Основы

Реестр Основные управляет основными параметрами стержня. Если вы установите флажок в разделе 'Опции', обычно добавляется еще одна вкладка диалога. Там вы можете указать детали.

Тип стержня

Тип стержня определяет, каким образом могут восприниматься внутренние усилия или какие свойства предполагаются для стержня. В списке доступны различные типы стержней.

Балочный стержень

Балка - это жесткий стержень, который может передавать все внутренние усилия. Балочный стержень не имеет шарниров на своих концах. Этот тип стержня может нагружаться всеми типами нагрузок.

Жесткий стержень

Жесткий стержень соединяет перемещения двух узлов через жесткое соединение. Это, по сути, Связь. Это позволяет определять стержни с очень большой жесткостью с учетом шарниров, которые также могут иметь жесткостные константы и нелинейности. Практически не возникает численных проблем, так как жесткости адаптированы к системе.

Для жестких стержней внутренние усилия выводятся, если вы активируете Результаты для связей в Навигаторе - Результаты внизу в категории 'Стержни'.

Для жестких стержней применяются следующие жесткости:

Ребристый стержень

С помощью ребер можно моделировать плиты-балки. В этом типе стержня эксцентриситеты и участвующие ширины плит учитываются в FEM-модели.

Ребра в первую очередь подходят для железобетонных стержней, так как усилия и сечения ребер входят в расчет бетона. Стальной лист с приваренным "ребром" следует моделировать как плоскость с эксцентрично подключенным стержнем.

Список предоставляет несколько вариантов для 'Расположения ребра'.

Обычно ребро - это эксцентрично расположенный стержень. Эксцентриситет автоматически определяется из половины толщины плоскости и половины высоты стержня. Однако его также можно определить вручную. Благодаря эксцентриситету ребра жесткость модели увеличивается. При центральном расположении главная ось ребра находится в центре плоскости.

Участвующие ширины ребра определяются в разделе 'Размеры фланца' для левой и правой стороны. В большинстве случаев можно оставить настройку 'Найти автоматически', при которой программа определяет обе поверхности. Если на линии ребристого стержня пересекаются более двух плоскостей, определяющую плоскость необходимо задавать вручную.

Для задания интеграционных ширин b_-y,int и b_+y,int есть несколько способов (см. рисунок Новое ребро): Ширины можно вводить напрямую или автоматически определять из длины стержня с помощью опций L_ref / 6 и L_ref / 8. Ширины также могут быть определены в соответствии с требованиями нормы, например, по 'EC2', раздел 5.3.2.1.

Значения b_y,int определяют ширину области или области захвата, из которой должны быть интегрированы усилия. Значения b_y,eff представляют ширину сечения ребристого фланца от центра ребра до каждого края. По умолчанию значения b_y,int и b_y,eff равны. Однако их можно отдельно определить после нажатия кнопки .

Если были определены узлы типа 'Узлы на стержне', ребро может быть определено секционно для отдельных сегментов. Если определено несколько сегментов, скачки ширины можно соединить линейно через столбец таблицы 'Линейное распределение', чтобы избежать больших скачков жесткости в ребристом стержне.

В 3D-моделях участвующие ширины не влияют на жесткость, так как повышенная жесткость учитывается через эксцентричный стержень. Однако участвующие ширины влияют на распределение стержневых и плоскостных усилий.

Фермовый стержень

Фермовый стержень соответствует балочному стержню с моментными шарнирами на обоих концах. Также вращение вокруг продольной оси в начале стержня освобождается шарниром φ_x. Для этого типа стержня усилия изгиба и кручения выводятся из нагрузок стержня.

Фермовый стержень (только N)

Этот тип фермового стержня с жесткостью E ⋅ A способен воспринимать нормальные силы в виде растяжения и сжатия. Выводятся только усилия в узлах. Стержень имеет линейное распределение усилий, если на него не действует сосредоточенная нагрузка. Не выводится распределение моментов, которое может возникнуть в результате собственного веса или линейной нагрузки. Однако узловые силы рассчитываются из стержневых нагрузок, что гарантирует правильную передачу.

Растяжной стержень

Растяжной стержень может воспринимать только растягивающие усилия. Тип стержня соответствует 'Фермовому стержню (только N)', который при сжимающей силе выходит из строя.

Расчет стержневой системы с растяжными стержнями проводится итеративно: на первом шаге определяются усилия всех стержней. Если растяжные стержни получают отрицательную нормальную силу (сжатие), запускается следующий итерационный шаг. Компоненты жесткости этих стержней больше не учитываются – они выходят из строя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока никакие растяжные стержни не выйдут из строя. Система может стать неустойчивой из-за нарушения растяжных стержней.

Сжимающий стержень

Сжимающий стержень может воспринимать только сжимающие усилия. Тип стержня соответствует 'Фермовому стержню (только N)', который при растягивающей силе выходит из строя. Вышедшие из строя сжимающие стержни могут привести к неустойчивости системы.

Изгибающийся стержень

Изгибающийся стержень соответствует 'Фермовому стержню (только N)', который может воспринимать неограниченные растягивающие усилия, но сжимающие усилия только до достижения критической силы. Эта сила для случая Эйлера 2 определяется следующим образом:

Этот тип стержня часто позволяет избегать нестабильностей, возникающих при нелинейном расчете по теории второго или третьего порядка из-за изгиба фермовых стержней. Если их (в соответствии с реальностью) заменить изгибающимися стержнями, критическая нагрузка во многих случаях увеличивается.

Кабельный стержень

Кабель разгружается только на растяжение. Таким образом, цепи кабелей могут моделироваться посредством итерационного расчета согласно теории III порядка с учетом продольных и поперечных сил.

Кабели подходят для моделей, в которых могут возникать большие деформации с соответствующими изменениями сил. Для простых растяжений, таких как поддержка козырька, вполне достаточно растянутых стержней.

Армирующий стержень

Этот тип стержня позволяет моделировать свободные стальные армирования в конечной модели элемента из железобетона. Таким образом, можно исследовать области дисконтинуальности, основываясь на аналогии фермы (растягивающая и сжимающая стойки в консолях, балки с отверстиями).

Армирующий стержень обладает автоматической функцией соединения с другими элементами, такими как стержни или плоскости, если он физически находится внутри элемента. Как и Фермовый стержень (только N), армирующий стержень имеет только касательную жесткость. Нелинейное поведение материалов в настоящий момент невозможно.

В разделе 'Настройки' задан тип стержня как свободное армирование. Дополнительные типы армирующих стержней доступны, если активировано дополнение Предварительное напряжение.

В разделе 'Главные объекты' назначьте стержни или плоскости, в которых находится армирующий стержень. Используйте для этого кнопку . С помощью кнопки вы можете затем автоматически соединить армирующий стержень с главным объектом.

Кабель на блоках

Этот тип кабельного стержня также воспринимает только растягивающие усилия и рассчитывается по теории тросов (Теория III порядка). Кабельный стержень на роликах может быть определен только на полилинии, имеющей как минимум три узла. Этот тип стержня особенно подходит для гибких растягивающих элементов, чьи осевые силы передаются через опорные точки модели. Примером применения является блочная система.

В отличие от обычного кабельного стержня, возможна только перемещение в узлах полилинии в осевом направлении (u_x). Стержень не должен нагружаться стержневыми нагрузками, действующими в локальных направлениях y или z. Учитываются только перемещения u_x и нормальные силы N.

Во внутренних узлах полилинии не имеет значения, присутствует ли узловая опора или стержень соединен с другой конструкцией: анализируется вся система кабельного стержня вдоль длины полилинии.

Результирующий стержень

Результирующий стержень подходит для интеграции результатов плоскостей, объемов или стержней в фиктивный стержень. Так, например, можно получить результирующие поперечные силы плоскости для анализа кирпичной кладки.

Линия результирующего стержня может быть расположена произвольно в модели. Результирующий стержень не требует ни опоры, ни связи с моделью. Однако необходимо присвоить сечение для возможности расчета. На результирующий стержень не могут быть наложены нагрузки.

Выберите в разделе 'Интеграция напряжений и усилий' тип результирующего стержня, чтобы определить геометрическую форму области интеграции. В разделе 'Параметры' вы можете затем определить размеры. Они относятся к линии стержня в его центре тяжести.

Определите в разделе 'Включить объекты' плоскости, ячейки, объемные тела и стержни, чьи результаты должны учитываться при интеграции. В качестве альтернативы выберите 'Все' объекты и исключите затем в разделе 'Исключить из включаемых объектов' определенные элементы.

Результирующая линия

Результирующая линия подходит для интеграции результатов плоскостей, объемов или стержней в линию. Эта линия может быть расположена произвольно в модели.

Принцип соответствует Результирующему стержню. Однако вам не нужно назначать сечение. На вкладке 'Сечение' вы можете увидеть длину линии и при необходимости повернуть линию для отображения результатов; больше функций эта вкладка не имеет.

Передача нагрузки

Этот тип стержня позволяет прикладывать нагрузки к объектам, которые соединены со стержнем в конечных или промежуточных узлах. Сам стержень не обладает жесткостью. Критерии передачи нагрузки вы можете установить на новой вкладке.

Передача нагрузки в настоящее время осуществляется с помощью метода полос. Нагрузка на стержень передачи нагрузки - стержневая или узловая нагрузка типа сила, момент или масса - передается пропорционально на ближайшие общие структурные объекты. Это, например, зафиксированные узлы, стержни, узлы плоскостей или зафиксированные линии.

Если вы хотите учесть собственный вес стержня, в разделе 'Параметры' вы можете задать вес стержня.

В разделе 'Нагружаемые объекты' указываются номера узлов, на которых стержневая нагрузка передается на соседние объекты. Если не все эти узлы актуальны, вы можете исключить определенные узлы в разделе 'Бездействие на'.

Виртуальная балка

Этот тип стержня позволяет применять свойства сечения для Open Web Steel Joists, которые Институт стальных ферм создал в так называемых 'Virtual Joist'-таблицах. Эти профили Virtual Joist представляют собой эквивалентные широкополочные балки, которые весьма близки к площади пояса балки, эффективному моменту инерции и весу. Балка заменяется стержнем с виртуальным сечением. Это позволяет моделировать сложные несущие системы, такие как, например, фермовая балка, в общем системе.

Выберите в списке 'Ряд' виртуальной балки.

В списке 'Виртуальная балка' можно затем указать точный тип.

Кнопка в разделе 'Сечение и материал' позволяет импортировать виртуальную балку из библиотеки сечений.

Модель плоскости

Этот тип стержня особенно подходит для моделирования перфорированных и ячеистых балок или ослаблений сечения, таких как отверстия для коммуникаций в стержневой модели. В этом случае стержень конвертируется в плоскостную модель, в которой Отверстия стержня размещены в соответствии с пользовательскими настройками. Однако стержень по-прежнему остается. Должны быть выполнены следующие условия:

• Сечение представляет собой тонкостенный профиль с одним полкой.
• Материал сечения основан на изотропной линейно-упругой модели материала.

Для стержней типа 'Модель плоскости' стержень представлен как стержень, так и как плоскостной объект. Геометрические свойства идентичны; обе модели имеют один и тот же центр тяжести. Отображение контролируется в Навигаторе - Отображение через запись Модель → Основные объекты → Стержни → Модель плоскости или кнопкой на панели инструментов.

Сеть конечных элементов плоскостной модели создается автоматически и в настоящее время не может быть изменена. При статическом расчете используется плоскостная модель. Затем для оценки доступны как стержневые результаты (как в Результирующем стержне, где напряжения стержневых полу-плоскостей интегрируются в стержневые усилия), так и результирующие плоскости. Управление также можно осуществлять через Навигатор - Отображение или кнопкой .

Расчет стержня плоскостной модели в дополнениях производится на основании стержневых усилий и сечения стержня.

Как видно на рисунке выше, на концах стержня плоскостной модели возникают несколько Жестких стержней. Они соединяют плоскостную модель с конечными узлами смежных стержней, что обеспечивает правильную передачу усилий к 1D-объектам. Если несколько стержней плоскостной модели соединяются друг с другом, эти соединяющие стержни создаются для каждого стержня.

Определите в этом случае для нагрузки на стержень Эксцентричность силы на сечение. Это позволит реальстично использовать нагрузку на краю сечения, и она сохранится в плоскостной модели.

Жесткость

С помощью этого типа стержня вы можете использовать стержень с пользовательскими жесткостями. Жесткостные параметры определяются в диалоге 'Новая жесткость стержня' (см. главу Жесткости стержня).

Связь

Связь - это виртуальный очень жесткий стержень с жесткими или шарнирными стержневыми концами. Доступно четыре варианта выбора для связывания степеней свободы начального и конечного узлов 'Фикс' или через 'Шарнир'. С помощью связей можно моделировать специальные ситуации для передачи сил и моментов. При этом нормальные и поперечные силы или крутильные и изгибные моменты передаются прямо от узла к узлу.

Пружина

Стержень-пружина позволяет моделировать линейные или нелинейные характеристики пружины с определяемыми областями воздействия. Для стержня-пружины вам нужно на вкладке 'Сечение' задать только длину стержня L_z, а не его сечение: жесткость стержня определяется параметрами пружины, которые задаются в диалоге 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержня).

Гаситель

Гаситель, в принципе, соответствует стержню-пружине с дополнительным свойством 'Коэффициент демпфирования'. Этот тип стержня расширяет возможности для динамического анализа по методу временных интервалов.

Как и в стержне-пружине, вам нужно на вкладке 'Сечение' задать только длину стержня L_z, а не его сечение. Жесткость стержня определяется параметрами пружины, которые задаются в диалоге 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержня). Свойства демпфирования можно управлять с помощью коэффициента демпфирования X.

Опции

В этом разделе с помощью флажков можно задать дополнительные свойства стержня.

Узлы на стержне

С помощью одного или нескольких узлов на стержне вы можете поделить стержень на сегменты, не деля его (см. главу Узлы ).

Шарниры

Вы можете расположить шарниры на стержне, чтобы управлять передачей усилий на конечные узлы (см. главу Шарниры стержней). Для определенных типов стержней ввод закрыт, так как уже присутствуют внутренние шарниры. Вы можете отдельно присвоить шарниры 'Началу стержня и' и 'Концу стержня j'.

Эксцентриситеты

Эксцентриситеты позволяют соединять стержень с конечными узлами вне центра (см. главу Эксцентриситеты стержней). Вы можете отдельно присвоить эксцентриситеты 'Началу стержня и' и 'Концу стержня j'.

Опоры

Вы можете назначить стержню опоры, которые будут эффективны по всей его длине. Степени свободы и жесткости пружин определяются в условиях опоры (см. главу Опоры стержней).

Поперечные ребра

Поперечные ребра на стержне влияют на жесткость стержня при кручении. Они влияют на расчет с учетом крутильной жесткости с учетом семи степеней свободы (см. главу Поперечные ребра стержней).

Отверстия стержня

Отверстия стержня влияют на параметры сечения и распределение усилий. Они актуальны для стержней типа 'Модель плоскости'. В главе Отверстия стержня описано, как определить тип и расположение отверстий.

Нелинейность

Вы можете назначить стержню нелинейность. Нелинейные свойства определяются как нелинейности стержня (см. главу Нелинейности стержня).

Промежуточные точки результатов

С помощью промежуточных точек результатов вы можете контролировать вывод результатов вдоль стержня в таблице. Точки деления определяются в диалоге 'Новая промежуточная точка результатов стержня' (см. главу Промежуточные точки результатов стержня).

Модификации концов

С помощью модификаций концов вы можете графически настроить геометрию стержня на его концах. Так можно подготовить выступы, усечения или срезы для визуализации в рендере.

'Удлинение': Вы можете отдельно задать 'Удлинение' для начала и конца стержня. Отрицательное значение Δ действует как укорочение.

'Наклон': С помощью наклона вы можете скошить каждый конец стержня. Возможны углы наклона вокруг обеих осей стержня y и z. Положительный угол вызывает вращение по часовой стрелке вокруг соответствующей положительной оси.

Активировать передачу нагрузки

Поле позволяет распределить нагрузку стержня – независимо от жесткости стержня – с помощью передачи нагрузки. Таким образом, стержень эффективен в модели за счет своей жесткости. Однако распределение нагрузки на соседние объекты контролируется параметрами, которые вы можете установить на вкладке Передача нагрузки.

Отключить для расчета

Если вы установите этот флажок, стержень, включая нагрузку, не будет учтен в расчете. Это позволяет исследовать, как изменяется несущая способность модели, если конкретные стержни не действуют. Стержни не нужно удалять; нагрузки также остаются.