Modelowanie i obliczanie połączeń z blachą czołową

Artykuł o tematyce technicznej

Program RFEM oferuje poniżej opisane możliwości obliczania połączenia z blachą czołową. Przede wszystkim, istnieje możliwość szybkiego i łatwego wprowadzenia w module RF-JOINTS Steel - Pinned odpowiednich parametrów w celu uzyskania udokumentowanej analizy wraz z grafiką. Możliwe jest także zamodelowanie takiego połączenia indywidualnie w programie RFEM, a następnie ręczne uzyskanie wyników. W poniższym przykładzie, wyjaśnione zostaną cechy szczególne procesu ręcznego modelowania połączenia, a siły tnące śrub zostaną porównane z odpowiednimi wynikami z RF-JOINTS Steel - Pinned.

Konstrukcja

Cała konstrukcja jest podpartą połową ramy, składającą się z belki IPE-160 o długości 6 m i słupa IPE-200 o długości 4 m. Belka jest połączona spawaną blachą czołową o grubości 5 mm do środnika słupa, za pomocą śrub 4 x M12.

Obciążenie konstrukcji stanowi ciężar własny oraz równomiernie rozłożone obciążenie 8 kN/m w kierunku dodatnim Z (Rysunek 01).

Rysunek 01 - Konstrukcja i obciążenie

Wymiary blachy czołowej to w/h = 82/160 mm. Odległość śrub od krawędzi wynosi e1/e2 = 44/20,5 mm (Rysunek 02).

Rysunek 02 - Blacha czołowa

Opcja 1: Obliczenie połączenia z wykorzystaniem RF-JOINTS Steel - Pinned 

Po zamodelowaniu konstrukcji w RFEM, wraz z przypadkiem obciążenia i obciążeniem, można uruchomić moduł dodatkowy RF-JOINTS Steel - Pinned. Wówczas można zdefiniować odpowiednie dane wejściowe w module dodatkowym, tak aby obliczenie tego połączenia przebiegło w krótkim czasie.

W tym przykładzie, nośność śruby na ścinanie jest obliczeniem nadrzędnym (stosunek 47%, Rysunek 03). Maksymalna siła tnąca Fn,Ed poszczególnej śruby wynosi 6,12 kN.

Rysunek 03 - Podsumowanie obliczeń w RF-JOINTS Steel - Pinned

Opcja 2: Modelowanie połączenia w RFEM

Alternatywne modelowanie połączenia w RFEM przebiega w kilku krokach:

  • Skopiowanie modelu.
  • Definiowanie mimośrodu pręta przy belce (połowa wysokości belki w kierunku Z, grubość blachy czołowej + połowa grubości środnika słupa w kierunku Y, tylko na końcu połączenia, patrz Rysunek 04).
  • Kliknięcie prawym klawiszem w Pręty → "Generować powierzchnie z pręta".
  • Usunięcie podpory węzłowej, zdefiniowanie przegubowych podpór liniowych przy dolnej krawędzi półki dźwigara i na końcu środnika słupa (patrz Rysunek 05).
  • Usunięcie obciążenia pręta (8 kN/m) i przekształcenie na obciążenie powierzchniowe (97.6 kN/m2 na półkę dźwigara).

Rysunek 04 - Definiowanie mimośrodu pręta na belce

Rysunek 05 - Podpora liniowa na belce i słupie

Połączenie:

  • Modelowanie blachy czołowej jako elementu bryłowego (prostopadłościan, patrz Rysunek 06).
  • Wstawienie otworów na śruby.
  • Skopiowanie blachy czołowej bryły na koniec dźwigara. Uwaga: Blacha czołowa nie powinna mieć styczności z powierzchnią środnika słupa w wyniku połączenia śrubowego, siła jest przenoszona tylko przez śruby (patrz Rysunek 07).
  • Skopiowanie otworów na powierzchni blachy czołowej (otwory pod śruby) na powierzchnię środnika słupa.
  • Aby sprawdzić, czy faktycznie między blachą czołową i środnikiem słupa nie ma styczności, w tym miejscu można rozpocząć obliczenia. Powinien pojawić się komunikat o niestateczności.
  • Każda ze śrub może zostać zamodelowana jako cylindryczna bryła, składającą się z powierzchni okrągłych i czworokątnych.

Aby otrzymać siły wewnętrzne pręta dla śrub, konieczne jest umieszczenie belki wynikowej pośrodku każdej śruby (patrz Rysunek 08). W niniejszym przykładzie jako przekrój zostanie wykorzystany okrągły pręt o średnicy 12 mm. Więcej informacji na temat Belek wynikowych znajduje się w naszej Bazie informacji.

Wyniki obliczeń maksymalnej siły tnącej w śrubie to Vz = 6.69 kN (patrz Rysunek 09).

Rysunek 06 - Blacha czołowa jako bryła

Rysunek 07 - Widok z góry na połączenie w kierunku Z

Rysunek 08 - Śruba jako bryła i belka wynikowa

Rysunek 09 - Wykres wyników siły tnącej śruby

Rysunek 10 - Izometria połączenia

Podsumowanie

Wyniki pochodzące z głównego programu RFEM i modułu dodatkowego RF-JOINTS Steel - Pinned są względnie zbliżone i tym samym, porównywalne. Przykład wyraźnie pokazuje, że w programie RFEM istnieje wiele możliwości modelowania. Jednak w porównaniu do szybkości przeprowadzania obliczeń w module dodatkowym RF-JOINTS Steel – Pinned, wysiłek włożony w modelowanie ręczne jest relatywnie duży na tyle, że od decyzji użytkownika zależy, którą metodę obliczeń wybierze.

Do pobrania

Linki

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 Połączenia
RF-JOINTS Steel - Pinned 5.xx

Moduł dodatkowy

Połączenia przegubowe według Eurokodu 3

Cena pierwszej licencji
670,00 USD