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2024-02-21

节点支座

支座将作用在结构上的荷载传递到基础上。 如果没有支座,所有的节点都是自由的,可以自由移动或转动。 RFEM 中的支座至少约束节点的一个自由度, 且与杆件或面相连。

重要

用户应注意节点支座相连的杆件的杆端铰,避免出现双铰。

当为节点分配支座后,该节点才可施加强制变形。

用户可以为节点支座分配非线性属性。那么可以选择定义受拉或受压的失效准则、撕裂或屈服,以及刚度图。

程序会根据用户定义的自由度约束情况来自动生成节点支座的名称。 程序会内置以下几种定义好的节点支座类型:

  • 铰接
  • 固定
  • 可动
  • X‘ 方向可动
  • Y' 方向可动

基本

【基本】选项卡中可以管理支座的各项基本参数。

坐标系

每个节点支座都有一个自己的局部坐标系。 默认情况下,该坐标系与全局坐标系 X、Y 和 Z 平行。 用户也可以在使用 新建 按钮该下拉菜单中选择自定义的坐标系。

提示

用户可以使用 特定方向 功能将支座和对象对齐而无需创建新的坐标系。

支座条件

“支座条件” 分为 “平动” 和 “移动”,对应着线上的节点的三个平动自由度和三个转动自由度。 在“平动”中用户可以定义支座对线上的节点沿局部坐标轴平动的约束,“转动”中用户可以定义支座对线上的节点绕局部坐标轴转动的约束。

如果想要定义约束,则需要勾选相应的复选框。 勾选意味着限制自由度,节点不可能在相应的方向上进行移动或转动。

未勾选的自由度将会被杆件支座完全约束。 其相应的“弹簧常数”将会自动设为零。 您可以在任何时候调整“弹簧常数”来模拟节点的弹性支座。 输入弹簧刚度的设计值。

用户可以在“非线性”下拉菜单中选择各种非线性杆端铰。 根据不同的自由度,在非线性列表中可以选择合适的选项。

非线性支座在模型中与常规支座的颜色不同,以便用户区分。

“如果 P 为负,则失效”和“如果 P 为正,则失效”

对于该类型的支座,如果支座支座反力为正或负, 如果在定义失效的方向上出现力或弯矩,那么支座在该方向上的约束失效。 但在其他方向上的约束仍正常工作。

'负'或'正'方向是指相对于相应轴施加于节点支座上的力或弯矩(它们not是指在支座部分上的反力)。 正负号是根据全局坐标系的方向得出: 例如如果全局 Z 轴向下,则在“自重”荷载工况下会产生正的支座反力 PZ。

“如果 P 为负,则全部失效”和“如果 P 为正,则全部失效”

与上面介绍的只是支座的某个约束失效不同,如果在定义失效的方向上出现力或弯矩,则支座的所有约束都会失效。

如果想要定义其他非线性,那么可以选择在部分作用图表或者摩擦选项卡中定义相关参数。

选项

使用该对话框部分中的复选框可以定义节点支座的其他属性。 根据选择的不同,specificDirectionTab 特定方向 fictitiousColumnTab 刚度选项卡通过虚列 补充。

特定方向

在“特定方向”选项卡中提供了用于旋转支座的不同方法。 这些方法都不需要创建用户自定义坐标系。

方向类型

调整支座方向的方法有: 可以将支座绕支座坐标轴 X'、Y' 和 Z' 旋转,或者将其指向一个或两个节点,或者平行于一根杆件或一条线。 相关对象可以通过 单独选择 按钮以图形方式选择。

信息

旋转后的节点支座的支座反力不仅可以根据全局,还可以根据局部坐标系计算得出。

通过虚拟柱的刚度

对于二维结构体系的点状支承,特别推荐使用“通过虚拟柱的刚度”选项卡。 在这里您可以根据模型中未显示的柱子的参数来确定支座弹簧常数。 由于点支座只是初步地描述了柱头区域的情况,所以可以使用特殊的柱宏单元。 RFEM 根据边界条件确定支座的弹簧刚度。 这种逼真的建模方式可以避免出现由于固定约束位于有限元节点上而导致的奇异性问题。

参数

在“支座模型”中有三种选项。 在对话框右侧区域内可同步显示每种选项的相关图形。

  • “弹性面支座”模型:按柱子尺寸分离出一个面,然后在该面上设置一系列独立的弹簧。 弹性系数会根据柱子的几何形状和材料数据自动计算得出。
  • 在'弹性节点支座'模型中,面被分离并以点状方式支撑。 在支座上设置有平移和转动弹簧,这些弹簧由柱子的几何形状和材料数据决定。 由于在柱子区域内有较高的抗弯刚度,所以在柱子的内部将面加倍。
  • '调整了有限元网格的节点支座'模型对应于弹性节点支座,但点状支座没有应用弹簧。
信息

所有变体都将分离的面从设计中排除。 内力和内弯矩作用在柱子的边界线上。

在列中输入计算弹簧刚度的数据。 '柱头'的几何形状可以通过柱子的旋转来描述为矩形或圆形。

'柱高'影响平移和转动弹簧的常数。

柱截面和材料

在计算弹簧刚度时,需要知道柱子的截面属性和材料属性。 如果柱子不是'与柱头相同'(矩形或圆形),您可以在列表中选择相应的柱截面或定义一个新的截面。

从列表中选择'柱材料'。 使用 库 新建 按钮创建一个新的材料。

柱条件

在计算平移和转动弹簧时,柱头和柱底的支座类型包括在内。 用户可以在“方向类型”下拉菜单中选择旋转线栅格的方式:

  • 铰接
  • 半刚性
  • 刚性

当选择'半刚性'选项时,可以以百分比形式指定柱基部的约束程度。

在确定刚度时,默认情况下会考虑柱子的 '剪切刚度'。

由虚拟柱产生的支座弹簧

在本节中列出了由柱子的几何形状和材料属性得出的支座弹簧的常数。 数值将被保存至 "基本" 选项卡中。

部分作用

支座的部分作用是作为支座的非线性属性提供的(见图选择支座非线性)。

用户在非线性支座中选择“部分作用”后,可以在【部分作用】选项卡中修改支座非线性的各项具体参数。 符号规则在 Failure 部分中进行了说明。 在'类型'列表中提供了关于支座有效性的各种准则。

  • 完全: 支座正常工作,按照【基本】中定义的参数进行自由度约束
  • 支座位移/旋转后生效: 在支座达到一定位移或转角之前,支座按照半刚性或铰接约束自由度; 超出定义的最大值后完全约束该方向上的自由度。
  • 从支座反力/弯矩开始撕裂: 在支座反力达到一定数值之前,支座正常工作; 超出定义的最大值,则支座失效退出工作。
  • 从支座反力/弯矩开始屈服: 在支座反力达到一定数值之前,支座正常工作; 接触应力超过规定值后,应力不再随应变增加
  • 失效: 支座退出工作,不再约束该方向上的自由度。

大部分支座的失效准则中都可以定义支座滑移,即支座产生一定转动或位移后才会开始工作。

图表

支座的图表是支座的非线性属性(见图选择支座非线性)。

信息

如果支座的受压和受拉时力学性能不同,需取消勾选左下角的 对称 复选框。

用户可以在图表中输入线铰每个变形对应的力,每一行对应着右侧曲线中的一个点。 在'力'或'弯矩'列中,位移或转角的横坐标值可以与支座的力或弯矩一起分配。

提示

用户可以使用 导入Excel文件 按钮可以将图表从 Excel 电子表格导入。 使用 排序 按钮进行升序排序。

用户可以在下拉菜单中选择不同的类型定义曲线在最后一个点后的形状:

  • 撕裂: 支座只在定义的最大值之前正常工作, 超出定义的最大值,则支座失效退出工作。
  • 屈服: 支座只在定义的最大值之前正常工作, 接触应力超过规定值后,应力不再随应变增加
  • 连续: 以最后一个点处的斜率继续延伸
  • 停止: 在定义的容许变形最大值之前正常工作, 超出定义的最大值后完全约束该方向上的自由度。

刚度图

支座的刚度图可以作为旋转支座的非线性属性使用。

信息

如果支座的受压和受拉时力学性能不同,需取消勾选左下角的 对称 复选框。

首先,在'刚度取决于'列表(在选项卡底部)中定义弹簧刚度所依赖的支座力的分量。 该 | P |表示合成的支座反力。

然后在'力'列中指定工作图的定义点的数量以及相应的特征值。 然后在'弹簧'列中分配相应的弹簧常数。

用户可以在下拉菜单中选择不同的类型定义曲线在最后一个点后的形状:

  • 撕裂: 支座只在力的最大值之前有效。 超出定义的最大值,则支座失效退出工作。
  • 屈服: 支座只在力的最大值之前有效。 接触应力超过规定值后,应力不再随应变增加
  • 连续: 以最后一个点处的斜率继续延伸

摩擦

在'非线性'列表中提供了四种选项来定义平移支座根据另一个支座分量的摩擦力(见图选择支座非线性)。

传递的支座反力与作用在另一个方向上的压力相关。 根据在'主'选项卡中的选择,摩擦力只取决于一个支座力或两个同时作用的支座力的总和。 两者之间的关系式如下:

FAQ 003537 介绍了如何考虑节点支座上的摩擦力。

以下列模型显示了通过摩擦传递水平力的支座。 但是,水平力不得超过竖向力的 10%。 在 LC 1 中满足该条件。 在 LC 2 中,由于水平荷载过大,模型变得不稳定。

父截面