Wymiarowanie słupa drewnianego zgodnie z NDS 2018 z wykorzystaniem RF-/TIMBER AWC

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

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

W artykule zweryfikowano przydatność słupa wykonanego z tarcicy o wymiarach 2x4, poddanego zginaniu dwukierunkowemu i środkowemu ściskaniu za pomocą modułu dodatkowego RF-/TIMBER AWC. Właściwości pręta słupa i jego obciążenia są oparte na przykładzie E1.8 z przykładów projektowania konstrukcji drewnianych AWC 2015/2018.

Ten pręt jest z sosny południowej nr 2, o wymiarach nominalnych 2x4 (1,5 cala x 3,5 cala), o długości 3 stóp i jest używany jako element kratownicowy. Podparcie boczne znajduje się tylko na końcach pręta i jest traktowane jako połączenie przegubowe. Obciążenie własne (DL) oraz obciążenie śniegiem (SL) i obciążenie wiatrem (WL) są przyłożone do górnego i środkowego punktu słupa, jak pokazano poniżej.

Właściwości pręta wyświetlane są po wybraniu w programie odpowiedniego przekroju i materiału.

Współczynniki korygujące w tabeli 4.3.1 KDPW 2018 dla konstrukcji ASD

Wartościobliczeniowe odniesienia (F b , Fc i Emin ) są mnożone przez odpowiednie współczynniki korygujące, aby określić skorygowane wartości obliczeniowe. W przypadku tarcicy współczynniki te są podane w tabeli 4.3.1 [1] . Istnieje jedenaście różnych współczynników korygujących dla konstrukcji ASD. W przykładzie NDS wiele z tych współczynników wynosi 1,0 [2]. Poniżej wyjaśniono jednak pokrótce, w jaki sposób RF-/TIMBER AWC bierze pod uwagę poszczególne czynniki.

Współczynniki obliczone przez program

C[CONTACT.E-MAIL-SALUTATION] ... Współczynnik stateczności belki. Zależy to od geometrii i podparcia bocznego pręta, zgodnie z opisem w rozdziale 3.3.3 [1] . Współczynnik ten jest obliczany automatycznie w RF-/TIMBER. (Uwaga: Długość efektywna le do obliczeńCL jest definiowana przez użytkownika w oknie modułu "1.7 Długości efektywne" programu RF-/TIMBER AWC. Opcja „Wg. z tabelą 3.3.3 "wraz z odpowiednim przypadkiem obciążenia). Poniższy rysunek przedstawia przypadek obciążenia, który ma zastosowanie w tym przykładzie.

CF ... Współczynnik wielkości. Zależy to od wysokości i grubości pręta zgodnie z punktem 4.3.6 [1] . Współczynnik ten jest określany automatycznie w RF-/TIMBER AWC.

CFU ... Współczynnik płaskości. Uwzględnia ona zginanie mniejszej osi pręta zgodnie z punktem 4.3.7 [1] . Współczynnik ten jest obliczany automatycznie w RF-/TIMBER AWC.

CP ... Współczynnik stateczności słupa. Zależy to od geometrii, warunków utwierdzenia na końcu pręta i bocznego podparcia pręta, zgodnie z opisem w rozdziale 3.7.1 [1] . Jeżeli pręt ściskany jest w pełni podparty na całej swojej długości, CP = 1,0. Współczynnik ten jest obliczany automatycznie w RF-/TIMBER AWC dla silnych i słabych kierunków osi.

Współczynniki zdefiniowane przez użytkownika

CD ... Współczynnik czasu trwania obciążenia. Uwzględnia różne czasy obciążenia w oparciu o przypadek obciążenia, taki jak obciążenie własne, śniegiem i wiatrem, zgodnie z sekcją 4.3.2 [1] . Wybranie "ASCE 7-16 NDS (Drewno)" jako standardu w programie RFEM aktywuje opcję "Czas trwania oddziaływania" w oknie dialogowym "Przypadki obciążeń". Domyślne ustawienie klasy czasu trwania obciążenia (stałe, 10 lat itd.) Jest oparte na „kategorii oddziaływania” przypadku obciążenia. To ustawienie może zostać zmienione przez użytkownika w programie RFEM lub RF-/TIMBER AWC. Wartość wybrana przez program jest oparta na tabeli 2.3.2 [1] .

CM ... Współczynnik wilgoci. Uwzględnia on warunki wilgotnościowe pręta zgodnie z rozdziałem 4.1.4 [1] . W module RF-/TIMBER AWC można wybrać opcję „Na mokro” lub „Na sucho” w kolumnie „Stan wilgoci”.

Ct ... Współczynnik temperatury. Uwzględnia ona stopień narażenia pręta na działanie podwyższonych temperatur do 100, 100 do 125 i 125 do 150 ° F, zgodnie z opisem w sekcji 2.3.3 [1] . W module RF-/TIMBER AWC można wybrać trzy zakresy temperatur w sekcji „Warunki klimatyczne”. Wartość wybrana przez program jest oparta na tabeli 2.3.3 [1] .

Ci ... Współczynnik perforacji. Uwzględnia ona utratę powierzchni spowodowaną niewielkimi nacięciami w pręcie, które występują podczas konserwacji pręta w celu zapobieżenia próchnicy, jak opisano w sekcji 4.3.8 [1] . W RF-/TIMBER AWC w sekcji "Dodatkowe parametry obliczeniowe" można wybrać opcję "Nieperforowany" lub "Perforowany".

Cr ... Powtarzający się współczynnik Jest używany, gdy kilka prętów współpracuje ze sobą w celu prawidłowego rozłożenia obciążenia, zgodnie z opisem w rozdziale 4.3.9 [1]. Ct = 1,15 dla prętów, które spełniają kryteria niewielkich odległości i połączenia przez poszycie lub tym podobne. W RF-/TIMBER AWC w sekcji „Dodatkowe parametry obliczeniowe” można wybrać opcję „Niepowtarzalny” lub „Powtarzający się”.

Uwaga: W razie potrzeby wartości współczynników korekcyjnych zdefiniowanych przez użytkownika można zmieniać za pomocą opcji „Standardowe”.

Czynniki wyłączone z programu

CT ... Współczynnik sztywności dla wyboczenia Uwzględnia on udział powłoki ze sklejki w wytrzymałości na wyboczenie pasów kratownicowych ściskanych zgodnie z rozdz. 4.4.2 [1] . Współczynnik ten służy do zwiększenia Emin pręta. Współczynnik CT można obliczyć ręcznie za pomocą równania 4.4-1 [1] lub przyjąć ostrożnie 1,0.

Cb ... Współczynnik powierzchni podparcia Służy do zwiększania wartości obliczeniowych ściskania (Fcp ) dla obciążeń skupionych poprzecznych do kierunku włókien zgodnie z rozdziałem 3.10.4 [1] . Wartość Cb można obliczyć ręcznie za pomocą równania 3.10-2 [1] lub przyjąć ostrożnie jako 1,0.

Rzeczywiste naprężenie w pręcie słupa

W tym przykładzie kombinacja obciążeń jest uproszczona do KO1: DL + SL + WL.

Naprężenie ściskające od obciążenia własnego i śniegiem, fc = 171 psi

Naprężenie zginające silnej osi od obciążenia wiatrem, fbx = fb1 = 353 psi

Naprężenie zginające słabej osi od ciężaru własnego i obciążenia śniegiem, fby = fb2 = 1,029 psi

Określenie skorygowanych wartości obliczeniowych zgodnie z NDS 2018 Tabela 4.3.1 Metoda ASD

Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi głównej, F cEx

Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi głównej, FcEx

FcEx = FcE1 = 0.822 · Emin'le1d12FcEx = FcE1 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in3.5 in2FcEx = FcE1 = 3,963 psi

FcEx Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi głównej, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510000 psi
le1 Długość efektywna = 36,0 cali
d1 Wysokość pręta = 3,5 cala

Wartość obliczeniowa wyboczenia krytycznego dla prętaściskanego w osi słabej, F cEy

Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi słabej, FcEy

FcEy = FcE2 = 0.822 · Emin'le2d22FcEy = FcE2 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in1.5 in2FcEy = FcE2 = 728 psi

FcEy Krytyczne wyboczenie obliczeniowe dla pręta ściskanego o małej osi, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510000 psi
le2 Długość efektywna = 36,0 cali
d2 Grubość pręta = 1,5 cala

Skorygowana wartość obliczeniowa ściskania w kierunku włókien, Fc '

Skorygowana wartość obliczeniowa ściskania w kierunku włókien, Fc '

Fc' = Fcy' = Fc · CD · CM · Ct · CF · Ci · CPFc' = Fcy' = 1,450 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 0.29Fc' = Fcy' = 673 psi

Fc' Skorygowana wartość obliczeniowa ściskania w kierunku włókien, psi
fC Referencyjne wartości obliczeniowe ściskania w kierunku włókien, psi
CD Współczynnik czasu trwania obciążenia
CM Współczynnik mokrych warunków
Ct Współczynnik temperaturowy
CF Współczynnik rozmiaru
Ci Współczynnik nacinania
CP Współczynnik stateczności słupa

Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla prętazginanego, F bE

Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta zginanego, FbE

FbE = 1.20 · Emin'RB2FbE = 1.20 · 510,000 psi9.652FbE = 6,577 psi

FbE Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta zginanego, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510000 psi
RB Współczynnik smukłości = 9,65 <50 (równanie NDS 3.3-5)

Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania osi głównej, Fbx '

Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania głównej osi 'Fbx'

Fbx'= Fb1 = Fb · CD · CM · CL · Ct · CF · Ci · CrFbx'= Fb1 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 0.982 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fbx'= Fb1 = 1,729 psi

Fbx' Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania głównej osi, psi
Fb Obliczeniowa wartość odniesienia zginania, psi
CD Współczynnik czasu trwania obciążenia
CM Współczynnik mokrych warunków
CL Współczynnik stateczności belki
Ct Współczynnik temperaturowy
CF Współczynnik rozmiaru
Ci Współczynnik nacinania
Cr Współczynnik dla działania ciągłego

Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania osi mniejszej, Fo '

Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania mniejszej osi „Fby”

Fby' = Fb2 = Fb · CD · CM · CL · Ct · Cfu · CF · Ci · CrFby' = Fb2 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.1 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fby' = Fb2 = 1,936 psi

Fby' Skorygowana wartość obliczeniowa dla mniejszego ugięcia osi, psi
Fb Obliczeniowa wartość odniesienia zginania, psi
CD Współczynnik czasu trwania obciążenia
CM Współczynnik mokrych warunków
CL Współczynnik stateczności belki
Ct Współczynnik temperaturowy
Cfu płaski współczynnik
CF Współczynnik rozmiaru
Ci Współczynnik nacinania
Cr Powtarzający się współczynnik pręta

Wykorzystanie połączonego zginania dwuosiowego i ciśnienia odśrodkowego

Po wstawieniu rzeczywistych naprężeń i obliczeniowych granic pokazanych powyżej do równania NDS 3.9-3 [1] , ostateczny stopień wykorzystania jest pokazany poniżej.

Wykorzystanie połączonego zginania dwuosiowego i ciśnienia odśrodkowego

fcFc'2 + fbxFbx' · 1 - fcFcEx + fbyFby' · 1 - fcFcEy - fbxFbE2  1.01716732 + 3531,729 · 1 - 1713,965 + 1,0291,936 · 1 - 171728 - 3536,5772 = 0.98

fc Naprężenie ściskające od obciążenia własnego i śniegiem
Fc' Skorygowana wartość obliczeniowa ściskania w kierunku włókien
Fbx Naprężenie zginające silnej osi od obciążenia wiatrem
Fbx' Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania głównej osi
FcEx Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi głównej
Fby Naprężenie zginające słabej osi od ciężaru własnego i obciążenia śniegiem
Fby' Skorygowana wartość obliczeniowa dla zginania słabych osi
FcEy Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi słabej
FbE Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta zginanego

Oraz równanie NDS 3.9-4 [1]

Wykorzystanie połączonego zginania dwuosiowego i ciśnienia odśrodkowego

fcFcEy + fbxFbE2  1.0171728 + 3536,5772 = 0.24

fc Naprężenie ściskające od obciążenia własnego i śniegiem
FcEy Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta ściskanego w osi słabej
Fbx Naprężenie zginające silnej osi od obciążenia wiatrem
FbE Krytyczna obliczeniowa wartość wyboczenia dla pręta zginanego

Wynik w RF-/TIMBER AWC

Poszczególne współczynniki korekcyjne i dostosowane wartości obliczeniowe z analitycznej metody obliczeń ręcznych można porównać z podsumowaniem wyników w RF-/TIMBER AWC. Jak pokazano, wyniki są identyczne. Decydujący, ostateczny stosunek 0,98 jest oparty na analizie geometrycznie liniowej (1. rzędu) i metodzie obliczeniowej. Należy pamiętać, że domyślnym ustawieniem dla kombinacji obciążeń w programie RFEM jest teoria drugiego rzędu. Skutkuje to nieco większym stosunkiem 1,03. W sekcji „Parametry obliczeniowe” użytkownik może wybrać metodę najbardziej odpowiednią dla danej konstrukcji.

Autor

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Inżynier wsparcia technicznego

Firma Cisca jest odpowiedzialna za wsparcie techniczne dla klientów i ciągły rozwój programu na rynek północnoamerykański.

Słowa kluczowe

obliczenia Drewno słup NDS AWC Pręt słupa

Literatura

[1]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[2]   Structural Wood Design Examples

Linki

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 1356x
  • Zaktualizowane 17. stycznia 2022

Kontakt

Skontaktuj się z firmą Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady? Skontaktuj się z nami telefonicznie, mailowo, na czacie lub na forum lub znajdź sugerowane rozwiązania i przydatne wskazówki na stronie FAQ, dostępnej przez całą dobę.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

[email protected]

Event Invitation

VIII Konferencja Techniczna PIKS

Konferencje 30. sierpnia 2022 - 31. sierpnia 2022

Uwzględnienie etapów budowy\n w programie RFEM 6

Uwzględnienie etapów budowy w RFEM 6

Webinar 8. września 2022 14:00 - 15:00 CEST

Event Invitation

13th Central European Congress on Concrete Engineering

Konferencje 13. września 2022 - 14. września 2022

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 15. września 2022 9:00 - 13:00 CEST

XVII Konferencja Naukowo-Techniczna

XVII Konferencja naukowo-techniczna: Warsztat pracy rzeczoznawcy budowlanego

Konferencje 19. października 2022 - 21. października 2022

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 8. grudnia 2022 9:00 - 13:00 CET

Symulacja wiatru CFD z RWIND 2

Symulacja wiatru CFD z RWIND 2

Webinar 29. czerwca 2022 14:00 - 15:00 EDT

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 15. czerwca 2022 8:30 - 12:30 CEST

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 dla studentów | USA

Szkolenie online 8. czerwca 2022 13:00 - 16:00 EDT

Wymiarowanie aluminium ADM 2020 w\n RFEM 6

ADM 2020 Aluminium Design w RFEM 6

Webinar 25. maja 2022 14:00 - 15:00 EDT

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Studenci | Wprowadzenie do konstrukcji drewnianych

Szkolenie online 25. maja 2022 16:00 - 17:00 CEST

ASCE 7-16 Analiza spektrum odpowiedzi w RFEM 6

ASCE 7-16 Analiza spektrum odpowiedzi w RFEM 6

Webinar 5. maja 2022 14:00 - 15:00 EDT

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 24. marca 2022 8:30 - 12:30 CET

Obliczanie konstrukcji membranowej w RFEM 6

Obliczanie konstrukcji membranowej w RFEM 6

Webinar 17. marca 2022 14:00 - 15:00 EDT

Projektowanie konstrukcji drewnianych w RFEM 6 i RSTAB 9

Projektowanie konstrukcji drewnianych w RFEM 6 i RSTAB 9

Webinar 10. marca 2022 12:00 - 13:30 CET

Wymiarowanie prętów drewnianych NDS 2018\n w programie RFEM 6

Wymiarowanie prętów drewnianych NDS 2018 w RFEM 6

Webinar 24. lutego 2022 14:00 - 15:00 EDT

Uwzględnienie etapów budowy\n w programie RFEM 6

Uwzględnienie etapów budowy w RFEM 6

Webinar 13. stycznia 2022 14:00 - 15:00 CET

AISC 360-16 Wymiarowanie stali w RFEM 6

AISC 360-16 Wymiarowanie stali w RFEM 6

Webinar 14. grudnia 2021 14:00 - 15:00 EDT

RFEM 5
RFEM

Program główny

Program główny RFEM 5 służy do definiowania konstrukcji, materiałów i obciążeń. Może być wykorzystywany do analizy zarówno konstrukcji płaskich jak i przestrzennych składających się z prętów, płyt, ścian i powłok. Program umożliwia również tworzenie konstrukcji mieszanych oraz modelowanie elementów bryłowych i kontaktowych.

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RFEM 5
RF-TIMBER AWC

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów drewnianych zgodnie z amerykańską normą ANSI/AWC NDS

Cena pierwszej licencji
1 120,00 USD
RSTAB 8
RSTAB

Program główny

Oprogramowanie inżynierskie do wymiarowania konstrukcji ramowych, belkowych i kratownicowych, a także do przeprowadzania liniowych i nieliniowych obliczeń sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD
RSTAB 8
TIMBER AWC

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów drewnianych zgodnie z amerykańską normą ANSI/AWC NDS

Cena pierwszej licencji
1 120,00 USD