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2024-02-05

RF-PUNCH Pro 荷载计算中的奇异性问题

在 RF-STANZ Pro 中,可以对墙角和墙端进行冲切验算。设计的基础是冲切荷载,该荷载由连接区域的 RFEM 内力自动计算得出。由于 RFEM 计算的区域内力可能受奇异点的影响,这也可能对墙角或墙端计算出的冲切荷载产生负面影响。在这篇文章中,将展示一些可能的优化措施,以便尽量减少这种不利影响。

墙角和墙端的冲切力计算

与单柱(或节点支座)不同,墙端和墙角的冲切力不能直接从支座的法向力(或支承力)推导出。在 RF-STANZ Pro 中,分析连接板上的剪力 vmax,b 的分布,并从临界圆周切线上得到的剪力确定冲切力。

一个专门的技术文章已涉及此主题,并描述了在 "1.5 冲切节点" 界面中可用的选项以及荷载计算的一般步骤。

RFEM 中的面内切力

首先应注意,冲切力 VEd 不是从某条线支座的支承力或墙的法向力或膜力中获得的,而是从待研究冲切的板上的剪力计算得到。

在此引用来自 RFEM 的主要切力 vmax,b ,该剪力可在荷载工况、荷载组合或结果组合的结果中查看。vmax,b 的定义在 [1] 第 8.16 节中描述。因此得出:

可以在 RFEM 5 在线手册中阅读本章节。

奇异点的影响

如果待验证的冲切点是一个奇异点或剪力分布中的尖峰,则这也会影响在临界圆周切线处测得的冲切力 VEd

在以下示例中,将研究墙端地板板的冲切。RF-STANZ Pro 在此提取了地板板上的主要切力 vmax,b。参见下图 02。

问题在于有限元网格过于粗糙,临界圆周切线穿过剪力 vmax,b 的尖峰点。

该模块识别出有限元网格不足,并在界面 2.1 中发出警告编号 56。

一个可选的有限元网格加密会在冲切点区域内细化过于粗糙的网格,从而消除警告编号 56。有限元网格加密可能会导致临界圆周切上剪力尖峰值增加,从而负面影响并增加计算出的冲切力 VEd

如果临界圆周切上剪力的尖峰值因有限元网格加密的假设而受到负面影响,通常建议检查输入的模型的建模。在 [2] 中讨论了可能影响面内切力分布的各种 "错误因素",这进而显著影响由 RF-STANZ Pro 计算的冲切力 VEd

模型方面的几何优化

在此例中,通过更加接近现实的地板板建模,可以实现板内剪力及临界圆周切力的调整。比如,在模型的初始版本中,地板板的边界线已放置在上升墙的系统轴线上。另一版本中,地板板的边缘没有放置在墙的系统轴线上,而是符合地板板的“真实”边缘。这可以显著影响临界圆周剪力的分布。

下图 05 清晰地展示了两种版本的比较。

与初始版本相比,这也有个好处,即在 RF-STANZ Pro 中自动识别出的地板板到外边缘的更接近真实的距离使得临界圆周切线的长度设定得更有利。

模型方面的支承优化

另一种有利于影响考虑的地板板中剪力分布的方法是对假设的面支承进行更细致的考量。

通常在 RFEM 中,整个地板板使用一个恒定的弹簧作为弹性支承。但 RFEM 除了恒定弹簧外,还提供了其他选项,以便更有利地表征面支承。

例如,一种方法是设置边缘支撑或角支撑,可有利地影响地板板中的剪力分布。另有一个技术文章,解释了这一主题背后的理论背景(修改后的支承模块法)。

下图展示了没有(图上)和有(图下)边缘支撑的模型中剪力分布的比较。

此外,RF-SOILIN 模块也是一种可以实现更接近现实的面支承方案的工具,作为边缘支撑模型的替代方案,它同样能积极影响临界圆周切上的剪力分布。

RF-STANZ Pro 中的设置

在 RF-STANZ Pro 中,默认情况下“未平滑的临界圆周剪力分布”用于确定冲切力。利用先前的优化步骤后,通常可以在模块界面 1.5 中保持此选项。不过,如果即使进行了优化之后仍然测得临界圆周切上的剪力尖峰,用户也可选择“平滑的临界圆周剪力”选项。

当采用平均临界圆周剪力时,还应注意荷载增大系数 ß 的影响,可以使用扇形模型方法来计算这一系数。针对该主题,也存在深入的技术文章。

总结

综合来说,当在墙端或墙角处进行冲切验算时,如果利用率较大,用户应始终验证作用的冲切力的大小。

在此背景下,总是需要关注临界圆周切线上的剪力分布,并检验是否可以通过模型的调整或优化,导致板内剪力 vmax,b 的更有利的分布。

然而,尽管提到的模型构建和支护方面的优化没有通用的解决方案指引,但用户仍需根据具体情况下自行评估,并视需要以特定模型适用的形式进行实现。


作者

Kieloch 先生为我们的客户提供技术支持,负责钢筋混凝土结构领域的研发。

链接
参考
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