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. Для этого при вводе стержня важно установить флажок « Расчетные свойства » (рисунок 3).
Как показано на рисунке 1, деревянная балка с пролетом 14 м имеет размеры сечения 140 х 400 мм и 140 х 900 мм на конце и в середине пролета соответственно. В качестве материала используется клееная древесина GL28C, которую можно выбрать из базы данных материалов в программе RFEM 6. Кроме собственного веса стержня, на балку действует постоянная нагрузка 1,75 кН/м и снеговая нагрузка 3,4 кН/м.
В программе RFEM 6 характеристики сечения нового стержня можно задать во вкладке « Сечение », показанной на рисунке 4. Для данного типа кровельной балки необходимо выбрать вид распределения Седловой и выровнять его по нижней стороне сечения.
Можно установить расстояние k, на котором характеристики сечения отличаются от характеристик в начале и на конце стержня, и присвоить сечения в этих точках.
Как уже упоминалось, RFEM 6 позволяет задать параметры моделирования и расчета одновременно. Такие свойства стержня, как свободная длина при изгибе, класс обслуживания, панели сдвига и защемление против вращения можно легко задать во вкладке Типы расчета в окне Новый стержень. Как показано на рисунке 5, в данном случае не заданы сдвиговые панели или защемление против вращения, а основное внимание уделено вводу свободной длины.
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. В нашем примере узловые опоры расположены в начале и на конце стержня (рисунок 7), благодаря чему для расчета на устойчивость учитывается вся длина стержня.
Перед запуском расчета пользователь может задать параметры для конфигурации предельного состояния по несущей способности. Расчетные проверки на устойчивость можно активировать в параметрах расчета окна Конфигурация несущей способности (рисунок 8). Здесь также можно учесть (де)стабилизирующее воздействие нагрузки, которое приводит к увеличению свободной длины (рисунок 9).
Результаты
После завершения расчета, результаты расчета деревянных конструкций будут отображены в графической и табличной форме. Как показано на рисунке 10, в таблице результатов отображены расчетные соотношения для каждого типа расчета, при этом все подробности расчета можно получить, щелкнув значок подробности расчета.
Возможность выполнить в RFEM 6 расчет на устойчивость для стержней переменного сечения на основе эквивалентной высоты сечения четко отображена в подробностях расчета. Например, если подробности расчета для типа проверки устойчивости ST3100 (изгиб вокруг оси y и сжатие по 6.3.3., EN 1995 | DIN | 2014-07), высота сечения в месте расположения стержня x = 1,402 м составляет 500,1 мм (рисунок 11).
Однако, высота сечения, используемая для расчета характеристик сечения (например, упругий модуль сечения, момент инерции, константа кручения и т.д.), учитываемых в расчетных уравнениях, фактически является исходной высотой сечения.
Результаты показывают, что полная длина стержня в расчете на устойчивость приводит к коэффициентам использования выше 1. Чтобы решить данную проблему, можно изменить свободную длину путем задания ограничений в промежуточных узлах вдоль пролета (рисунок 12). Новая свободная длина приведет к улучшению коэффициентов, как показано на рисунке 13.
Заключительные замечания
Стержни с клиновыми сечениями можно легко и эффективно смоделировать в программе RFEM 6. Интеграция аддона для расчета деревянных конструкций в среду RFEM позволяет задавать параметры моделирования и расчета элементов одновременно. Одним из основных преимуществ RFEM 6 в отношении расчета на устойчивость является возможность выполнить расчет на устойчивость стержней с клиновыми сечениями по методу замены связей.
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.