Узловая опора

Конструкция передает свои нагрузки через опоры в фундаменты. Без опирания все узлы были бы свободны, а их перемещения и повороты — неограниченными. Чтобы узел действовал как опора, необходимо заблокировать или ограничить пружиной хотя бы одну из степеней свободы. Кроме того, узел должен быть частью поверхности или стержня.

Принудительные деформации узла возможны только для узлов, соответствующим образом опертых.

Если вы хотите назначить узловой опоре нелинейные свойства, вы можете определить критерии отказа при растягивающих или сжимающих силах, разрыве и текучести, а также рабочие диаграммы и диаграммы жёсткости.

Символ имени пользовательской узловой опоры обозначает удерживаемые степени свободы. Предусмотрены следующие типы опор:

• Шарнирная
• Жёсткая
• Подвижная
• Подвижная в X‘
• Подвижная в Y'

Основы

Вкладка Основы управляет основными параметрами опоры.

Система координат

Каждая узловая опора имеет локальную систему координат. По умолчанию она ориентирована параллельно общим осям X, Y и Z. Если вы создали пользовательскую систему координат или задаете её с помощью кнопки , вы также можете использовать эту систему отсчета.

Условия опирания

Условия опирания разделены на 'Поступательные' и 'Вращательные' степени свободы. Первые описывают опоры в направлении осей опоры, вторые — защемления вокруг этих осей.

Чтобы задать опору или защемление, установите флажок для соответствующей оси. Галочка символизирует, что степень свободы заблокирована и перемещение или поворот узла в соответствующем направлении или вокруг него невозможны.

Если опора или защемление отсутствуют, снимите галочку с соответствующего флажка. Константа поступательной или крутильной пружины при этом устанавливается равной нулю. Вы можете в любой момент настроить 'Жёсткость пружины', чтобы смоделировать упругую опору узла. Введите жёсткости пружин как расчетные значения.

В столбце Нелинейность вы можете целенаправленно управлять передачей внутренних сил для каждой компоненты. В зависимости от степени свободы в списке нелинейностей доступны подходящие варианты для выбора.

Нелинейно действующие опоры отображаются на графике другим цветом.

Отказ при отрицательной или положительной опорной реакции/моменте

Это позволяет простым способом управлять тем, может ли опора воспринимать только положительные или только отрицательные силы или моменты: если сила или момент действуют в запрещенном направлении, эта компонента опоры выходит из строя. Остальные закрепления и защемления продолжают действовать.

Направления 'отрицательное' и 'положительное' относятся к силам или моментам, которые вводятся в узловую опору относительно соответствующих осей (то есть не к реактивным силам со стороны опоры). Знаки определяются направлением общих осей: например, если общая ось Z направлена вниз, то случай нагрузки "Собственный вес" приводит к положительной опорной реакции P_Z.

Отказ всех при отрицательной или положительной опорной реакции/моменте

В отличие от описанного выше отказа отдельной компоненты, опора полностью выходит из строя, как только компонента становится неактивной.

Если вы выбираете другую нелинейность, вы можете определить параметры на вкладках Частичное действие, Диаграмма или Трение.

Опции

С помощью флажков этого раздела вы можете задать дополнительные свойства узловой опоры. В зависимости от выбора добавляются вкладки Специфическое направление или Жёсткость с помощью фиктивной колонны. Если аддон 'Расчёт железобетонных конструкций' активирован, доступен дополнительный флажок для определения Размеров опоры.

Специфическое направление

Вкладка Специфическое направление позволяет повернуть опору. Таким образом, вам не нужно создавать пользовательскую систему координат.

Тип направления

Для ориентации опоры доступно несколько вариантов: вы можете повернуть опору вокруг осей опоры X', Y' и Z', ориентировать её на один или два узла или расположить параллельно стержню или линии. Объекты можно выбрать графически с помощью кнопки .

Жёсткость с помощью фиктивной колонны

Вкладка Жёсткость с помощью фиктивной колонны рекомендуется особенно для точечных опор 2D-конструкций. Здесь вы можете определить жёсткости пружин опоры из параметров колонны, которая не отображена в модели. Поскольку точечная опора лишь rudimentárno отражает условия в зоне оголовка колонны, доступны специальные макроэлементы колонн. Из граничных условий RFEM определяет жёсткости пружин опоры. Это позволяет получить реалистичное моделирование без эффектов сингулярности, которые возникали бы при жесткой опоре в одном узле КЭ.

Параметры

В качестве 'Модели опирания' доступны три подхода. Каждый из них символически представлен на диалоговой графике.

• В модели 'Поверхностные коэффициенты постели' поверхность извлекается в размерах колонны и упруго опирается на основание. Коэффициенты постели определяются из геометрии и данных о материале колонны.
• В модели 'Упругая узловая опора' поверхность извлекается и опирается в точке. Опора снабжается поступательными и крутильными пружинами, которые определяются из геометрии и данных о материале колонны. Для учёта более высокой жёсткости на изгиб в зоне колонны поверхность внутренне удваивается.
• Модель 'Узловая опора с адаптированной сеткой КЭ' соответствует упругой узловой опоре, однако пружины в точечных опорах не применяются.

Укажите данные колонны, необходимые для определения жёсткостей пружин. Геометрия 'Оголовка колонны' может быть прямоугольной или круглой, при необходимости с поворотом колонны.

'Высота колонны' влияет на константы поступательных и крутильных пружин.

Сечение и материал колонны

Для определения жёсткостей пружин необходимы характеристики сечения и материала колонны. Если колонна 'Не идентична оголовку колонны' (то есть ни прямоугольная, ни круглая), вы можете выбрать подходящее сечение колонны из списка или задать новое.

Выберите 'Материал колонны' из списка. С помощью кнопок и вы можете создать новый материал.

Условия колонны

Тип опирания в оголовке и базе колонны включается в определение поступательных и крутильных пружин. В списке доступны следующие варианты:

• Шарнирное
• Податливое
• Жёсткое

При опции 'Податливое' вы можете указать степень защемления у базы колонны в процентах.

'Жёсткость на сдвиг' колонны по умолчанию учитывается при определении жёсткостей.

Пружины опоры вследствие фиктивной колонны

В этом разделе перечислены константы пружин опоры, которые получаются из геометрических и материальных свойств колонны. Значения передаются на вкладку 'Основы'.

Размеры опоры

Размеры опоры необходимы для определения площади передачи нагрузки при расчёте на продавливание. Поэтому эта вкладка доступна только при активированном аддоне Расчёт железобетонных конструкций.

Для каждой компоненты поступательной опоры задайте 'Тип', описывающий форму площади опоры — прямоугольный или круглый. Затем в остальных столбцах вы можете определить геометрию опоры с помощью длин или диаметра.

Частичное действие

Частичное действие компоненты опоры доступно как нелинейное свойство опоры (см. рисунок Выбор нелинейности опоры).

Задайте действие опоры для 'Отрицательной области' и 'Положительной области'. Правила знака объяснены в разделе Отказ. В списке 'Тип' доступны различные критерии действия опоры.

• Полностью: компонента опоры полностью активна.
• Жёсткая от перемещения/поворота опоры: жёсткость поступательной или крутильной пружины действует только до определенного перемещения или поворота. При превышении вступает в действие жесткая опора или защемление.
• Разрыв от опорной реакции/момента: опора активна только до определенной силы или момента. При превышении опора выходит из строя.
• Текучесть от опорной реакции/момента: опора активна только до определенной силы или момента. При превышении деформации увеличиваются, а напряжения — нет.
• Отказ: компонента опоры не активна.

Большинство типов опор совместимы с 'Проскальзыванием', благодаря чему опора становится активной только после определенного перемещения или поворота.

Диаграмма

Диаграмма компоненты опоры доступна как нелинейное свойство опоры (см. рисунок Выбор нелинейности опоры).

В столбце 'Перемещение' или 'Поворот' задайте количество точек определения рабочей диаграммы с соответствующими значениями. В столбце 'Сила' или 'Момент' вы можете затем сопоставить значения абсцисс перемещений или поворотов с опорными реакциями или моментами.

Для 'Начала диаграммы' и 'Конца диаграммы' доступны следующие критерии:

• Разрыв: опора активна только до максимального значения силы или момента. При превышении опора выходит из строя.
• Текучесть: опора активна только до максимального значения силы или момента. При превышении деформации увеличиваются, а напряжения — нет.
• Непрерывно: за пределами области определения применяется жёсткость пружины последнего шага.
• Упор: допустимая деформация ограничивается максимальным значением перемещения или поворота. При превышении вступает в действие жесткая опора или защемление.

Диаграмма жёсткости

Диаграмма жёсткости компоненты опоры доступна как нелинейное свойство вращательной опоры.

Сначала в списке 'Жёсткость в зависимости от' (внизу вкладки) задайте компоненту опорной реакции, от которой зависит жёсткость пружины. Опция |P| представляет результирующую опорную реакцию.

Затем в столбце 'Сила' задайте количество точек определения рабочей диаграммы с соответствующими характеристиками. В столбце 'Пружина' вы можете затем назначить соответствующие жёсткости пружин.

Для 'Начала диаграммы' и 'Конца диаграммы' доступны следующие критерии:

• Разрыв: опора активна только до максимального значения силы. При превышении опора выходит из строя.
• Текучесть: опора активна только до максимального значения силы. При превышении деформации увеличиваются, а напряжения — нет.
• Непрерывно: за пределами области определения применяется жёсткость пружины последнего шага.

Трение

В списке 'Нелинейность' доступны четыре варианта для определения трения поступательной опоры в зависимости от другой компоненты опоры (см. рисунок Выбор нелинейности опоры).

Передаваемые опорные реакции соотносятся со сжимающими силами, действующими в другом направлении. В зависимости от выбора на вкладке 'Основы' трение зависит либо только от одной опорной реакции, либо от суммарной силы двух одновременно действующих опорных реакций. Между опорной реакцией и силой трения существует следующая зависимость:

FAQ 003537 объясняет, как можно учесть трение на узловой опоре.

Следующая модель колонны показывает опору, в которой горизонтальные силы передаются через трение. Однако горизонтальные силы могут составлять не более 10 % вертикальной силы. В СН 1 это условие соблюдается. В СН 2 модель становится нестабильной, так как горизонтальная нагрузка слишком велика.

Строительный шарнир

Строительный шарнир доступен как нелинейное свойство опоры для вращательных степеней свободы φ_X и φ_Y. С его помощью вы можете задать опоры строительных лесов для временных конструкций, таких как рабочие леса или строительные стойки.

На вкладке 'Строительный шарнир' вы можете определить рабочую диаграмму M-φ. Параметры подробно описаны в функции продукта Опоры строительных лесов.