В нашей статье показано, как применить метод замены связей для клиновой стропильной балки, изображенной на рисунке 1.
Ввод параметров моделирования и расчета в RFEM 6
Для расчета устойчивости деревянных конструкций по методу замены связей необходимо активировать аддон Расчет деревянных конструкций в RFEM 6 (рисунок 2). Аддоны интегрированы в среду RFEM, поэтому все настройки и параметры расчета могут быть заданы параллельно с моделированием. For this purpose, it is important to check the Design Properties box when defining the member (Image 3).
As Image 1 shows, the timber girder has a span length of 14 m and section dimensions of <nobr>140 x 400 mm</nobr> and <nobr>140 x 900 mm</nobr> at the end and middle of the span, respectively. The material used is glued-laminated timber GL28C and can be selected from the material library in RFEM 6. In addition to the member's self-weight, the girder includes a 1.75 kN/m permanent load and 3.4 kN/m snow load.
In RFEM 6, the section properties of the new member can be defined in the Section tab shown in Image 4. This roof girder type requires the selection of Saddle under the distribution type and an alignment with respect to the bottom of the section.
The distance k at which the section properties differ from those at the member start and member end can be set, and the cross-sections at these points can be assigned.
As mentioned before, RFEM 6 allows simultaneous definition of the modeling and design parameters. Therefore, the member properties including effective lengths, service classes, shear panels, and rotational restraints can easily be set in the Design Types tab of the New Member window. As Image 5 shows, no shear panel or rotational restraint is defined in this example, and the focus is set on the assignment of the effective length.
Задание свободной длины показано на рисунке 6. Главным образом, свободную длину можно учесть в потере устойчивости при изгибе с кручением и потере устойчивости при изгибе вокруг оси минимальных и максимальных моментов. При расчете по методу замены связей, упругий критический момент рассчитывается аналитически.
Затем задаются узловые опоры и назначаются коэффициенты свободной длины. In this example, nodal supports are assigned at the start and end of the member (Image 7), which will consider the entire member length for the stability analysis.
Before starting the calculation, the user can define the parameters for the Ultimate Configuration. The stability design checks can be activated in the design parameters of the Ultimate Configuration window (Image 8). Здесь также можно учесть (де)стабилизирующее воздействие нагрузки, которое приводит к увеличению свободной длины (рисунок 9).
Результаты
Once the calculation is done, the Timber Design results are available in both graphical and tabular form. As Image 10 shows, the design check ratios for each design type are displayed in the Results table, whereas all design check details can be accessed via the Design Check Details icon.
Возможность выполнить в RFEM 6 расчет на устойчивость для стержней переменного сечения на основе эквивалентной высоты сечения четко отображена в подробностях расчета. For instance, if the design check details for the stability design check type ST3100 (bending about the y-axis and compression according to 6.3.3., EN 1995 | DIN | 2014-07) are displayed, the depth of the section at the member location x=1.402 m is 500.1 mm (Image 11).
However, the depth value used to calculate the section properties (for example, elastic section modulus, moment of inertia, torsional constant, and so on) considered in the design check equations is in fact the Reference Section Height.
The results show that the full member length for the stability design leads to design ratios higher than 1. To overcome this issue, the effective length can be modified by defining restraints at the intermediate nodes along the span (Image 12). This new effective length results in improved design ratios, as shown in Image 13.
Заключительные замечания
Стержни с клиновыми сечениями можно легко и эффективно смоделировать в программе RFEM 6. The integration of the Timber Design add-on in the RFEM environment allows simultaneous definition of both the modeling and design parameters of these elements. In terms of stability analysis, one of the major advantages of RFEM 6 is the possibility to perform stability design of members with tapered cross-sections according to the equivalent member method.
В пятом поколении программы RFEM нельзя было рассчитать стержни с переменным сечением по методу замены связей. Вместо этого, расчет клиновых стержней по данному методу был включен только в автономную программу RX-TIMBER.
Важно отметить, что кроме метода замены связей в программе RFEM 6 возможен расчет на устойчивость по методу собственных чисел. Анализ устойчивости на основе данного метода будет продемонстрирован в одной из следующих статей Базы знаний.