W tym artykule pokazano, jak zastosować metodę prętów zastępczych dla belki dachowej o zmiennym przekroju, pokazanej na rysunku 1.
Definiowanie modelowania i parametrów obliczeniowych w RFEM 6
Aby przeprowadzić analizę stateczności konstrukcji drewnianych zgodnie z metodą pręta zastępczego, należy aktywować rozszerzenie Projektowanie konstrukcji drewnianych w programie RFEM 6 (rysunek 2). Rozszerzenia są zintegrowane ze środowiskiem RFEM, dzięki czemu wszystkie ustawienia i parametry obliczeniowe można definiować równolegle do modelowania. W tym celu ważne jest, aby podczas definiowania pręta zaznaczyć pole Właściwości projektowe (zdjęcie 3).
Jak pokazano na rysunku 1, drewniany dźwigar ma rozpiętość przęsła wynoszącą 14 m, a wymiary przekroju na końcu i w środku przęsła wynoszą 140 x 400 mm oraz 140 x 900 mm. Zastosowanym materiałem jest drewno klejone warstwowo GL28C, które można wybrać z biblioteki materiałów w programie RFEM 6. Oprócz ciężaru własnego pręta, dźwigar przenosi obciążenie stałe 1,75 kN/m i śnieg 3,4 kN/m.
W programie RFEM 6 właściwości przekroju nowego pręta można zdefiniować w zakładce Przekrój pokazanej na rysunku 4. Ten typ dźwigara dachowego wymaga wybrania Siodłowego w typie rozkładu i wyrównania w odniesieniu do dolnej części przekroju.
Można ustawić odległość k, dla której właściwości przekroju różnią się od właściwości na początku i na końcu pręta, a także przydzielić przekroje w tych punktach.
Jak wspomniano wcześniej, program RFEM 6 umożliwia jednoczesne definiowanie parametrów modelowania i obliczeń. Właściwości pręta, takie jak długości efektywne, klasy użytkowania, panele usztywniające i ograniczenia obrotu, można łatwo ustawić w zakładce Typy obliczeń w oknie Nowy pręt. Jak pokazano na rysunku 5, w tym przykładzie nie zdefiniowano panelu usztywniającego ani ograniczenia obrotu, a nacisk położony jest na przypisanie długości efektywnej.
Definiowanie długości efektywnych pokazano na rysunku 6. Zasadniczo można uwzględnić długości efektywne dla zwichrzenia oraz wyboczenia giętnego względem osi mocnej i słabej. W przypadku wymiarowania według metody pręta zastępczego sprężysty moment krytyczny jest obliczany analitycznie.
Następnie można zdefiniować podpory węzłowe i przypisać współczynniki długości efektywnej. W tym przykładzie podpory węzłowe są przypisane na początku i na końcu pręta (rysunek 7), co dla analizy stateczności zostanie uwzględnione na całej długości pręta.
Przed rozpoczęciem obliczeń użytkownik może zdefiniować parametry dla Konfiguracji stanu granicznego nośności. Warunki projektowe stateczności można aktywować w parametrach obliczeniowych w oknie Konfiguracja stanu granicznego nośności (rys. 8). W tym miejscu można również uwzględnić (de)stabilizujący efekt obciążenia, który powoduje zwiększenie długości efektywnej (rysunek 9).
Wyniki
Po zakończeniu obliczeń wyniki wymiarowania konstrukcji drewnianych są dostępne w formie graficznej i tabelarycznej. Jak pokazano na rysunku 10, stopnie wykorzystania warunków projektowych dla każdego typu obliczeń są wyświetlane w tabeli Wyniki , natomiast wszystkie szczegóły warunku projektowego są dostępne za pomocą ikony Szczegóły warunku projektowego.
Możliwość przeprowadzenia obliczeń stateczności prętów o zmiennym przekroju w programie RFEM 6 na podstawie równoważnej wysokości przekroju jest wyraźnie widoczna w szczegółach warunku projektowego. Na przykład, jeżeli sprawdzane są szczegóły obliczeń stateczności typu ST3100 (zginanie względem osi y i ściskanie zgodnie z 6.3.3., EN 1995 | DIN | 2014-07) głębokość przekroju w miejscu pręta x=1.402 m wynosi 500,1 mm (zdjęcie 11).
Jednak wartość wysokości używana do obliczania właściwości przekroju (na przykład sprężysty wskaźnik wytrzymałości, moment bezwładności, stała skrętności itd.) uwzględniana w równaniach warunku projektowego jest w rzeczywistości Referencyjną wysokością przekroju.
Wyniki pokazują, że pełna długość pręta dla obliczeń stateczności prowadzi do stopni wykorzystania większych niż 1. Aby rozwiązać ten problem, można zmodyfikować długość efektywną, definiując utwierdzenia w węzłach pośrednich wzdłuż przęsła (rysunek 12). Ta nowa długość efektywna poprawia współczynniki obliczeniowe, jak pokazano na rysunku 13.
Uwagi końcowe
Pręty o zmiennych przekrojach można modelować w programie RFEM 6 w prosty i bezpośredni sposób. Integracja rozszerzenia Projektowanie konstrukcji drewnianych ze środowiskiem RFEM umożliwia jednoczesne definiowanie zarówno modelowania, jak i parametrów obliczeniowych tych elementów. Z punktu widzenia analizy stateczności jedną z głównych zalet programu RFEM 6 jest możliwość przeprowadzania obliczeń stateczności prętów o zmiennym przekroju poprzecznym zgodnie z metodą prętów równoważnych.
W piątej generacji programu RFEM obliczanie prętów o zbieżnym przekroju metodą prętów zastępczych nie było możliwe. Wymiarowanie prętów o zbieżnym przekroju metodą prętów zastępczych było dotychczas oferowane tylko w programie samodzielnym RX-TIMBER.
Należy wspomnieć, że oprócz metody prętów zastępczych w programie RFEM 6 możliwa jest również analiza stateczności w oparciu o metodę wartości własnych. Analiza stateczności oparta na tej metodzie zostanie omówiona w kolejnym artykule w Bazie informacji.