KB 001516 | Моделирование и расчет шарнирного соединения торцевой пластины

Тема:
Моделирование и расчет шарнирного соединения торцевой пластины

Аннотация:
Программа RFEM предлагает для расчета шарнирного соединения торцевых пластин следующие возможности. Во-первых, в дополнительном модуле RF-JOINTS Steel - Pinned можно легко и быстро задать соответствующие параметры и затем получить полностью задокументированный расчет, включая графические изображения. То же соединение можно смоделировать и индивидуально в программе RFEM, а затем оценить или вручную рассчитать все результаты. В следующем примере будут объяснены все особенности данного моделирования, а для наглядности будут поперечные силы болтов сопоставлены с соответствующими результатами из модуля RF-JOINTS Steel - Pinned.

Описание:
Система

Вся конструкция представляет собой просто опертую полураму, состоящую из балки IPE-160 длиной 6 м и колонны IPE-200 длиной 4 м. Балка соединена со стенкой колонны с помощью сварной торцевой пластины толщиной 5 мм и болтов 4 x M12.

Нагрузка на конструкцию представляет собой собственный вес, а также распределенную нагрузку 8 кН/м, ориентированную в положительном направлении Z (Рисунок 01).

Размеры торцевой пластины составляют w/h = 82/160 мм. Расстояние от края до болтов составляет e1/e2 = 44/20,5 мм (Рисунок 02).

Вариант 1: Расчет соединения в дополнительном модуле JOINTS Steel - Pinned

После смоделирования конструкции в программе RFEM, включая загружения и нагрузки, можно открыть дополнительный модуль RF-JOINTS Steel - Pinned. Все соответствующие входные данные затем можно задать прямо в нем, так что расчет соединения можно выполнить в течение довольно короткого времени.

В нашем примере является определяющим компонентом расчета несущая способность болтов на сдвиг (отношение 47%, Рисунок 03). Максимальное действующая поперечная сила F_n,Ed одного болта так равна 6,12 кН.

Вариант 2: Моделирование соединения в программе RFEM

Альтернативное моделирование соединения в программе RFEM выполняется следующим образом:

Сначала скопируем модель на безопасную сторону.
Потом определим эксцентриситет стержня на балке (половина высоты балки в направлении Z, толщина торцевой пластины + половина толщины стенки колонны в направлении Y, только на конце соединения, см. Рисунок 04).
Ныне щелкнем правой кнопкой мыши по стержню и выберем возможность «Создать поверхности из стержня».
После того удалим узловые опоры и определим на нижнем краю полки ригеля и в конце стенки колонны шарнирные опоры линий (см. Рисунок 05).
Наконец удалим нагрузку на стержень (8 кН/м) и преобразуем его в нагрузку на поверхность (97,6 kN/m2 на полку ригеля).

Соединение:

Здесь смоделируем торцевую пластину в качестве тела (кубоид, см. Рисунок 06).
Потом вставим болтовые прорези с отверстиями (см. текущую статью).
И наконец скопируем тело торцевой пластины в конец ригеля. Примечание: Из-за шарнирного узла не смеет торцевая пластина иметь никакого контакта с поверхностью стенки колонны, так что передача силы должна осуществляется только посредством болтов (см. Рисунок 07).
Для этого скопируем отверстия торцевой пластины (болтовых отверстий) на поверхность стенки колонны.
Затем, чтобы проверить, что между торцевой пластиной и поверхностью стенки колонны действительно нет никакого контакта, можно начать расчет именно с этой точки. Программа должна отобразить сообщение о неустойчивости.
Каждый из четырех болтов можно смоделировать как цилиндрическое тело, состоящее из круглых и четырехугольных поверхностей.

Однако, чтобы получить внутренние силы стержня за болтами, необходимо поместить в середину каждого болта результирующую балку (см. Рисунок 08). В нашем примере использовалась в качестве сечения круглая сталь диаметром 12 мм. Подробная информация о результирующих балках зате, находится в нашей Базе знаний.

Результатом расчета потом является максимальная поперечная сила в болте Vz = 6, 69 кН (см. Рисунок 09).

Заключение

Поскольку результаты из основной программы RFEM и дополнительного модуля RF-JOINTS Steel - Pinned относительно близки, можно сказать, что они сопоставимы. Данный пример так показал, что для моделирования в программе RFEM существует много различных возможностей. Однако по сравнению с быстрым расчетом в дополнительном модуле RF-JOINTS Steel - Pinned, ручное моделирование немного труднее и занимает больше времени, поэтому пользователь должен сам решить, какой вариант расчета ему больше подойдет.

Другие видео:
► KB 001516 | Моделирование и расчет шарнирного соединения торцевой пластины https://www.youtube.com/watch?v=lwDeOPxL2rw