Rozszerzenie „Projektowanie konstrukcji aluminiowych” można aktywować w zakładce „Rozszerzenia” okna „Dane podstawowe”, natomiast preferowaną normę można ustawić w zakładce „Norma I”, jak pokazano na rysunkach 1 i 2.
Konstrukcje aluminiowe można modelować przy użyciu odpowiednich materiałów z biblioteki materiałów RFEM 6. Można również definiować materiały i dodawać je do biblioteki. Ważne jest jednak, aby dane określone w zakresie materiałów, a także obciążeń i kombinacji wyników, były zgodne z koncepcją projektową normy. Przy projektowaniu według norm europejskich należy uwzględnić następujące dokumenty:
- Podstawy projektowania konstrukcji (Eurokod 0) – w celu uzyskania częściowych współczynników bezpieczeństwa dla obciążeń oraz zasad ich kombinowania
- Oddziaływania na konstrukcje (Eurokod 1) – w celu uwzględnienia obciążeń istotnych dla projektowanych konstrukcji i budynków
- Projektowanie konstrukcji aluminiowych (Eurokod 9) – w celu zastosowania zasad projektowania konstrukcji aluminiowych
Kombinacje obciążeń i kombinacje wyników można tworzyć w RFEM automatycznie, zgodnie z normą, lub ręcznie. W obu przypadkach obciążenia można nakładać przy użyciu standardowej procedury nakładania obciążeń w RFEM.
Właściwości projektowe
Po zamodelowaniu konstrukcji, nałożeniu obciążeń i utworzeniu kombinacji obciążeń i kombinacji wyników należy aktywować właściwości projektowe projektowanego pręta lub zbioru prętów (rysunek 3). Pozwoli to zdefiniować typy obliczeń dla projektowania konstrukcji aluminiowych, konfiguracje obliczeń oraz podpory obliczeniowe niezbędne w procedurze obliczeń. To samo dotyczy prętów lub zbiorów prętów projektowanych przez reprezentantów.
Typy obliczeń
Typy obliczeń dla konstrukcji aluminiowych obejmują definicję długości efektywnych, lokalnych redukcji przekroju (uwzględnianych tylko w sprawdzeniu na rozciąganie) oraz spoin poprzecznych (rysunek 4). Zdefiniowanie długości wyboczeniowych jest niezbędne do określenia obciążenia krytycznego dla utraty stateczności. Po przypisaniu długości wyboczeniowej do interesującego obiektu ustawienia i długości efektywne są uwzględniane w obliczeniach stateczności. W dalszej części obliczeń można uwzględnić lokalne osłabienie przekroju (na przykład otwory śrubowe) związane z obiektem, przypisując lokalną redukcję przekroju pręta w odpowiednim oknie. Dodatkowo możliwe jest uwzględnienie lokalnego zmniejszenia wytrzymałości w strefie wpływu ciepła (HAZ) spowodowanego spoinami poprzecznymi.
Konfiguracje obliczeń
Do konfiguracji obliczeń można uzyskać dostęp albo poprzez okno „Edycja pręta”, albo poprzez „Dane wejściowe” tabeli projektowania konstrukcji aluminiowych. Specyfikacje zawarte w konfiguracji obliczeń dotyczą wszystkich obiektów, do których ta konfiguracja jest przypisana. Jeżeli do obiektu podlegającego obliczeniom nie jest przypisana żadna konfiguracja obliczeń, dla tego obiektu nie są wykonywane obliczenia stanu granicznego nośności ani stanu granicznego użytkowalności.
Eurokody zalecają przeprowadzenie obliczeń dla dwóch stanów granicznych: stanu granicznego nośności oraz stanu granicznego użytkowalności. Pierwszy dotyczy sytuacji, w której sprawdzane jest bezpieczeństwo konstrukcji tak, aby uniknąć kolapsu i awarii konstrukcji, natomiast drugi odnosi się do określonych wymagań dotyczących normalnego użytkowania konstrukcji. W przypadku konstrukcji aluminiowych obejmują one wymagania dotyczące ugięcia, a w pewnych okolicznościach również drgań. Ze względu na niski moduł sprężystości aluminium stan ten jest ogólnie sytuacją obliczeniową krytyczną dla konstrukcji aluminiowych.
Konfiguracja obliczeń stanu granicznego nośności
Konfigurację nośności można utworzyć poprzez zdefiniowanie różnych ustawień wpływających na projektowanie konstrukcji aluminiowych (rysunek 5). Na przykład można określić, czy obliczenia stateczności są wykonywane oprócz obliczania przekroju, a także dostosować dalsze ustawienia z nimi związane. Ponadto dostępna jest opcja „Wartości graniczne dla przypadków szczególnych”, która pozwala zaniedbać w obliczeniach pewne siły wewnętrzne nieistotne dla nośności. Jeżeli nie korzysta się z tej opcji, niektóre obliczenia mogą zostać uniemożliwione lub może być wymagane zastosowanie mniej korzystnych wzorów interakcji.
W zależności od wybranej normy projektowej w konfiguracji stanu granicznego nośności dostępne są inne opcje, takie jak aktywowanie sprężystego obliczania przekroju, alternatywne wartości współczynników kształtu i wykładników we wzorach interakcji lub dalsze ustawienia szczegółowe dla obliczeń wyboczenia lokalnego lub wyboczenia przy ścinaniu. Dla normy projektowej EN 1999 odpowiednie współczynniki zgodnie z wybranym załącznikiem krajowym można znaleźć w „Parametrach normowych” okna, ale można je również dostosować wartością zdefiniowaną przez użytkownika.
Konfiguracja obliczeń stanu granicznego użytkowalności
Konfiguracje użytkowalności można tworzyć w zakresie wartości granicznych ugięcia, które należy sprawdzić w obliczeniach (rysunek 6). Wartości te odnoszą się do długości odniesienia pręta, która jest określana na podstawie podpór obliczeniowych zdefiniowanych w zakładce „Podpory obliczeniowe i ugięcie”. Innymi słowy, okno „Podpory obliczeniowe i ugięcie” pokazane na rysunku 7 służy do zdefiniowania warunków brzegowych dla obliczeń stanu granicznego użytkowalności w projektowaniu konstrukcji aluminiowych.
Ustawienia globalne
Do globalnych ustawień projektowania konstrukcji aluminiowych można uzyskać dostęp, klikając ikonę „Globalne ustawienia rozszerzenia” wskazaną na rysunku 8. Ustawienia te są niezależne od normy projektowej, ale wartości standardowe mogą się różnić. Klikając przycisk „Przywróć domyślne”, przywracane są domyślne ustawienia okna dialogowego zgodnie z wybraną normą projektową.
Dodatkowe opcje projektowania konstrukcji aluminiowych
RFEM 6 oferuje dalsze opcje wpływające na projektowanie konstrukcji aluminiowych. Na przykład można przypisać do prętów inne typy (takie jak mimośród pręta lub przegub prętowy), jak pokazano na rysunku 9. Można również uwzględnić poprzeczne elementy usztywniające prętów w celu usztywnienia obszarów prętów podatnych na wyboczenie. Są one stosowane na przykład przy wysokich belkach lub punktach zaczepienia dużych obciążeń skupionych. Można również zdefiniować utwierdzenia skrętne prętów w celu uwzględnienia utwierdzenia obrotowego wokół osi podłużnej pręta lub zbioru prętów zapewnionego przez elementy takie jak blacha trapezowa lub płatwie. Panele usztywniające prętów mogą być stosowane w celu uwzględnienia podparcia bocznego zapewnionego przez usztywnienia lub blachę trapezową. Oba przypadki są uwzględniane przez wewnętrzny solver wartości własnych przy wyznaczaniu sprężystego momentu krytycznego lub współczynnika obciążenia krytycznego dla zwichrzenia.
Obliczenia
Przed rozpoczęciem obliczeń należy sprawdzić „Dane wejściowe” rozszerzenia projektowania konstrukcji aluminiowych. Na przykład ustawienia domyślne zakładają uwzględnienie wszystkich sytuacji obliczeniowych w obliczeniach. Można jednak dezaktywować sytuację obliczeniową dla projektowania konstrukcji aluminiowych, odznaczając pole wyboru „Do obliczenia”; wówczas dla tej sytuacji obliczeniowej nie zostaną przeprowadzone żadne sprawdzenia.
Ten wybór jest zsynchronizowany z wyborem rozszerzenia projektowania konstrukcji aluminiowych w ustawieniach sytuacji obliczeniowej, jak pokazano na rysunku 10. Warto podkreślić, że nie można obliczać pojedynczych przypadków obciążenia, kombinacji obciążeń ani kombinacji wyników. Zamiast tego należy przypisać te kombinacje do sytuacji obliczeniowej.
W podobny sposób wszystkie typy obiektów obecne w modelu są wymienione w tabeli projektowania konstrukcji aluminiowych (rysunek 11). Zaznaczając pole wyboru „Oblicz wszystkie”, wszystkie dostępne obiekty zostaną wybrane do obliczeń. Alternatywnie można ręcznie określić obiekty do obliczenia/usunięte z obliczeń, odznaczając pole wyboru „Oblicz wszystkie” i wprowadzając numery obiektów lub graficznie wybierając interesujące obiekty.
Pręty z innym materiałem (na przykład beton lub drewno) lub nieodpowiednim przekrojem (na przykład przekrój pełny o grubych ścianach) dla projektowania konstrukcji aluminiowych są automatycznie rozpoznawane i wykluczane z obliczeń. Ponadto powierzchnie aluminiowe nie będą uwzględniane w obliczeniach przez rozszerzenie projektowania konstrukcji aluminiowych; można je oceniać, stosując zamiast tego rozszerzenie analizy naprężeń-odkształceń.
Rozszerzenie projektowania konstrukcji aluminiowych można uruchomić, wybierając przycisk „Pokaż wyniki” w tabeli wejściowej (rysunek 11) lub wybierając „Projektowanie konstrukcji aluminiowych” w oknie dialogowym „Do obliczenia”. Po rozpoczęciu obliczeń wyświetlany jest postęp obliczeń, a także kroki obliczeniowe i bieżący przebieg obliczeń.
Wyniki
Po zakończeniu obliczeń wyniki decydujące oraz stopnie wykorzystania na prętach lub zbiorach prętów są dostępne w tabeli wyników. Wyniki rozszerzenia projektowania konstrukcji aluminiowych można również wyświetlić graficznie poprzez zakładkę „Wyniki” nawigatora. Jeżeli podczas sprawdzania wystąpią ostrzeżenia lub błędy albo kryterium sprawdzania nie zostanie spełnione, jest to pokazane w przeglądzie tabeli.
Oprócz tych wyników można wyświetlić kontrolę smukłości dla prętów lub zbiorów prętów. Opiera się ona na porównaniu smukłości dla wyboczenia giętnego, obliczonej jako stosunek długości wyboczeniowej do promienia bezwładności, z wartościami granicznymi z ustawień globalnych.
Ponieważ nośność elementu na zwichrzenie jest obliczana w obliczeniach stateczności, kontrola smukłości nie stanowi rzeczywiście obliczenia i nie jest domyślnie uwzględniona w tabeli wyników. Aby pokazać te sprawdzenia, należy aktywować tabele wyników smukłości w menedżerze tabel wyników, dostępnym poprzez ikonę wskazaną na rysunku 12.
Szczegółowe warunki projektowe dla każdego typu kontroli obliczeń można wyświetlić, klikając je dwukrotnie lub używając ikony „Szczegół warunku projektowego”. Oprócz wzorów szczegółowe wyniki zawierają odniesienia do norm, dzięki czemu można dokładnie prześledzić warunki projektowe i szczegółowo zrozumieć przeprowadzone sprawdzenia.
Uwagi końcowe
Rozszerzenie „Projektowanie konstrukcji aluminiowych” w RFEM 6 pozwala projektować pręty aluminiowe dla stanów granicznych nośności i użytkowalności zgodnie z normą Unii Europejskiej EN 1999-1-1:2013-12 (Eurokod 9) oraz normą Stanów Zjednoczonych ADM 2020. Dane zdefiniowane w zakresie materiałów, obciążeń oraz kombinacji obciążeń i kombinacji wyników powinny być zgodne z koncepcją projektową preferowanej normy.
Odpowiednie obciążenia można nakładać zgodnie ze standardową procedurą nakładania obciążeń RFEM, natomiast dane niezbędne do obliczeń można zdefiniować, aktywując właściwości projektowe interesującego pręta lub zbioru prętów. Po zdefiniowaniu właściwości projektowych obliczenia mogą zostać przeprowadzone, a wyniki stają się dostępne zarówno w formie tabelarycznej, jak i graficznej.
