Моделирование и расчет шарнирного соединения лобовой плиты

Техническая статья

RFEM предлагает следующие возможности для расчета шарнирного соединения лобовых плит. Во-первых, в RF-JOINTS Steel - Pinned есть возможность быстро и легко вводить соответствующие параметры для получения документального анализа, включая графику. Также возможно смоделировать такое соединение индивидуально в RFEM, а затем оценить или вручную рассчитать результаты. В следующем примере будут объяснены особенности этого моделирования, а поперечные силы болтов будут сопоставляться с соответствующими результатами RF-JOINTS Steel - Pinned.

Конструкция

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 лобовой плиты 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).

Pисунок 01 - Система и нагрузки

Размеры лобовой плиты w/h = 82/160 мм. Расстояние от края до болтов составляет e1/e2 = 44/20,5 мм (рисунок 02).

Pисунок 02 - Лобовая плита

Опция 1: Расчет соединения в RF-JOINTS Steel - Pinned

После моделирования конструкции в RFEM, включая загружения и нагрузки, можно открыть дополнительный модуль RF-JOINTS Steel - Pinned. Соответствующие входные данные затем могут быть заданы в дополнительном модуле, поэтому расчет этого соединения может быть выполнен в течение короткого периода времени.

В этом примере несущая способность болтов на сдвиг является определяющей при расчете (отношение 47%, рисунок 03). Максимальное действующая поперечная сила Fn,Ed одного болта равна 6,12 кН.

Pисунок 03 - Резюме расчетов в RF-JOINTS Steel - Pinned

Опция 2: Моделирование соединения в RFEM

Альтернативное моделирование соединения в RFEM выполняется по следующим шагам:

  • Копия модели должна быть на безопасной стороне.
  • Задание эксцентриситета стержня на балке (половина высоты балки в направлении Z, толщина лобовой плиты + половина толщины стенки колонны в направлении Y, только на конце соединения, см. рисунок 04).
  • Щелкните правой кнопкой мыши Стержни → «Создать поверхности из стержня».
  • Удаление узловой опоры, задание шарнирных линейных опор на нижнем краю полки ригеля и в конце стенки колонны (см. рисунок 05).
  • Удаление нагрузки на стержень (8 кН/м) и переход к нагрузке на поверхность (97,6 kN/m2 на полку ригеля).

Pисунок 04 - Задание эксцентриситета стержня на балке

Pисунок 05 - Линейная опора на балке и колонне

Соединение:

  • Моделирование лобовой плиты как элемента тело (кубоид, см. рисунок 06).
  • Вставка болтовых прорезей с отверстиями (см. эту статью).
  • Копирование тела лобовой плиты в конец ригеля. Пожалуйста, помните: Лобовая плита не должна иметь контакта с поверхностью стенки колонны из-за шарнирного узла, передача силы осуществляется только болтами (см. рисунок 07).
  • Копирование отверстий лобовой плиты (болтовых отверстий) на поверхность стенки колонны.
  • Чтобы проверить, действительно ли нет контакта между лобовой плитой и поверхностью стенки колонны, вычисление можно начать с этой точки. Должно появиться сообщение о неустойчивости.
  • Каждый из четырех болтов может быть смоделированы как цилиндрическое тело, состоящее из круглых и четырехугольных поверхностей.

Чтобы получить внутренние силы стержня за болтами, необходимо поместить результирующую балку в середину каждого болта (см. рисунок 08). В этом примере в качестве сечения используется круглая сталь диаметром 12 мм. Подробнее о результирующих балках можно узнать в нашей Базе знаний.

Вычисление определяет максимальную поперечную силу в болте Vz = 6,69 кН (см. рисунок 09).

Pисунок 06 - Лобовая плита как тело

Pисунок 07 - Вид сверху на соединение вдоль оси Z

Pисунок 08 - Болт как тело и результирующая балка

Pисунок 09 - Диаграмма результатов поперечной силы болта

Pисунок 10 - Изометрия соединения

Резюме

Результаты основной программы RFEM и дополнительного модуля RF-JOINTS Steel - Pinned относительно близки и поэтому сопоставимы. Данный пример очевидно показал, что существует много возможностей для моделирования в RFEM. По сравнению с быстрым расчетом в дополнительном модуле RF-JOINTS Steel - Pinned, эффект ручного моделирования достаточно высок, поэтому пользователь должен самостоятельно решить, какой вариант расчета будет применен.

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 Соединения
RF-JOINTS Steel - Pinned 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет шарнирных узлов по норме Еврокод 3

Цена первой лицензии
670,00 USD