Работа с сингулярностями при определении нагрузки в RF-PUNCH Pro

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

В RF-PUNCH Pro расчет на продавливание можно выполнить на углах стен и на концах стен. Основой для расчета является продавливающая нагрузка, которая определяется автоматически по внутренним силам RFEM в соединяемой поверхности. Поскольку внутренние силы поверхности из расчета RFEM могут быть подвержены влиянию расположения сингулярностей, это также может оказать отрицательное влияние на найденную продавливающую нагрузку на углу или на конце стены. В нашей статье будут показаны возможные варианты оптимизации, которые можно применить для максимального ограничения этого неблагоприятного воздействия.

Определение продавливающей нагрузки на углы стен и их края

В отличие от отдельных колонн (или узловых опор), продавливающая нагрузка на концах и углах стен не может быть получена непосредственно от нормальной силы колонны (или опорной реакции). В модуле RF-PUNCH Pro анализируется сила сдвига vmax, b в присоединенной плите, а продавливающая нагрузка определяется по сдвигающей силе в критическом периметре.

В отдельной технической статье мы уже рассматривали данную тему и пояснили опции, которые можно найти в окне «1.5 Узлы продавливания», а также общий алгоритм определения нагрузки.

Внутренние силы поверхности в RFEM

Для начала следует отметить, что продавливающая нагрузка VEd не рассчитывается по опорной реакции линейной опоры, также, как и по нормальной или мембранной силе стены, вместо этого будут проанализированы значения сдвигающих сил в плите, рассчитываемой на продавливание.

Pисунок 01 - Распределение главной внутренней силы v_max, b в плите перекрытия

Для этого применяется основная внутренняя сила vmax, b, полученная в RFEM, которая содержится в результатах нагружений, сочетаний нагрузок или расчетных сочетаний. Как найти vmax, b поясняется в разделе 8.16, [1]. Таким образом, мы получим следующее:

${\mathrm v}_{\max,\mathrm b}\;=\;\sqrt{\mathrm v_{\mathrm x}^2\;+\;\mathrm v_{\mathrm y}^2}$

Данную главу можно также найти в онлайн-руководстве к RFEM 5.

Влияние сингулярностей

Если в рассчитываемой точке продавливания присутствует сингулярность или максимальное значение в распределении сдвигающей силы, то это окажет соответствующее влияние на полученную продавливающую нагрузку VEd в критическом периметре.

В следующем примере мы проанализируем продавливание в фундаментной плите на конце стены. RF-PUNCH Pro в данном случае применяет основную внутреннюю силу vmax,b, возникающую в плите. Рассмотрим рисунок 02.

Pисунок 02 - Распределение поперечных сил на концах стен плиты перекрытия

Проблема в этом случае заключается в том, что сгенерированная сетка КЭ была слишком грубой, а критический периметр проходит через максимальные значения сдвигающей силы vmax,b.

Pисунок 03 - Распределение поперечной силы в критическом периметре с неадекватным размером сетки КЭ

Модуль распознает непригодную сетку КЭ и отображает в диалоге 2.1 соответствующее предупреждение номер 56.

Pисунок 04 - Окно 2.1 в RF-PUNCH Pro с сообщением № 56

Опция измельчения сетки КЭ скорректирует сетку, которая была слишком грубой в точке продавливания так, что сообщение номер 56 больше не отображается. Однако измельчение сетки КЭ может привести к увеличению максимального значения сдвигающей силы в критическом периметре, что отрицательно отразится на найденном значении продавливающей нагрузки VEd, которое соответственно возрастет.

Если применение измельчения сетки КЭ отрицательно влияет на максимальное значение сдвигающей силы в критическом периметре, то зачастую рекомендуется проверить правильность моделирования заданной модели. В литературе [2] приведены различные «источники ошибок», которые существенно влияют на распределение внутренних сил поверхности и соответственно на продавливающую нагрузку VEd, рассчитанную в модуле RF-PUNCH Pro.

Оптимизация модели с точки зрения геометрии

В данном примере для получения распределения сдвигающих сил в плите и соответственно в критическом периметре применим «более реалистичное» отображение фундаментной плиты. В первом варианте модели зададим краевые линии плиты по системным осям вертикальных стен. Во втором варианте край фундаментной плиты не проходит по системным осям стен, а задан по «реальному» краю плиты. Таким образом, вы можете существенно повлиять на распределение сдвигающих сил в критическом периметре.

На рисунке 05 отчетливо видно сравнение двух упомянутых вариантов.

Pисунок 05 - Сравнение поперечнок силы в критическом контуре в зависимости от моделирования

По сравнению с первым вариантом второй вариант также имеет преимущество в том, что RF-PUNCH Pro автоматически распознает более реалистичное расстояние до внешнего края плиты и, таким образом, выберет более оптимальную длину критического периметра.

Оптимизация модели с точки зрения опирания

Еще одной возможностью положительно повлиять на распределение сдвигающих сил в рассчитываемой фундаментной плите является дифференцированный учет применяемого поверхностного основания.

В программе RFEM обычно применяется постоянная пружина по всей плите в качестве упругого основания. Кроме постоянной пружины RFEM предлагает и другие возможности для более оптимального моделирования поверхностного основания.

Одной из возможностей является, например, применение краевых или угловых пружин, которые могут благоприятно повлиять на распределение сдвигающих сил в фундаментной плите. Данная тема рассматривается в технической статье, которая объясняет теоретические основы (уточненного) метода модуля деформаций основания.

На следующем далее рисунке показано сравнение сдвигающих сил в периметре без применения (на рисунке выше) и с применением (на рисунке ниже) краевых пружин на модели с выступающим краем.

Pисунок 06 - Сравнение без (сверху) и с (снизу) краевых пружин на плите перекрытия

В качестве альтернативы модели с краевыми пружинами можно применить дополнительный модуль RF-SOILIN, с помощью которого можно получить более реалистичный учет поверхностного основания, что в свою очередь может оказать положительное влияние на распределение сдвигающих сил в критическом периметре.

Настройки в модуле RF-PUNCH Pro

По умолчанию, пробивная нагрузка в RF-PUNCH Pro определяется по «Распределению несглаженных поперечных сил по периметру управления». С ранее упомянутыми оптимизациями, эта опция всегда должна быть возможна в окне 1.5 дополнительного модуля. Однако, если пиковое значение поперечной силы в критическом периметре все еще определяется, несмотря на упомянутые оптимизации, пользователю также доступна опция «Сглаженное распределение поперечной силы вдоль контрольного периметра».

Pисунок 07 - Окно 1.5 в RF-PUNCH Pro с настройками для определения продавливающей нагрузки

При применении усредненной поперечной силы в критическом периметре также необходимо учитывать влияние коэффициента увеличения нагрузки β, который можно определить, например, с помощью секторальной модели. Другая техническая статья обсуждает эту тему.

Заключение

Следует всегда проверять величину действующей перфорационной нагрузки в случае больших расчетных коэффициентов для расчета перфорации на концах стены или углах стены.

В этом контексте всегда необходимо обращать внимание на распределение поперечных сил в критическом периметре и проверять, могут ли корректировки или оптимизации модели привести к более благоприятному распределению поперечной силы vmax, b в плите .

Тем не менее, упомянутые оптимизации в отношении моделирования и опоры не могут представлять собой в целом действительную инструкцию, но всегда должны оцениваться индивидуально в зависимости от ситуации и реализовываться модифицированным способом, который адаптируется к соответствующей модели.

Ключевые слова

Продавливание Продавливающая нагрузка Нагрузка Сингулярность Средняя область Конечные элементы Модель сектора Коэффициент приращения нагрузки

Литература

[1]   Руководство пользователя RFEM. Прага: Dlubal Software, декабрь 2013.
[2]   Barth, C., & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (2nd ed.). Berlin: Beuth.

Загрузки

Ссылки

Контакты

У вас есть какие-либо вопросы по нашим программам или вам просто нужен совет?
Тогда свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или ознакомьтесь с различными решениями и полезными предложениями на страницах 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-PUNCH Pro 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет на продавливание фундаментов и плит с узловыми и линейными опорами

Цена первой лицензии
760,00 USD