Rozwiązywanie problemów związanych z koncentracjami naprężeń przy określaniu obciążeń w RF-PUNCH Pro

Artykuł techniczny na temat analizy statyczno-wytrzymałościowej w programach Dlubal Software

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

W programie RF-PUNCH Pro można przeprowadzić obliczenia wymiarowania na przebicie w narożach i przy końcach ścian. Podstawą wymiarowania są siły przebijające, określane automatycznie na podstawie sił wewnętrznych wyznaczonych przez RFEM w  połączonej powierzchni. Lokalne koncentracje naprężeń w płytach mogą mieć wpływ na siły wewnętrzne powierzchni obliczone w programie RFEM. W konsekwencji może to skutkować nierealistyczną siłą przebijającą w narożu lub na końcu ściany. Ten artykuł opisuje różne możliwości optymalizacji modelu jakie można stosować celem zminimalizowania tych niekorzystnych wpływów.

Określanie obciążenia przebijającego naroża i końce ścian

W przeciwieństwie do pojedynczych słupów (lub podpór węzłowych), obciążenie przebijające dla końców i naroży ścian nie może być wyprowadzone bezpośrednio z siły osiowej w słupie (lub reakcji podporowej). W programie RF-PUNCH Pro, analizowana jest siła tnąca vmax, b w połączonej płycie, a obciążenie przebijające jest określane na podstawie siły tnącej na obwodzie krytycznym.

W tym artykule technicznym omówiono poruszono już to zagadnienia oraz opisano opcje dostępne w oknie "1.5 Węzły przebicia" oraz ogólną procedurę definiowania obciążenia.

Powierzchniowe siły wewnętrzne w RFEM

Zasadniczo należy najpierw zauważyć, że obciążenie przebijające VEd nie jest określane na podstawie siły podporowej podpory liniowej ani siły normalnej lub membranowej w ścianie, lecz na podstawie sił tnących w analizowanej pod kątem przebicia płycie.

Rysunek 01 - Rozkład głównej siły wewnętrznej v_max, b w płycie stropowej

W tym celu stosowana jest główna siła wewnętrzna vmax, b z programu RFEM, która jest dostępna w zakładce wyników dla przypadków obciążeń, kombinacji obciążeń oraz kombinacji wyników. Definicja vmax, b, została opisana w [1] Sekcja 8.16. Obliczana jest następująco:

${\mathrm v}_{\max,\mathrm b}\;=\;\sqrt{\mathrm v_{\mathrm x}^2\;+\;\mathrm v_{\mathrm y}^2}$

Rozdział opisujący sposób wyznaczania sił wewnętrznych znajduje się także w instrukcji online programu RFEM 5.

Wpływ punktów koncentracji naprężeń

Jeżeli w analizowanej powierzchni znajduje się lokalna koncentracja rozkładu siły ścinającej w punkcie gdzie dochodzi do przebicia, ma to również wpływ na określone obciążenie VEd w obwodzie krytycznym.

W poniższym przykładzie przeanalizowane zostanie przebicie płyty stropowej na końcu ściany. RF-PUNCH Pro wykorzystuje główną siłę wewnętrzną vmax, b w płycie podstawy. Patrz rysunek 02 poniżej.

Rysunek 02 - Rozkład sił tnących na końcach ściany płyty stropowej

Problemem w tym przypadku jest fakt, że oczka wygenerowanej siatki ES są zbyt duże, a obwód krytyczny znajduje się w obrębie wartości piku siły tnącej vmax, b.

Rysunek 03 - Rozkład sił tnących na obwodzie krytycznym przy nieodpowiednim rozmiarze siatki ES

Moduł wykrywa niewystarczające zagęszczenie siatki ES i wyświetla odpowiednie ostrzeżenie nr 56.

Rysunek 04 - Okno 2.1 w RF-PUNCH Pro z komunikatem nr 56

Opcjonalne zagęszczenie lokalne siatki ES koryguje siatkę o zbyt dużych oczkach w obszarze punktu przebicia, dzięki czemu nie pojawia się komunikat nr 56. Zastosowanie zagęszczenia siatki ES może jednak skutkować dalszym wzrostem wartości szczytowej siły tnącej na obwodzie krytycznym, co w ostatecznym rozrachunku daje gorszy efekt i zwiększa wartość wyznaczanego obciążenia przebijającego VEd.

Jeżeli zastosowanie zagęszczenia siatki ES powoduje zwiększenie wartości szczytowej siły tnącej na obwodzie krytycznym, często zaleca się sprawdzenie konstrukcji pod kątem właściwego modelowania. W [2] omówione są różne możliwe źródła błędów przy modelowaniu, które znacząco wpływają na rozkład sił wewnętrznych w powierzchni, a tym samym na obciążenie przebijające VEd, określone w RF-PUNCH Pro.

Optymalizacja modelu z uwagi na geometrię

W tym przykładzie rozkład sił tnących w płycie i ostatecznie na obwodzie krytycznym można uzyskać poprzez „bardziej realistyczne” odwzorowanie płyty stropowej. W pierwszym wariancie modelu linie graniczne płyty stropowej zostały umieszczone w osiach ścian. W innym wariancie krawędź płyty stropowej nie została umieszczona na osiach układu ścian, lecz wprowadzona zgodnie z „rzeczywistą“ krawędzią płyty stropowej. W ten sposób można znacząco wpłynąć na rozkład sił tnących na obwodzie krytycznym.

Rysunek 05 poniżej pokazuje wyraźnie różnice w obu wymienionych wariantach.

Rysunek 05 - Porównanie siły tnącej na obwodzie krytycznym w zależności od sposobu modelowania stropu

Wariant drugi w porównaniu z pierwszą opcją ma tę zaletę, że w RF-PUNCH Pro automatycznie wykrywana jest również bardziej realistyczna odległość od zewnętrznej krawędzi płyty stropowej, a zatem użyta jest korzystniejsza długość obwodu krytycznego.

Optymalizacja modelu z uwagi na sposób podparcia

Inną możliwością uzyskania korzystnego wpływu na rozkład sił tnących w rozpatrywanej płycie podstawy jest zróżnicowanie zastosowanego podparcia sprężystego podłoża.

W programie RFEM stała sprężystość pod całą płytą fundamentową jest zazwyczaj stosowana jako imitacja sprężystego podłoża. Oprócz stałej sprężystości program RFEM oferuje także inne możliwości bardziej realistycznego przedstawienia podłoża.

Jedną z możliwości jest na przykład zastosowanie sprężyn krawędziowych lub narożnych, które mogą korzystnie wpłynąć na rozkład sił tnących w płycie podstawy. Na ten temat powstał inny artykuł techniczny, w którym wyjaśniono podstawy teoretyczne metody zmodyfikowanej analizy sprężystego podłoża.

Poniższy rysunek przedstawia porównanie sił tnących w obwodzie krytycznym bez (na rysunku powyżej) oraz wraz z (na rysunku poniżej) zastosowaniem sprężyn krawędziowych w modelu z poszerzonym obwodem płyty.

Rysunek 06 - Porównanie bez sprężyn krawędziowych (powyżej) i ze sprężynami (u dołu) na płycie podstawy

Ponadto, należy wspomnieć o module dodatkowym RF-SOILIN, który - jako alternatywa dla modelu ze sprężynami krawędziowymi - może zostać wykorzystany w celu uzyskania bardziej realistycznego oszacowania sprężystości podłoża fundamentu, co również może mieć pozytywny wpływ na rozkład sił tnących na obwodzie krytycznym.

Ustawienia w RF-PUNCH Pro

Domyślnie obciążenie przebijające w RF-PUNCH Pro jest określane na podstawie „nieuśrednionego rozkładu sił tnących na obwodzie krytycznym”. Stosując opisane powyżej metody optymalizacji modelu opcja ta powinna zawsze być dostępna w oknie 1.5 modułu. Jeżeli, mimo proponowanych zabiegów, program nadal wskazuje znaczną koncentrację siły tnącej na obwodzie krytycznym, użytkownik może skorzystać z opcji „Wygładzić siłę tnącą na obwodzie krytycznym”.

Rysunek 07 - Okno 1.5 w RF-PUNCH Pro z ustawieniami do definiowania obciążenia przebijającego

Podczas stosowania uśrednionej siły tnącej na obwodzie krytycznym należy również uwzględnić wpływ współczynnika zwiększającego obciążenie β, który można określić na przykład za pomocą modelu sektorowego. Na ten temat również przygotowano artykuł techniczny.

Podsumowanie

Użytkownik powinien zawsze sprawdzić wartość działającego obciążenia przebijającego w przypadku uzyskania dużych stopni zbrojenia na przebicie na końcach lub narożach ściany.

W tym kontekście zawsze należy zwrócić uwagę na rozkład sił tnących na obwodzie krytycznym i sprawdzić, czy dostosowanie lub optymalizacja modelu mogą spowodować bardziej realistyczny rozkład siły tnącej vmax, b w płycie, pozbawiony lokalnych koncentracji.

Jednakże wspomniane sposoby na optymalizacje w odniesieniu do modelowania i podparcia nie mogą być ogólnie obowiązującą instrukcją. Każdorazowo muszą zostać przeanalizowane przez użytkownika w zależności od indywidualnej sytuacji i, w razie potrzeby, zostać wprowadzone w zmodyfikowanej, specyficznej dla danej konstrukcji formie.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Paul Kieloch

Dipl.-Ing. (FH) Paul Kieloch

Product Engineering & Customer Support

Jako wsparcie techniczne Pan Kieloch odpowiada na pytania klientów Dlubal Software i jest odpowiedzialny za opracowanie dodatkowych modułów do konstrukcji żelbetowych.

Słowa kluczowe

Przebicie Obciążenie przebijające Obciążenie Koncentracja naprężeń Obszar uśredniania Elementy skończone Model sektorowy Współczynnik przyrostu obciążenia

Literatura

[1]   Manual RFEM. (2018). Tiefenbach: Dlubal Software.
[2]   Barth, C., & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (2nd ed.). Berlin: Beuth.

Do pobrania

Linki

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 1958x
  • Zaktualizowane 19. kwietnia 2021

Kontakt

Skontaktuj się z firmą 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

Zaproszenie na wydarzenie

Międzynarodowa Konferencja na temat drewna

Konferencje 12. kwietnia 2022 - 14. kwietnia 2022

Zaproszenie na wydarzenie

Kongres Konstrukcji 2022

Konferencje 21. kwietnia 2022 - 22. kwietnia 2022

Projektowanie szkła za pomocą oprogramowania Dlubal

Projektowanie szkła za pomocą oprogramowania Dlubal

Webinar 8. czerwca 2021 14:00 - 14:45 CEST

Analiza historii czasu wybuchu w RFEM

Analiza czasowa eksplozji w RFEM

Webinar 13. maja 2021 14:00 - 15:00 EDT

CSA S16: 19 Wymiarowanie stali w RFEM

CSA S16: 19 Wymiarowanie stali w RFEM

Webinar 10. marca 2021 14:00 - 15:00 EDT

Wymiarowanie prętów zgodnie z ADM 2020 w RFEM

Wymiarowanie prętów zgodnie z ADM 2020 w RFEM

Webinar 19. stycznia 2021 14:00 - 15:00 EDT

Dzień informacyjny Dlubal

Dlubal Info Day Online | 15 grudnia 2020 r

Webinar 15. grudnia 2020 9:00 - 16:00 BST

MES - Rozwiązywanie problemów i optymalizacja w RFEM

Rozwiązywanie problemów i optymalizacja MES w RFEM

Webinar 11. listopada 2020 14:00 - 15:00 EDT

Interakcja struktura gruntu w RFEM

Interakcja konstrukcji z podłożem w RFEM

Webinar 27. października 2020 14:00 - 14:45 BST

Analiza spektrum odpowiedzi w RFEM zgodnie z NBC 2015

Webinar 30. września 2020 14:00 - 15:00 EDT

Dokumentowanie wyników w protokole wydruku programu RFEM

Webinar 25. sierpnia 2020 14:00 - 14:45 CEST

Wymiarowanie betonu zgodnie z ACI 318-19 w RFEM

Webinar 20. sierpnia 2020 14:00 - 15:00 EDT

RFEM 5
RFEM

Rozszerzenie modułu dodatkowego STEEL EC3 i RF-STEEL AISC

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 5
Moduł dodatkowy RF-PUNCH Pro dla RFEM | Wymiarowanie na przebicie powierzchni podpartych pojedynczo lub liniowo

Moduł dodatkowy

Analiza przebicia dla fundamentów i płyt

Cena pierwszej licencji
760,00 USD