceń. Lista zawiera trzy możliwości wyboru:

• Odkształcona płaszczyzna odniesienia zdefiniowana przez użytkownika: Jeżeli podpory wykazują bardzo różne przemieszczenia, należy podać nachyloną płaszczyznę odniesienia dla sprawdzanego przemieszczenia u_z. Należy zdefiniować płaszczyznę w sekcji 'Płaszczyzna odniesienia zdefiniowana przez użytkownika' przez trzy punkty układu nieodkształconego. RFEM określa odkształcenie trzech punktów definicyjnych, wprowadza płaszczyznę odniesienia przez te przemieszczone punkty i używa maksymalnego odkształcenia względnego u_z dla warunku.

Zdeformowana płaszczyzna odniesienia dla odniesienia przemieszczeń

• Powierzchnia równoległa w miejscu minimalnie odkształconego węzła: Ta opcja jest zalecana przy podatnym podparciu powierzchni. Maksymalne odkształcenie u_z jest odnoszone do płaszczyzny odniesienia przesuniętej równolegle do układu nieodkształconego, którą RFEM prowadzi przez węzeł o najmniejszej wartości przemieszczenia u_z,min.

Równoległa powierzchnia przechodząca przez węzły minimalnie odkształcone dla odniesienia przemieszczeń

• Układ nieodkształcony: Lokalne odkształcenia u_z są przejmowane bezpośrednio z wyników i używane dla warunku.

Długość odniesienia i typ definicji

Wartość graniczna ugięcia zależy od długości odniesienia L_z. Przy opcjach typu definicji 'Według maksymalnej linii ograniczającej' i 'Według minimalnej linii ograniczającej' (ustawienie domyślne) RFEM określa długość najdłuższej względnie najkrótszej krawędzi z geometrii powierzchni i ustawia długość odniesienia automatycznie. Jeżeli chcemy zdefiniować długość odniesienia, należy wybrać na liście typ definicji 'Ręcznie' i następnie wprowadzić wartość.

Minimalne i maksymalne linie graniczne powierzchni

Podparcie podatne

Model odniesienia opiera się na założeniu, że krawędzie powierzchni mają stałe podparcie. Jeżeli powierzchnia lub zbiór powierzchni jest elastycznie podparty przez element prętowy, warunek odkształcenia nie może być przeprowadzony za pomocą opisanej powyżej możliwości płaszczyzny odniesienia przemieszczenia. W tym przypadku zaleca się następujące postępowanie:

1. Utwórz linię wzdłuż odpowiedniego odkształcenia.
2. Przypisz linii pręt typu Belka wynikowa.
3. Zdefiniuj we właściwościach pręta małą szerokość całkowania, na przykład 1 cm. Tym samym lokalne odkształcenia powierzchni u_z są całkowane jako wyniki pręta.
4. Przypisz belce wynikowej konfigurację stanu granicznego użytkowalności dla Pręty z odpowiednimi parametrami projektowymi. Dezaktywuj projektowanie dla stanu granicznego nośności, wybierając przy przypisywaniu konfiguracji nośności na liście opcję --.

Ugięcie powierzchni jest badane w ten sposób w formie warunku pręta.

Weryfikacja deformacji stropu na zbiorze prętów (dwie belki wynikowe z podporą obliczeniową w węźle wewnętrznym)

Docisk prostopadle do włókien

Rejestr Ustawienia dla 'Docisk prostopadle do włókien' jest dostępny w oknie dialogowym edycji pręta lub zbioru prętów, jeżeli przy podporze obliczeniowej występuje Podparcie bezpośrednie. Tutaj można opisać sytuację podporową układu przestrzennego dla węzłów pręta lub zbioru prętów, które są zrealizowane w modelu bez podpory węzłowej – na przykład pręty z (pośrednim) podparciem na innym pręcie.

Ustawienia dla „Ściskanie prostopadle do włókien”

Siła ściskająca potrzebna do warunku "Docisk prostopadle do włókien" jest wyznaczana z sił wewnętrznych prętów podłączonych do węzła. W modelu statycznym wszystkie pręty spotykają się w jednym węźle, jak pokazuje poniższy przykład.

Uproszczenie układu statycznego

To uproszczenie zazwyczaj nie odpowiada rzeczywistym warunkom: Nie każdy pręt przekazuje swoją siłę normalną lub siłę tnącą bezpośrednio do podpory, lecz naciska na inny pręt, który następnie przenosi tę siłę swoimi siłami wewnętrznymi do podpory. Powstaje w ten sposób wiele sytuacji podporowych.

Za pomocą pól wyboru można sterować, które pręty powodują poprzeczne siły ściskające, i tak jasno zdefiniować sytuację podporową. Jest to opisane na przykładzie w artykule specjalistycznym:

• Podpory obliczeniowe dla projektowania konstrukcji drewnianych – stan graniczny użytkowalności, docisk prostopadle do włókien i redukcja siły tnącej