La struttura trasmette i propri carichi attraverso i vincoli alle fondazioni. Senza vincolo esterno, tutti i nodi sarebbero liberi e i loro spostamenti e rotazioni non sarebbero impedite. Affinché un nodo funga da vincolo, almeno uno dei gradi di libertà deve essere bloccato o limitato tramite una molla. Inoltre, il nodo deve far parte di una superficie o di un'asta.
Le deformazioni imposte di un nodo sono possibili solo per nodi adeguatamente vincolati.
Se si desidera assegnare proprietà non lineari a un vincolo del nodo, è possibile definire criteri di rottura per forze di trazione o di compressione, rottura e snervamento oppure diagrammi di lavoro e di rigidezza.
Il simbolo del nome di un vincolo del nodo personalizzato identifica i gradi di libertà vincolati. Sono predefiniti i seguenti tipi di vincolo:
- Cerniera
- Fisso
- Scorrevole
- Scorrevole in X‘
- Scorrevole in Y'
Base
La scheda Base gestisce i parametri fondamentali del vincolo.
Sistema di coordinate
Ogni vincolo del nodo possiede un sistema di coordinate locale. Per impostazione predefinita, è orientato parallelamente agli assi globali X, Y e Z. Se è stato creato un sistema di coordinate personalizzato oppure lo si definisce con il pulsante
, è possibile utilizzare anche questo sistema di riferimento.
Condizioni del vincolo
Le condizioni del vincolo sono suddivise in gradi di libertà 'Traslatori' e 'Rotatori'. I primi descrivono i vincoli esterni nella direzione degli assi del vincolo, i secondi i vincoli attorno a tali assi.
Per definire un vincolo esterno o un vincolo, attivare la casella di controllo per l'asse corrispondente. Il segno di spunta indica che il grado di libertà è bloccato e che lo spostamento o la rotazione del nodo nella o attorno alla direzione corrispondente non è possibile.
Se non è presente alcun vincolo esterno o vincolo, rimuovere il segno di spunta dalla casella di controllo corrispondente. La costante della molla di traslazione o di rotazione viene quindi impostata su zero. È possibile adattare in qualsiasi momento la 'Costante elastica' per modellare un vincolo esterno elastico del nodo. Immettere le rigidità della molla come valori di progetto.
Nella colonna Non linearità è possibile controllare in modo mirato la trasmissione delle forze interne per ogni componente. A seconda del grado di libertà, nell'elenco delle non linearità sono disponibili le voci appropriate per la selezione.
I vincoli con effetto non lineare sono rappresentati nella grafica con un colore diverso.
Rottura se forza/momento vincolare negativo o positivo
In questo modo è possibile controllare in modo semplice se il vincolo può assumere solo forze o momenti positivi o negativi: se agisce una forza o un momento nella direzione vietata, questa componente del vincolo si disattiva. Le restanti trattenute e i restanti vincoli rimangono efficaci.
Le direzioni 'negativo' e 'positivo' si riferiscono alle forze o ai momenti che vengono introdotti nel vincolo del nodo rispetto ai rispettivi assi (quindi non le forze di reazione del vincolo). I segni derivano dalla direzione degli assi globali: se ad esempio l'asse globale Z è diretto verso il basso, il caso di carico "Peso proprio" genera una forza vincolare positiva PZ.
Rottura completa se forza/momento vincolare negativo o positivo
A differenza della rottura di una singola componente descritta sopra, il vincolo si disattiva completamente non appena la componente non è più efficace.
Se si seleziona un'altra non linearità, è possibile definire i parametri nelle schede Attività parziale, Diagramma o Attrito.
Opzioni
Tramite le caselle di controllo di questa sezione è possibile definire ulteriori proprietà del vincolo del nodo. A seconda della selezione, vengono aggiunte le schede Direzione specifica o Rigidezza tramite colonna fittizia. Se l'Add-on 'Verifica calcestruzzo' è attivato, è disponibile un'ulteriore casella di controllo per la definizione delle Dimensioni del vincolo.
Direzione specifica
La scheda Direzione specifica offre la possibilità di ruotare il vincolo. In questo modo non è necessario creare un sistema di coordinate personalizzato.
Tipo di direzione
Per l'orientamento del vincolo sono disponibili diverse possibilità: è possibile ruotare il vincolo attorno agli assi del vincolo X', Y' e Z', orientarlo su uno o due nodi o disporlo parallelo a un'asta o a una linea. Gli oggetti possono essere selezionati graficamente tramite il pulsante
.
Rigidezza tramite colonna fittizia
La scheda Rigidezza tramite colonna fittizia è particolarmente consigliata per vincoli puntuali di strutture 2D. Qui è possibile determinare le costanti elastiche del vincolo dai parametri di una colonna che non è modellata nel modello. Poiché inoltre un vincolo puntuale riproduce solo in modo rudimentale le condizioni nella zona del capitello, sono disponibili appositi macroelementi di colonna. RFEM determina dalle condizioni al contorno le rigidità della molla del vincolo. In questo modo è possibile ottenere una modellazione realistica senza gli effetti di singolarità che si verificherebbero con un vincolo fisso in un singolo nodo EF.
Parametri
Come 'Modello del vincolo esterno' sono disponibili tre approcci tra cui scegliere. Ciascuno è rappresentato nella grafica della finestra di dialogo.
- Nel modello 'Reazione del sottofondo su superficie' viene isolata una superficie nelle dimensioni della colonna e dotata di reazione elastica del sottofondo. I coefficienti di reazione del sottofondo si determinano dai dati geometrici e materiale della colonna.
- Nel modello 'Vincolo esterno elastico del nodo' viene isolata una superficie e vincolata puntualmente. Il vincolo è dotato di molle di traslazione e rotazione che derivano dai dati geometrici e materiale della colonna. Per considerare la maggiore rigidezza a flessione nella zona della colonna, la superficie viene raddoppiata internamente.
- Il modello 'Vincolo del nodo con Mesh EF adattata' corrisponde al vincolo esterno elastico del nodo, tuttavia non vengono applicate molle ai vincoli puntuali.
Immettere i dati della colonna necessari per la determinazione delle rigidità delle molle. La geometria del 'Capitello' può essere descritta come rettangolare o circolare, opzionalmente con una rotazione della colonna.
LAltezza della colonna' influenza le costanti delle molle di traslazione e rotazione.
Sezione e materiale della colonna
Per la determinazione delle rigidità delle molle sono necessari i valori caratteristici della sezione e del materiale della colonna. Se la colonna non è 'Identica al capitello' (quindi né rettangolare né circolare), è possibile selezionare nell'elenco la sezione della colonna adatta o definirne una nuova.
Selezionare il 'Materiale della colonna' nell'elenco. Con i pulsanti
e
è possibile creare un nuovo materiale.
Condizioni della colonna
Il tipo di vincolo esterno al capitello e alla base della colonna confluisce nella determinazione delle molle di traslazione e rotazione. Nell'elenco sono disponibili le seguenti possibilità:
- Cerniera
- Cedevole
- Rigido
Con l'opzione 'Cedevole' è possibile indicare in percentuale il grado di incastro alla base della colonna.
La 'Rigidezza a taglio' della colonna viene considerata per impostazione predefinita nella determinazione delle rigidità.
Molle del vincolo dovute a colonna fittizia
Questa sezione elenca le costanti delle molle del vincolo che risultano dalle proprietà geometriche e materiale della colonna. I valori vengono trasferiti nella scheda 'Base'.
Dimensioni del vincolo
Le dimensioni del vincolo sono necessarie per la determinazione della superficie di introduzione del carico nella verifica a punzonamento. Questa scheda è quindi accessibile solo quando l'Add-on Verifica calcestruzzo è attivato.
Definire per ogni componente del vincolo traslatorio il 'Tipo', che descrive la forma della superficie del vincolo – rettangolare o circolare. È quindi possibile definire nelle altre colonne la geometria del vincolo tramite le lunghezze o il diametro.
Attività parziale
L'Attività parziale di una componente del vincolo è disponibile come proprietà non lineare del vincolo (vedere immagine Selezione della non linearità del vincolo).
Definire l'attività del vincolo per lIntervallo negativo' nonché per lIntervallo positivo'. La convenzione dei segni è illustrata nella sezione Rottura. Nell'elenco 'Tipo' sono disponibili diversi criteri per l'efficacia del vincolo.
- Completa: la componente del vincolo esterno è pienamente efficace.
- Fissa da spostamento/rotazione del vincolo: la rigidezza della molla di traslazione o rotazione è efficace solo fino a un determinato spostamento o rotazione. In caso di superamento diventa efficace un vincolo fisso rispettivamente un vincolo.
- Rottura da forza/momento vincolare: il vincolo è efficace solo fino a una determinata forza o momento. In caso di superamento il vincolo si disattiva.
- Snervamento da forza/momento vincolare: il vincolo è efficace solo fino a una determinata forza o momento. In caso di superamento le deformazioni aumentano, ma non più le tensioni.
- Rottura: la componente del vincolo esterno non è efficace.
La maggior parte dei tipi di vincolo esterno è combinabile con uno 'Scorrimento', per cui il vincolo diventa efficace solo dopo un determinato spostamento o rotazione.
Diagramma
Il Diagramma di una componente del vincolo è disponibile come proprietà non lineare del vincolo (vedere immagine Selezione della non linearità del vincolo).
Definire nella colonna 'Spostamento' rispettivamente 'Rotazione' il numero di punti di definizione del diagramma di lavoro con i valori corrispondenti. Nella colonna 'Forza' rispettivamente 'Momento' è quindi possibile assegnare i valori delle ascisse degli spostamenti o rotazioni alle forze o momenti vincolari.
Con il pulsante
è possibile importare il diagramma da una tabella Excel. Se l'ordine dei punti di definizione non è corretto, è possibile ordinare le voci in modo crescente con il pulsante
.
Per lInizio del diagramma' e la 'Fine del diagramma' sono disponibili i seguenti criteri:
- Rottura: il vincolo è efficace solo fino al valore massimo della forza o del momento. In caso di superamento il vincolo si disattiva.
- Snervamento: il vincolo è efficace solo fino al valore massimo della forza o del momento. In caso di superamento le deformazioni aumentano, ma non più le tensioni.
- Continuo: oltre l'intervallo di definizione viene applicata la costante elastica dell'ultimo passaggio.
- Fine corsa: la deformazione ammissibile è limitata al valore massimo dello spostamento o della rotazione. In caso di superamento diventa efficace un vincolo fisso rispettivamente un vincolo.
Diagramma di rigidezza
Il Diagramma di rigidezza di una componente del vincolo è disponibile come proprietà non lineare di un vincolo rotatorio.
Definire dapprima nell'elenco 'Rigidezza dipendente da' (in basso nella scheda) la componente della forza vincolare da cui dipende la rigidezza della molla. L'opzione |P| rappresenta la forza vincolare risultante.
Definire poi nella colonna 'Forza' il numero di punti di definizione del diagramma di lavoro con i valori caratteristici corrispondenti. Nella colonna 'Molla' è quindi possibile assegnare le rispettive costanti elastiche.
Per lInizio del diagramma' e la 'Fine del diagramma' sono disponibili i seguenti criteri:
- Rottura: il vincolo è efficace solo fino al valore massimo della forza. In caso di superamento il vincolo si disattiva.
- Snervamento: il vincolo è efficace solo fino al valore massimo della forza. In caso di superamento le deformazioni aumentano, ma non più le tensioni.
- Continuo: oltre l'intervallo di definizione viene applicata la costante elastica dell'ultimo passaggio.
Attrito
Nell'elenco 'Non linearità' sono disponibili quattro possibilità per definire l'Attrito del vincolo traslatorio in funzione di un'altra componente del vincolo (vedere immagine Selezione della non linearità del vincolo).
Le forze vincolari trasmesse vengono messe in relazione con le forze di compressione che agiscono in un'altra direzione. A seconda della selezione nella scheda 'Base', l'attrito dipende da una sola forza vincolare o dalla forza totale di due forze vincolari agenti contemporaneamente. Tra forza vincolare e forza di attrito esiste la seguente relazione:
La FAQ 003537 spiega come considerare l'attrito su un vincolo del nodo.
Il seguente modello di colonna mostra un vincolo in cui le forze orizzontali vengono trasmesse tramite attrito. Le forze orizzontali non devono tuttavia superare il 10% della forza verticale. Nel CO 1 questa condizione è rispettata. Nel CO 2 il modello diventa instabile poiché il carico orizzontale è troppo grande.
Cerniera per impalcature
La Cerniera per impalcature è disponibile come proprietà non lineare del vincolo per i gradi di libertà rotatori φX e φY. In questo modo è possibile definire vincoli per impalcature per strutture temporanee come ponteggi di lavoro o puntelli di cantiere.
Nella scheda 'Cerniera per impalcature' è possibile definire il diagramma di lavoro M-φ. I parametri sono descritti in dettaglio nella product feature Vincoli per impalcature.
