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2022-02-18

根据欧洲规范 9 在 RFEM 6 中设计铝合金结构

RFEM 6 提供了“铝材设计”模块,可以按照欧洲规范 9 对铝杆件进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。 除此之外,您还可以按照 ADM 2020(美国规范)进行设计。

可以在基础数据窗口的模块选项卡中激活铝结构设计模块,然后在标准I选项卡中设置首选标准,如图1和图2所示。

您可以使用 RFEM 6 材料库中的相关材料对铝结构进行建模。 您还可以定义材料并将其添加到库中。 但是重要的是,材料以及荷载组合和结果组合的数据必须符合规范的设计理念。 在按照欧洲规范进行设计时,应考虑以下文件:

  1. Bass for Structural Design (Eurocode 0), 获得荷载的分项安全系数及其组合规则
  2. 作用在结构上(欧洲规范 1),考虑与待设计的结构和建筑物相关的荷载
  3. 铝结构设计规范(欧洲规范 9),适用铝结构设计规范

在 RFEM 中可以自动、按照规范或手动创建荷载组合和结果组合。 无论哪种方式,您都可以使用 RFEM 中常见的荷载应用程序来施加荷载。


设计属性


在对结构进行建模、应用了荷载并创建了荷载组合和结果组合后,您必须激活要设计的杆件或杆件集的设计属性(图 3)。 这将允许您定义设计过程所需的铝设计、设计配置和设计支座的设计类型。 这同样适用于通过杆件设计的杆件或杆件集。


设计类型


铝合金设计类型包括有效长度定义、局部截面折减(仅在受拉设计中考虑)、剪力板和转动约束(图 4)。 定义屈曲长度对于确定稳定性破坏的临界荷载是必要的。 为相关对象分配屈曲长度后,在稳定性设计中会考虑设置和有效长度。 在接下来的设计中,您可以通过在相关窗口中分配局部的截面折减,来考虑与对象相关的局部截面弱化(例如,螺钉孔)。

您还可以定义梯形板、支撑、梯形板和支撑,或剪切板刚度 (Sprov ),然后将它们分配给杆件。 类似地,您可以在整个杆件或一组杆件上施加刚度类型为“连续”、“离散”或“手动”的杆件转动约束,并在计算临界弯扭屈曲弯矩时将其考虑在内。或弯扭屈曲的临界荷载系数。


设计配置


您可以通过编辑杆件窗口或在铝材设计表格中输入数据来访问设计配置。 设计配置中的规范适用于分配了该配置的所有对象。 如果没有为要设计的对象分配设计配置,则不会对该对象进行承载能力极限状态设计或正常使用极限状态设计。

欧洲规范建议对以下两种极限状态进行计算: 极限状态和正常使用极限状态。 前者是指对结构的安全性进行检查,避免结构倒塌和破坏,后者是指对结构的正常使用有一定的要求。 对于铝结构,这些要求包括挠度要求,在某些情况下还包括振动要求。 由于铝的弹性模量较低,因此该极限状态通常是铝结构设计的临界状态。


极限设计配置


您可以通过定义影响铝合金设计的各种设置来创建最终配置(图5)。 例如,除了进行截面验算外,还可以定义是否进行稳定性验算,以及调整相关设置。 接下来,可以使用“特殊情况的极限值”选项来忽略设计中对承载能力不重要的某些内力。 如果不使用该选项,则可能会导致无法进行特定设计或使用更不利的交互作用公式。

根据您选择的设计标准,在承载能力极限状态下还可以使用其他选项,例如激活弹性截面设计、相互作用公式中形状系数和指数的替代值,或者局部屈曲或剪切屈曲设计的更多细节设置配置。 对于设计规范 EN 1999,相关系数可以根据所选的国家附录在窗口的标准参数中找到,但也可以通过用户自定义的值进行调整。


正常使用极限状态设计配置


您可以根据挠度限值创建正常使用极限状态配置,该配置必须在设计中进行检查(图 6)。 这些限制与杆件参考长度有关,该长度是根据您在设计支座和挠度选项卡中定义的设计支座确定的。 换句话说,设计支座和挠度窗口如图 7 所示,用于定义铝结构正常使用极限状态设计的边界条件。


全局设置


您可以通过点击图 8 中显示的全局附加模块设置图标来访问铝合金设计的全局设置。 这些与设计规范无关,但标准值可以不同。 单击恢复为默认值按钮,对话框的设置将根据所选设计规范恢复为默认设置。


铝合金设计的附加选项


RFEM 6 提供了更多影响铝合金设计的选项。 例如,您可以为杆件分配其他类型(例如杆件偏心或杆件铰),如图9所示。 您也可以考虑使用杆件横向加劲来加强杆件容易屈曲的区域。 例如,它们可用于远梁或集中荷载较大的作用点。


计算


在开始设计之前,请务必检查铝材设计模块的输入数据。 例如,默认设置意味着在设计中考虑了所有的设计工况。 但是,您可以通过取消选中“待设计”复选框来停用铝结构设计的设计状况;因此,不会对该设计状况进行检查。

该选项与在设计状况设置中选择的铝制设计模块是同步的,如图10所示。 需要强调的是,不能单独设计荷载工况、荷载组合或结果组合。 相反,您必须将这些组合分配给一个设计状况。

以类似的方式,模型中存在的所有对象类型都会在铝合金设计表格中列出(图 11)。 选中“全部设计”复选框,将选择所有可用的对象进行设计。 或者,您可以手动指定要设计/删除的对象,方法是取消选中“全部设计”复选框并输入对象编号,或者以图形方式选择感兴趣的对象。

系统会自动识别具有不同材料(例如混凝土或木材)或不适合铝材设计的截面(例如厚壁实体截面)的杆件,并从设计中排除。 此外,“铝材设计”模块在设计时不会考虑铝材面。您可以使用“应力-应变分析”模块对其进行评估。

您可以通过在输入表(图 11)中选择显示结果按钮或在“计算”对话框中选择铝材设计来运行铝材设计模块。 计算开始后,会显示计算进度、计算步骤和当前的计算过程。


结果输出


计算完成后,在结果表格中将显示杆件或杆件集的主导结果和设计比率。 您还可以通过导航器的结果选项卡以图形方式显示铝材设计模块的结果。 如果在验证过程中出现警告或错误,或者不满足验证标准,则会在表格概述中显示。

除了显示这些结果外,还可以显示杆件或杆件集的长细比验算。 这些方法是基于对弯曲屈曲长细比和全局设置中的极限值进行比较得出的。

由于屈曲承载力是通过稳定性验算的,所以长细比验算并不代表真正的设计,也不包含在默认结果表中。 因此,要显示这些检查,您必须在结果表管理器中激活长细比结果表,该管理器可以通过图 12中所示的图标访问。

您可以通过双击或使用设计检查详细信息图标来显示每种设计检查类型的详细设计检查。 除了公式之外,详细结果还包含标准引用,以便您可以精确地跟踪设计验算并详细了解所执行的验证。


结束语


通过 RFEM 6 中的“铝材设计”模块,您可以按照欧盟 EN 1999-1:2013-12(欧洲规范 9)和美国 ADM 2020 标准设计铝杆件的承载能力极限状态和正常使用极限状态。 根据材料、荷载以及荷载-结果组合定义的数据应符合首选标准的设计理念。

您可以按照常见的 RFEM 荷载应用程序来应用相关的荷载,同时也可以通过激活杆件或杆件集的设计属性来定义设计所需的数据。 一旦定义了设计属性,就可以进行设计,并且可以以表格和图形的形式获得结果。


作者

Kirove 女士的职责是撰写技术文章并为 Dlubal 软件的客户提供技术支持。

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