在 RF-PUNCH Pro 中确定荷载时奇异性问题的处理

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在 RF-PUNCH Pro 中可以在墙角和墙端部进行冲切验算。 冲切荷载是计算的基础,它由连接面的 RFEM 内力自动确定。 RFEM 计算得出的面内力可能会受到奇异点位置的影响,这对确定墙角或墙端部的冲切荷载也会产生不利影响。 本文介绍了可以将这种不利影响降低到最小化的可用优化选项。

确定墙角和墙端处的冲切荷载

与单根柱子(或节点支座)相比,墙角和墙端部的冲切荷载不能直接由柱轴向力(或支座反力)得出。 在 RF-PUNCH Pro 中分析连接板中的剪力 vmax,b 的分布,并通过临界截面上的剪力来确定冲切荷载。

关于这个问题,已经在另一篇技术文章中进行了讨论,并且介绍了“1.5 冲切节点”窗口中的可用选项,以及确定荷载的一般步骤。

RFEM 中的面内力

原则上首先要注意的是,冲切荷载 VEd 不是由线支座的支座反力或墙体的法向力或薄膜力,而是由受冲切平板的剪力确定的。

图片 01 - 主内力v_max,b在楼板中的分布

为此,采用 RFEM 计算得出的主内力 vmax,b,该值可在荷载工况、荷载组合或结果组合的结果中获得。 vmax,b 的定义见 [1] 8.16 节, 公式如下:

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

也可以在《RFEM 5 在线手册》中找到该章节。

奇异点的影响

如果在冲切点附近存在奇异性或剪力峰值,那么这也会影响到确定临界截面冲切荷载 VEd

在下面的示例中将对墙端楼板进行冲切分析。 RF-PUNCH Pro 使用楼板的主内力 vmax,b。 参见下图 02。

图片 02 - 楼板墙端的剪力分布

这里的问题是,生成的有限元网格太粗,临界截面存在剪力峰值 vmax,b。

图片 03 - 有限元网格尺寸不足时临界截面的剪力分布

模块检测到有限元网格划分不够精细,并在窗口 2.1 中显示相应的警告(编号为 56)。

图片 04 - RF-PUNCH Pro中的窗口2.1,消息编号56

可选择有限元网格细化功能对发生冲切问题区域中的网格进行细化,从而
消除编号为 56 的警告。 然而,有限元网格的细化会导致临界截面剪力峰值增大,以至于最终确定的冲切荷载 VEd 也会受到不利影响而增大。

如果临界截面剪力峰值受到有限元细化的不利影响,通常建议检查输入的模型。
在 [2] 中讨论了各种“误差来源”,这些“误差来源”会显著影响面内力,从而影响 RF-PUNCH Pro 中确定的冲切荷载 VEd

几何优化模型

在该示例中,可以通过“更真实”的楼板建模得到板中和临界截面上的剪力分布。 在第一种模型设计中楼板边界线与墙体轴线重合。 在第二种设计中楼板边界线与墙体轴线不重合,而是根据楼板的“实际”边缘进行输入。 这种设计方法会显著影响临界截面的剪力分布。

下图 05 清楚地显示了上述两种设计。

图片 05 - 根据模型对临界区的剪力进行比较

与第一种设计方法相比,第二种方法的好处在于,到楼板边缘更真实的距离可以在 RF-PUNCH Pro 中被自动检测到,从而可以更有利于临界截面周长。

支座优化模型

有利地影响所考虑的楼板中的剪力分布的另一种选择是对所施加的面弹性基础进行微分考虑。

在RFEM中,通常在整个楼板上施加一个恒定的弹簧作为弹性基础。 除了恒定的弹性外,RFEM还提供其他选项来更好地显示面基础。

一种可能性是例如施加边缘弹簧或拐角弹簧,这可以有利地影响楼板中的剪力的分布。 该技术文章涵盖了该主题,该主题解释了(修改的)路基反应分析的理论背景。

下图显示了在边缘加长的模型上未施加边缘弹簧(下图中)和施加边缘弹簧(下图中)时周向剪力的比较。

图片 06 - 楼板上边缘弹簧(不包括(顶部)和边缘弹簧)的比较

附加模块RF-SOILIN可以作为边缘弹簧模型的选项,使面基础更加逼真,这对于临界区域的剪力分布也有积极的作用。

RF-PUNCH Pro中的设置

默认情况下,在RF-PUNCH Pro中的冲切荷载是根据“沿控制区域的不平滑的剪力分布”确定的。 通过前面提到的优化,在附加模块的窗口1.5中总是可以使用该选项。 但是,如果尽管进行了上述优化,仍然在临界周长处确定了剪力的峰值,那么用户也可以选择“沿控制周长平滑剪力分布”。

图片 07 - RF-PUNCH Pro中的Window 1.5带有确定冲切载荷的设置

在临界周长上应用平均剪力时,还需要考虑荷载增加系数β的影响,例如可以通过扇形模型确定。 另一篇技术文章讨论了这个主题。

小结

对于在墙体端部或墙角处进行冲孔设计的设计比率较大的情况,应始终检查作用的冲切荷载的大小。

在这种情况下,必须注意临界区域的剪力分布,并检查模型的调整或优化是否可以使板中的剪力vmax,b更有利地分布。 。

然而,上述关于建模和支座的优化不能代表一般有效的指令,而是必须根据情况单独进行评估,并根据模型进行修改。

关键词

受冲切安全性 冲切荷载 荷载 奇异性 平滑区 有限元 扇形模型 荷载增加系数

参考

[1]   Manual RFEM. (2018). Tiefenbach: Dlubal Software.
[2]   Barth, C., & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (2nd ed.). Berlin: Beuth.

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