Предотвращение сингулярностей на узловых и линейных опорах конструкции плиты

Техническая статья

Предельные условия опоры плиты могут быть быстро введены в программе МКЭ в виде самостоятельных и линейных опор. Однако, если гибкость опор не учитывается при моделировании конструкции, часто необходимо более внимательно изучить свойства опоры во время расчета с применением напряжений или, по крайней мере, во время определения требуемого усиления конструкции.

В то время как результаты на отрезках (за исключением отрезка разрыва) с увеличением сегментов сетки КЭ становятся все более и более точными и изменяются в результате незначительно, значения результатов на узловой опоре и концах линейных опор постоянно растут. Как правило, последствия этого - не подлежащие расчету отрезки или очень высокие значения. Поэтому необходимо либо объяснить причину данных сингулярностей, либо определить предельные условия более точно.

Рисунок 01 - Опорные реакции

Рисунок 02 - Требуемое усиление - жесткое

Узловые опоры

Если под плитой находится колонна, она определена как узловая опора в 2D-моделировании. Чтобы избежать самостоятельных опор в узле КЭ с жесткими опорами, можно вручную задать пружинные постоянные или автоматически определить коэффициенты фундамента с применением опции «Колонна в Z».

Упругая опора может учитываться автоматически путем установки нескольких параметров.

Рисунок 03 - Колонна в Z

В этом случае есть три варианта:

  1. Упругое основание в виде поверхности: В программе упругая поверхность основания учитывается с размерами колонн. Однако этот вариант неизбежно приводит к тому, что капитель колонны частично сдерживается парами вертикальных сил, такими как пружинные опоры в направлениях x и y.
  2. Упругая узловая опора: для расчета жесткости, увеличиваемой благодаря колонне, применяется поверхность с двойной толщиной плиты и точечной опорой с определенными пружинными постоянными.
  3. Узловая опора с адаптированной сеткой КЭ: и в этом случае применяется двойная толщина внутри. Однако опора задана как жесткая опора в Z.

Последние два варианта позволяют также использовать шарнирную или полужесткую опору в капители колонны, и все три варианта позволяют использовать шарнирную, полужесткую или жесткую опору на основании колонны.

Определенные пружинные постоянные изображены непосредственно на правой стороне под графикой, отражая все изменения. Кроме того, существует возможность рассмотреть другое сечение капители колонны, а также жесткость сдвига колонны. Жесткость сдвига активируется по умолчанию и уменьшает горизонтальные пружины, а также вращательные пружины опоры.

Для всех трех вариантов, поперечное сечение колонны берется из расчета поверхностей, выполненного в дополнительных модулях, таких как RF-STEEL Surfaces, RF-CONCRETE Surfaces или RF-LAMINATE. Таким образом, в расчете всегда применяются внутренние силы соединения, что приводит к более экономичным результатам.

Рисунок 04 - Требуемое усиление - пружина

В RFEM результаты в области колонны также не отображаются. Однако, если это необходимо, вы можете активировать соответствующий флажок в навигаторе результатов.

Рисунок 05 - Результат внутри колонны

Если на узловых опорах имеется шарнирное соединение двух пластин (через линейное высвобождение), следует отметить, что из-за внутреннего учета дополнительной поверхности линейное высвобождение подвешено и, следовательно, не возникает никаких удерживающих моментов на краях пластины.

Рисунок 06 - Ограничение на опорах

Этого можно избежать только путем подвешивания одной из поверхностей перед «колоннами» или путем выбора «нормальной» упругой шарнирной узловой опоры. Если выбрана упругая узловая опора и параметры указаны при определении колонны, Вы можете просто открыть диалоговое окно «Редактировать узловую опору» и отключить опцию «Колонна в Z». Таким образом, предварительно определенные пружинные постоянные будут применены автоматически.

Рисунок 07 - Решение линейного высвобождения

Линейная опора

Если плита опирается на стены, она определяется как линейная опора в 2D-моделировании. В расчете конечных элементов, линейная опора внутренне разделяется на узловые опоры в каждой точке сетки КЭ. Затем программа определяет опорное усилие для каждой узловой опоры. Используя варианты сглаживания, позволяющие учитывать влияние соседних узловых опор, создается линейное распределение между отдельными опорными точками. Чтобы избежать слишком высоких пиковых значений в случае линейной опоры, Вы можете выбрать опцию «Стена в Z».

Рисунок 08 - Стена в Z

Рисунок 09 - Усилия упругой опоры

Особенно в случае стеновых стоек, качественное распределение опорных реакций с учетом упругости может быть совершенно различным.

Рисунок 10 - Стойка стены

В отличие от узловых опор в качестве колонн, результаты внутри колонны не скрыты для линейных опор стены.

Литература

[1] Barth, C. & Rustler, W. (2013).Finite Elemente in der Baustatik-Praxis(2nd ed.). Berlin: Beuth.
[2] Manual RFEM 5. (2013). Tiefenbach: Dlubal Software.Скачать.

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами или ознакомьтесь с различными предлагаемыми решениями и полезными советами на странице часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов