Modelowanie i obliczanie połączeń z blachą czołową

Program RFEM oferuje możliwości obliczania połączenia z blachą czołową. Przede wszystkim, istnieje możliwość szybkiego i łatwego wprowadzenia w module RF-JOINTS Steel - Pinned odpowiednich parametrów w celu uzyskania udokumentowanej analizy wraz z grafiką.

Możliwe jest także zamodelowanie takiego połączenia indywidualnie w programie RFEM, a następnie ręczne uzyskanie wyników. W poniższym przykładzie, wyjaśnione zostaną cechy szczególne procesu ręcznego modelowania połączenia, a siły tnące śrub zostaną porównane z odpowiednimi wynikami z RF-JOINTS Steel - Pinned.

Konstrukcja

Cała konstrukcja jest podpartą połową ramy, składającą się z belki IPE-160 o długości 6 m i słupa IPE-200 o długości 4 m. Belka jest połączona spawaną blachą czołową o grubości 5 mm do środnika słupa, za pomocą śrub 4 x M12.

Obciążenie konstrukcji stanowi ciężar własny oraz równomiernie rozłożone obciążenie 8 kN/m w kierunku dodatnim Z (Rysunek 01).

Rys.1 - Konstrukcja i obciążenie

Wymiary blachy czołowej to w/h = 82/160 mm. Odległość śrub od krawędzi wynosi e1/e2 = 44/20,5 mm (Rysunek 02).

Rys.2 - Blacha czołowa

Opcja 1: Obliczenie połączenia z wykorzystaniem RF-JOINTS Steel - Pinned 

Po zamodelowaniu konstrukcji w RFEM, wraz z przypadkiem obciążenia i obciążeniem, można uruchomić moduł dodatkowy RF-JOINTS Steel - Pinned. Wówczas można zdefiniować odpowiednie dane wejściowe w module dodatkowym, tak aby obliczenie tego połączenia przebiegło w krótkim czasie.

W tym przykładzie, nośność śruby na ścinanie jest obliczeniem nadrzędnym (stosunek 47%, Rysunek 03). Maksymalna siła tnąca Fn,Ed poszczególnej śruby wynosi 6,12 kN.

Rys.3 - Podsumowanie obliczeń w RF-JOINTS Steel - Pinned

Opcja 2: Modelowanie połączenia w RFEM

Alternatywne modelowanie połączenia w RFEM przebiega w kilku krokach:

• Skopiowanie modelu.
• Definiowanie mimośrodu pręta przy belce (połowa wysokości belki w kierunku Z, grubość blachy czołowej + połowa grubości środnika słupa w kierunku Y, tylko na końcu połączenia, patrz Rysunek 04).
• Kliknięcie prawym klawiszem w Pręty → "Generować powierzchnie z pręta".
• Usunięcie podpory węzłowej, zdefiniowanie przegubowych podpór liniowych przy dolnej krawędzi półki dźwigara i na końcu środnika słupa (patrz Rysunek 05).
• Usunięcie obciążenia pręta (8 kN/m) i przekształcenie na obciążenie powierzchniowe (97.6 kN/m2 na półkę dźwigara).

Rys.4 - Definiowanie mimośrodu pręta na belce

Rys.5 - Podpora liniowa na belce i słupie

Połączenie:

• Modelowanie blachy czołowej jako elementu bryłowego (prostopadłościan, patrz Rysunek 06).
• Wstawienie otworów na śruby.
• Skopiowanie blachy czołowej bryły na koniec dźwigara. Uwaga: Blacha czołowa nie powinna mieć styczności z powierzchnią środnika słupa w wyniku połączenia śrubowego, siła jest przenoszona tylko przez śruby (patrz Rysunek 07).
• Skopiowanie otworów na powierzchni blachy czołowej (otwory pod śruby) na powierzchnię środnika słupa.
• Aby sprawdzić, czy faktycznie między blachą czołową i środnikiem słupa nie ma styczności, w tym miejscu można rozpocząć obliczenia. Powinien pojawić się komunikat o niestateczności.
• Każda ze śrub może zostać zamodelowana jako cylindryczna bryła, składającą się z powierzchni okrągłych i czworokątnych.

Aby otrzymać siły wewnętrzne pręta dla śrub, konieczne jest umieszczenie belki wynikowej pośrodku każdej śruby (patrz Rysunek 08). W niniejszym przykładzie jako przekrój zostanie wykorzystany okrągły pręt o średnicy 12 mm.

Więcej informacji na temat Belek wynikowych.

Wyniki obliczeń maksymalnej siły tnącej w śrubie to Vz = 6.69 kN (patrz Rysunek 09).

Rys.6 - Blacha czołowa jako bryła

Rys.7 - Widok z góry na połączenie w kierunku Z

Rys.8 - Śruba jako bryła i belka wynikowa

Rys.9 - Wykres wyników siły tnącej śruby

Rys.10 - Izometria połączenia

Wyniki pochodzące z głównego programu RFEM i modułu dodatkowego RF-JOINTS Steel - Pinned są względnie zbliżone i tym samym, porównywalne. Przykład wyraźnie pokazuje, że w programie RFEM istnieje wiele możliwości modelowania. Jednak w porównaniu do szybkości przeprowadzania obliczeń w module dodatkowym RF-JOINTS Steel – Pinned, wysiłek włożony w modelowanie ręczne jest relatywnie duży na tyle, że od decyzji użytkownika zależy, którą metodę obliczeń wybierze.

Do pobrania: Dane modelu w programie RFEM