本文将介绍如何对图 1 所示的变截面屋面梁使用等效杆件法。
在 RFEM 6 中定义建模和设计参数
按照等效杆件法进行木结构稳定性设计,需要激活 RFEM 6 中的木结构设计模块(图 2)。 RFEM 设计模块集成在RFEM 中,因此所有设计参数和设置可以在建模的同时定义。 为此,在定义杆件时勾选“设计属性”复选框(图 3)。
如图 1 所示,木梁的跨度为 14 m,截面尺寸分别为140 x 400 mm和140 x 900 mm 、 这里使用的层板胶合木 GL28C,可以从 RFEM 6 的材料库中选择。 除了杆件'的自重外,梁还承受了 1.75 kN/m 的永久荷载和 3.4 kN/m 的雪荷载。
在 RFEM 6 中,可以在图 4 中的截面选项卡中定义新建杆件的截面。 该屋面梁类型需要在分布类型中选择鞍形,并且选择相对于截面下部的线。
使用该功能可以设置杆件始端和末端处的截面属性与该处截面属性的不同值k,
如前所述,在 RFEM 6 中可以同时定义建模和设计参数。 因此,包括杆件有效长度、使用等级、应力蒙皮和转动约束在内的杆件属性都可以在新建杆件窗口中的设计类型选项卡中轻松设置。 如图5所示,本例中没有定义应力蒙皮或转动约束,重点是分配有效长度。
有效长度的定义如图 6 所示。 弯扭屈曲和弯曲屈曲通常绕长轴和短轴考虑有效长度。 当使用等效杆件法计算时,弹性临界弯矩为解析计算。
接下来可以定义节点支座并指定有效长度系数。 在本例中,在杆件的始端和末端分配节点支座(图 7),稳定性分析中这将考虑杆件的整个长度。
在开始计算之前,用户可以定义承载能力极限状态配置的参数。 在承载能力极限状态设计对话框的设计参数中可以激活稳定性验算(图 8)。 这里还可以考虑导致有效长度增加的荷载的失稳效应(图 9)。
结果
计算完成后,软件中将以图形和表格的形式提供木结构设计的结果。 如图 10 所示,在结果表格中显示了每种设计类型的设计利用率,而所有设计验算的详细信息都可以通过设计验算详情图标访问。
这一点在 RFEM 6 中基于等效截面高度进行稳定性验算的可能性。 例如,如果稳定性设计验算类型 ST3100 (绕 y 轴弯曲和受压按照 6.3.3., EN 1995 | DIN | 2014-07) ,则杆件位置 x=1.402 m 处的截面高度为 500.1 mm(图 11)。
但是,在 设计验算方程式中用于计算截面属性(例如弹性截面模量、惯性矩、抗扭常数等)的高度值实际上是参照截面高度。
结果表明,为进行稳定性设计,取杆件全长得到的设计利用率大于1。 为了解决这个问题,可以通过在沿跨度的中间节点处定义约束来修改有效长度(图 12)。 这个新的有效长度提高了利用率,如图 13 所示。
结束语
在 RFEM 6 中可以简单直接地对变截面截面的杆件进行建模。 与 RFEM 环境集成的木结构设计模块可以同时定义这些构件的建模和设计参数。 在稳定性分析方面,RFEM 6 的一个主要优点是可以根据等效杆件法对变截面构件进行稳定性设计。
在第五代RFEM软件中,变截面变截面杆件不能采用等效杆件法计算。 以前只有独立程序 RX-TIMBER 提供变截面构件按照等效杆件法进行设计。
需要指出的是,除了等效杆件法外,在 RFEM 6 中还可以使用特征值法进行稳定性分析。 在下一次的专题报告中将介绍基于这种方法的稳定性分析。