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2023-06-14

杆件单元挠度分析

对于结构的正常使用极限状态,变形不得超过特定的极限值。 该示例显示了如何使用附加模块来验证杆件的挠度。

除了满足承载能力的要求外,还必须满足正常使用能力的要求。 在这种情况下,为了防止由于变形过大而造成损坏,变形的设计验算起着重要作用。 相应的规则可以在各种标准中找到。 位移'极限值通常与构件的长度相关,例如按照 EN 1993 [1] 或 AISC 360 [2] 对于钢结构,按照 EN 1992 [3] 或 ACI 318 [4] 对于钢筋结构以及按照 EN 1995 [5] 或 NDS [6] 用于木结构。 在第 L2 章中。以 AISC 360 的挠度计,我们可以得出以下规则: “挠度大于跨度的 1/200 可能会影响可移动构件的运行,例如门、窗和滑动隔断。”对于每种材料,梁的跨度和悬臂面积也有不同的限值。

RFEM 和 RSTAB 允许您在设计验算中控制位移并将其作为设计验算。

示例

一个简单的木制平台模型显示了如何进行挠度设计验算。 它表示一个由胶合木构件组成的格架,并承受三种荷载工况: 自重、平台活荷载和悬臂区域活荷载。 荷载工况的叠加按照 EN 1990 [7] 进行,同时考虑到木结构的特定要求(例如徐变),设计验算按照 EN 1995-1- 1 [5]。 在极限状态设计中不进行稳定性分析。 正常使用极限状态下的挠度验算按准永久设计情况计算。

平台是一个对称的结构体系。 在模型中,边缘梁显示为一个完全连续的杆件,一侧有“在杆件上”类型的节点,另一侧是单个杆件。

结构设计模块被激活用于设计验算。 该设计按照 EN 1995(包括 CEN 建议)进行。

正常使用极限状态配置

由于挠度设计验算是针对正常使用极限状态进行的,所以在木结构计算的配置中必须勾选正常使用极限状态选项。 这些设置在'全局设置'对话框中进行管理,您可以在'木结构设计'导航器条目的快捷菜单中访问该对话框。

不进行抗火承载力分析。

挠度的极限值存储在正常使用极限状态配置中,该配置是在激活木结构设计时作为标准创建的。

正常使用极限值按照规范默认设置,但可以调整。 对于梁(受弯构件在两侧受支撑)和悬臂梁(受弯构件在一侧受支承),可以根据设计情况分别给出相应的规范。 为准永久性设计情况提供了两个准则。 由于该设置,净最终挠度 wnet,fin和最终挠度 wfin根据 [5] 表 7.2 得到满足。

变形验算

挠度分析的规范必须对每个杆件单独进行。 默认情况下,位移与杆件的总长度和变形的杆件末端有关。 规范存储在'编辑杆件'对话框的设计支座和挠度选项卡中。

如果模型是按照这些标准设置设计的,那么挠度分析的结果如下图所示。

例如,对于杆件 4(纵向杆件之间的横向梁),可以正确应用以下默认设置: 如果在杆件中间产生挠度,则必须考虑边缘梁的变形。 设计校核详细信息可以通过点击 设计详细信息 按钮为相应的设计点调出(见上图),以了解如何确定设计规范。

准永久设计情况下横梁在 CO 7 中的主导变形为 35.7 mm。 如果将该值用于设计验算,那么它将大于极限值 L/250 = 7000 mm/250 = 28 mm。 在横梁的杆件末端,边缘梁在 CO 7 中各有 16.2 mm 的位移,在设计验算时必须考虑到该位移: 35.7 mm - 16.2 mm = 19.5 mm(程序会考虑更多的小数位数)。 设计准则采用与末端节点直线连接相关的局部变形。 结果为 19.5 mm/28 mm = 0.69。 因此,如果末端节点发生位移,则杆件的局部变形值会降低。 这种方法适用于横梁以及示例中的大多数杆件 - 除了两个边缘梁。

设计支座

由标准设置确定的结果图片所示,连续建模的边缘梁(杆件 1)的设计规范不正确: 它是不考虑中间支座或悬臂的连续变形。 此处需要手动调整。

由于边缘梁是通过'在杆件上'类型的节点建模的,因此提取的系统的边界条件可以使用所谓的设计支座来表示。 使用它们可以布置内部支座和模拟自由端。 杆件受支端节点代表杆件始端,悬臂上节点代表杆件末端。

连续杆件的'内部节点'被识别。 假设它是一个'线段'。 由于它与模型不对应,因此必须分配一些支座。 在'设计支座和挠度'选项卡中,点击 新建 按钮,'在杆件始端设计支座'。

出现'新建设计支座'对话框。

已经预设了'木结构'类型,现在可以输入木结构设计规范。 在节点支座处有一个'直接支座'。 假设支座长度为 300 mm;支座的宽度应与梁的宽度相对应。 为了在设计验算中考虑支座,必须勾选有效挠度验算。 可以取消激活 'y 轴支座',因为与杆件垂直的支座与模型无关。

单击“确定”,然后将设计支座分配给杆件始端和第二个内部节点(第一个内部节点是横梁的连接点)。

现在,杆件模型中有两个段,一个长度为 8.00 m,另一个为 1.50 m。

应用更改后的边界条件进行设计验算,结果如下:

现在可以按照规范正确设置跨度和悬臂面积的参考长度和极限值。 您可以在设计验算详细信息中再次进行检查。

用户自定义长度和位移参考

第二个边缘梁由三个相邻的单独杆件模拟。 在这里同样需要手动调整,这样设计验算就不会基于单个杆件(见图由标准设置确定的结果)。

杆件 7 和杆件 8 表示两侧有支座的梁的“跨距”。 管片长度由杆件长度预先设定。 但是,由于管段等于两个杆件的总长度,因此必须在此处手动指定长度: 勾选用户自定义长度复选框 ❶,然后将每段的'长度'设置为 8.00 m ❷。 该值对应于支座点之间的支座长度(见Model of Timber Platform)。

在这种情况下,挠度不能与变形的管片端部相关,否则程序会将横梁的支座节点和位移的连接节点之间的连接线作为参考。 因此,在位移参考列表 ❸ 中选择'未变形体系'选项。

由于自动采用双边支座,因此不需要设计支座。 应用更改后的规范进行设计验算,结果如下:

悬臂梁

最后,需要对第二个边缘梁(杆件 9)的悬臂区域进行调整。 如前所述,由于程序会自动采用双侧支座,因此必须手动定义结构支座。 在列表中选择之前定义的'木'类型,在杆件始端为该杆件分配一个设计支座

杆件的自由端必须保持没有设计支座。 现在,最终的设计检查将为两个边缘梁提供相同的设计规范。

小结

该示例提供了有关如何在 RFEM 或 RSTAB 中进行变形设计的各种选项。 两侧有支座的弯梁不需要特别注意,因为程序会自动识别边界条件。 默认情况下,位移参考变形管段末端,在设计验算时可以正确地考虑整个系统的位移。 但是,对于分段的杆件,可能需要手动调整支座长度,并将位移与未变形的系统联系起来。 对于连续杆件和悬臂,必须分配设计支座,以便正确地表示所提取模型的支座条件。


作者

VOGL 先生负责创建和维护技术文档。

参考
  1. EC 3.(2009)。欧洲规范 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010
  2. ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings
  3. EN 1992-1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2004
  4. ACI 318-19, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary
  5. 欧洲规范 5: 木结构设计 - 第1-1部分: 总则 – 通用规范和建筑规范DIN EN 1995-1-1:2010-12
  6. National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
  7. Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; DIN EN 1990:2010-12