Сингулярности в расчете железобетонных поверхностей

Техническая статья

Сингулярности возникают в ограниченной области из-за концентрации значений, зависящих от напряжения. Они обусловлены методологией МКЭ. В теории, жесткость и/или напряжение в бесконечном размере концентрируются на бесконечно малой площади.

В реальном случае, сингулярности или возникающие концентрации напряжения не происходят в той мере, в которой они появляются в модели. В основном, оценка результатов в области сингулярности не имеет большого смысла. Тем не менее, изучение и постановка вопроса сингулярности необходимо, так как области сингулярности могут указать на проблемы в реальной модели. Практическим примером в расчете бетона является анализ риска продавливания в области сингулярности.

В случае расчета бетона в RFEM и RF-CONCRETE, сингулярности часто вызывают отказ в расчете.

Где могут возникнуть сингулярности?

  • Точечные опоры или введение нагрузки
  • Внутренние углы или углы проемов
  • Скачки жесткости (скачок в толщине пластины, например)
  • Начало и конец ребра
  • Начало и конец линейных опор или стен

Выявление сингулярностей

Области сингулярности могут быть определены в МКЭ путем утончения сетки в соответствующем месте модели с помощью измельчения сетки КЭ. Если результативное значение, зависящее от напряжения в рассматриваемой области, увеличивается, но соответствующая площадь уменьшается, то это, скорее всего, область сингулярности.

Предотвращение сингулярностей

В RFEM и расчете железобетонных конструкций в RF-CONCRETE сингулярности и соответствующий отказ в расчете могут быть предотвращены различными способами.

Средняя область
В RFEM имеются средние участки, которые можно применять для сглаживания максимальных результирующих значений или для установки нуля. Среднюю область можно создать, щелкнув соответствующую опцию в разделе «Результаты» в строке меню. При усреднении должна быть определена базовая область. Например, используя опцию «Установить внутренние силы на ноль», поперечное сечение связанной колонны может быть применено в качестве диапазона (см. Рисунок 01).

Интегрированная поверхность
В качестве альтернативы средней области с размерами поперечного сечения колонны, можно смоделировать поверхности и интегрировать их в существующие поверхности. Данные поверхности затем исключаются из расчета в RF-CONCRETE Surfaces (см. Рисунок 01).

Рисунок 01 - Иллюстративное изображение сингулярности и противодействия

Опцию применения усредненных внутренних сил или внутренних сил, установленных на ноль, необходимо активировать в разделе Детали в RF-CONCRETE Surfaces (см. Рисунок 02).

Рисунок 02 - Активация усредненных внутренних сил в RF-CONCRETE Surfaces

Оба метода (средняя область и интегрированная поверхность) могут быть применены как для колонн, так и для внутренних углов. В целом достаточно средних областей. Однако средние области не приносят желаемого результата в нелинейном расчете, так как внутренние силы могут быть перегруппированы во время расчета и таким образом могут возникнуть новые сингулярности.

Метод расчета для стен
При расчете стен сингулярности могут возникать из-за больших осевых сил, например, из-за единичных опор. Кроме того, метод расчета может оказать значительное влияние на воздействия сингулярности или вызвать сбой в расчете. Поэтому рекомендуется деактивировать оптимизацию расчетных внутренних сил в RF-CONCRETE Surfaces в случае расчета стен (см. Рисунок 03).

Рисунок 03 - Метод расчета в RF-CONCRETE Surfaces

Введение распределенной нагрузки
Чтобы избежать сингулярности, концентрированные или линейные нагрузки могут быть преобразованы в поверхностные нагрузки. Этот параметр можно найти в контекстном меню, например см. Рисунок 04.

Рисунок 04 - Преобразование узловой нагрузки в поверхностную

Закругление внутренних углов
В случае наличия внутренних углов и углов проемов, возможно закругление угла, с помощью функции «Создать закругленный или изогнутый угол». Данную функцию можно выбрать в строке меню в разделе «Инструменты». При этом многие воздействия сингулярности могут быть в достаточной степени предотвращены с помощью усредненных областей.

Опора
Предотвращение сингулярностей на узловых и линейных опорах объяснено в данной статье.

Литература

[1] Rombach, G. (2000).Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn.

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
RFEM Железобетонные конструкции
RF-CONCRETE 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет железобетонных стержней и поверхностей (плиты, стены, плоские конструкции, оболочки)

Цена первой лицензии
810,00 USD