Osobliwości w obliczaniu powierzchni z betonu zbrojonego

Artykuł o tematyce technicznej

Osobliwości pojawiają się w miejscach koncentracji wyników zależnych od naprężeń, które spowodowane są sposobem rozwiązania równań MES. W teorii, sztywność lub naprężenia o nieograniczonej wielkości skupiają się w nieskończenie małym rejonie.

W rzeczywistości, osobliwości lub wynikające koncentracje naprężeń nie pojawiają się w takim zakresie, jak w modelu. Zasadniczo, ocena wyników w lokalizacjach, gdzie pojawiły się osobliwości, nie jest racjonalna. Jednakże, sprawdzenie i kwestionowanie osobliwości jest bardzo racjonalne, gdyż lokalizacje, w których się pojawiają, mogą wskazywać na zaistnienie problemów w prawdziwej konstrukcji. Praktycznym przykładem obliczania betonu może być analiza ryzyka przebicia w rejonie pojawienia się osobliwości.

W przypadku obliczeń betonu w programie RFEM i RF-CONCRETE, osobliwości często powodują niepowodzenia w obliczeniach.

Gdzie mogą pojawić się osobliwości?

  • Punktowe podpory lub punktowe przyłożenie obciążenia
  • Naroża wklęsłe lub naroża otworów
  • Skoki sztywności (np. skok w grubości płyty)
  • Początek i koniec żeber
  • Początek i koniec podpór liniowych lub ścian

Wykrywanie osobliwości

Miejsca pojawiania się osobliwości można zidentyfikować w MES poprzez zagęszczenie siatki ES w odpowiednim miejscu w modelu. Jeżeli wartość wyniku zależna od naprężenia wzrasta w uwzględnionej lokalizacji, ale zmniejsza się w odpowiednim rejonie wraz ze zmniejszaniem rozmiaru elementu skończonego, jest bardzo prawdopodobne, że jest to miejsce występowania osobliwości.

Zapobieganie osobliwościom

W programie RFEM oraz podczas obliczania betonu zbrojonego w RF-CONCRETE, można zapobiec wystąpieniu osobliwości i nieprawidłowym obliczeniom na kilka sposobów.

Rejon uśredniania
W programie RFEM, dostępne są rejony uśredniania, które można wykorzystać do wygładzenia maksymalnych wartości wyników lub ustawienia wartości na zero. Rejon uśredniania można utworzyć wybierając odpowiednią opcję w zakładce 'Wyniki' w menu. Podczas uśredniania, należy określić geometrie obszaru, na przykład wymiar słupa, a także wybrać sposób uśredniania korzystając z opcji 'Ustawić siły wewnętrzne na zero’; przekrój połączonego słupa można wykorzystać jako zakres (patrz Rysunek 01).

Zintegrowana powierzchnia
Alternatywnie dla rejonu uśredniania z wymiarami przekroju słupa, możliwe jest zamodelowanie powierzchni i zintegrowanie ich z istniejącymi powierzchniami. Następnie powierzchnie te zostają wyłączone z obliczeń w RF-CONCRETE Surfaces (patrz Rysunek 01).

Rysunek 01 - Przykładowe wyświetlanie osobliwości i środka zapobiegawczego

Opcja wykorzystania sił wewnętrznych lub ustawienia sił wewnętrznych na zero musi zostać aktywowana w Szczegółach modułu RF-CONCRETE Surfaces (patrz Rysunek 02).

Rysunek 02 - Aktywacja uśrednionych sił wewnętrznych w RF-CONCRETE Surfaces

Obie metody (rejon uśrednienia i powierzchnia zintegrowana) mogą być wykorzystane w przypadku zarówno słupów, jak i naroży wklęsłych. Ogólnie, rejony uśredniania są wystarczające, jednak nie wywołują pożądanego wpływu na obliczenia nieliniowe, ponieważ podczas wykonywania obliczeń siły wewnętrzne mogą zostać ponownie rozdzielone i mogą pojawić się nowe efekty osobliwości.

Metoda obliczeniowa dla ścian
Podczas wymiarowania ścian, osobliwości mogą się pojawić wskutek działania dużych sił osiowych, np. w przypadku stosowania pojedynczych podpór. Dodatkowo, metoda obliczeniowa może mieć znaczny wpływ na efekty osobliwości lub na niepowodzenie obliczeń. Dlatego, w przypadku ścian, zalecana jest deaktywacja optymalizacji obliczeń sił wewnętrznych w module RF-CONCRETE Surfaces (patrz Rysunek 03).

Rysunek 03 - Metoda obliczeniowa w RF-CONCRETE Surfaces

Wprowadzenie rozkładu obciążenia
Aby uniknąć efektów osobliwości, obciążenia skoncentrowane lub liniowe można przekonwertować na obciążenia powierzchniowe. Opcję ta można znaleźć na przykład w menu skrótów (patrz Rysunek 04).

Rysunek 04 - Konwersja obciążenia węzłowego na obciążenie powierzchniowe

Zaokrąglanie wklęsłych naroży
W przypadku naroży wklęsłych i naroży przy otworach, możliwe jest ich zaokrąglenie, w funkcji 'Utworzyć naroże zaokrąglone lub fazowane’. Funkcje tą można wybrać w pasku narzędzi w zakładce 'Narzędzia'. Jednak wielu efektom osobliwości można skutecznie zapobiec, korzystając z rejonów uśredniania.

Podpora
Zapobieganie osobliwościom na podporach liniowych i węzłowych wyjaśniono w tym artykule.

Referencje

[1]   Rombach, G. (2000). Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn.

Do pobrania

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do kontaktu z nami lub odwiedzenia naszej strony z FAQ.

+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
RFEM Konstrukcje z betonu zbrojonego
RF-CONCRETE 5.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów i powierzchni (płyt, ścian, konstrukcji płaskich, powłok) z betonu zbrojonego

Cena pierwszej licencji
810,00 USD