Opções no RFEM para considerar os estágios de construção

Artigo técnico

O estado atual do desenvolvimento de software de análise de elementos finitos e tecnologia de computadores permite o cálculo de estruturas mais complexas. Cada vez com mais freqüência, o cálculo FE é realizado em todo o modelo. Neste contexto, alguns problemas práticos de construção podem aparecer. Um desses problemas é a consideração de um processo de construção no modelo.

Fundo do Problema

Geralmente, os edifícios não são construídos de uma só vez, mas sim em etapas. Do ponto de vista estrutural, as partes estruturais individuais são combinadas em um edifício durante a construção. O mais tardar após a conclusão do processo de construção, a estrutura projetada para o estado final está disponível. Antes de chegar ao estado final, a estrutura passa pelas várias etapas da construção.

Ao adicionar as partes estruturais à estrutura durante a construção, seu peso próprio está ativo. O peso próprio efetivo deve ser derivado da própria estrutura ou das estruturas auxiliares e implementado no terreno do edifício. Isto também se aplica às cargas limitadas no tempo, que podem ocorrer devido ao método de construção ou condições ambientais durante a construção. Quais partes estruturais são eficazes e em qual sistema estrutural também depende dos métodos de construção e do processo de construção. Dependendo se a estrutura ou as partes individuais são usadas para aplicação de carga durante a construção, as partes estruturais de um edifício já estão sujeitas a carga antes do estágio final, o que resulta em deformações.

Opções no RFEM

O RFEM fornece duas opções básicas para exibir ou considerar as etapas de construção na construção civil. Em primeiro lugar, existe o módulo adicional RF-STAGES . Em segundo lugar, o RFEM fornece a opção de desativar os elementos estruturais individuais em casos de carga e combinações de carga.

O módulo adicional RF-STAGES analisa a estrutura nas etapas de construção individuais usando um cálculo não linear de FEM. Esse método permite considerar não-linearidades e redistribuições devido à remoção dos elementos estruturais. Um sistema de equação é criado, que é modificado e calculado nas etapas individuais, dependendo das configurações feitas. Este é um cálculo iterativo. As condições de equilíbrio devem ser satisfeitas para cada estágio.

$$ \ lbrkack \ mathrm K (\ mathrm) \ rbrack \; \ cdot \; \ left \ {\ mathrm \ right \} \; = \; \ left \ {\ mathrm F \ right \} $$
K é a matriz de rigidez
{você} é o vetor de deformação
{F} é o vetor de força

No RFEM, você pode desativar os elementos estruturais individuais (membros, superfícies, sólidos, suportes nodais, suportes de linha, suportes de superfície) para um caso de carga ou combinação de carga. Esta opção permite exibir etapas de construção simples, por exemplo, um sistema de construção linear. Para cada estágio de construção a ser considerado, você deve criar um caso de carga morto separado ou um caso de carga com cargas permanentes. No RFEM, pode seleccionar a caixa de verificação 'Desactivar' nos parâmetros de cálculo do caso de carga. Na última ficha, as partes estruturais individuais podem ser desativadas, o que não será efetivo no momento da fase de construção.

Figura 01 - Parâmetros de cálculo do caso de carga

Figura 02 - Desativando as Peças Estruturais

Os resultados dos estágios individuais podem ser sobrepostos posteriormente em uma combinação de resultados. No caso desta abordagem, observe que esta é uma superposição linear dos resultados das etapas individuais, que são calculados em um sistema indeformado.

Figura 03 - Combinação de Resultados

Comparação das duas opções no exemplo

Agora, aqui está a comparação dos dois métodos mostrados em um exemplo geral da construção do prédio. O exemplo é uma estrutura de concreto armado de quatro andares, projetada em quatro etapas. Os pisos individuais são construídos um após o outro e nenhuma peça estrutural é removida durante o andamento da construção.

Figura 04 - RF-STAGES: Deformações no Estágio Final

Figura 05 - RFEM: Deformações na fase final

Figura 06 - RFEM: Modelo sem Estágios de Construção

Resultado
max uZ [mm] Modelo
7,06 Modelo em RF-STAGES
7,06 Modelo RFEM com estágios de construção
7,89 Modelo RFEM sem fase de construção

Resumo

O exemplo mostra que é possível exibir estágios simples de construção de edifícios no RFEM, desativando elementos estruturais. Apesar de métodos basicamente diferentes, as mesmas deformações da estrutura resultam em RFEM e RF-STAGES. Além disso, o exemplo mostra que a consideração dos estágios de construção de um edifício de quatro andares tem um efeito evidente sobre as deformações devido a cargas mortas e fixas. Ao considerar os estágios de construção, as deformações resultantes são cerca de dez por cento menores que as deformações resultantes do cálculo de todo o modelo.

Referência

[1] Barth, C. & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (1ª ed.). Berlim: Beuth.
[1] Langhammer, A. (2013). Licenciamento e Modelagem de Sistemas em Aplicações de Bauzuständen em Rahmen von Finite-Elemente-Lösungen (Dissertation). Dresden: Hochschule für Technik und Wirtschaft.

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Software de engenharia estrutural para análises de elementos finitos (AEF) de estruturas planas e espaciais constituídas por lajes, paredes, vigas, sólidos e elementos de contacto

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