Wyznaczanie obciążenia przebijającego w narożach i końcach ścian
W przeciwieństwie do pojedynczych słupów (lub podpór węzłowych) w przypadku końców i naroży ścian nie można wyznaczyć obciążenia przebijającego bezpośrednio na podstawie siły normalnej w słupie (lub reakcji podporowej). W RF-PUNCH Pro analizowany jest w tym celu rozkład siły tnącej vmax,b w przylegającej płycie, a następnie na podstawie siły tnącej występującej na krytycznym obwodzie kontrolnym wyznaczane jest obciążenie przebijające.
Temat ten został już omówiony w odrębnym artykule technicznym, w którym opisano opcje dostępne w oknie dialogowym "1.5 Węzły przebicia" oraz ogólną procedurę wyznaczania obciążenia.
Siły wewnętrzne w powierzchniach w programie RFEM
Na wstępie należy zaznaczyć, że obciążenie przebijające VEd nie jest wyznaczane na podstawie reakcji podporowej podpory liniowej ani na podstawie siły normalnej czy siły membranowej w ścianie. Zamiast tego analizowane są siły tnące w płycie, dla której wykonywane jest sprawdzenie na przebicie.
W tym celu wykorzystywana jest główna siła wewnętrzna vmax,b z programu RFEM, dostępna w wynikach przypadków obciążeń, kombinacji obciążeń oraz kombinacji wyników. Definicja vmax,b jest opisana w rozdziale 8.16 źródła [1]. Zgodnie z tą definicją:
Rozdział ten można również przeczytać w podręczniku online do programu RFEM 5.
Wpływ osobliwości
Jeżeli w sprawdzanym punkcie przebicia występuje osobliwość lub wartość szczytowa rozkładu sił tnących, wpływa to również na wartość obciążenia przebijającego VEd wyznaczaną na krytycznym obwodzie kontrolnym.
W poniższym przykładzie analizowane jest przebicie płyty fundamentowej na końcu ściany. W tym celu RF-PUNCH Pro odczytuje główną siłę wewnętrzną vmax,b występującą w płycie fundamentowej (rysunek 02).
Problem polega na tym, że siatka elementów skończonych została wygenerowana ze zbyt dużymi elementami, przez co krytyczny obwód kontrolny przebiega przez obszary występowania lokalnych wartości szczytowych siły tnącej vmax,b.
Moduł rozpoznaje nieodpowiednią siatkę ES i generuje odpowiednie ostrzeżenie nr 56 w oknie 2.1.
Opcjonalne zagęszczenie siatki elementów skończonych pozwala uszczegółowić zbyt grubą siatkę w obszarze punktu przebicia, dzięki czemu można usunąć komunikat nr 56. Jednak zagęszczenie siatki może prowadzić do wzrostu wartości szczytowej siły tnącej na krytycznym obwodzie kontrolnym. W konsekwencji może to niekorzystnie wpłynąć na wyznaczaną wartość obciążenia przebijającego VEd, powodując jej zwiększenie.
Jeżeli zastosowanie zagęszczenia siatki ES prowadzi do niekorzystnego zwiększenia wartości szczytowej siły tnącej na krytycznym obwodzie kontrolnym, często zaleca się przeanalizowanie przyjętego modelu pod kątem poprawności modelowania. W [2] omówiono różne potencjalne źródła błędów, które w istotny sposób wpływają na rozkład sił wewnętrznych w powierzchni, a tym samym na wartość obciążenia przebijającego VEd wyznaczaną w module RF-PUNCH Pro.
Optymalizacja modelu pod względem geometrii
W przedstawionym przykładzie bardziej realistyczny rozkład sił tnących w płycie, a w konsekwencji również na krytycznym obwodzie kontrolnym, można uzyskać poprzez "bardziej wierne" odwzorowanie geometrii płyty fundamentowej. W pierwszym wariancie modelu linie brzegowe płyty fundamentowej zostały poprowadzone wzdłuż osi systemowych ścian znajdujących się powyżej. W kolejnym wariancie krawędzi płyty fundamentowej nie przypisano do osi systemowych ścian, lecz zdefiniowano ją zgodnie z "rzeczywistym" przebiegiem krawędzi płyty. Pozwala to w istotnym stopniu wpłynąć na rozkład sił tnących na krytycznym obwodzie kontrolnym.
Na rysunku 05 dobrze widoczne jest porównanie obu opisanych wariantów modelowania.
Takie podejście ma również tę zaletę, że bardziej realistyczna odległość od zewnętrznej krawędzi płyty fundamentowej jest automatycznie rozpoznawana przez RF-PUNCH Pro. Dzięki temu długość krytycznego obwodu kontrolnego jest wyznaczana w sposób korzystniejszy z punktu widzenia sprawdzenia na przebicie.
Optymalizacja modelu pod względem warunków podparcia
Kolejną możliwością korzystnego wpływu na rozkład sił tnących w analizowanej płycie fundamentowej jest bardziej szczegółowe uwzględnienie przyjętego modelu podłoża sprężystego.
Z reguły w programie RFEM jako podłoże sprężyste przyjmuje się stałą sztywność podłoża na całej powierzchni płyty fundamentowej. RFEM oferuje jednak, oprócz stałej sprężystości, także inne możliwości bardziej realistycznego odwzorowania pracy podłoża sprężystego.
Jednym z rozwiązań jest na przykład zastosowanie sprężyn brzegowych lub narożnych, które mogą korzystnie wpływać na rozkład sił tnących w płycie fundamentowej. Tematyce tej poświęcono odrębny artykuł techniczny, w którym wyjaśniono teoretyczne podstawy (zmodyfikowanej) metody modułu podłoża.
Na poniższym rysunku przedstawiono porównanie rozkładu sił tnących na krytycznym obwodzie kontrolnym dla modelu z wysunięciem krawędzi płyty, bez zastosowania sprężyn brzegowych (u góry) oraz z ich zastosowaniem (u dołu).
Ponadto warto wspomnieć o module dodatkowym RF-SOILIN, który — jako alternatywa dla modelu wykorzystującego sprężyny brzegowe — umożliwia bardziej realistyczne odwzorowanie podłoża sprężystego. Może to również korzystnie wpłynąć na rozkład sił tnących na krytycznym obwodzie kontrolnym.
Ustawienia w RF-PUNCH Pro
Domyślnie obciążenie przebijające w module RF-Punch Pro jest wyznaczane na podstawie "nieuśrednionego rozkładu sił tnących na krytycznym obwodzie kontrolnym". Po zastosowaniu opisanych wcześniej metod optymalizacji modelu zasadniczo powinno być możliwe pozostawienie tej opcji w oknie dialogowym 1.5 modułu. Jeżeli jednak pomimo tych optymalizacji nadal występują lokalne wartości szczytowe siły tnącej na krytycznym obwodzie kontrolnym, użytkownik ma do dyspozycji również opcję "uśrednionej siły tnącej na krytycznym obwodzie kontrolnym".
Stosując uśrednioną siłę tnącą na krytycznym obwodzie kontrolnym, należy dodatkowo uwzględnić wpływ współczynnika zwiększenia obciążenia ß, który może zostać wyznaczony na przykład za pomocą modelu sektorowego. Również ten temat ten został szczegółowo omówiony w odrębnym artykule.
Podsumowanie
Podsumowując, można stwierdzić, że w przypadku wysokiego stopnia wykorzystania nośności przy sprawdzeniu przebicia na końcach lub narożach ścian użytkownik powinien każdorazowo zweryfikować wartość działającego obciążenia przebijającego.
W tym kontekście należy też zawsze uwzględnić rozkład sił tnących na krytycznym obwodzie kontrolnym oraz sprawdzić, czy poprzez odpowiednie modyfikacje lub optymalizację modelu można uzyskać korzystniejszy rozkład siły tnącej vmax,b w płycie.
Przedstawione metody optymalizacji dotyczące modelowania i warunków podparcia nie stanowią jednak uniwersalnych wytycznych postępowania. Każdy przypadek wymaga indywidualnej oceny przez użytkownika, a opisane rozwiązania powinny być stosowane i dostosowywane do konkretnych uwarunkowań analizowanego modelu.