Способы моделирования составных сечений

Техническая статья

В RFEM существуют различные способы моделирования составных поперечных сечений. В следующем примере будут показаны и объяснены три различных варианта моделирования составного сечения, состоящего из прокатного стального сечения HEA 300 и бетонного прямоугольного сечения w/l = 100/30 см.

Конструкция

Составная балка опирается как однопролетная балка длиной 15 м. В реальности составная балка создается с помощью анкерных стоек с шляпкой, работающих на срез, которые свариваются каждые 1,25 м. Собственный вес считается нагрузкой (Рисунок 01).

Рисунок 01 - Конструкция

Вариант 1: Составное сечение с применением общих узлов по эксцентриситету стержня

Оба элемента сечения моделируются каждый как стержневой элемент (2 ⋅) 12 ⋅ 1,25 м длиной (тип стержня - балка). Поскольку оба поперечных сечения изначально расположены на одной линии, функция «Разрешить двойные стержни» в разделе «Редактировать» должна быть активирована для того, чтобы их можно было рассматривать отдельно, но все равно опирающимися на один и тот же конечный узел. Соответствующий эксцентриситет стержня должен быть задан для всех стержневых элементов 2 ⋅ 12, так что верхний край стального сечения равен нижнему краю бетонного сечения (Рисунок 02).

Рисунок 02 - Вариант 1: Составное сечение с применением общих узлов по эксцентриситету стержня

Таким образом, двенадцать отдельных составных элементов соединены друг с другом в соответствующем им начале стержня и конце стержня.

Вариант 2: Составное сечение с применением элементов жесткости

Такое же моделирование, как для варианта 1, имеет место для данных элементов, с той разницей, что эксцентриситеты не назначаются поперечным сечениям, а оба поперечных сечения стержней расположены на двух отдельных линиях. Чтобы создать двенадцать составных элементов из в общей сложности 24 стержневых элементов, отдельные поперечные сечения связаны друг с другом элементами жесткости. На обеих опорах каждый жесткий стержень делится на два стержня так, что узловые опоры расположены в составном узле, как в варианте 1. Опора выполняется с жесткими стержнями (Рисунок 03).

Рисунок 03 - Вариант 2: Составное сечение с применением элементов жесткости

Жесткие стержни соединяют оба полных поперечных сечения так же, как и эксцентриситет. Этот вариант позволяет изменять жесткость стержней, аналогично существующим анкерным стойкам, работающим на срез, на их концах или даже заменить их другими типами стержней. Кроме того, есть возможность увидеть внутренние силы соединений (жесткие стержни). Для этого необходимо активировать опцию «Результаты по соединениям» в навигаторе дисплея в разделе «Результаты» → «Деформация» → «Стержни» (Рисунок 04).

Рисунок 04 - Активация "Результатов по соединениям"

Вариант 3: Составное сечение по типу стержня "Ребро"

Этот вариант основан на совершенно другом моделировании. Бетонное сечение моделируется в виде поверхности, стальное поперечное сечение в виде ребра. Эксцентриситет ребра можно задать в диалоговом окне «Редактировать ребро» на стороне поверхности + z. Чтобы получить ту же ситуацию опоры, что и в Варианте 1 и Варианте 2, поверхность (и, следовательно, автоматически также ребро) может быть соединена с обеих сторон с опорой жестким стержнем от ее центральной оси до стороны + z. Кроме того, чтобы получить внутренние силы для полного сечения в навигаторе дисплея необходимо активировать опцию «Добавка элементов поверхности к стержням» → «Результаты» → «Стержни» → «Ребра - Эффективный вклад в поверхность/стержень» ). Дополнительную информацию о типе стержня ребро Вы найдете в соответствующих FAQs.

Резюме

В то время как первые два варианта являются своеобразной каркасной моделью, и, таким образом, изгибающие моменты благоприятно изменяются благодаря соединительным элементам, третий вариант представляет собой идеальное составное сечение. Из-за внутренних сил, добавленных на бетонную поверхность, внутренние силы имеют величину, отличную от первых двух вариантов, и их нужно оценивать по-разному (Рисунок 05 и 06).

Рисунок 05 - Вариант 1 и Вариант 2: Изображение изгибающих моментов My в стальной балке

Рисунок 06 - Вариант 3: Изображение изгибающих моментов My в составном сечении

Сравнение прогиба, однако, показывает, что все три варианта могут быть применены для моделирования (Рисунок 07).

Рисунок 07 - Прогиб в трех вариантах

Кроме того, что касается различий эффекта сдвига между сечением из бетона и сечением из стали, можно сказать, что результаты сопоставимы. Продольная сила сдвига VL отображается при активации внутренней силы VL в «Диаграмме результатов» (щелкните правой кнопкой на ребро) (Рисунок 08).

Рисунок 08 - Изображение продольной силы сдвига VL

Это сопоставимо с силой сдвига стержней жесткости в Варианте 2 (Рисунок 09).

Рисунок 09 - Сила сдвига первого стержня жесткости от опоры

Внутренние силы и прогиб в сравнении

Вариант1

Вариант2

Вариант3
My[кНм] 32.64 32.64 240.50
u [мм] 20.10 20.10 20.40
VL[кН] 132.30 132.30 128.30

Загрузки

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

Цена первой лицензии
3 540,00 USD