Моделирование и расчёт соединения внахлёстку

Геометрия

Односкатная кровля имеет размеры 9,5 м х 15 м. Перепад высоты карниза и конька указан в 1,6 м, что соответствует уклону 9,56 °. Шаг главных балок - 5 м. Прогоны ZL для сэндвич-элементов должны располагаться на этих главных балках на расстоянии 3 м. Поэтому главные балки разделяются с помощью внутренних узлов типа «На стержне».

Прогоны располагаются поочерёдно. Это означает, что сечение прогона необходимо дополнительно поворачивать на 180° в каждом втором пролёте, чтобы прогоны вошли друг в друга внахлёст. В прикрепленном ниже файле в разделе «Модели для скачивания» вместо поворота элемента используется новое сечение, где размеры полок вводятся в обратном порядке.

Сначала прогоны нагружаются от узла к узлу. Применяется профиль ZL следующих размеров:

Перекрытие сечений уже должно быть выполнено в модели RFEM. Некоторые производители прогонов рекомендуют следующее: Первый соединительный прогон должен быть расширен на 0,15 x L в первое внутреннее поле, второй прогон на 0,1 x L в оба соседних поля. Над подшипником и на заданных удлинениях размещаются два горизонтальных ряда болтов. На свободном конце соединительной прогоны также указано краевое расстояние 32 мм. В результате получается длина перекрытия 532 и 782 мм. Если эти удлинения отображаются в модели, необходимо задать соответствующие шарниры на концах стержня.

Все соединительные прогоны в узле главной балки имеют ножничный шарнир. Это гарантирует, что изгибающий момент не передается на балку в виде кручения. Конец соединительной прогоны также снабжен шарниром, который передает только поперечные силы. Жесткость сэндвич-панелей принимается как стержневая опора с cu, y = 1000 кН/м² и Cφ, x = 1,70 кНм * рад^-1 * м^-1.

Чтобы можно было учесть и размеры башмаков прогонов во время соединения, их также можно смоделировать с общей длиной 13 см.

Эксцентриситеты

При расчете стальных соединений всегда используется точное положение смоделированных осей силы тяжести. Поэтому эксцентриситеты уже должны быть указаны в основной модели. Использование относительных эксцентриситетов оказывается очень полезным, особенно в случае асимметричных сечений с неравномерными расстояниями между центрами тяжести. Поскольку между нижней полкой прогона и верхней полкой балки требуется зазор не менее 6 мм, внешние прогоны имеют относительный и абсолютный эксцентриситет в местном направлении оси z, равный -6 мм по отношению к верхней полке балки. Средним прогонам назначается поперечное смещение по отношению к внешним прогонам, а также e_y = -4 мм и e_z = -2 мм. Тот же тип эксцентриситета присваивается башмакам прогона, но с дополнительным смещением e_y = -80,5 мм и e_z = 6 мм.

Нагрузки

Собственный вес загружения: дополнительная нагрузка от сэндвич-панелей 0,15 кН/м² Снеговое нагружение: 0,68 кН/м² Ветровое отсасывание в загружении: упрощено до -0,45 кН/м² по всей площади кровли

Все нагрузки приложены к прогонам муфты с помощью мастера «Нагрузки на стержень от нагрузок на поверхность»

Загружения суммированы в 2 сочетаниях нагрузок следующим образом:

• CO1 = 1.35 × LC1 + 1.5 × LC2
• LC2 = 0,9 x LC1 + 1,5 x LC3

Введите стальные соединения

Например, соединение вводится в узле, в котором учитываются все семь стержней.

Тип стержня должен быть установлен как «непрерывный» для всех стержней, а оба конца стержня главной балки должны быть установлены как опорные. В случае соединительных прогонов в области перекрытия может возникнуть контакт с давлением. Это можно сделать с помощью компонента «Крепежный элемент», задав количество болтов равным 0, чтобы в случае растяжения был эффективен только контакт поверхности с разрушением. Таким образом, в данном примере требуется всего 5 компонентов одного типа «соединительные средства».

• Винтовое соединение башмака прогона к полке балки
• Винтовое соединение башмака прогонов с обоими соединительными прогонами
• Наружные ряды болтов на концах внахлест
• Контакт между двумя верхними полками прогонов муфты
• Контакт между двумя нижними полками прогонов муфты

В случае тонкостенных элементов не рекомендуется рассчитывать предварительно заданную предельную пластическую деформацию 5%. Поэтому лимит снижен до 1%. Также необходимо выполнить расчет на потерю устойчивости.

Результаты

Результат анализа напряжений выглядит следующим образом:

В таблице нагрузок от производителя Wirth GmbH допустимая равномерная нагрузка составляет 3,43 кН/м. Для сравнения, нагрузка на модель составляет 3,75 кН/м. Необходимо либо уменьшить расстояние между прогонами, либо выбрать более прочный материал. Для модели использован третий вариант - толщина сечения листа увеличена до 2,5 мм. Эксцентриситет № 2 необходимо изменить на e_y = -3,5 мм и e_z = -2,5 мм, а эксцентриситет № 3 на e_y = -80,25 мм и e_z = 6 мм.

Упрощенный расчет на потерю устойчивости сообщает о проблеме устойчивости. Первые две собственные формы лежат вне узла соединения, но собственных форм нет. 3 и 4 находятся в зоне подключения и поэтому требуют более внимательного изучения.

Это можно сделать, например, с помощью GMNIA-анализа (геометрически и материально-нелинейный анализ с несовершенствами) на подмодели, который не является частью данной статьи.

3D Модель

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Виртуальная реальность

Модель | Z прогоны на односкатной крыше