Vincoli esterni dei nodi

I vincoli esterni vengono utilizzati per trasferire i carichi applicati da un sistema strutturale alle fondazioni. Senza vincoli esterni, tutti i nodi sarebbero liberi e potrebbero essere spostati o ruotati liberamente. Affinché un nodo agisca come vincolo esterno, almeno uno dei suoi gradi di libertà deve essere vincolato da una molla o bloccato. Inoltre, il nodo deve essere parte di una superficie o di un asta.

Le deformazioni imposte di un nodo sono possibili solo per nodi opportunamente vincolati.

Se desiderate assegnare proprietà non lineari a un vincolo esterno del nodo, potete definire criteri di rottura per forze di trazione o compressione, strappamento e snervamento, diagramma delle tensioni-deformazioni e della rigidezza.

Il simbolo di un vincolo esterno del nodo personalizzato indica i gradi di libertà mantenuti. Sono predefiniti i seguenti tipi di vincoli:

• Cerniera
• Incastro
• Carrello
• Carrello in X‘
• Carrelloin Y'

Principale

La scheda Principale gestisce i parametri fondamentali del vincolo.

Sistema di coordinate

Ogni vincolo esterno del nodo ha un proprio sistema di coordinate locali. Di default, è orientato parallelamente agli assi globali X, Y e Z. Se avete creato un sistema di coordinate definito dall'utente o uno definito con il pulsante , potete usare anche questo sistema di riferimento.

Condizioni dei vincoli esterni

Le condizioni dei vincoli esterni sono suddivise tra gradi di libertà 'Traslazionali' e 'Rotazionali'. I gradi di traslazione descrivono i vincoli nella direzione degli assi del vincolo; i gradi di rotazione descrivono i vincoli attorno a questi assi.

Per definire un vincolo esterno, selezionare la casella di spunta per l'asse corrispondente. Il segno di spunta simboleggia che il grado di libertà è bloccato e che lo spostamento o la rotazione del nodo in, o attorno alla direzione corrispondente non sono possibili.

Se non è disponibile alcun vincolo esterno o vincolo, deselezionare la casella di spunta corrispondente. La costante della molla traslazionale o rotazionale viene quindi impostata a zero. È possibile modificare la "Costante della molla" in qualsiasi momento per modellare un vincolo esterno elastico del nodo. Inserire le rigidezze della molla come valori di progetto.

Nella colonna 'Non linearità', è possibile controllare in modo specifico il trasferimento di forze e momenti interni per ciascun componente. A seconda del grado di libertà, sono disponibili voci appropriate per la selezione nell'elenco delle non linearità.

I vincoli esterni che agiscono in modo non lineare sono rappresentati graficamente con colori diversi.

Rottura se la forza/momento del vincolo esterno è negativo o positivo

Ciò consente di controllare facilmente se il vincolo esterno può assorbire solo forze o momenti positivi o negativi: se una forza o un momento agisce nella direzione non voluta, quel particolare componente del vincolo esterno cede. I vincoli rimanenti rimangono efficaci.

Le direzioni "negative" o "positive" si riferiscono alle forze o ai momenti applicati al vincolo esterno del nodo rispetto ai rispettivi assi (non si riferiscono alle forze di reazione da parte del vincolo). I segni derivano dalla direzione degli assi globali: ad esempio, se l'asse Z globale è orientato verso il basso, il caso di carico "Peso proprio" risulta in una forza del vincolo positiva P_Z.

Rottura totale se la forza/momento del vincolo esterno è negativo o positivo

A differenza della rottura di un singolo componente sopra menzionata, il vincolo esterno collassa completamente quando il componente diventa inefficace.

Selezionando una non linearità diversa, è possibile definire i parametri nelle schede Attività parziale, Diagramma o Attrito.

Opzioni

Utilizziamo le caselle di spunta in questa sezione di dialogo per definire ulteriori proprietà del vincolo esterno del nodo. A seconda della selezione, vengono aggiunte le schede Direzione specifica o Rigidezza tramite pilastro fittizio . Se l'add-on "Verifica calcestruzzo" è attivato, è disponibile un'ulteriore casella di spunta per definire le Dimensioni del vincolo.

Direzione specifica

La scheda Direzione specifica consente di ruotare il vincolo esterno. Ciò significa che non è necessario creare un sistema di coordinate definito dall'utente.

Tipo di direzione

Per l'orientamento del vincolo esterno sono disponibili diverse opzioni: potete ruotare il vincolo esterno attorno agli assi dell'vincolo X', Y' e Z', orientarlo verso un nodo o due nodi oppure disporlo parallelamente a un'asta o una linea. Gli oggetti possono essere selezionati graficamente con il pulsante .

Rigidezza tramite pilastro fittizio

La scheda Rigidezza tramite pilastro fittizio è particolarmente consigliata per i vincoli puntuali di strutture 2D. Qui è possibile determinare le costanti elastiche del vincolo a partire dai parametri di un pilastro non rappresentato nel modello. Inoltre, poiché un vincolo puntuale descrive le condizioni nell'area della sommità della colonna solo in modo schematico, sono disponibili macro elementi di pilastri specifici. RFEM determina le costanti elastiche del vincolo a partire dalle condizioni al contorno. Ciò consente una modellazione realistica senza effetti di singolarità che si verificherebbero per un vincolo esterno a incastro in un singolo nodo FE.

Parametri

Come "Modello del vincolo esterno", sono disponibili tre approcci selezionabili, rappresentati simbolicamente nella finestra di dialogo.

• Con il modello "Fondazioni elastiche di superficie", una superficie vincolata elasticamente viene staccata entro le dimensioni del pilastro. I coefficienti di fondazione vengono calcolati in base alla geometria e ai dati del materiale del pilastro.
• Con il modello "Vincolo esterno del nodo elastico", una superficie viene staccata e vincolata in modo puntiforme. Il vincolo è dotato di molle traslazionali e rotazionali, che derivano dalla geometria e dai dati del materiale della pilastro. Per tenere conto della maggiore rigidezza flessionale nell'area del pilastro, la superficie viene raddoppiata internamente.
• l modello "Vincolo esterno del nodo con mesh FE adattata" corrisponde al Vincolo esterno del nodo elastico, ma non vengono applicate molle ai vincoli puntuali.

Inserire i dati del pilastro necessari per determinare le rigidezze delle molle. La geometria della "Sommità della colonna" può essere descritta come rettangolare o circolare, eventualmente mediante una rotazione della colonna.

L' "Altezza del pilastro colonna" influenza le costanti delle molle traslazionali e rotazionali.

Sezione trasversale e materiale del pilastro

La sezione trasversale e le proprietà del materiale del pilastro sono necessarie per determinare le rigidezze delle molle. Se il pilastro non è "uguale alla sommità del pilastro" (né rettangolare né circolare), è possibile selezionare la sezione trasversale appropriata dall'elenco o definirne una nuova.

Selezionare il "Materiale della colonna" dall'elenco. È possibile creare un nuovo materiale utilizzando i pulsanti e .

Condizioni del pilastro

Il tipo di vincolo esterno alla sommità e alla base del pilastro è incluso nella determinazione delle molle traslazionali e rotazionali. Le seguenti opzioni sono disponibili per la selezione nell'elenco:

• Cerniera
• Semirigido
• Rigido

Se è selezionata l'opzione "Semirigido", è possibile specificare il grado di vincolo alla base del pilastro in percentuale.

La "Rigidezza a taglio" del pilastro viene presa in considerazione di default durante la determinazione delle rigidezze.

Molle del vincolo dovute al pilastro fittizio

Questa sezione elenca le costanti delle molle dei vincoli che risultano dalla geometria e dalle proprietà del materiale del pilastro. I valori vengono trasferiti alla scheda "Principale".

Dimensioni del vincolo esterno

Le dimensioni del vincolo esterno sono necessarie per determinare l'area di carico per la verifica a taglio-punzonamento. Questa scheda è quindi accessibile solo se l'add-on Verifica calcestruzzo è attivato.

Definire il "Tipo" per ciascun componente del supporto traslazionale, descrivendo la forma della superficie del vincolo, che può essere rettangolare o circolare. È quindi possibile definire la geometria del vincolo nelle altre pilastri utilizzando le lunghezze o il diametro.

Attività parziale

L' Attività parziale di un componente del vincolo è disponibile come proprietà non lineare del vincolo (vedere immagine Selezione della non linearità del vincolo esterno).

Definite il comportamento dell'appoggio per la 'Zona negativa' e la 'Zona positiva'. La regolazione del segno è descritta nella sezione Rottura. Nella lista dei 'Tipi' sono disponibili vari criteri per l'efficacia dell'appoggio.

• Completo: il componente del vincolo esterno è completamente efficace.
• Incastro senza spostamento/rotazione: la rigidezza della molla traslazionale o rotazionale è efficace solo fino a un certo spostamento o rotazione. Se il limite viene superato, un vincolo a incastro diventa efficace.
• Strappamento da forza/momento del vincolo: il vincolo è efficace solo fino a una certa forza o momento. Se il limite viene superato, il vincolo esterno collassa.
• Snervamento da forza/momento del vincolo : il vincolo è efficace solo fino a una certa forza o momento. Se questo viene superato, le deformazioni aumentano ancora, ma non le tensioni.
• Rottura : il componente del vincolo non è efficace.

La maggior parte dei tipi di vincolo può essere combinata con uno "Scorrimento", il che significa che il vincolo esterno diventa efficace solo dopo un certo spostamento o rotazione.

Diagramma

Il Diagramma di un componente di vincolo è disponibile come proprietà non lineare del vincolo esterno (vedi immagine Selezione della non-linearità del vincolo).

Definire il numero di punti di definizione per il diagramma di lavoro inserendo i valori corrispondenti nella colonna "Spostamento" o "Rotazione". Quindi, nella colonna "Forza" o "Momento", è possibile assegnare le coordinate x degli spostamenti o delle rotazioni con forze vincolari o momenti.

Per la selezione "Inizio diagramma" e "Fine diagramma" sono disponibili i seguenti criteri:

• Strappamento: il vincolo esterno è efficace solo fino al valore massimo della forza o del momento. Se il limite viene superato, il vincolo collassa.
• Snervamento: il vincolo esterno è efficace solo fino al valore massimo della forza o del momento. Se questo viene superato, le deformazioni aumentano ancora, ma non le tensioni.
• Continuo: oltre l'intervallo di definizione, viene applicata la costante elastica dell'ultimo passaggio.
• Stop: la deformazione ammissibile è limitata al valore massimo dello spostamento o della rotazione. Se il limite viene superato un vincolo esterno a incastro diventa efficace.

Diagramma di rigidezza

Il Diagramma di rigidezza di un componente di vincolo esterno è disponibile come proprietà non lineare di un vincolo rotatorio.

Per prima cosa, andare all'elenco "Rigidezza dipendente da" (in basso nella scheda) e definire la componente della forza vincolare da cui dipende la costante elastica. L'opzione |P| rappresenta la forza vincolare risultante.

Quindi, nella colonna 'Forza', impostate il numero di punti di definizione del diagramma di lavoro con i valori corrispondenti. Nella colonna 'Molla', potete quindi assegnare le costanti della molla corrispondenti.

Per la selezione per "Inizio diagramma" e "Fine diagramma" sono disponibili i seguenti criteri:

• Strappamento: il vincolo esterno è efficace solo fino al valore massimo della forza. Se il limite viene superato, il vincolo collassa.
• Snervamento: il vincolo è efficace solo fino al valore massimo della forza. Se questo viene superato, le deformazioni aumentano ancora, ma non le tensioni.
• Continuo: oltre l'intervallo di definizione, viene applicata la costante elastica dell'ultimo passaggio.

Attrito

L'elenco "Non linearità" offre quattro opzioni per definire l' attrito del vincolo traslazionale in base a un altro componente del vincolo (vedere immagine Selezione della non linearità del vincolo).

Le forze vincolari trasferite sono correlate alle forze di compressione agenti in un'altra direzione. A seconda della selezione nella scheda "Principale", l'attrito dipende da una sola forza vincolare o dalla forza totale di due forze vincolari che agiscono simultaneamente. Esiste la seguente correlazione tra la forza vincolare e la forza di attrito:

FAQ 003537 descrive come si può tenere conto dell'attrito su un vincolo esterno del nodo.

Il seguente modello di pilastro mostra un vincolo in cui le forze orizzontali vengono trasferite per attrito. Tuttavia, le forze orizzontali non possono superare il 10% della forza verticale. In LC 1, questa condizione è soddisfatta. In LC 2, il modello diventa instabile perché il carico orizzontale è troppo elevato.

Cerniera del ponteggio

Una Cerniera del ponteggio è disponibile come proprietà non lineare del vincolo per i gradi di libertà di rotazione φ_X e φ_Y. Ciò consente di definire i vincoli di ponteggi per strutture temporanee, come impalcature o attrezzature di costruzione.

Nella scheda "Cerniera del ponteggio" è possibile definire il diagramma di lavoro M-φ. ​​I parametri sono descritti più dettagliatamente nella funzioni del prodotto Cerniera del ponteggio.