Open topic with navigation

Spřažený výpočtový model ve SCIA Engineer

Principy

Spřažený výpočtový model je navržen co nejjednodušší. Využívá standardní modelář SCIA Engineer

Spřažená deska s ocelovými nosníky se v zásadě modeluje jako standardní deska se žebry. Je třeba nastavit pouze minimální počet parametrů ve vlastnostech desky a nosníku, aby se tyto prvky chovaly jako spřažené a dovolily provádět příslušné posudky.

S pomocí standardních funkcí ve SCIA Engineerlze spřažený systém zadat jako desku s později přidanými žebry nebo přímo jako žebrovou desku. K dispozici jsou také zkratky pro přímé vytvoření spřažené desky nebo ocelové desky (z profilovaného plechu).

Nastavení projektu

V nastavení projektu vyberte materiály beton i ocel a tím umožníte vytváření spřaženého výpočtového modelu.

Funkcionalita spřaženého výpočtového modelu je normově nezávislá a lze ji tedy použít pro jakoukoli normu. Příslušné posudky jsou však již normově závislé a v současnosti je možné posuzovat spřažené prvky podle EN1994 a AISC 360-10.

Pozn.: funkcionalita spřažené konstrukce na záložce pro nastavení funkcionality se vztahuje ke starší verzi výpočtu spřažených konstrukcí, která není kompatibilní se spřaženým výpočtovým modelem. Zaškrtnutí této (staré) funkcionality vypne možnost použít spřažený výpočtový model.

Posudky spřažených prvků napojené na tuto starou funkcionalitu budou z programu časem odstraněny a budou plně nahrazeny spřaženým výpočtovým modelem a k němu příslušnými posudky.

Zadání desky

Deska (spřažená nebo ocelová profilovaná) je v zásadě deska SCIA Engineer. Lze ji zadat jako jakýkoli jiný 2D dílec, do kterého lze přidat žebra. To zahrnuje desky a přímé stěny.

Aby uživatel zadal spřaženou desku, obvykle nejprve zadá standardní desku nebo desku se žebry. Druhou možnost zvolí v případě, že chce žebra přiřadit ve stejné akci se zadáním desky.

Spřaženou desku ze standardní vytvoří pomocí parametru Typ prvku. Tento parametr určuje, zda je 2D dílec standardní deskou, spřaženou deskou nebo ocelovou (profilovanou) deskou.

Při použití zkratky Spřažená deska nebo Ocelová deska ve stromové nabídce se rovnou nastaví příslušná hodnota parametru Typ prvku.

Spřažená deska je tvořena profilovaným plechem a dobetonávku.

Ocelová deska se skládá jen z z profilovaného plechu (používá se obvykle pro lehké střechy).

V modelu, který obsahuje jednu nebo více spřažených či ocelových desek lze použít i standardní desku, ta ale nebude mít žádné spřažené vlastnosti.

Parametry specifické pro spřaženou/ocelovou desku jsou:

Vybere-li se chování typu diafragma, nabídnou se další parametry pro roznos zatížení (funkce zatěžovacího panelu). Viz kapitola o zatěžovacích panelech.

Pro dynamické výpočty je nutno příslušným způsobem konfigurovat hmoty na základě nastaveného typu prvku a jeho chování. Viz kapitola o použití diafragmat v dynamických výpočtech.

Definuje-li se spřažený nosník pomocí spřaženého výpočtového modelu, informace o profilovaném ocelovém plechu se automaticky zohlední v posudku klopení (u ocelových posudků).

Knihovna profilovaných plechů

Knihovna profilovaných plechů je přístupná z vlastností spřažené nebo ocelové desky nebo přímo z nabídky pro spřažené konstrukce ve stromu Knihovny. Jedná se o stejnou knihovnu, která se použije pro diafragmata použitá u ocelových prvků pro stabilizaci proti klopení.

Vlastnosti těchto profilovaných ocelových plechů jsou rozděleny do 4 skupin.

některé obecné vlastnosti (jméno apod.)

Parametry dané výrobcem, které se použijí pouze, je.li profilovaný plech použit jako výztuha pro posudek ocelového prvku, zde nebudou dále popisovány.

Geometrie, která definuje hlavní rozměry profilovaného plechu

Ortotropní vlastnosti, které definují mechanické vlastnosti plechu pro spřažený výpočtový model

Nastavení stylu zobrazení

Pro spřažené a ocelové desky lze zobrazit tvar a orientaci profilu přímo v modelu. Příslušné parametry zobrazení najdeme na záložce Spřažené v obecných parametrech zobrazení:

Díky těmto parametrům je možno zapnout na modelu symboly pro hlavní směr podepření (tj. směr profilování plechu), tvar profilovaného plechu a tloušťku dobetonávky.

Zadání nosníků

Spřažený nosník se definuje jako standardní žebro. Lze jej také vytvořit pomocí 2D dílce se žebry, který definování žeber zahrnuje v sobě. Několik parametrů pak určí, že se jedná o spřažený nosník.

Efektivní šířka

Efektivní šířka je standardní vlastností každého žebra. Používá se pro různé účely v běžném výpočetním modelu.

• vnitřní síly: efektivní šířka se použije pro integrování napětí z desky při výstupu vnitřní ch sil v žebru (v servisu 1D vnitřní síly při zaškrtnutí volby žebro/integrační pás)
• posudek: efektivní šířka definuje šířku části desky, která se zohlední v posudku při výpočtu únosnosti průřezu (závisí na normě)

Je nutno zde připomenout, že výše uvedené případy neovlivňují tuhost systému. Úprava efektivní šířky nemá vliv na vlastnosti průřezu výpočtového modelu.

Rozdíl však nastává při použití spřaženého výpočtového modelu, který používá efektivní šířku třetím způsobem:

• vnitřní síly: efektivní šířka se zohlední při výpočtu tuhosti spřaženého průřezu nosníku definovaného jako se standardním spřažením, podrobnosti viz "Spřažený výpočtový model - teorie"
• v případě nosníku bez spřažení jsou všechny parametry efektivní šířky nastaveny na nulu.

Důležité: na rozdíl od případů uvedených výše, u nosník standardním spřažením ovlivňuje efektivní šířka tuhost nosníku.

Automatický výpočet efektivní šířky

Efektivní šířku lze zadat ručně nebo spočítat automaticky.

Pokud je parametr tvar žebra nastaven na symetrické T, deska vlevo, deska vpravo nebo asymetrická, je nutno efektivní hodnoty zadat ručně.

Pokud je tvar žebra nastaven na automaticky, spočte se efektivní šířka automaticky z geometrie konstrukce. Podrobnosti v: "Automatic Calculation of the Effective Width of Plate Ribs".

Spřažené posudky jsou aktuálně podporovány pouze při použití automatického výpočtu efektivní šířky pro nosníky. Pouze v tomto případě je posudku předána kompletní informace o délce pole. Jinak se použije ručně zadaná efektivní šířka a délka pole a hraniční podmínky nejsou v posudku dostupné.

Obecná nastavení pro výpočet efektivní šířky jsou v nastavení řešiče, protože ovlivňují výpočtový model. Nejsou v nastavení pro spřažené prvky, protože nejsou přímo svázány se spřaženým výpočtovým modelem a lze je použít pro jakékoli žebro desky, nejen pro spřažený nosník.

SCIA Engineer ukládá spočtené hodnoty efektivní šířky pro vnitřní síly i pro posudek. Nicméně, posudky mohou a nemusí využít tyto uložené hodnoty pro stanovení únosnosti průřezu. Prostudujte si prosím podrobný popis daného posudku, kde najdete informace na toto téma.

Fáze výstavby pro spřažený výpočtový model

Fáze výstavby spřažené konstrukce se zohledňují pro celou konstrukci najednou. Ve spřaženém výpočtovém modelu jsou tři fáze:

• fáze výstavby: zatížení je přenášeno pouze ocelovou konstrukcí; beton je nevyzrálý, jeho vlastní tíha zatěžuje konstrukci, ale nemá žádnou tuhost
• spřažená (konečná) fáze, dlouhodobá zatížení: působící dlouhodobá zatížení jsou přenášena spřaženou konstrukcí; účinky dotvarování jsou zohledněny redukovanou tuhostí betonu
• spřažená (konečná) fáze, krátkodobá zatížení: působící krátkodobá zatížení jsou přenášena spřaženou konstrukcí; účinky dotvarování nejsou a použije se plná tuhost betonu

Pro zohlednění těchto fází se upravuje tuhost betonu. Každý zatěžovací stav je přiřazen do jedné z těchto fází. Standardně jsou zatěžovací stavy přiřazovány takto:

• zatěžovací stavy s vlastní tíhou do fáze výstavby
• stálé zatěžovací stavy do spřažené (konečné) fáze pro dlouhodobá zatížení
• proměnné zatěžovací stavy do spřažené (konečné) fáze pro krátkodobá zatížení

Alokace zatěžovacích stavů do fází lze ověřit či změnit ve vlastnostech zatěžovacího stavu.

Kromě toho je možné si zobrazit přehled přiřazení zatěžovacích stavů ve správci Zatěžovacích stavů a fází.

Zatěžovací stavy lze přesouvat mezi fázemi. Tlačítko Automaticky vrátí všechna nastavení na výchozí hodnoty (viz výše).

Nastavení pro spřažené konstrukce

Nastavení pro spřažené konstrukce je přístupné přes stromovou nabídku pro spřažené konstrukce. Obsahuje řadu nastavení vztahujících se ke spřaženému výpočtovému modelu a k posudkům spřažených prvků. Zde jsou podrobně popsána pouze nastavení týkající se spřaženého výpočtového modelu. Tato nastavení ovlivňují výpočtový model. Nastavení pro posudky spřažených prvků budou popsána později ("Composite Checks").

Zohlednit dotvarování		určuje, zda se dotvarování zohlední ve spřaženém výpočtovém modelu; je-li vypnuto, spřažená (konečná) fáze, dlouhodobá zatížení se nepoužije a jakékoli zatěžovací stavy přiřazené do této fáze se přesunou do spřažená (konečná) fáze, krátkodobá zatížení. Je-li dotvarování povoleno, všechny zatěžovací stavy ve spřažené (konečné) fázi, dlouhodobá zatížení se spočtou s redukovanou hodnotou modulu pružnosti (E) betonu pro spřažené desky, a to na základě jmenovité hodnoty a součinitele dotvarování.
Součinitel dotvarování		hodnota součinitele dotvarování pro výpočet účinků dotvarování ve spřažené (konečné) fázi, dlouhodobá zatížení.
Spřažené nosníky jsou podepřeny		určuje, zda se spřažené nosníky považují za podepřené během betonáže; je-li zapnuto, nepoužije se fáze výstavby a zatěžovací stavy do ní přiřazené se přesunou do spřažené (konečné) fáze, dlouhodobá zatížení nebo spřažené (konečné) fáze, krátkodobá zatížení v závislosti na nastavení dotvarování.
Stupeň spřažení pro nosníky se standardním spřažením		výchozí hodnota pro stupeň spřažení pro nosníky je se standardním spřažením; tato hodnota se použije pro spřažený nosník, je-li spojení nastaveno na výchozí. Spočte se ekvivalentní moment setrvačnosti, na základě požadovaného stupně spřažení, moment setrvačnosti samotného ocelového nosníku a transformovaný moment setrvačnosti spřaženého nosníku za předpokladu úplného spojení.
		definuje stupeň spojení spřaženého nosníku se standardním spřažením. Spočte se ekvivalentní moment setrvačnosti, na základě požadovaného stupně spřažení, moment setrvačnosti samotného ocelového nosníku a transformovaný moment setrvačnosti spřaženého nosníku za předpokladu úplného spojení. Tento přístup vychází z AISC 360 10 rovnice (C - I3 4). V případě přístupu Návrh lze hodnotu pouze přečíst a je určena automaticky v závislosti na zvoleném návrhovém přístupu. Aby se spočetly správné deformace v případě přístupu Posudek, musí zadaná hodnota odpovídat stupni spojení vycházejícímu z počtu zadaných trnů. Pokud zadaná hodnota neodpovídá stupni spojení spočtenému z počtu zadaných trnů, lze dílce v modelu aktualizovat se spočteným stupněm spojení pomocí volby Aplikovat návrh v modelu.
Generovat spřažené kombinace		definuje, zda se kombinace zatěžovacích stavů generují automaticky při spuštění výpočtu a obsahují zatěžovací stavy podle fází spřažení; jedná se o normově závislé nastavení, viz seznam generovaných kombinací níže
Délka prvků opláštění		výchozí hodnota pro délku konstrukčních prvků profilovaného plechu; toto nastavení se zohlední při posudku klopení pro stanovení stabilizačního účinku profilovaných plechů na ocelové nosníky
Redukční součinitel pro ortotropii jednosměrné mostovky		redukční součinitel pro složky tuhosti v měkkém směru; příslušné složky jmenovité matice ortotropie se vydělí tímto součinitelem, podrobnosti "Spřažený výpočtový model - teorie"
Ve fázi výstavby použít tíhu čerstvého betonu		zapnutí této možnosti vede k tomu, že vlastní tíha spřažené desky se počítá odděleně pro ocel a beton; zatěžovací stavy pro vlastní tíhu se rozdělí na 3 dílčí stavy pro vlastní tíhu: VT: původní zatěžovací stav pro vlastní tíhu, obsahuje vlastní tíhu celé konstrukce kromě tíhy debotonovávané desky VT-čerstvý: obsahuje vlastní tíhu dobetonovávané desky, použije se tuhost čerstvého betonu definovanou ve vlastnostech materiálu; tento zatěžovací stav se použije v kombinacích fází výstavby VT-suchý: obsahuje vlastní tíhu dobetonovávané desky, použije se tuhost suchého betonu (standardní tuhost) definovanou ve vlastnostech materiálu; tento zatěžovací stav se použije v kombinacích konečné fáze

V praxi jsou všechny zatěžovací stavy vlastní tíhy vždy přiřazeny do fáze výstavby, protože tíha betonu je přenášena konstrukcí před tím, než začne spřažení působit

Automatická generace kombinací

Kombinace zatěžovacích stavů pro spřaženou konstrukci se mohou generovat automaticky při spuštění výpočtu. Tato funkcionalita je normově závislá. Pro AISC 360 (IBC), lze vybrat kombinace LRFD nebo ASD.

Generované kombinace pro EN 1994

Všechny generované kombinace pro AISC 360 LRFD

Generované kombinace pro AISC 360 ASD

O výsledcích...

Většina standardních výsledků je při použití spřaženého výpočtového modelu k dispozici ve standardní podobě (přemístění, vnitřní síly, reakce v podporách atd.)

Existují však určitá omezení týkající se výstupu napětí.

• napětí v 1D dílcích lze zobrazit pouze ne excentrické části (ocelovém profilu) spřaženého nosníku s pokročilou spřaženou akcí a bez spřažení; výstup napětí na nosnících se standardní spřaženou akcí není v tuto chvíli podporován
• napětí na 2D dílcích (spřažené desky a ocelové desky) nejsou podporována v důsledku jejich ortotropního chování, které by vyžadovalo speciální zpracování dat nekompatibilní se standardním výstupem 2D napětí

S napětími lze však podrobně pracovat ve Spřažených posudcích.

Příklad

Jednoduchá spřažená budova modelovaná pro spřažené posudky podle IBC: CAM_demo_IBC.esa

Open topic with navigation