Możliwości modelowania przekrojów kompozytowych

Artykuł o tematyce technicznej

W programie RFEM dostępne są różne możliwości modelowania przekrojów kompozytowych. W poniższym przykładzie zostały przedstawione i wyjaśnione trzy różne opcje modelowania przekroju kompozytowego, składającego się z profilu stalowego walcowanego HEA 300 oraz prostokątnego przekroju betonowego o wymiarach b/h = 100/30 cm.

Konstrukcja

Belka zespolona jest podparta jako belka jednoprzęsłowa na długości 15 m. W rzeczywistości zespolenie jest wykonane przy użyciu łączników sworzniowych z łbami, przyspawanych co 1,25 m. Jako obciążenie uwzględniany jest ciężar własny (Rysunek 01).

Rysunek 01 - Konstrukcja

Opcja 1: Zespolenie przy użyciu wspólnych węzłów przy użyciu mimośrodu pręta

Obydwa elementy przekroju są modelowane jako elementy prętowe o długości (2 ⋅) 12 ⋅ 1,25 m (element prętowy typu belkowego). Ponieważ obydwa przekroje początkowo leżą na tej samej linii, w menu "Edytować" należy aktywować funkcję "Zezwalaj na podwójne pręty" , aby mogły one być rozpatrywane osobno, ale nadal były podparte w tym samym węźle końcowym. Do wszystkich 2 ∙ 12 elementów prętowych należy przydzielić odpowiedni mimośród, tak by górna krawędź profilu stalowego stanowiła jednocześnie dolną krawędź przekroju betonowego (Rysunek 02).

Rysunek 02 - Opcja 1: Zespolenie przy użyciu wspólnych węzłów za pomocą mimośrodu pręta

W ten sposób dwanaście pojedynczych elementów kompozytowych jest połączonych ze sobą na początku i na końcu pręta.

Opcja 2: Zespolenie za pomocą prętów łączących

Modelowanie elementów przebiega podobnie jak w wariancie 1, z tą różnicą, że do przekrojów prętów nie są przydzielone mimośrody, lecz obydwa przekroje leżą na osobnych liniach. W celu utworzenia dwunastu elementów zespolonych z 24 elementów prętowych poszczególne przekroje połączone są ze sobą za pomocą prętów sztywnych. Na obu podporach każdy z prętów sztywnych jest podzielony na dwa pręty, dzięki czemu podpory węzłowe znajdują się w spoinie, podobnie jak w przypadku opcji 1. Podparcie jest realizowane poprzez pręty sztywne (Rysunek 03).

Rysunek 03 - Opcja 2: Zespolenie za pomocą prętów łączących

Pręty sztywne łączą obydwa przekroje w taki sam sposób, jak mimośród. W tym wariancie istnieje jednak możliwość modyfikowania sztywności prętów sztywnych na ich końcach, analogicznie do istniejących w rzeczywistości łączników sworzniowych z łbami, lub nawet zastąpienia ich prętami innego typu. Dodatkowo istnieje tu możliwość wyświetlenia sił wewnętrznych połączeń (prętów sztywnych). W tym celu w nawigatorze Wyświetlić, w obszarze "Wyniki" → "Odkształcenie" → "Pręty" należy aktywować opcję "Wyniki dla połączeń" (Rysunek 04).

Rysunek 04 - Aktywacja opcji 'Wyniki dla połączeń'

Opcja 3: Zespolenie za pomocą pręta typu "Żebro"

Opcja ta oparta jest na zupełnie innym sposobie modelowania. Przekrój betonowy modelowany jest jako powierzchnia, a stalowy jako żebro. Mimośród żebra można zdefiniować w oknie dialogowym "Edytować żebro" na stronie +z powierzchni. W celu uzyskania takiej samej sytuacji podparcia, jak w opcji 1 i 2, powierzchnia (a tym samym automatycznie również żebro) może zostać połączona po obu stronach z podporą za pomocą pręta sztywnego, od jej osi środkowej do strony +z. Ponadto, w celu uzyskania sił wewnętrznych dla całego przekroju, należy aktywować opcję "W przypadku prętów uwzględnić udział powierzchni" (nawigator Wyświetlić → "Wyniki" → "Pręty" → "Żebra - Efektywnie współpracująca powierzchnia/pręt"). Więcej informacji na temat pręta typu żebro można znaleźć w odpowiednich najczęściej zadawanych pytaniach.

Podsumowanie

Podczas gdy dwa pierwsze warianty są rodzajem modelu konstrukcji prętowej, co pozwala na korzystny rozkład momentów zginających od połączeń ("zawieszenie"), trzecia opcja stanowi idealny przekrój złożony. Ze względu na siły wewnętrzne zintegrowane na powierzchni betonu siły wewnętrzne mają inny rząd wielkości niż w dwóch pierwszych wariantach i muszą być oceniane w inny sposób (Rysunki 05 i 06).

Rysunek 05 - Opcje 1 i 2: Przedstawienie momentów zginających My w belce stalowej

Rysunek 06 - Opcja 3: Przedstawienie momentów zginających My w przekroju zespolonym

Porównanie ugięcia pokazuje jednak, że każda z tych trzech opcji może być wykorzystana do modelowania (Rysunek 07).

Rysunek 07 - Ugięcie w trzech opcjach

Również w odniesieniu do wpływu ścinania pomiędzy przekrojem betonowym a przekrojem stalowym można stwierdzić, że wyniki są porównywalne. Podłużną siłę tnącą VL można wyświetlić, wybierając opcję "Wykresy wyników" (należy kliknąć żebro prawym przyciskiem myszy) i aktywując siłę wewnętrzną VL (Rysunek 08).

Rysunek 08 - Wyświetlanie podłużnej siły ścinającej VL

Dla porównania przedstawiono siłę tnącą prętów sztywnych w Opcji 2 (Rysunek 09).

Rysunek 09 - Siła tnąca pierwszego pręta sztywnego od krawędzi podpory

Porównanie sił
wewnętrznych
i ugięć

Opcja 1

Opcja 2

Opcja 3
My [kNm] 32,64 32,64 22,50
u [mm] 20.10 20.10 20,40
VL [kN] 132,30 132,30 128,30

Do pobrania

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