Analiza modalna jest punktem wyjścia do analizy dynamicznej układów konstrukcyjnych. Można ją wykorzystać do określenia wartości drgań własnych, takich jak częstotliwości drgań własnych, kształty drgań własnych, masy modalne i efektywne współczynniki masy modalnej. Wynik ten może zostać wykorzystany do obliczeń drgań oraz do dalszych analiz dynamicznych (na przykład obciążenia widmem odpowiedzi).
W tym artykule technicznym omówimy podstawowe kwestie dotyczące korzystania z rozszerzenia Skręcanie skrępowane (7 stopni swobody). Jest ono w pełni zintegrowane z programem głównym i umożliwia uwzględnienie deplanacji przekroju podczas obliczania elementów prętowych. W połączeniu z rozszerzeniami Analiza stateczności oraz Wymiarowanie stali, możliwe jest przeprowadzenie obliczeń wyboczenia giętno-skrętnego z siłami wewnętrznymi zgodnie z analizą drugiego rzędu oraz uwzględnieniem imperfekcji.
Analiza sejsmiczna w programie RFEM 6 jest możliwa przy użyciu rozszerzeń analizy modalnej i analizy spektrum odpowiedzi. Ogólna koncepcja analizy sejsmicznej w programie RFEM 6 opiera się na utworzeniu przypadku obciążenia do analizy modalnej lub analizy spektrum odpowiedzi. Grupy norm dla tych analiz są ustawiane w zakładce Normy II w oknie Dane podstawowe modelu.
W tym artykule opisujemy, w jaki sposób można używać rozszerzenia Skręcanie skrępowane (7 stopni swobody) i Stateczność konstrukcji w celu uwzględnienia deplanacji przekroju jako dodatkowego stopnia swobody podczas analizy stateczności.
Program RFEM 6 zawiera rozszerzenie Form-Finding do określania kształtów równowagi modeli powierzchni obciążonych rozciąganiem i prętów obciążonych siłami osiowymi. Aktywuj ten dodatek w Danych bazowych modelu i użyj go, aby znaleźć położenie geometryczne, w którym naprężenie wstępne lekkich konstrukcji jest w równowadze z istniejącymi warunkami brzegowymi.
Model budynku jest jednym ze specjalnych rozszerzeń w programie RFEM 6. Jest to przydatne narzędzie do modelowania, za pomocą którego można łatwo tworzyć kondygnacje budynków i nimi manipulować. Model budynku można aktywować na początku procesu modelowania lub po jego zakończeniu.
W programie RFEM 6 analizę sejsmiczną można przeprowadzić za pomocą modułów dodatkowych Analiza modalna i Analiza spektrum odpowiedzi. Zaraz po zakończeniu analizy spektralnej za pomocą rozszerzenia Model budynku można wyświetlić oddziaływania kondygnacji, przemieszczenia kondygnacji i siły w ścianach usztywniających.
Rozszerzenie Analiza geotechniczna zapewnia programowi RFEM dodatkowe specyficzne modele materiałowe podłoża, które mogą odpowiednio odwzorować złożone zachowanie materiału podłoża. W tym artykule zaprezentujemy, w jaki sposób można określić zależną od naprężeń sztywność modeli materiałowych gruntu.
W artykule przedstawiono podstawowe pojęcia z zakresu dynamiki konstrukcji i ich roli w projektowaniu konstrukcji sejsmicznych. Duży nacisk kładzie się na wyjaśnienie aspektów technicznych w zrozumiały sposób, aby tematyka była zrozumiała dla czytelników bez dużej wiedzy technicznej.
Biorąc pod uwagę, że realistyczne określenie warunków gruntowych znacząco wpływa na jakość analizy statyczno-wytrzymałościowej budynków, w programie RFEM 6 dostępne jest rozszerzenie Analiza geotechniczna, które umożliwia określenie konturu glebowego do analizy.
Sposób udostępnienia danych uzyskanych z badań polowych w rozszerzeniu i wykorzystania właściwości z próbek gruntu do określenia masywów gruntu, które mają być przedmiotem zainteresowania, został omówiony w artykule z Bazy informacji „Tworzenie bryły gruntowej na podstawie próbek gruntu w programie RFEM 6”. W tym artykule omówiono natomiast procedurę obliczania osiadań i parcia gruntu dla budynku żelbetowego.
Jakość analizy statyczno-wytrzymałościowej budynków jest dużo lepsza, gdy można uwzględnić warunki gruntowe w sposób możliwie najbardziej realistyczny. W programie RFEM 6 można realistycznie określić kontur glebowy do analizy za pomocą rozszerzenia Analiza geotechniczna. Ten dodatek można aktywować w danych bazowych modelu, jak pokazano na rysunku 01.
Analiza dynamiczna w RFEM 6 i RSTAB 9 jest podzielona na kilka rozszerzeń. Rozszerzenie Analiza modalna jest niezbędne dla wszystkich innych rozszerzeń do analizy dynamicznej, ponieważ przeprowadza analizę drgań własnych dla modeli prętów, powierzchni i brył.
Zarówno analiza drgań własnych, jak i analiza spektrum odpowiedzi przeprowadzane są na układzie liniowym. Jeżeli w modelu występują nieliniowości, podlega on linearyzacji, dzięki czemu elementy nieliniowe nie są brane pod uwagę w dalszej analizie. Mogą to być na przykład pręty rozciągane, podpory nieliniowe lub przeguby nieliniowe. W tym artykule pokazano, w jaki sposób można nimi zarządzać w analizie dynamicznej.
Modalny współczynnik istotności jest wynikiem analizy stateczności liniowej i opisuje jakościowo stopień udziału poszczególnych prętów w określonym kształcie drgań.
Artykuł 4.1.8.7 kanadyjskich przepisów budowlanych (NBC) 2020 zawiera jasną procedurę dotyczącą metod analizy trzęsień ziemi. Metoda bardziej zaawansowana, a mianowicie metoda analizy dynamicznej opisana w rozdziale 4.1.8.12, powinna być stosowana dla wszystkich typów konstrukcji, z wyjątkiem tych, które spełniają kryteria podane w 4.1.8.7. W przypadku pozostałych konstrukcji, może być stosowana nieco prostsza metoda równoważnych sił statycznych (ESFP), opisana w rozdziale 4.1.8.11.
Zgodnie z normami EN 1998-1 sekcje 2.2.2 i 4.4.2.2 do obliczeń stanu granicznego nośności należy przeprowadzić obliczenia z uwzględnieniem teorii drugiego rzędu (efekt P-Δ). Efekt ten nie musi być uwzględniany tylko w przypadku, gdy współczynnik wrażliwości międzykondygnacyjnej jest mniejszy niż 0,1.
Aby ocenić, czy w obliczeniach dynamicznych konieczne jest również uwzględnienie analizy drugiego rzędu, w normie EN 1998‑1, sekcje 2.2.2 i 4.4.2.2 zawarto współczynnik wrażliwości międzykondygnacyjnego znoszenia θ. Można ją obliczyć i przeanalizować za pomocą programów RFEM 6 i RSTAB 9.
Norma ASCE 7-22 [1], rozdz. 12.9.1.6 określa, kiedy efekty P-delta powinny być uwzględniane podczas przeprowadzania analizy modalnego spektrum odpowiedzi dla obliczeń sejsmicznych. W NBC 2020 [2], Wys. 4.1.8.3.8.c jedynie w niewielkim stopniu wymaga uwzględnienia przechyłów spowodowanych interakcją obciążeń grawitacyjnych z konstrukcją odkształconą. Z tego względu podczas przeprowadzania analizy sejsmicznej mogą wystąpić sytuacje, w których efekty drugiego rzędu, znane również jako P-delta, muszą zostać uwzględnione.