Podstawa

Karta Podstawy zarządza podstawowymi parametrami pręta. Jeśli w sekcji „Opcje" zaznaczysz pole wyboru, zwykle zostanie dodana kolejna karta dialogu. Tam możesz określić odpowiednie szczegóły.

Typ pręta

Typ pręta określa, w jaki sposób można przenieść siły wewnętrzne lub jakie właściwości są zakładane dla pręta. Na liście dostępne są różne typy prętów do wyboru.

Belka

Belka to pręt sztywny na zginanie, który może przenosić wszystkie siły wewnętrzne. Belka nie posiada przegubów na swoich końcach. Ten typ pręta może być obciążony przez wszystkie typy obciążeń.

Pręt sztywny

Pręt sztywny łączy przemieszczenia dwóch węzłów za pomocą sztywnego połączenia. Odpowiada on zatem w zasadzie łącznikowi. Pozwala to na definiowanie prętów o bardzo dużej sztywności z uwzględnieniem przegubów, które mogą również posiadać stałe sprężystości i nieliniowości. Występują niemal żadne problemy numeryczne, ponieważ sztywności są dopasowane do układu.

Dla prętów sztywnych siły wewnętrzne są wyświetlane, gdy w Nawigatorze - Wyniki w dole w kategorii „Pręty" aktywujesz opcję Wyniki dla łączników.

Dla prętów sztywnych przyjmuje się następujące sztywności:

Element typu "Żebro"

Za pomocą żeberek można odwzorować belki o przekroju teowym (podciągi). W tym typie pręta uwzględniane są mimośrody oraz współpracujące szerokości płyt w modelu MES.

Żebra nadają się przede wszystkim do prętów z betonu zbrojonego, ponieważ siły wewnętrzne i przekroje żebra wpływają na projektowanie konstrukcji betonowych. Blachę stalową z przyspawanym „żebrem" należy modelować jako powierzchnię z ekscentrycznie połączonym prętem.

Dla „Rozmieszczenia żebra" lista oferuje kilka możliwości wyboru.

Żebro to w zasadzie pręt umieszczony mimośrodowo. Mimośród jest wyznaczany automatycznie z połowy grubości powierzchni i połowy wysokości pręta. Można go jednak również zdefiniować ręcznie. Dzięki mimośrodowi żebra zwiększa się sztywność modelu. Przy rozmieszczeniu centrycznym oś środkowa żebra leży w środku powierzchni.

Współpracujące szerokości żebra należy zdefiniować w sekcji „Wymiary pasa" dla strony lewej i prawej. Zazwyczaj można zachować ustawienie „Znajdź automatycznie", za pomocą którego program wyznacza obie powierzchnie. Jeśli na linii pręta żebra zbiega się więcej niż dwie powierzchnie, należy ręcznie określić powierzchnie decydujące.

Do wprowadzenia szerokości całkowania b_-y,int i b_+y,int istnieją różne możliwości (patrz rys. Nowe żebro): Szerokości można wprowadzić bezpośrednio lub wyznaczyć automatycznie z długości pręta za pomocą opcji L_ref / 6 i L_ref / 8. Można je również określić zgodnie z wymaganiami normy, np. według „EC2" pkt 5.3.2.1.

Wartości b_y,int definiują szerokość powierzchni lub obszaru pobierania, z którego mają być całkowane siły wewnętrzne. Wartości b_y,eff reprezentują szerokość przekroju pasa żebra od środka środnika do odpowiedniej krawędzi. Domyślnie b_y,int i b_y,eff są zrównane. Można je jednak zdefiniować oddzielnie po kliknięciu przycisku .

Jeśli zdefiniowano węzły typu „Węzeł na pręcie", żebro można zdefiniować odcinkowo dla poszczególnych segmentów. Gdy zdefiniowano kilka segmentów, przesunięte względem siebie zakresy szerokości można połączyć liniowo za pomocą kolumny tabeli „Rozkład liniowy", aby zapobiec dużym skokom sztywności w żebrowym pręcie.

W modelach 3D współpracujące szerokości nie mają wpływu na sztywność, ponieważ zwiększona sztywność jest uwzględniana przez mimośrodowy pręt. Współpracujące szerokości wpływają jednak na rozkład sił wewnętrznych pręta i powierzchni.

Pręt kratownicowy

Pręt kratownicowy odpowiada belce z przegubami momentowymi na obu końcach. Dodatkowo obrót wokół osi podłużnej na początku pręta jest uwolniony za pomocą przegubu φ_x. W tym typie pręta momenty zginające i skręcające są wyświetlane na podstawie obciążeń pręta.

Pręt kratownicowy (tylko N)

Ten typ pręta kratownicowego o sztywności E ⋅ A jest zdolny do przenoszenia sił osiowych w postaci rozciągania i ściskania. Wyświetlane są tylko siły wewnętrzne węzłów. Pręt ma liniowy przebieg sił wewnętrznych, o ile na pręcie nie działa siła skupiona. Nie jest wyświetlany przebieg momentu, który mógłby powstać w wyniku ciężaru własnego lub obciążenia liniowego. Siły węzłowe są jednak obliczane z obciążeń pręta, co zapewnia poprawne przekazanie.

Krzyżulec wyboczeniowo stabilizowany (Buckling-Restrained Brace)

Typ Buckling-restrained brace umożliwia modelowanie pręta z rdzeniem stalowym (blacha lub przekrój krzyżowy) i otuliną wypełnioną betonem w kwadratowym lub okrągłym profilu zamkniętym. Jest on używany szczególnie w USA do usztywniania budynków zagrożonych trzęsieniami ziemi.

Rdzeń stalowy jest ruchomy w otulinie betonowej bez połączenia. Przy ściskaniu występuje „mikrowyboczenie" o wysokich postaciach własnych, ponieważ otulina uniemożliwia globalne wyboczenie całego pręta.

Dla sztywności pręta uwzględniany jest tylko rdzeń stalowy, a dla ciężaru własnego automatycznego również otulina betonowa z zewnętrzną powłoką stalową.

Pręt rozciągany

Pręt rozciągany może przenosić tylko siły rozciągające. Typ pręta odpowiada „Prętowi kratownicowemu (tylko N)", który przy sile ściskającej wypada.

Obliczenie układu prętów z prętami rozciąganymi odbywa się iteracyjnie: W pierwszym kroku wyznaczane są siły wewnętrzne wszystkich prętów. Jeśli pręty rozciągane otrzymają ujemną siłę osiową (ściskanie), rozpoczyna się kolejny krok iteracji. Składniki sztywności tych prętów nie są już uwzględniane – wypadły. Proces ten jest kontynuowany do momentu, gdy żaden pręt rozciągany nie wypadnie. Układ może stać się niestateczny z powodu wypadnięcia prętów rozciąganych.

Pręt ściskany

Pręt ściskany może przenosić tylko siły ściskające. Typ pręta odpowiada „Prętowi kratownicowemu (tylko N)", który przy sile rozciągającej wypada. Wypadające pręty ściskane mogą prowadzić do niestatecznego układu.

Pręt wyboczeniowy

Pręt wyboczeniowy odpowiada „Prętowi kratownicowemu (tylko N)", który nieograniczenie przenosi siły rozciągające, siły ściskające jednak tylko do osiągnięcia siły krytycznej. Dla przypadku Eulera 2 siła ta wyznacza się w następujący sposób:

Za pomocą tego typu pręta często można obejść niestateczności, które powstają przy obliczeniu nieliniowym według teorii II. lub III. rzędu wskutek wyboczenia prętów kratownicowych. Jeśli zastąpi się je (realistycznie) prętami wyboczeniowymi, w wielu przypadkach obciążenie krytyczne ulega zwiększeniu.

Pręt typu 'Kabel'

Kabel może być obciążany tylko na rozciąganie. Pozwala to uchwycić łańcuchy kablowe za pomocą obliczenia iteracyjnego według teorii III. rzędu z uwzględnieniem sił podłużnych i poprzecznych.

Kable nadają się do modeli, w których mogą wystąpić duże deformacje z odpowiednimi zmianami sił wewnętrznych. Dla prostych odciągów, jak np. przy zadaszeniu, pręty rozciągane są całkowicie wystarczające.

Pręt zbrojeniowy

Za pomocą tego typu pręta można odwzorować sztywne zbrojenie stalowe w modelu MES elementu z betonu zbrojonego. Można np. badać obszary nieciągłości oparte na analogii kratownicy (łącznik i krzyżulec ściskany przy wspornikach, belkach z otworami).

Pręt zbrojeniowy posiada automatyczną funkcję łączenia z innymi elementami, takimi jak pręty lub powierzchnie, jeśli znajduje się fizycznie wewnątrz elementu. Podobnie jak pręt kratownicowy (tylko N) pręt zbrojeniowy posiada tylko sztywność styczną. Nieliniowe zachowanie materiału nie jest obecnie jeszcze możliwe.

W sekcji „Ustawienia" jako typ pręta ustawione jest sztywne zbrojenie. Kolejne typy prętów zbrojeniowych są dostępne, gdy aktywowany jest dodatek Cięgna.

W sekcji „Obiekty główne" przypisz pręty lub powierzchnie, w których znajduje się pręt zbrojeniowy. Służy do tego przycisk . Za pomocą przycisku możesz następnie automatycznie połączyć pręt zbrojeniowy z obiektem głównym.

Kabel na bloczkach

Ten typ pręta kabel również przenosi tylko siły rozciągające i jest obliczany według teorii kablowej (teoria III rzędu). Pręt kabel na bloczkach może być jednak zdefiniowany tylko na polilinii, która leży w jednej płaszczyźnie i posiada co najmniej trzy węzły. Ten typ pręta nadaje się do elementów ciągnych podatnych na zginanie, których siły podłużne są prowadzone przez model przez punkty załamania. Przykładem zastosowania jest wyciąg.

W odróżnieniu od normalnego pręta kabla możliwe jest tylko przemieszczenie w węzłach wewnętrznych w kierunku podłużnym (u_x). Pręt nie może być zatem obciążony obciążeniami pręta działającymi w lokalnym kierunku y lub z. Uwzględniane są tylko przemieszczenia u_x i siły osiowe N.

W węzłach wewnętrznych polilinii nie ma znaczenia, czy występuje podpora węzła, czy pręt jest połączony z inną konstrukcją: Badany jest układ całkowity pręta kabla na długości polilinii.

W karcie „Bloczki" można zdefiniować dalsze parametry, takie jak węzły załamania i właściwości kół pasowych. Na podstawie tych danych generowane są węzły, pręty kablowe i pręty sztywne.

Belka wynikowa

Belka wynikowa nadaje się do całkowania wyników powierzchniowych, objętościowych lub prętowych w fikcyjnym pręcie. Pozwala to np. odczytać wypadkowe siły tnące powierzchni dla wymiarowania murów.

Linia belki wynikowej może być dowolnie umieszczona w modelu. Belka wynikowa nie wymaga ani podpory, ani połączenia z modelem. Należy jednak przypisać przekrój, aby umożliwić wymiarowanie. Na belkę wynikową nie można nakładać obciążeń.

W sekcji „Całkowanie naprężeń i sił" wybierz typ belki wynikowej, aby określić geometryczny kształt obszaru całkowania. W sekcji „Parametry" można następnie zdefiniować wymiary. Są one odniesione do linii pręta w jej środku ciężkości.

W sekcji „Uwzględnij obiekty" określ powierzchnie, komórki powierzchni, bryły objętościowe i pręty, których wyniki mają być uwzględnione przy całkowaniu. Alternatywnie wybierz obiekty „Wszystkie", a następnie wyklucz określone elementy w sekcji „Wyłączone z obiektów włączonych".

Linia wynikowa

Linia wynikowa nadaje się do całkowania wyników powierzchniowych, objętościowych lub prętowych w linii. Linia ta może być dowolnie umieszczona w modelu.

Zasada odpowiada belce wynikowej. Nie trzeba jednak przypisywać przekroju. W karcie „Przekrój" można odczytać długość linii i w razie potrzeby obrócić linię dla prezentacji wyników; nie pełni ona żadnej innej funkcji.

Przenoszenie obciążenia

Za pomocą tego typu pręta można nakładać obciążenia na obiekty połączone z prętem na węzłach końcowych lub pośrednich. Sam pręt nie posiada sztywności. Kryteria przenoszenia obciążenia można określić w nowej karcie.

Przenoszenie obciążenia odbywa się obecnie metodą pasmową. Obciążenie pręta przenoszącego obciążenie – obciążenie pręta lub obciążenie węzłowe typu siła, moment lub masa – jest przenoszone częściowo na najbliższe wspólne obiekty konstrukcyjne. Są to np. podparte węzły, pręty, węzły powierzchni lub podparte linie.

Jeśli ciężar własny pręta ma być uwzględniony, można w sekcji „Parametry" określić ciężar pręta.

W sekcji „Obiekty obciążone" podane są numery węzłów, w których obciążenie pręta jest przenoszone na przyległe obiekty. Jeśli nie wszystkie te węzły są istotne, można wykluczyć określone węzły w sekcji „Bez wpływu na".

Belka wirtualna

Ten typ pręta umożliwia zastosowanie właściwości przekroju dla Open Web Steel Joists, które Steel Joist Institute zebrało w tzw. tabelach "Virtual Joist". Te profile Virtual Joist reprezentują równoważne dwuteowniki, które bardzo zbliżają się do pasa belki, efektywnego momentu bezwładności i ciężaru. Belka jest zatem zastępowana prętem o wirtualnym przekroju. W ten sposób można symulować w modelu całkowitym złożone jednostki nośne, np. kratownicę.

Wybierz na liście „Serię" belki wirtualnej.

Na liście „Belka wirtualna" możesz następnie określić dokładny typ.

Przycisk w sekcji „Przekrój i materiał" umożliwia zaimportowanie belki wirtualnej z biblioteki przekrojów.

Belka zespolona

Za pomocą tego typu pręta można modelować pojedyncze częściowe przekroje jako oddzielne pręty i łączyć je ze sobą za pomocą sztywnych łączników. Zachowanie zespolenia może być odwzorowane jako sztywne na ścinanie, podatne na ścinanie lub podatne. Odpowiednia biblioteka łączników jest przewidziana dla przyszłej rozszerzenia.

Definicja przekroju zespolonego odbywa się obecnie wyłącznie w RSECTION (patrz rozdział Podstawy podręcznika RSECTION). Przekroje zespolone Przekroje zespolone już zawarte w bibliotece przekrojów zostaną w późniejszym terminie przeniesione na nową koncepcję i będą w ten sposób również dostępne. Również dla wymiarowania poszczególnych przekrojów częściowych przewidziany jest w przyszłości jednolity workflow. Przekroje częściowe mogą jednak już teraz być wymiarowane w odpowiednich dodatkach wymiarowania.

Model powierzchniowy

Ten typ pręta nadaje się przede wszystkim do odwzorowania belek z otworami i wytłoczkami lub osłabień przekroju, takich jak przejścia dla instalacji, w modelu prętowym. Pręt zostaje przekonwertowany na model powierzchniowy, w którym otwory w prętach są rozmieszczone według danych użytkownika. Pręt jednak pozostaje zachowany. Muszą być spełnione następujące warunki:

• Przekrój stanowi znormalizowany lub parametryzowany cienkościenny profil ze środnikiem.
• Materiał przekroju bazuje na izotropowym liniowo-sprężystym modelu materiałowym.

Przy typie pręta „Model powierzchniowy" pręt istnieje zarówno jako obiekt prętowy, jak i powierzchniowy. Właściwości geometryczne są identyczne; oba modele mają ten sam środek ciężkości. Prezentacja jest sterowana w Nawigatorze - Widok za pomocą pozycji Model → Obiekty podstawowe → Pręty → Model powierzchniowy lub przyciskiem na pasku narzędzi.

Siatka ES modelu powierzchniowego jest generowana automatycznie, obecnie nie można na nią wpływać. Przy obliczeniu statycznym używany jest model powierzchniowy. Do oceny dostępne są zarówno wyniki prętowe (jak przy belce wynikowej, w której naprężenia częściowych powierzchni pręta są całkowane do sił wewnętrznych pręta), jak i wyniki powierzchniowe. Sterowanie można również tutaj przeprowadzić za pomocą Nawigatora - Widok lub przycisku .

Wymiarowanie pręta modelu powierzchniowego w dodatkach odbywa się za pomocą sił wewnętrznych pręta i przekroju pręta.

Jak widać na powyższym rysunku, na końcach pręta modelu powierzchniowego powstaje kilka prętów sztywnych. Łączą one model powierzchniowy z węzłami końcowymi przylegających prętów. W ten sposób zapewnione jest poprawne przenoszenie sił wewnętrznych do obiektów 1D. Jeśli do siebie przylega kilka prętów modelu powierzchniowego, pręty łączniki są generowane dla każdego pręta.

Zdefiniuj w tym przypadku dla obciążenia pręta mimośród siły na przekroju. Obciążenie jest w ten sposób realistycznie przyłożone na krawędzi przekroju i pozostaje zachowane również w modelu powierzchniowym.

Sztywność

Za pomocą tego typu pręta można użyć pręta o sztywnościach zdefiniowanych przez użytkownika. Wartości charakterystyczne sztywności należy zdefiniować w dialogu „Nowa sztywność pręta" (patrz rozdział Sztywności prętów).

Łącznik

Pręt typu łącznik to wirtualny, bardzo sztywny pręt z sztywnymi lub przegubowymi końcami pręta. Do wyboru są cztery możliwości sprzęgnięcia stopni swobody węzłów początkowego i końcowego „Sztywno" lub za pomocą „Przegubu". Łączniki pozwalają modelować szczególne sytuacje przenoszenia sił i momentów. Przy tym siły osiowe i poprzeczne oraz momenty skręcające i zginające są przenoszone bezpośrednio z węzła do węzła.

Sprężyna

Pręt typu "sprężyna" oferuje możliwość odwzorowania liniowych lub nieliniowych właściwości sprężystych z definiowalnymi zakresami działania. Dla pręta sprężystego w karcie „Przekrój" wystarczy określić długość pręta L_z, bez przekroju: Sztywność pręta wynika z parametrów sprężyny, które definiuje się w dialogu „Nowa sprężyna prętowa" (patrz rozdział Sprężyny prętowe).

Tłumik

Tłumik odpowiada w zasadzie prętowi typu "sprężyna" z dodatkową właściwością „Współczynnik tłumienia". Ten typ pręta rozszerza możliwości analiz dynamicznych według analizy historii czasowej.

Podobnie jak przy pręcie sprężystym w karcie „Przekrój" wystarczy określić długość pręta L_z, bez przekroju. Sztywność pręta wynika z parametrów sprężyny, które definiuje się w dialogu „Nowa sprężyna prętowa" (patrz rozdział Sprężyny prętowe). Właściwości tłumienia można sterować za pomocą współczynnika tłumienia X.

Opcje

W tej sekcji można za pomocą pól wyboru określić dalsze właściwości pręta.

Węzły na pręcie

Za pomocą jednego lub kilku węzłów na pręcie można podzielić pręt na segmenty bez dzielenia pręta (patrz rozdział Węzły).

Przeguby

Na pręcie można rozmieścić przeguby, aby sterować przenoszeniem sił wewnętrznych na węzłach końcowych (patrz rozdział Przeguby prętowe). Dla określonych typów prętów wprowadzanie jest zablokowane, ponieważ istnieją już przeguby wewnętrzne. Można przypisać przeguby oddzielnie „Początkowi pręta i" i „Końcowi pręta j".

Mimośrody

Mimośrody oferują możliwość mimośrodowego połączenia pręta na węzłach końcowych (patrz rozdział Mimośrody pręta). Można przypisać mimośrody oddzielnie „Początkowi pręta i" i „Końcowi pręta j".

Podpory

Można przypisać prętowi podporę działającą na całej jego długości. Stopnie swobody i sztywności sprężyste należy zdefiniować przy warunkach podparcia (patrz rozdział Podpory prętów).

Usztywnienia poprzeczne

Usztywnienia poprzeczne na pręcie mają wpływ na sztywność wypaczenia pręta. Wpływają one na obliczenie ze skręcaniem skrępowanym z uwzględnieniem siedmiu stopni swobody (patrz rozdział Usztywnienia poprzeczne pręta).

Otwory w prętach

Otwory w prętach wpływają na właściwości przekroju i przebieg sił wewnętrznych. Są one istotne przy typie pręta „Model powierzchniowy". W rozdziale Otwory w prętach opisano, jak zdefiniować typ i położenie otworów.

Nieliniowość

Można przypisać prętowi nieliniowość. Właściwości nieliniowe należy zdefiniować jako nieliniowości pręta (patrz rozdział Nieliniowości prętów).

Punkty pośrednie wyników

Za pomocą punktów pośrednich wyników można sterować prezentacją tabelaryczną wyników wzdłuż pręta. Punkty podziału należy zdefiniować w dialogu „Nowy punkt pośredni wyników pręta" (patrz rozdział Punkty pośrednie wyników pręta).

Modyfikacje końców

Za pomocą modyfikacji końców można graficznie dostosować geometrię pręta na jego końcach. W ten sposób można przygotować wysięgi, skrócenia lub skosy dla prezentacji renderowanej.

„Wydłużenie": Dla początku pręta i końca pręta można zdefiniować oddzielnie „Wydłużenie". Ujemna wartość Δ działa jako skrócenie.

„Spadek": Za pomocą spadku można ściąć każdy koniec pręta. Możliwe są kąty spadku wokół obu osi pręta y i z. Dodatni kąt powoduje obrót zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół odpowiedniej dodatniej osi.

Aktywuj przenoszenie obciążenia

Pole wyboru umożliwia rozprowadzenie obciążenia pręta – niezależnie od sztywności pręta – za pomocą przenoszenia obciążenia. Pręt jest zatem aktywny w modelu dzięki swojej sztywności. Rozkład obciążenia na sąsiednie obiekty jest natomiast sterowany parametrami, które można określić w karcie Przenoszenie obciążenia.

Wyłącz dla obliczeń

Jeśli zaznaczysz to pole wyboru, pręt wraz z obciążeniem nie jest uwzględniany w obliczeniu. W ten sposób można zbadać, jak zmienia się zachowanie nośne modelu, gdy określone pręty nie są aktywne. Prętów nie trzeba usuwać; obciążenia również pozostają zachowane.

Szacowanie kosztów

Szacowanie kosztów odbywa się w zasadzie z kosztami materiału, który jest przypisany prętom przekroju (patrz rozdział Materiały). Jeśli dla pręta mają obowiązywać określone parametry, można jednostkowe koszty i jednostki określić oddzielnie w karcie „Szacowanie kosztów". Zasada odpowiada postępowaniu opisanemu dla Przekrojów.

Szacowanie emisji CO₂

Również szacowanie emisji CO₂ bazuje w zasadzie na materiale przekroju. Emisje jednostkowe i jednostki w karcie „Szacowanie emisji CO₂" można jednak określić specyficznie dla każdego pręta. Zasada jest opisana w rozdziale Przekroje dla emisji określonych przekrojów.