Ограничения программного обеспечения
Во всех основных программах расчета по МКЭ, включая RFEM, каждый стержень представлен одним линейным элементом, расположенным в центре тяжести сечения. Это называется визуализацией методом каркасного представления. Элемент включает в себя внутреннюю информацию, например, характеристики материала и геометрические свойства, включая ширину и высоту, которые будут применены в анализе и в расчетах конструкции. Однако при моделировании пересекающихся стержней программа не имеет точной информации, например, о том, как пересекающиеся стержни ориентированы относительно друг друга, а при опирании стержней друг на друга, площадь опирания неизвестна. Программа распознает только данные линейные элементы, соединенные в одной узловой точке.
Когда малые стержни соединяются с более крупными балочными стержнями через опирание на верхнюю поверхность или стержни поддерживаются на конце или по длине несущей опорой, напряжение стержня, перпендикулярное волокну, должно быть включено в расчет конструкции. The NDS Sec. 3.10.2 [1] and CSA O86 Clauses 6.5.7 and 7.5.9 [2] design checks for bearing perpendicular to the grain both require the net bearing area to be known. Because of this requirement, design software may forgo important factors such as the bearing area factor, Cb, [1] or the length-of-bearing factor, KB, [2], or the design check is ignored altogether.
With the new RFEM 6 feature "design supports", it is now possible to define such information and carry out the full design checks for compression stress perpendicular to the grain.
Рабочий процесс по NDS 2018
When creating a new design support definition, the Type should be set to "timber". Таким образом активируется соответствующий ввод данных по норме NDS. Флажок прямая опора означает, что данный тип ввода будет использоваться для расчета сжатия перпендикулярно волокнам. "Длина опоры"' определяется пользователем и означает общую длину опорной поверхности. The Support Width is automatically set as the width of the relevant member, but can be overwritten. Support from Edge indicates whether the bearing support is located at the upper +z axis of the member, the lower -z axis, or both. The Inner Support checkbox indicates whether the Cb factor should be applied to the member’s compression design value perpendicular to the grain, Fc⟂, based on Sec. 3.10.4 [1]. Если этот параметр отключен, то концевая опора не будет учитывать Cb. Расчетное значение сжатия стержня, указанное в NDS, зависит от выбранного предела деформации.
Как только ввод информации о расчетных опорах будет полностью выполнен, расчетные опоры можно присвоить соответствующим узлам и стержням конструкции. Multiple design supports may be needed, as different bearing scenarios may occur at different locations. В RFEM у пользователя есть возможность в верхней части диалогового окна задать пользовательское имя для нескольких вводов расчетной опоры для более быстрого и удобного применения.
The section proof will be carried out in the Timber Design add-on considering Sec. 3.10.2 [1]. With a glued-laminated member, for example, the adjusted compression design value perpendicular to the grain, Fc⟂’, is defined in Table 5.3.1 [1] with the following equation.
| fc⟂ | Исходное расчетное значение сжатия поперёк волокон |
| CM | Коэффициент эксплуатации во влажности |
| Ct | Температурный коэффициент |
| Cb | Коэффициент площади смятия |
| KF | Коэффициент преобразования формата (только LRFD) |
| φ | Коэффициент прочности (только LRFD) |
The Cb factor is further defined in Sec. 3.10.4 [1]. However, Cb is only applicable if the Support Length defined under the Design Support definition is less than 6 inches and farther than 3 inches to the end of a member. Additionally, Cb is only applicable for inner supports, which also must be indicated under the definition type as indicated above. Если эти критерии соблюдены, то аддон Расчет деревянных конструкций автоматически рассчитает и применит Cb на основе следующего уравнения.
Коэффициент использования при проверке сечения определяется по отношению требуемой силы сжатия перпендикулярно волокнам к скорректированному расчетному значению сжатия перпендикулярно волокнам. Все переменные, формулы и ссылки на норму NDS указываются непосредственно в подробностях расчета аддона Расчет деревянных конструкций, что обеспечивает четкие и прослеживаемые результаты.
Рабочий процесс по CSA O86:19
When designing according to CSA O86:19, the same workflow above for the NDS can be followed for the design support definition type. There are a few key differences with the CSA standard, however. A new option, Check Critical Bearing, will determine if the compression load is applied within a distance from the center of the support equal to the depth, d, of the member indicated in Fig. 6.2 [2]. If so, the factored compressive resistance perpendicular to the grain is reduced by a factor of 2/3 as shown in Clause 6.5.6.3.1 [2] for sawn lumber and Clause 7.5.9.3.1 [2] for glued-laminated timber. Также следует применить среднюю площадь опорной поверхности.
Предел высоких изгибающих напряжений для коэффициента Kb задается в настройках расчетной опоры. The length of the bearing factor, Kb, can be applied to the compressive resistance if the bearing area does not occur in positions of high bending stresses indicated in Clause 6.5.6.5(b) [2]. Пользователь может установить отношение требуемого момента к моменту нагрузки для учета зоны с высоким изгибом.
With a glued-laminated member, for example, the factored compressive resistance perpendicular to the grain, Qr, is defined in Clause 7.5.9.2 [2] with the following equation.
| Φ | = 0,8 |
| Fcp | = fcp (KD KScp KT ), где fcp - заданная прочность при сжатии перпендикулярно волокну, |
| Ab | Площадь смятия |
| KB | Коэффициент длины опирания |
| KZcp | Коэффициент размера для смятия |
Коэффициент использования при проверке сечения определяется отношением требуемой расчетной воспринимаемой нагрузки к расчетному сопротивлению сжатию перпендикулярно волокну. Все переменные, формулы и ссылки на норму CSA O86 указаны непосредственно в подробностях расчета конструкции в аддоне Расчет деревянных конструкций.
Заключение
Bearing stresses perpendicular to the grain are an integral part of member design according to both NDS 2018 and CSA O86:19. The bearing area is typically an unknown variable for this design check when using general analysis and design software, as all members are represented by an internal line element connected at nodal points only. However, the new "design support" feature in RFEM 6 now allows users to specify the length and width of the bearing area, paving the way for compression design checks perpendicular to the grain that previously were not possible.
