Rozszerzenie Aluminum Design można aktywować w zakładce „Rozszerzenia” okna „Dane podstawowe”, natomiast preferowaną normę można ustawić w zakładce „Norma I”, jak pokazano na rysunkach 1 i 2.
Konstrukcje aluminiowe można modelować przy użyciu odpowiednich materiałów z biblioteki materiałów RFEM 6. Można również definiować materiały i dodawać je do biblioteki. Ważne jest jednak, aby dane określone w odniesieniu do materiałów, a także w odniesieniu do kombinacji obciążeń i kombinacji wyników, były zgodne z koncepcją obliczeniową normy. Przy projektowaniu według norm europejskich należy uwzględnić następujące dokumenty:
- Podstawy projektowania konstrukcji (Eurokod 0) – w celu uzyskania częściowych współczynników bezpieczeństwa dla obciążeń oraz zasad ich kombinowania
- Oddziaływania na konstrukcje (Eurokod 1) – w celu uwzględnienia obciążeń istotnych dla projektowanych konstrukcji i budynków
- Projektowanie konstrukcji aluminiowych (Eurokod 9) – w celu zastosowania zasad projektowania konstrukcji aluminiowych
Kombinacje obciążeń i kombinacje wyników można tworzyć w RFEM automatycznie, zgodnie z normą, lub ręcznie. W obu przypadkach obciążenia można nakładać przy użyciu standardowej procedury nakładania obciążeń w RFEM.
Właściwości projektowania
Po zamodelowaniu konstrukcji, nałożeniu obciążeń i utworzeniu kombinacji obciążeń oraz kombinacji wyników należy aktywować właściwości projektowania pręta lub zbioru prętów, które mają być projektowane (rysunek 3). Umożliwi to zdefiniowanie typów projektowania dla projektowania aluminium, konfiguracji projektowania oraz podparć projektowych niezbędnych do przeprowadzenia obliczeń. To samo dotyczy prętów lub zbiorów prętów projektowanych przez reprezentantów.
Typy projektowania
Typy projektowania aluminium obejmują definicję długości efektywnych, lokalnych redukcji przekrojów (uwzględnianych tylko w obliczeniach na rozciąganie) oraz spoin poprzecznych (rysunek 4). Zdefiniowanie długości wyboczeniowych jest niezbędne do określenia obciążenia krytycznego dla utraty stateczności. Po przypisaniu długości wyboczeniowej do interesującego obiektu ustawienia i długości efektywne są uwzględniane w analizie stateczności. W dalszej części projektowania można uwzględnić lokalne osłabienie przekroju poprzecznego (na przykład otwory śrubowe) związane z obiektem, przypisując lokalną redukcję przekroju pręta w odpowiednim oknie. Dodatkowo można uwzględnić lokalną redukcję wytrzymałości w strefie wpływu ciepła (HAZ) spowodowaną spoinami poprzecznymi.
Konfiguracje projektowania
Konfiguracje projektowania można otworzyć albo przez okno „Edytuj pręt”, albo przez „Dane wejściowe” tabeli Aluminum Design. Specyfikacje w ramach konfiguracji projektowania dotyczą wszystkich obiektów, do których ta konfiguracja jest przypisana. Jeżeli do obiektu przeznaczonego do projektowania nie jest przypisana żadna konfiguracja projektowania, dla tego obiektu nie są przeprowadzane obliczenia stanu granicznego nośności ani stanu granicznego użytkowalności.
Eurokody zalecają przeprowadzanie obliczeń dla dwóch stanów granicznych: stanu granicznego nośności oraz stanu granicznego użytkowalności. Pierwszy odnosi się do sytuacji, w której sprawdzane jest bezpieczeństwo konstrukcji w celu uniknięcia katastrofy i awarii konstrukcji, natomiast drugi odnosi się do określonych wymagań dotyczących normalnego użytkowania konstrukcji. W przypadku konstrukcji aluminiowych obejmują one wymagania dotyczące ugięcia, a w pewnych okolicznościach również drgań. Ze względu na niski moduł sprężystości aluminium stan ten jest ogólnie krytyczną sytuacją obliczeniową dla konstrukcji aluminiowych.
Konfiguracja projektowania nośności
Konfigurację nośności można utworzyć, definiując różne ustawienia wpływające na projektowanie aluminium (rysunek 5). Na przykład można zdefiniować, czy oprócz obliczeń przekroju poprzecznego mają być przeprowadzane sprawdzenia stateczności, a także dostosować dalsze ustawienia z tym związane. Ponadto dostępna jest opcja Wartości graniczne dla przypadków specjalnych, która pozwala pominąć w obliczeniach pewne siły wewnętrzne, nieistotne dla nośności. Jeżeli nie korzysta się z tej opcji, określone obliczenia mogą zostać uniemożliwione lub może zostać wymuszone użycie bardziej niekorzystnych wzorów interakcji.
W zależności od wybranej normy projektowania w konfiguracji stanu granicznego nośności dostępne są inne opcje, takie jak aktywowanie sprężystego projektowania przekroju poprzecznego, alternatywne wartości współczynników kształtu i wykładników we wzorach interakcji lub dalsze ustawienia szczegółowe dla obliczeń wyboczenia lokalnego lub wyboczenia przy ścinaniu. Dla normy projektowej EN 1999 odpowiednie współczynniki zgodnie z wybranym załącznikiem krajowym można znaleźć w Parametrach normowych okna, ale można je również dostosować wartością zdefiniowaną przez użytkownika.
Konfiguracja projektowania użytkowalności
Konfiguracje użytkowalności można utworzyć w postaci granic ugięcia, które należy sprawdzić w obliczeniach (rysunek 6). Granice te odnoszą się do długości odniesienia pręta, która jest określana na podstawie podparć projektowych zdefiniowanych w zakładce „Podparcia projektowe i ugięcie”. Innymi słowy, okno „Podparcia projektowe i ugięcie” pokazane na rysunku 7 służy do zdefiniowania warunków brzegowych dla obliczeń stanu granicznego użytkowalności w ramach projektowania aluminium.
Ustawienia globalne
Ustawienia globalne dla projektowania aluminium można otworzyć, klikając ikonę Globalne ustawienia rozszerzenia wskazaną na rysunku 8. Ustawienia te są niezależne od normy projektowej, ale wartości standardowe mogą się różnić. Po kliknięciu przycisku „Przywróć wartości domyślne” ustawienia domyślne okna dialogowego są przywracane zgodnie z wybraną normą projektową.
Dodatkowe opcje dla projektowania aluminium
RFEM 6 oferuje dalsze opcje wpływające na projektowanie aluminium. Na przykład można przypisać do prętów inne typy (takie jak mimośrody pręta lub przeguby prętowe), jak pokazano na rysunku 9. Można również uwzględnić usztywnienia poprzeczne prętów w celu usztywnienia obszarów prętów podatnych na wyboczenie. Są one stosowane na przykład dla wysokich belek lub punktów przyłożenia dużych obciążeń skupionych. Można również zdefiniować utwierdzenia skrętne pręta w celu uwzględnienia utwierdzenia skrętnego wokół osi podłużnej pręta lub zbioru prętów zapewnionego przez elementy takie jak blacha trapezowa czy płatwie. Panele usztywniające prętów mogą być używane do uwzględnienia podparcia bocznego zapewnionego przez stężenia lub blachę trapezową. Oba są uwzględniane przez wewnętrzny solver wartości własnych przy wyznaczaniu sprężystego momentu krytycznego lub współczynnika obciążenia krytycznego dla zwichrzenia.
Obliczenia
Przed rozpoczęciem projektowania ważne jest sprawdzenie „Danych wejściowych” rozszerzenia Aluminum Design. Na przykład ustawienia domyślne zakładają uwzględnienie wszystkich sytuacji obliczeniowych w projektowaniu. Można jednak zdezaktywować sytuację obliczeniową dla projektowania aluminium, odznaczając pole wyboru „Do projektowania”; wówczas dla tej sytuacji obliczeniowej nie będą przeprowadzane żadne sprawdzenia.
Ten wybór jest zsynchronizowany z wyborem rozszerzenia Aluminum Design w ustawieniach sytuacji obliczeniowych, jak pokazano na rysunku 10. Należy podkreślić, że nie można projektować pojedynczych przypadków obciążenia, kombinacji obciążeń ani kombinacji wyników. Zamiast tego należy przypisać te kombinacje do sytuacji obliczeniowej.
W podobny sposób wszystkie typy obiektów występujące w modelu są wyświetlane w tabeli Aluminum Design (rysunek 11). Po zaznaczeniu pola wyboru „Projektuj wszystko” wszystkie dostępne obiekty zostaną wybrane do projektowania. Alternatywnie można ręcznie określić obiekty przeznaczone do projektowania/usunięte z projektowania, odznaczając pole wyboru „Projektuj wszystko” i wpisując numery obiektów lub wybierając graficznie interesujące obiekty.
Pręty z innym materiałem (na przykład betonem lub drewnem) lub z nieodpowiednim przekrojem (na przykład grubościennym przekrojem pełnym) dla projektowania aluminium są automatycznie rozpoznawane i wykluczane z projektowania. Ponadto powierzchnie aluminiowe nie są uwzględniane w projektowaniu przez rozszerzenie Aluminum Design; można je oceniać, stosując zamiast tego rozszerzenie Analiza naprężeniowo-odkształceniowa.
Rozszerzenie Aluminum Design można uruchomić, wybierając przycisk Pokaż wyniki w tabeli wejściowej (rysunek 11) lub wybierając Aluminum Design w oknie dialogowym „Do obliczenia”. Po rozpoczęciu obliczeń wyświetlany jest postęp obliczeń, a także kroki obliczeniowe i bieżący przebieg obliczeń.
Wyniki
Po zakończeniu obliczeń decydujące wyniki oraz stopnie wykorzystania na prętach lub zbiorach prętów są dostępne w tabeli Wyniki. Wyniki rozszerzenia Aluminum Design można również wyświetlić graficznie za pośrednictwem zakładki Wyniki nawigatora. Jeżeli podczas obliczeń wystąpią ostrzeżenia lub błędy albo kryterium obliczeniowe nie zostanie spełnione, jest to pokazane w Przeglądzie tabeli.
Oprócz tych wyników dla prętów lub zbiorów prętów można wyświetlić kontrolę smukłości. Opiera się ona na porównaniu smukłości dla wyboczenia giętnego obliczonej ze stosunku długości wyboczeniowej do promienia bezwładności z jednej strony oraz wartości granicznych z Ustawień globalnych z drugiej strony.
Ponieważ nośność na wyboczenie jest sprawdzana w ramach analizy stateczności, kontrola smukłości nie stanowi rzeczywistego warunku projektowego i nie jest uwzględniona w domyślnej tabeli wyników. Aby wyświetlić te sprawdzenia, należy aktywować tabele wyników smukłości w Menedżerze tabel wyników, dostępnym przez ikonę wskazaną na rysunku 12.
Szczegółowe warunki projektowe dla każdego typu warunku projektowego można wyświetlić, klikając je dwukrotnie lub używając ikony Szczegóły warunku projektowego. Oprócz wzorów szczegółowe wyniki zawierają odniesienia do norm, dzięki czemu można precyzyjnie prześledzić warunki projektowe i szczegółowo zrozumieć wykonane sprawdzenia.
Uwagi końcowe
Rozszerzenie Aluminum Design w RFEM 6 pozwala projektować pręty aluminiowe dla stanów granicznych nośności i użytkowalności według norm Unii Europejskiej EN 1999-1-1:2013-12 (Eurokod 9) oraz normy Stanów Zjednoczonych ADM 2020. Dane zdefiniowane w odniesieniu do materiałów, obciążeń oraz kombinacji obciążeń i kombinacji wyników powinny być zgodne z koncepcją obliczeniową preferowanej normy.
Odpowiednie obciążenia można nakładać zgodnie ze standardową procedurą nakładania obciążeń w RFEM, natomiast dane niezbędne do projektowania można zdefiniować, aktywując Właściwości projektowania pręta lub zbioru prętów będącego przedmiotem zainteresowania. Po zdefiniowaniu właściwości projektowania można przeprowadzić obliczenia, a wyniki są dostępne zarówno w formie tabelarycznej, jak i graficznej.
