Modelowanie i wymiarowanie połączenia zakładkowego

Geometria

Dach jednospadowy ma wymiary 9,5 m x 15 m. Różnica wysokości między okapem a kalenicą wynosi 1,6 m, co odpowiada spadkowi 9,56°. Odległość między głównymi belkami wynosi 5 m. Płatwie ZL do elementów warstwowych należy układać na głównych belkach w rozstawie co 3 m. W tym celu główne belki są podzielone za pomocą wewnętrznych węzłów typu "Na pręcie".

Płatwie należy układać naprzemiennie. Oznacza to, że przekrój płatwi musi być obrócony o 180° w co drugim przęśle, tak aby płatwie zostały połączone na zakład. W załączonym pliku zamiast obrotu pręta używany jest nowy przekrój, w którym wymiary kołnierzy są wprowadzane w odwrotnej kolejności.

Najpierw płatwie są po prostu rozciągane od węzła do węzła. Jako przekrój należy zastosować profil ZL o poniższych wymiarach:

Łączenie zakładkowe przekrojów musi być już wykonane w modelu w RFEM. Kilku producentów płatwi zaleca: Pierwsza płatew zespolona powinna być przedłużona o 0,15 x L w pierwsze pole wewnętrzne, druga płatwia jest przedłużona w oba sąsiednie pola o 0,1 x L. Nad podporą i na określonych przedłużeniach znajdują się dwa poziome rzędy śrub. Odległość od krawędzi na wolnym końcu płatwi łączącej również wynosi 32 mm. Daje to długość zakładki 532 i 782 mm. Jeżeli te przedłużenia są widoczne w modelu, należy zdefiniować odpowiednie przeguby na końcach prętów.

W węźle dźwigara głównego wszystkie płatwie zespolone posiadają przegub widełkowy. Dzięki temu moment zginający nie jest przenoszony na belkę jako skręcanie. Koniec płatwi zespolonej jest również wyposażony w przegub, który przenosi tylko siły poprzeczne. Usztywnienie płytami warstwowymi przyjmuje się jako podporę prętową gdzie cu,y = 1000 kN/m² i Cφ,x = 1,70 kNm*rad^-1*m^-1.

Aby podczas łączenia można było uwzględnić i zwymiarować również podpory płatwi, są one również modelowane o łącznej długości 13 cm.

Mimośrody

Do wymiarowania połączenia stalowego zawsze wykorzystywane jest dokładne położenie zamodelowanych osi środka ciężkości. Dlatego mimośrody muszą być już określone w modelu głównym. Zastosowanie mimośrodów względnych jest bardzo pomocne, szczególnie w przypadku przekrojów asymetrycznych o nierównych odległościach środków ciężkości. Ponieważ wymagany jest odstęp co najmniej 6 mm między dolną półką płatwi a górną półką dźwigara, mimośród względny i bezwzględny w lokalnym kierunku osi z płatwi zewnętrznych wynosi -6 mm w stosunku do górnego kołnierza dźwigara. Płatwiom środkowym przypisano przesunięcie poprzeczne w stosunku do płatwi zewnętrznych oraz e_y = -4 mm i e_z = -2 mm. Ten sam typ mimośrodu jest przypisany do podstaw płatwi, ale z dodatkowym przesunięciem e_y = -80,5 mm i e_z = 6 mm.

Obciążenie

Ciężar własny przypadku obciążenia: dodatkowe obciążenie od płyt warstwowych 0,15 kN/m² Przypadek obciążenia śniegiem: 0,68 kN/m² Przypadek obciążenia dla ssania wiatru: uproszczony do -0,45 kN/m² na całej powierzchni dachu

Wszystkie obciążenia są przykładane do płatwi zespolonych za pomocą kreatora "Obciążenia prętowe od obciążeń powierzchniowych"

Przypadki obciążeń są podsumowane w 2 kombinacjach obciążeń w następujący sposób:

• KO1 = 1,35 x PO1 + 1,5 x PO2
• KO2 = 0,9 x PO1 + 1,5 x PO3

Wprowadzanie połączeń stalowych

Przykładowo, połączenie wprowadzane jest w węźle, który uwzględnia wszystkie siedem prętów.

Dla wszystkich prętów należy ustawić typ pręta jako "Ciągły", a oba końce głównego dźwigara jako podparte. W przypadku płatwi zespolonych, kontakt dociskowy może wystąpić w obszarze zakładki. Można to zrobić za pomocą komponentu "Łączniki", ustawiając liczbę śrub na 0, tak aby efektywny był tylko kontakt powierzchniowy z uszkodzeniem w przypadku rozciągania. Dlatego w tym przykładzie wymaganych jest łącznie 5 elementów tego samego typu "Łączniki".

• Połączenie śrubowe podstawy płatwi z kołnierzem belki
• Połączenie śrubowe podstawy płatwi z obiema płatwiami zespolonymi
• Zewnętrzne rzędy śrub na końcach zakładu
• Kontakt między dwoma górnymi kołnierzami płatwi zespolonych
• Kontakt między dwoma dolnymi kołnierzami płatwi zespolonych

W przypadku elementów cienkościennych nie zaleca się wymiarowania z domyślnym plastycznym odkształceniem granicznym 5%. Dlatego granica zostaje zmniejszona do 1%. Należy również przeprowadzić analizę wyboczenia.

Wyniki

Wynik analizy naprężeń wygląda następująco:

W tabeli obciążeń producenta Wirth GmbH podane jest dopuszczalne obciążenie jednostkowe 3,43 kN/m. Dla porównania, model poddawany jest obciążeniu 3,75 kN/m. Należy zmniejszyć rozstaw płatwi lub wybrać materiał o wyższej wytrzymałości lub mocniejszy profil. Trzecia opcja jest wykorzystywana do modelu, a grubość blachy w przekroju zwiększa się do 2,5 mm. Mimośród nr 2 należy zmienić na e_y = -3,5 mm i e_z = -2,5 mm, a mimośród nr 3 na e_y = -80,25 mm i e_z = 6 mm.

Podczas przeprowadzania uproszczonej analizy wyboczeniowej, pojawi się  problem ze statecznością. Pierwsze dwie postacie własne leżą poza węzłem połączenia, ale postacie własne nr. 3 i 4 znajdują się w obszarze połączenia i dlatego wymagają dokładniejszej analizy.

Można to zrobić, na przykład, za pomocą analizy GMNIA (Analiza geometrycznie i materialnie nieliniowa z imperfekcjami) na podmodelu, która nie jest opisywana w tym artykule.

Model 3D

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Wirtualna rzeczywistość

Model | Płatwie Z na dachu jednospadowym