Сжатие деревянных стержней перпендикулярно волокну по нормам NDS 2018 и CSA O86:19

Ограничения программного обеспечения

Во всех основных программах расчета по МКЭ, включая RFEM, каждый стержень представлен одним линейным элементом, расположенным в центре тяжести сечения. Это называется визуализацией методом каркасного представления. Элемент включает в себя внутреннюю информацию, например, характеристики материала и геометрические свойства, включая ширину и высоту, которые будут применены в анализе и в расчетах конструкции. Однако при моделировании пересекающихся стержней программа не имеет точной информации, например, о том, как пересекающиеся стержни ориентированы относительно друг друга, а при опирании стержней друг на друга, площадь опирания неизвестна. Программа распознает только данные линейные элементы, соединенные в одной узловой точке.

Когда малые стержни соединяются с более крупными балочными стержнями через опирание на верхнюю поверхность или стержни поддерживаются на конце или по длине несущей опорой, напряжение стержня, перпендикулярное волокну, должно быть включено в расчет конструкции. Согласно норме NDS разд. 3.10.2 [1] и CSA O86, статьи 6.5.7 и 7.5.9 [2] расчетные проверки на смятие перпендикулярно волокнам, оба требуют, чтобы была известна площадь опирания нетто. Из-за этого требования, расчетные программы могут упустить важные коэффициенты, такие как коэффициент несущей площади C_b или коэффициент длины опирания K_B, [1] a href="#Refer">[2] или расчет вообще игнорируется.

Благодаря новой функции RFEM 6 'расчетные опоры', теперь можно внести данную информацию и выполнить полный расчет конструкции на напряжение сжатия перпендикулярно волокну.

Рабочий процесс по NDS 2018

При создании новой расчетной опоры для параметра тип следует выбрать опцию "древесина". Таким образом активируется соответствующий ввод данных по норме NDS. Флажок прямая опора означает, что данный тип ввода будет использоваться для расчета сжатия перпендикулярно волокнам. "Длина опоры"' определяется пользователем и означает общую длину опорной поверхности. Ширина опоры автоматически устанавливается как ширина соответствующего стержня, но ее можно изменить. Опора от края указывает, расположена ли несущая опора на верхней оси +z стержня, на нижней оси -z или на обеих осях. Флажок Внутренняя опора указывает, должен ли коэффициент C_b применяться к расчетному значению сжатия стержня перпендикулярно волокнам F_c⟂ на основе п. 3.10.4 [1]. Если этот параметр отключен, то концевая опора не будет учитывать C_b. Расчетное значение сжатия стержня, указанное в NDS, зависит от выбранного предела деформации.

Как только ввод информации о расчетных опорах будет полностью выполнен, расчетные опоры можно присвоить соответствующим узлам и стержням конструкции. Может потребоваться несколько расчётных опор, так как в разных местах могут возникать разные несущие способности. В RFEM у пользователя есть возможность в верхней части диалогового окна задать пользовательское имя для нескольких вводов расчетной опоры для более быстрого и удобного применения.

Расчет сечения будет выполнен в аддоне Расчет деревянных конструкций с учетом п. 3.10.2 [1]. Например, для многослойного клееного стержня скорректированное расчетное значение сжатия перпендикулярно волокнам, F_c⟂', определено по таблице 5.3.1 [1] с следующему уравнению.

где

F_c⟂ = расчетное номинальное значение сжатия перпендикулярно волокну

C_M = коэффициент влажных условий эксплуатации

C_t = температурный коэффициент

C_b = коэффициент опорной поверхности

K_F = коэффициент преобразования формата (только LRFD)

φ = коэффициент сопротивления (только LRFD)

Более подробное определение коэффициента C_b указано в п. 3.10.4 [1]. При этом C_b применимо только в том случае, если длина опоры , заданная в расчетной опоре, составляет менее 6 дюймов и находится далее 3 дюймов от конца стержня. Кроме того, C_b применимо только для внутренних опор, которые также должны быть указаны в заданном типе, как описано выше. Если эти критерии соблюдены, то аддон Расчет деревянных конструкций автоматически рассчитает и применит C_b на основе следующего уравнения.

где

l_b = длина опирания параллельно волокнам

Коэффициент использования при проверке сечения определяется по отношению требуемой силы сжатия перпендикулярно волокнам к скорректированному расчетному значению сжатия перпендикулярно волокнам. Все переменные, формулы и ссылки на норму NDS указываются непосредственно в подробностях расчета аддона Расчет деревянных конструкций, что обеспечивает четкие и прослеживаемые результаты.

Рабочий процесс по CSA O86:19

При расчет по норме CSA O86:19 можно следовать аналогичному рабочему процессу, описанному выше для нормы NDS, для задания расчетной опоры. Однако есть несколько ключевых отличий нормы CSA. Новая опция « Проверить критическое опирание » определит, приложена ли сжимающая нагрузка на расстоянии от центра опоры, равном высоте d стержня, указанного на рисунке 6.2 [2]. В таком случае коэффициент сопротивления сжатию перпендикулярно волокнам уменьшается на коэффициент 2/3, как указано в п. 6.5.6.3.1 [2] для пиломатериалов и в п. 7.5.9.3.1 [2] для клееной древесины. Также следует применить среднюю площадь опорной поверхности.

Предел высоких изгибающих напряжений для коэффициента K_b задается в настройках расчетной опоры. Коэффициент смятия K_b может быть применен к прочности на сжатие, если площадь опирания не находится в положениях с высокими изгибающими напряжениями, как указано в разделе 6.5.6.5 (b) [2] ]. Пользователь может установить отношение требуемого момента к моменту нагрузки для учета зоны с высоким изгибом.

Например, у многослойного клееного стержня расчетная прочность на сжатие перпендикулярно волокнам, Q_r, определена в разделе 7.5.9.2 [2] по следующему уравнению. где Φ = 0,8 F_cp = f_cp(K_DK_ScpK_T), где f_cp = заданная прочность при сжатии перпендикулярно волокну A_b = площадь опирания K_B = коэффициент длины опирания K_Zcp = размерный коэффициент опирания Коэффициент использования при проверке сечения определяется отношением требуемой расчетной воспринимаемой нагрузки к расчетному сопротивлению сжатию перпендикулярно волокну. Все переменные, формулы и ссылки на норму CSA O86 указаны непосредственно в подробностях расчета конструкции в аддоне Расчет деревянных конструкций. ==== Заключение ==== Опорные напряжения перпендикулярно волокнам являются неотъемлемой частью расчета стержней по нормам NDS 2018 и CSA O86:19. Площадь опирания, как правило, является неизвестной переменной для данного расчета при использовании общих программ для анализа и расчета конструкций, так как все стержни представлены внутренним линейным элементом, соединенным исключительно в узловых точках. Однако новая функция 'расчетной опоры' в RFEM 6 позволяет пользователям задать длину и ширину опорной поверхности, обеспечивая возможность расчета конструкции на сжатие перпендикулярно волокнам, что ранее было невозможно.