考虑施工阶段的RFEM选项

技术文章

有限元分析软件和计算机技术的发展现状允许计算更复杂的结构。越来越频繁地,FE计算在整个模型上执行。在这种情况下,可能会出现某些实际的结构问题。其中一个问题是考虑模型中的构造过程。

问题背景

通常,建筑物不是一次性建造,而是分阶段建造。从结构的角度来看,在施工期间,各个结构部件被组合成建筑物。最迟在完成施工过程后,可以获得为最终状态设计的结构。在达到最终状态之前,结构经历了各个施工阶段。

在施工期间将结构部件添加到结构中时,它们的自重是活跃的。有效的自重必须来自结构本身或辅助结构,并在建筑物地面中实施。这也适用于由于施工方法或施工期间的环境条件而可能发生的时间受限的负荷。哪些结构部件是有效的,哪种结构系统也取决于施工方法和施工过程。根据结构或各个部件在施工期间是否用于施加载荷,建筑物的结构部件在最后阶段之前已经受到载荷,这导致变形。

RFEM中的选项

RFEM提供两种基本选项,用于显示或考虑建筑施工中的施工阶段。首先,有RF-STAGES附加模块。其次,RFEM提供了在负载情况和负载组合中停用各个结构元素的选项。

RF-STAGES附加模块使用非线性FEM计算分析各个施工阶段的结构。此方法允许您考虑由于移除结构元素而导致的非线性和重新分布。创建方程系统,然后根据所做的设置在各个阶段中对其进行修改和计算。这是一个迭代计算。每个阶段必须满足平衡条件。

$$ \ lbrack \ mathrm K(\ mathrm u)\ rbrack \; \ cdot \; \ left \ {\ mathrm u \ right \} \; = \; \ left \ {\ mathrm F \ right \} $$
ķ 是刚度矩阵
【U】 是变形向量
{F} 是力矢量

在RFEM中,您可以停用负载情况或负载组合的各个结构元素(构件,曲面,实体,节点支撑,线支撑,曲面支撑)。此选项允许您显示简单的构造阶段,例如,线性建筑系统。对于要考虑的每个施工阶段,您必须创建单独的静载荷箱或具有永久载荷的载荷箱。在RFEM中,您可以在载荷工况的计算参数中选中“取消激活”复选框。在最后一个标签中,可以停用各个结构部件,这在施工阶段不会有效。

图01 - 载荷工况的计算参数

图02 - 停用结构零件

各个阶段的结果可以稍后叠加在结果组合中。在这种方法的情况下,请注意,这是各个阶段结果的线性叠加,这是在未变形系统上计算的。

图03 - 结果组合

例子中两种选择的比较

现在,这里是建筑结构的一般例子中所示的两种方法的比较。这个例子是一个四层钢筋混凝土结构,分四个阶段设计。各个楼层是一个接一个地建造的,在施工过程中没有拆除任何结构部件。

图04 - RF-STAGES:最后阶段的变形

图05 - RFEM:最后阶段的变形

图06 - RFEM:没有施工阶段的模型

结果
最大uZ [mm] 模型
7.06 RF-STAGES模型
7.06 模型RFEM与施工阶段
7.89 没有施工阶段的RFEM模型

摘要

该示例表明,通过停用结构元素,可以在RFEM中显示建筑结构的简单阶段。尽管有基本上不同的方法,但结构的相同变形导致RFEM和RF-STAGES。此外,该例子表明,对四层建筑的施工阶段的考虑对由于死载荷和固定载荷引起的变形具有明显的影响。通过考虑施工阶段,产生的变形比整个模型的计算产生的变形低约10%。

参考

[1] Barth,C。和Rustler,W。(2013)。 Baustatik-Praxis的有限元 (第1版)。柏林:Beuth。
[1] Langhammer,A。(2013)。 Berechnung und ModellierungvonSystemänderungenimZugevonBauzuständenimRahmen von Finite-Elemente-Lösungen (Dissertation)。德累斯顿:HochschulefürTechnikund Wirtschaft。

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