Podpory obliczeniowe i ugięcia

Zakładka Podpora obliczeniowa i ugięcie jest dostępna w oknie edycji pręta lub zbioru prętów, gdy właściwości obliczeniowe obiektu są aktywne (patrz rysunek Właściwości obliczeniowe pręta). Podpory obliczeniowe pełnią zasadniczo dwie funkcje:

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

Ustawienia dla wymiarowania ugięcia powierzchni można wprowadzić w zakładce Ugięcie w oknie edycji powierzchni.

Pręty

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

Podpory obliczeniowe

Jak wspomniano, podpory obliczeniowe są wymagane do wymiarowania "Docisk prostopadle do włókien" na podporze. Specyficzne parametry dla tego wymiarowania można zdefiniować w zakładce Docisk prostopadle do włókien. Podpory obliczeniowe umożliwiają również segmentację prętów i zbiorów prętów na potrzeby wymiarowania ugięcia.

Podpory obliczeniowe można przypisywać nie tylko do początku i końca pręta, ale także do węzłów wewnętrznych. Dlatego w tabeli automatycznie wstępnie ustawione są węzły typu 'Węzeł na linii/pręcie' oraz standardowe węzły między prętami zbioru prętów.

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

Okno dialogowe „Nowa podpora do wymiarowania”

Okno dialogowe jest dostosowane do Normy. Jeśli do pręta lub zbioru prętów przypisano materiał drewniany, domyślnie ustawiony jest typ Drewno. W przeciwnym razie wybierz tę opcję z listy.

Za pomocą dwóch opcji Aktywny można kontrolować, dla których kierunków (oś z i/lub oś y) występuje podpora obliczeniowa. Jeśli pręt jest na przykład obrócony o 90°, można dezaktywować 'Podpora w osi z' i zamiast tego ustawić ją jako aktywną dla osi y.

Jeśli wymiarowanie "Docisk prostopadle do włókien" nie ma być przeprowadzane, ale podpora obliczeniowa ma służyć do segmentacji pręta lub zbioru prętów na potrzeby wymiarowania ugięcia, należy dezaktywować opcję Podparcie bezpośrednie. Dzięki temu nie są wymagane żadne dane dotyczące geometrii i położenia podpory; podpora służy wyłącznie do segmentacji na potrzeby wymiarowania ugięcia. Alternatywnie można wybrać typ podpory obliczeniowej 'Ogólnie', dla którego docisk na podporze nie jest analizowany.

Długość podparcia jest zawsze odniesiona do rzeczywistej belki. Na grafice w oknie dialogowym jest ona przedstawiona – zaczynając od układu statycznego lub od węzła – 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 na podporę obliczeniową działają siły ściskające, czy rozciągające. Odpowiednio, wymiarowanie "Docisk prostopadle do włókien" jest przeprowadzane tylko w przypadku sił ściskających.

Jeśli podpora obliczeniowa działa na podporze pośredniej, należy zaznaczyć pole wyboru Podpora wewnętrzna. W zależności od normy wymiarowania, ustawienie to jest uwzględniane przy określaniu efektywnej powierzchni podparcia.

Za pomocą opcji Redukcja siły tnącej wymiarowanie siły tnącej na podporze przeprowadza się z miarodajną siłą tnącą. Uwzględniana jest przy tym siła tnąca w określonej odległości od krawędzi podpory. Odległość zależy od normy wymiarowania. Zakłada to, że siła działa po przeciwnej stronie podparcia, czyli z reguły na górnej stronie belki.

Jeśli poprzeczne naprężenia ściskające są zbyt duże, można je przejąć za pomocą wzmocnień w postaci śrub (tylko dla EN 1995-1-1 i podparcia bezpośredniego). W tym celu zaznacz pole wyboru Elementy wzmacniające. W zakładce Elementy wzmacniające można następnie zdefiniować właściwości śrub z pełnym gwintem.

Za pomocą pola wyboru Aktywny dla projektowania ognioodporności można kontrolować, czy wymiarowanie docisku na podporze ma być przeprowadzane również dla przypadku pożaru.

Jeśli podpora obliczeniowa nie ma być uwzględniana przy segmentacji, należy dezaktywować opcję Aktywny dla wymiarowania ugięcia.

Wymiarowanie ugięcia

Segmenty i długości odniesienia

W prawej części okna zakładki Podpora obliczeniowa i ugięcie wyświetlane są segmenty, które powstają w wyniku przypisania podpór obliczeniowych dla poszczególnych kierunków wymiarowania ugięcia. Dla każdego punktu wymiarowania w segmencie wyświetlana długość L_c jest używana jako długość odniesienia do określenia wartości granicznej.

Jeśli chcesz zmienić automatycznie określone długości odniesienia (na przykład dlatego, że długość odniesienia zakrzywionego pręta różni się od długości segmentu), zaznacz pole wyboru 'Długości zdefiniowane przez użytkownika'. Wartości można wtedy edytować. Te zdefiniowane przez użytkownika długości nie są jednak automatycznie dostosowywane w przypadku późniejszej zmiany długości pręta w modelu.

Wartości graniczne dla belek i wsporników

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

Kierunek wymiarowania

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

Ustawianie kierunku obliczeń

Odniesienie przemieszczeń

Za pomocą opcji na liście 'Odniesienie przemieszczeń' można wpływać na wartości ugięcia podlegające sprawdzeniu:

• Układ nieodkształcony: Lokalne wartości przemieszczeń u_y i u_z są pobierane bezpośrednio z wyników.
• Odkształcone końce segmentów: Wartości ugięcia są redukowane na potrzeby wymiarowania o wartości przemieszczeń węzła początkowego i końcowego, tak że sprawdzane są tylko lokalne ugięcia.

Wygięcie wstępne

Podczas wymiarowania można uwzględnić wygięcie wstępne dla każdego segmentu i tym samym zredukować wartość ugięcia. Wygięcie wstępne jest stosowane w segmentach belek jako kształt jednofalowy, a w segmentach belek wspornikowych jako przebieg liniowy. Wprowadź wygięcie wstępne w_c,z lub w_c,y jako wartość dodatnią, jeśli jest ono skierowane przeciwnie do lokalnej osi pręta z lub y. Dla wymiarowania kierunku wypadkowego następuje przeliczenie składowych wygięcia wstępnego na kierunek wypadkowy.

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

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

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

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

Jeśli segment nie ma być badany pod kątem odkształceń, można go dezaktywować za pomocą pola wyboru:

Dezaktywacja segmentów do analizy deformacji

Elementy wzmacniające

Ta zakładka jest dostępna przy wymiarowaniu według EN 1995-1-1, jeśli w zakładce 'Podstawa' zaznaczono opcję Elementy wzmacniające. Można tutaj definiować śruby z pełnym gwintem, które są uwzględniane jako elementy wzmacniające na docisk poprzeczny przy wymiarowaniu "Docisk prostopadle do włókien".

Definiowanie właściwości elementów wzmacniających

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

Wybierz element wzmacniający

Wybierz już zdefiniowany wkręt do drewna lub utwórz nowy typ za pomocą przycisku .

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

Wkręty są sprawdzane na wciskanie i wyboczenie. Dodatkowo przeprowadzane jest wymiarowanie nośności na docisk poprzeczny w płaszczyźnie ostrza wkręta. Kąt rozchodzenia się naprężeń 'Rozkład obciążenia' można uwzględnić liniowo pod kątem 45° lub – jak opisano w [1] – nieliniowo (patrz także grafika w oknie dialogowym).

Powierzchnie

Podczas wymiarowania powierzchni w stanie granicznym nośności analizowane są składowe naprężeń. Wymiarowanie opiera się na właściwościach materiału i grubościach powierzchni. Natomiast do wymiarowania w stanie granicznym użytkowalności wymagane są dane specyficzne dla powierzchni. Można je wprowadzić w zakładce Ugięcie okna dialogowego 'Edytuj powierzchnię'.

Okno dialogowe „Edycja powierzchni”, karta „Ugięcie”

Typ powierzchni

Za pomocą typu powierzchni określ, które wartości graniczne ugięcia są stosowane podczas wymiarowania. Na liście dostępne są dwie opcje:

• Podparta obustronnie
• Belka wspornikowa

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

Odniesienie przemieszczeń

Odniesienie przemieszczeń kontroluje, który model odniesienia służy do wymiarowania odkształceń. Lista zawiera trzy opcje do wyboru:

• Odkształcona, zdefiniowana przez użytkownika płaszczyzna odniesienia: Jeśli podpory wykazują bardzo różne przemieszczenia, należy podać nachyloną płaszczyznę odniesienia dla sprawdzanego przemieszczenia u_z. Zdefiniuj płaszczyznę w sekcji 'Zdefiniowana przez użytkownika płaszczyzna odniesienia' przez trzy punkty układu nieodkształconego. RFEM określa odkształcenie trzech punktów definicyjnych, wyznacza płaszczyznę odniesienia przez te przesunięte punkty i używa maksymalnego względnego odkształcenia u_z do wymiarowania.

Zdeformowana płaszczyzna odniesienia dla odniesienia przemieszczeń

• Płaszczyzna 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 wyznacza 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 pobierane bezpośrednio z wyników i używane do wymiarowania.

Długość odniesienia i typ definicji

Wartość graniczna ugięcia zależy od długości odniesienia L_z. W przypadku opcji typu definicji 'Według maksymalnej linii granicznej' i 'Według minimalnej linii granicznej' (ustawienie domyślne) RFEM określa długość najdłuższej lub najkrótszej krawędzi z geometrii powierzchni i automatycznie ustawia długość odniesienia. Jeśli chcesz zdefiniować długość odniesienia, wybierz z listy typ definicji 'Ręcznie', a następnie wprowadź wartość.

Minimalne i maksymalne linie graniczne powierzchni

Podparcie podatne

Model odniesienia opiera się na założeniu, że krawędzie powierzchni mają sztywne podparcie. Jeśli powierzchnia lub zestaw powierzchni jest podparty elastycznie przez element prętowy, wymiarowanie odkształceń nie może być przeprowadzane za pomocą opisanej powyżej opcji odniesienia przemieszczeń płaszczyzny. W takim przypadku zaleca się następujące postępowanie:

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

Ugięcie powierzchni jest w ten sposób analizowane w formie wymiarowania pręta.

Docisk prostopadle do włókien

Zakładka Ustawienia dla 'Docisk prostopadle do włókien' jest dostępna w oknie edycji pręta lub zbioru prętów, jeśli dla podpory obliczeniowej występuje Podparcie bezpośrednie. Można tutaj opisać sytuację podparcia układu przestrzennego dla węzłów pręta lub zbioru prętów, które w modelu są zrealizowane bez podpór węzłowych – na przykład pręty z (pośrednim) podparciem na innym pręcie.

Ustawienia dla „Ściskanie prostopadle do włókien”

Potrzebna do wymiarowania "Docisk prostopadle do włókien" siła ściskająca jest określana na podstawie sił przekrojowych prętów przyłączonych w węźle. 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 na podporę, ale opiera się na innym pręcie, który następnie przekazuje tę siłę dalej na podporę za pomocą swoich sił przekrojowych. Skutkuje to wieloma różnymi sytuacjami podporowymi.

Za pomocą pól wyboru można kontrolować, które pręty powodują poprzeczne siły ściskające i w ten sposób jednoznacznie definiować sytuację podporową. Zostało to opisane na przykładzie w artykule technicznym:

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