Основы

Вкладка Основные данные управляет основными параметрами стержня. Если вы установите флажок в разделе 'Опции', как правило, добавляется ещё одна вкладка диалогового окна. Там вы можете задать соответствующие детали.

Тип стержня

Тип стержня определяет, каким образом могут восприниматься внутренние силы или какие свойства предполагаются для стержня. В списке представлены различные типы стержней на выбор.

Балочный стержень

Балка — это жёсткий на изгиб стержень, который может передавать все внутренние силы. Балочный стержень не имеет шарниров на своих концах. Этот тип стержня может быть нагружен всеми видами нагрузок.

Жёсткий стержень

Жёсткий стержень связывает перемещения двух узлов посредством жёсткого соединения. Поэтому он принципиально соответствует соединению. С его помощью можно определить стержни с очень большой жёсткостью с учётом шарниров, которые также могут иметь жёсткость пружин и нелинейности. Численные проблемы практически не возникают, так как жёсткости согласованы с системой.

Для жёстких стержней внутренние силы выводятся, если в навигаторе — Результаты внизу в категории 'Стержни' активировать Результаты для соединений.

Для жёстких стержней приняты следующие жёсткости:

Стержень типа «Ребро»

С помощью рёбер можно моделировать тавровые балки (прогоны). У этого типа стержня учитываются эксцентриситеты и совместные ширины плиты в конечно-элементной модели.

Рёбра подходят в первую очередь для железобетонных стержней, так как внутренние силы и сечения ребра учитываются в расчёте железобетонных конструкций. Стальной лист с приваренным «ребром» следует моделировать как поверхность с эксцентрично присоединённым стержнем.

Для 'Расположения ребра' список предлагает несколько вариантов выбора.

Ребро, как правило, представляет собой эксцентрично расположенный стержень. Эксцентриситет определяется автоматически из половины толщины поверхности и половины высоты стержня. Однако его можно задать и вручную. Эксцентриситет ребра повышает жёсткость модели. При центральном расположении ось тяжести ребра лежит в середине поверхности.

Совместные ширины ребра нужно задать в разделе 'Размеры полки' для левой и правой стороны. Чаще всего можно сохранить настройку 'Найти автоматически', с помощью которой программа определяет обе поверхности. Если к линии стержня ребра примыкает более двух поверхностей, определяющие поверхности нужно задать вручную.

Для ввода интеграционных ширин b_-y,int и b_+y,int существуют различные возможности (см. изображение Новое ребро): Ширины можно ввести напрямую или автоматически определить по длине стержня с помощью опций L_ref / 6 и L_ref / 8. Их также можно определить согласно требованиям нормы, например по 'EC2', разделу 5.3.2.1.

Значения b_y,int определяют ширину поверхности или области интегрирования, из которой должны интегрироваться внутренние силы. Значения b_y,eff представляют ширину сечения полки ребра от середины стенки до соответствующего края. По умолчанию b_y,int и b_y,eff приравнены. Однако после нажатия кнопки их можно задать по отдельности.

Если определены узлы типа 'Узел на стержне', ребро может быть задано по участкам для отдельных сегментов. Если определено несколько сегментов, смещённые области ширин можно линеаризованно соединить друг с другом через столбец таблицы 'Линейное распределение', чтобы предотвратить большие скачки жёсткости в стержне ребра.

В 3D-моделях совместные ширины не влияют на жёсткость, так как повышенная жёсткость учитывается эксцентричным стержнем. Однако совместные ширины влияют на распределение внутренних сил стержня и поверхности.

Стержень фермы

Стержень фермы соответствует балочному стержню с моментными шарнирами на обоих концах. Дополнительно поворот вокруг продольной оси у начала стержня освобождается шарниром φ_x. У этого типа стержня изгибающие и крутящие моменты от нагрузок стержня выводятся в качестве результатов.

Стержень фермы (только N)

Этот тип стержня фермы с жёсткостью E ⋅ A способен воспринимать нормальные силы в виде растяжения и сжатия. Выводятся только узловые внутренние силы. Стержень имеет линейный ход внутренних сил, если к стержню не приложена сосредоточенная сила. Ход моментов, который мог бы возникнуть из-за собственного веса или линейной нагрузки, не выводится. Однако узловые силы рассчитываются из нагрузок на стержень, благодаря чему обеспечивается корректная передача.

Устойчивая к потере устойчивости раскосная связь (Buckling-Restrained Brace)

Тип Buckling-restrained brace позволяет моделировать стержень со стальным ядром (полосовая сталь или крестообразное сечение) и бетонным заполнением в квадратном или круглом пустотелом профиле. Он используется особенно в США для усиления зданий, подверженных землетрясениям.

Стальное ядро подвижно в бетонной оболочке без сцепления. При сжатии возникает "микро-потеря устойчивости" с высокими собственными формами, поскольку оболочка предотвращает глобальную потерю устойчивости всего стержня.

Для жёсткости стержня учитывается только стальное ядро, для автоматического собственного веса — также бетонная оболочка с внешней стальной оболочкой.

Растянутый стержень

Растянутый стержень может воспринимать только растягивающие силы. Тип стержня соответствует 'Стержню фермы (только N)', который при сжимающей силе исключается из работы.

Расчёт стержневой системы с растянутыми стержнями выполняется итеративно: На первом шаге определяются внутренние силы всех стержней. Если растянутые стержни получают отрицательную нормальную силу (сжатие), запускается следующий шаг итерации. Жёсткостные доли этих стержней больше не учитываются — они исключены из работы. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ни один растянутый стержень не исключается. Система может стать неустойчивой из-за исключения растянутых стержней.

Сжатый стержень

Сжатый стержень может воспринимать только сжимающие силы. Тип стержня соответствует 'Стержню фермы (только N)', который при растягивающей силе исключается из работы. Исключение сжатых стержней может привести к неустойчивой системе.

Стержень с потерей устойчивости

Стержень с потерей устойчивости соответствует 'Стержню фермы (только N)', который неограниченно воспринимает растягивающие силы, но сжимающие силы — только до достижения критической силы. Для случая Эйлера 2 эта сила определяется следующим образом:

С этим типом стержня часто можно обойти неустойчивости, которые возникают при нелинейном расчёте по теории II. или III. порядка из-за потери устойчивости стержней фермы. Если заменить их (реалистично) стержнями с потерей устойчивости, во многих случаях критическая нагрузка повышается.

Вантовый стержень

Трос может воспринимать только растяжение. С его помощью можно рассчитать цепи тросов итеративно по анализу больших деформаций с учётом продольных и поперечных сил.

Тросы подходят для моделей, в которых могут возникать большие деформации с соответствующими изменениями внутренних сил. Для простых растяжек, например у козырька, растянутых стержней вполне достаточно.

Арматурный стержень

С этим типом стержня можно моделировать гибкую стальную арматуру в конечно-элементной модели железобетонного элемента. Так, например, можно исследовать области разрыва, основанные на ферменной аналогии (растянутая затяжка и сжатая диагональ у консолей, балки с проёмами).

Арматурный стержень имеет автоматическую функцию соединения с другими элементами, такими как стержни или поверхности, если он физически находится внутри элемента. Как и стержень фермы (только N), арматурный стержень имеет только касательную жёсткость. Нелинейная работа материала в настоящее время ещё невозможна.

В разделе 'Настройки' установлен тип стержня — гибкая арматура. Другие типы арматурных стержней доступны, если активирован адд-он Пучки ПНА.

В разделе 'Главные объекты' назначьте стержни или поверхности, в которых находится арматурный стержень. Для этого используйте кнопку . Кнопкой вы можете затем автоматически соединить арматурный стержень с главным объектом.

Трос на блоках

Этот тип вантового стержня также воспринимает только растягивающие силы и рассчитывается по теории тросов (анализ больших деформаций). Однако вантовый стержень на блоках может быть определён только на полилинии, лежащей в одной плоскости и имеющей не менее трёх узлов. Этот тип стержня подходит для гибких на изгиб растянутых элементов, продольные силы которых передаются через отклоняющие точки по модели. Пример применения — полиспаст.

В отличие от обычного вантового стержня возможно только перемещение во внутренних узлах в продольном направлении (u_x). Поэтому стержень не должен нагружаться нагрузками на стержень, действующими в локальном направлении y или z. Учитываются только перемещения u_x и нормальные силы N.

Во внутренних узлах полилинии не имеет значения, имеется ли узловая опора или соединён ли стержень с другой конструкцией: исследуется общая система вантового стержня по длине полилинии.

На вкладке 'Блоки' вы можете определить дальнейшие параметры, такие как отклоняющие узлы и свойства шкивов. Из этих данных создаются узлы, вантовые и жёсткие стержни.

Результирующая балка

Результирующая балка подходит для интеграции результатов поверхностей, тел или стержней в фиктивный стержень. Так, например, можно считывать результирующие поперечные силы поверхности для проверки каменной кладки.

Линия результирующей балки может быть размещена в модели произвольно. Результирующей балке не требуется ни опирание, ни соединение с моделью. Однако нужно назначить сечение, чтобы обеспечить возможность расчёта. К результирующей балке нельзя приложить нагрузки.

В разделе 'Интеграция напряжений и сил' выберите тип результирующей балки, чтобы задать геометрическую форму области интегрирования. Затем в разделе 'Параметры' вы можете определить размеры. Они относятся к линии стержня в её центре тяжести.

В разделе 'Включаемые объекты' задайте поверхности, ячейки поверхностей, тела и стержни, результаты которых должны учитываться при интеграции. Альтернативно выберите 'Все' объекты и затем исключите в разделе 'Исключённые из включаемых объектов' определённые элементы.

Линия результатов

Линия результатов подходит для интеграции результатов поверхностей, тел или стержней в линии. Эту линию можно разместить в модели произвольно.

Принцип соответствует результирующей балке. Однако вам не нужно назначать сечение. На вкладке 'Сечение' вы можете прочитать длину линии и при необходимости повернуть линию для представления результатов; она не имеет другой функции.

Передача нагрузки

С этим типом стержня можно приложить нагрузки к объектам, соединённым со стержнем на концевых или промежуточных узлах. Сам стержень не имеет жёсткости. Критерии передачи нагрузки вы можете задать на новой вкладке.

Передача нагрузки выполняется в настоящее время методом полос. Нагрузка стержня передачи нагрузки — нагрузка на стержень или узловая нагрузка типа сила, момент или масса — распределяется пропорционально на ближайшие общие объекты конструкции. Это, например, опертые узлы, стержни, узлы поверхностей или опертые линии.

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

В разделе 'Нагруженные объекты' указываются номера узлов, на которых нагрузка на стержень передаётся на следующие за ними объекты. Если не все эти узлы актуальны, вы можете исключить определённые узлы в разделе 'Без воздействия на'.

Виртуальная балка

Этот тип стержня позволяет применить характеристики сечения для Open Web Steel Joists, которые Steel Joist Institute разместил в так называемых таблицах "Virtual Joist". Эти профили Virtual Joist представляют эквивалентные широкополочные балки, которые очень близки к полке балки, эффективному моменту инерции и весу. Тем самым балка заменяется стержнем с виртуальным сечением. Так можно моделировать сложные несущие элементы, например решётчатую ферму, в общей системе.

Выберите в списке 'Серию' виртуальной балки.

В списке 'Виртуальная балка' вы можете затем задать точный тип.

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

Модель поверхности

Этот тип стержня подходит в первую очередь для отображения перфорированных балок или ослаблений сечения, таких как проёмы для инженерных коммуникаций, в стержневой модели. При этом стержень преобразуется в модель поверхности, в которой проёмы стержня расположены по заданию пользователя. Однако стержень сохраняется. Должны быть выполнены следующие предпосылки:

• Сечение представляет собой нормированный или параметризованный тонкостенный профиль со стенкой.
• Материал сечения основан на изотропной линейно-упругой модели материала.

У типа стержня 'Модель поверхности' стержень существует как объект стержня и как объект поверхности. Геометрические свойства идентичны; обе модели имеют один и тот же центр тяжести. Отображение управляется в навигаторе — Отображение через пункт Модель → Базовые объекты → Стержни → Модель поверхности или кнопку на панели инструментов.

Сетка КЭ модели поверхности создаётся автоматически, в настоящее время на неё нельзя повлиять. При статическом расчёте используется модель поверхности. Для оценки доступны как результаты стержня (как у результирующей балки, у которой напряжения частичных поверхностей стержня интегрируются во внутренние силы стержня), так и результаты поверхности. Управление здесь также выполняется через навигатор — Отображение или кнопку .

Расчёт стержня типа модель поверхности в адд-онах выполняется по внутренним силам стержня и сечению стержня.

Как видно на изображении выше, на концах стержня типа модель поверхности образуется несколько жёстких стержней. Они соединяют модель поверхности с концевыми узлами примыкающих стержней. Тем самым обеспечивается корректная передача внутренних сил к 1D-объектам. Если к друг другу примыкают несколько стержней типа модель поверхности, эти стяжки создаются для каждого стержня.

Задайте в этом случае для нагрузки на стержень эксцентриситет силы на сечении. Нагрузка тогда реалистично прикладывается на краю сечения и сохраняется также в модели поверхности.

Жёсткость

С этим типом стержня вы можете использовать стержень с заданными пользователем жёсткостями. Значения жёсткости нужно определить в диалоговом окне 'Новая жёсткость стержня' (см. главу Жёсткости стержней).

Соединение

Стяжка — это виртуальный, очень жёсткий стержень с жёсткими или шарнирными концами стержня. Доступны четыре варианта, чтобы соединить степени свободы начального и конечного узлов 'Жёстко' или через 'Шарнир'. С помощью соединений можно моделировать особые ситуации для передачи сил и моментов. При этом нормальные и поперечные силы соответственно крутящие и изгибающие моменты передаются напрямую от узла к узлу.

Пружина

Стержень типа «Пружина» даёт возможность отобразить линейные, а также нелинейные свойства пружины с определяемыми диапазонами действия. Для стержня типа «Пружина» на вкладке 'Сечение' нужно задать только длину стержня L_z, сечение не требуется: Жёсткость стержня определяется из параметров пружины, которые вы задаёте в диалоговом окне 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержней).

Амортизатор

Амортизатор в принципе соответствует стержню типа «Пружина» с дополнительным свойством 'Коэффициент демпфирования'. Этот тип стержня расширяет возможности динамического расчёта по анализу изменений во времени.

Как и у стержня типа «Пружина», на вкладке 'Сечение' нужно задать только длину стержня L_z, сечение не требуется. Жёсткость стержня определяется из параметров пружины, которые вы задаёте в диалоговом окне 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержней). Свойства демпфирования вы можете задать через коэффициент демпфирования X.

Опции

В этом разделе вы можете с помощью флажков задать дальнейшие свойства стержня.

Узлы на стержне

С помощью одного или нескольких узлов на стержне вы можете разделить стержень на сегменты, не разделяя сам стержень (см. главу Узлы).

Шарниры

Вы можете расположить на стержне шарниры, чтобы управлять передачей внутренних сил на концевых узлах (см. главу Шарниры стержня). Для определённых типов стержней ввод заблокирован, так как внутренние шарниры уже имеются. Вы можете назначить шарниры отдельно 'Началу стержня i' и 'Концу стержня j'.

Эксцентриситеты

Эксцентриситеты дают возможность присоединить стержень к концевым узлам внецентренно (см. главу Эксцентриситеты стержней). Вы можете назначить эксцентриситеты отдельно 'Началу стержня i' и 'Концу стержня j'.

Опоры

Вы можете назначить стержню опирание, действующее по всей его длине. Степени свободы и жёсткости пружин нужно задать в условиях опирания (см. главу Опоры стержней).

Поперечные рёбра

Поперечные рёбра на стержне влияют на жёсткость при депланации стержня. Они влияют на расчёт с депланацией при кручении с учётом семи степеней свободы (см. главу Поперечные рёбра стержней).

Проёмы стержня

Проёмы стержня влияют на характеристики сечения и ход внутренних сил. Они актуальны для типа стержня 'Модель поверхности'. В главе Проёмы стержней описано, как задать тип и расположение проёмов.

Нелинейность

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

Промежуточные точки результатов

С помощью промежуточных точек результатов вы можете управлять табличным выводом результатов вдоль стержня. Точки деления нужно определить в диалоговом окне 'Новая промежуточная точка результатов стержня' (см. главу Промежуточные точки результатов стержня).

Модификации концов

С помощью модификаций концов вы можете графически подогнать геометрию стержня на его концах. Так можно подготовить выступы, укорочения или скосы для визуализированного представления.

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

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

Активировать передачу нагрузки

Флажок позволяет распределить нагрузку на стержень — независимо от жёсткости стержня — с помощью передачи нагрузки. Тем самым стержень действует в модели своей жёсткостью. Распределение нагрузки на соседние объекты, напротив, управляется параметрами, которые вы можете задать на вкладке Передача нагрузки.

Деактивировать для расчёта

Если вы установите этот флажок, стержень вместе с нагрузкой не будет учитываться в расчёте. Так вы можете исследовать, как изменяется работа конструкции модели, если определённые стержни не активны. Стержни не нужно удалять; нагрузки также сохраняются.

Оценка стоимости

Оценка стоимости выполняется, как правило, по стоимости материала, который назначен стержням сечения (см. главу Материалы). Если для стержня должны действовать специфические параметры, вы можете отдельно задать удельную стоимость и единицы на вкладке 'Оценка стоимости'. Принцип соответствует процедуре, описанной для сечений.

Оценка выбросов CO₂

Оценка выбросов CO₂ также, как правило, основана на материале сечения. Однако вы можете задать удельные выбросы и единицы на вкладке 'Оценка выбросов CO₂' для каждого стержня индивидуально. Принцип описан в главе Сечения для выбросов определённых сечений.