Belki dolne, żebra, belki teowe: modelowanie i określanie sił wewnętrznych

Artykuł o tematyce technicznej

W konstrukcjach żelbetowych często stosuje się belki dolne lub teowniki. W przeciwieństwie do poprzednich opcji reprezentacji i obliczeń, w których na przykład wiązka stojąca została uznana za stałą podporę, a określona reakcja podparcia została zastosowana do oddzielnej struktury pręta przy użyciu sekcji belki T, ostateczny program strukturalny FEA, taki jak RFEM, pozwala rozważyć strukturę jako całość i tym samym uzyskać dokładniejszą analizę.

Zalety reprezentacji przy użyciu typu elementu żebra w programie RFEM

Uwzględniono sztywność lub elastyczność belki stojącej. W ten sposób można przedstawić jego wpływ na rozkład sił wewnętrznych i deformację.

Parametry żeber

Rysunek 01 - Parametry żebra 3D

W przypadku żebra w pozycji 3D istnieją dwa podstawowe parametry. Po pierwsze, istnieje szerokość integracji, która określa obszar integracji sił wewnętrznych. W tym celu obszar integracji po każdej stronie nie może przekraczać kilku powierzchni. Po drugie, wyrównanie żeber musi zostać zdefiniowane. Dane pozycji odnoszą się do lokalnego układu osi powierzchni, w tym żebra.

Przekrój żeber

Jako przekrój żebra konieczne jest zdefiniowanie takiej części przekroju poprzecznego, która jest dodatkowo dostępna na powierzchni. Przy projektowaniu belki T program generuje przekrój poprzeczny belki teowej.

Określenie sił wewnętrznych do projektowania

Przed projektem określa się siły wewnętrzne i stosunek środka ciężkości belki teowej (zazwyczaj przekrój T lub przekrój L). W tym celu zintegrowana jest składowa siły wewnętrznej płyty i komponentu żebra. Siły wewnętrzne są zintegrowane prostopadle do osi żebra.

Rysunek 02 - Wyświetlanie sił wewnętrznych tylko dla żeber

W przypadku elementu płytowego następujące siły wewnętrzne wynikają z integracji sił wewnętrznych w powierzchniach. Zakłada się, że lokalne systemy osi żebra i powierzchni są takie same. Jeśli nie powinny być takie same, siły wewnętrzne muszą zostać wcześniej przekształcone w lokalny system osi żebra.

Rysunek 03 - Mimośrodowość części przekroju poprzecznego

Siły wewnętrzne elementu żebra odpowiadają siłom wewnętrznym elementu, w tym przekroju żebra. W programie RFEM możliwe jest wyświetlanie sił wewnętrznych bez dołączonych komponentów powierzchni do oceny sił wewnętrznych. Możesz to zmienić w Nawigatorze projektu - Wyświetl w obszarze „Wyniki” -> „Żebra - Efektywny wkład na powierzchni / Członie”.

Rysunek 04 - Wyświetlanie sił wewnętrznych dla wiązki T 1

Uzyskane siły wewnętrzne belki T uzyskuje się, gdy siły wewnętrzne płyty i komponentu żebra odnoszą się do środka ciężkości przekroju belki T.

Rysunek 05 - Części przekroju - Żebro 3D

Moment zginający powstałej belki teowej można uzyskać dla odcinka T w następujący sposób:
M y = M y, płyta + M y, żebro - płyta ∙ N płyta + e żebro ∙ N żebro
Program zawsze określa wynikowe siły wewnętrzne przekrojów belki T zgodnie z ustawieniem domyślnym.

Rysunek 06 - Komponent siły wewnętrznej - płyta

Żebro w 2D

Zasadniczo nie jest to problem wyłącznie dwuwymiarowy w przypadku belek typu T. Użytkownicy muszą być świadomi, że uwzględnienie żeber w 2D koniecznie wymaga uproszczenia. Ponieważ wyrównanie elementów mimośrodowych nie jest możliwe w 2D, oś środkowa przekroju belki T przebiega w płaszczyźnie powierzchni. Takie podejście wymaga dodatkowych kroków przy rozważaniu sztywności konstrukcji.

Rysunek 07 - Żebro 2D

Oprócz parametrów żebra w 3D, należy zastosować dalsze parametry żebra w 2D, aby uwzględnić sztywność przekroju belki T. Przez wewnętrzne uwzględnienie żebra w 2D, nakładająca się sztywność skutkuje obszarem szerokości integracji b1 i b2. Dlatego zmniejszenie sztywności powierzchni w obszarze szerokości integracji jest aktywne ze względu na domyślne ustawienie parametrów żebra. Jednak użytkownicy powinni pamiętać, że to zastosowanie prowadzi do koncentracji sztywności wzdłuż osi żebra, co nie występuje w rzeczywistości ani na wyświetlaczu żebra w 3D.

Rysunek 08 - Dodatkowe parametry - Żebro 2D

Ponieważ nie można wyświetlić ekscentryczności w 2D, uwzględnia się wpływ mimośrodowości na sztywność, tj. Dodatkowe komponenty Steinera. Dla sztywności skrętnej nałożona jest część przekroju belki T i powierzchnia. Aktywność sztywności skrętnej przekroju belki T można zmniejszyć ręcznie. Zasadniczo nie jest możliwe określenie współczynnika redukcji lub wartości procentowej dla efektywnej sztywności skrętnej, ponieważ zależałoby to od geometrii przekroju.

Dlatego lepiej jest używać wersji 3D programu RFEM zamiast wersji 2D do reprezentowania belek stojących w dół.

Odniesienie

[1] Barth, C. i Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (drugie wydanie). Berlin: Beuth.

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD