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2026-02-10

基本

基础选项卡管理基本杆件参数。如果在“选项”部分勾选一个复选框,通常会添加另一个对话框选项卡。在此,您可以设置详细信息。

杆件类型

杆件类型决定了内力如何被记录或对杆件的某些假设。在列表中有多种杆件类型可供选择。

梁是一个能承受所有内力的刚性杆件,其两端没有铰接。此类杆件可以承受各种类型的载荷。

刚性杆件

刚性杆件通过刚性连接将两个节点的位移耦合,因此本质上是一种耦合。可以定义非常高刚度的杆件,同时考虑到可具有弹簧常数和非线性的铰接。几乎不会出现数值问题,因为刚度与系统匹配。

如果您在结果导航器-结果-杆件类别下启用“耦合结果”,刚性杆件将输出内力。

刚性杆件的刚度如下:

纵向刚度 E · A 1013 · ℓ [SI单位] 其中 ℓ 为杆件长度
扭转刚度 G · IT 1013 · ℓ [SI单位]
弯曲刚度 E · I 1013 · ℓ3 [SI单位]
剪切刚度 GAy / GAz(如果启用) 1016 · ℓ3 [SI单位]

信息

这些刚度假定也适用于类型为耦合的杆件。

肋板

使用肋板可以模拟构件梁(下弦梁)。对于此类杆件类型,FEM模型中考虑了偏心和有效板宽度。

肋板主要适用于钢筋混凝土杆件,因为肋板的内力和截面被纳入混凝土设计中。带焊接“肋板”的钢板应建模为带有偏心连接的杆件。

“肋板配置”提供了多种选择。

通常,肋板是一个偏心安排的杆件。偏心率由板厚和杆件高度的一半自动确定,但也可以手动定义。通过肋板的偏心增加了模型的刚度。对于中心安排,肋板的重心轴位于板材中心。

在“法兰尺寸”部分中定义左侧和右侧的肋板有效宽度。通常可以保持“自动查找”设置,程序将确定两个板。如果肋板线处有多个板收束,则需要手动设置重要板。

有多种方法输入积分宽度b-y,int 和b+y,int(见图新的肋板):宽度可以直接输入,或通过选项Lref/ 6和Lref/ 8自动根据杆件长度计算。也可以根据标准,如“EC2”第5.3.2.1节确定。

by,int值定义了积分内力的区域的宽度。by,eff值代表肋板法兰从板带中点到其边缘的宽度。默认情况下,by,int和by,eff相等。点击按钮 同步 后,您可以分别定义这些宽度。

如果定义了“杆件节点”类型的节点,则可以为单独的段定义段性肋板。如果定义了多个段,可以通过“线性分布”列将宽度线性化连接,避免肋骨杆件刚度的大幅跳跃。

在3D模型中,有效宽度对刚度没有影响,因为偏心杆件已经定义的增加刚度。然而,它们影响了杆件和板内力的分布。

桁架杆

桁架杆是带有两端铰接的梁杆类。此外,在杆件起点,围绕纵轴的旋转通过铰链φx释放。对于这种杆件类型,将输出杆件荷载引起的弯矩和扭矩。

桁架杆(仅N)

这种刚度为E ⋅ A的桁架杆能承受拉伸和压缩形式的轴力。只输出节点内力。杆件线上只要没有集中荷载,力沿线性分布。没有弯矩分布输出,即使其由于自重或线荷载引起。节点内力由杆件载荷计算,确保正确传递。

信息

“桁架杆(仅N)”在主轴垂直方向上无任何弹性,无法考虑杆件屈曲影响。

提示

网络研讨会中,通过一个示例解释了“桁架杆”和“桁架杆(仅N)”两者的区别。

拉杆

拉杆只承受拉力。此杆件类型相当于“桁架杆(仅N)”,且在受压时失效。

拉杆结构的计算是迭代的:第一步计算所有杆件的截面力。如果拉杆承受负轴力(压缩),将启动下一步迭代。此时这类杆件的刚度部分不再考虑,它们被视为失效。此过程将继续,直至没有拉杆再失效。由于拉杆失效,系统可能变得不稳定。

信息

如果某拉杆在后续迭代步骤中因为载荷重分布效应而引入拉力,则其会恢复到刚度矩阵中(参见章节静态分析设置)。

压杆

压杆仅承受压缩力。此杆件类型相当于“桁架杆(仅N)”,且在受拉时失效。失效的压杆可能导致系统的不稳定。

屈曲杆

屈曲杆相当于“桁架杆(仅N)”,其能无限承受拉力,但压缩力仅在达到临界力之后被承受。对于Euler案例2,该力如下确定:

此杆件类型可绕开由桁架杆屈曲在非线性分析中产生的不稳定性。如果用屈曲杆代替这些杆件,通常会提高临界载荷。

索杆

索杆仅承受拉力。可以通过III阶理论的迭代计算方法来考虑纵向和横向力。

索适合于模型中可能发生大变形和相应截面力变化的情况。对于如悬棚的简单固定,拉杆通常足够。

筋材杆

此类杆件类型允许在钢筋混凝土元件的有限元模型中模拟结构钢筋。例如,可以分析基于桁架模拟的非连续区域(如悬臂和开孔梁的拉压杆)。

筋材杆具有自动连接到物理上存在的其他如杆或板的功能。与桁架杆(仅N)类似,筋材杆只能考虑切线刚度。当前不支持非线性材料行为。

重要

此类杆件不能在添加的混凝土设计中进行设计。

在“设置”部分中设置杆件类型为常规筋材。若启用张拉索插件,其他筋材杆类型将变得可用。

在“主对象”部分中分配包含筋材杆的杆件或板块。利用 多选 按钮。然后利用 自动选择 按钮,您可以将筋材杆自动连接到主对象。

提示

对于主对象,建议使用非线性材料(例如损坏)。

滑轮上的索杆

此类索杆类型也仅承受拉力,并且通过III阶理论的索理论计算。滑轮上的索杆只能定义在包含至少三个节点的折线中。此类杆件适用于弯曲柔软的拉伸元件,其纵向力通过模型的导向点传递。应用实例如绞盘。

与常规索杆不同,只有在折线的内节点上在纵向方向(ux)允许位移。杆件不可受作用于局部y或z方向的杆载荷。考虑的只有位移ux和轴力N。

对于折线的内节点,是否存在节点支座或杆与其他结构进行连接并不影响:整个索杆系统在折线的长度范围内进行分析。

结果杆

结果杆适合将面的、体积的或杆件结果积分到一个虚拟杆件上。例如,可以查看墙体设计所需的面力结果。

结果杆的线可以随意放置于模型中。结果杆不需要支座或连接到模型。需要指定一个截面,以便进行设计。结果杆上不能加载任何荷载。

信息

结果杆的截面积不会影响系统刚度。

在“整合的应力和力”部分选择结果杆类型以确定积分区域的几何形状。在“参数”部分中定义尺度。这些是基于杆件力线的重心定义的。

在“包括的对象”部分规定将在积分时考虑的面、面单元、体单元和杆件。或者选择“全部”对象,然后在“排除的对象”部分中排除某些元素。

结果线

结果线适合将面或杆件结果积分到一个线中。此线可以随意放置于模型中。

其原理类似于结果杆。您不需要指定一个截面。在“截面”选项卡中可以读取线的长度并旋转线以便于结果显示;此操作没有其他功能。

负载传递

此类杆件类型用于将负载引入连接到杆件的端点或中间节点的对象。杆件本身没有刚度。可以在一个新选项卡中设置负载传递标准。

负载传递目前使用条带方法。负载传递杆件的负载——杆件载荷或力、力矩或质量节点载荷——按比例分配到最近的共同结构对象上。这些可以是例如支撑节点、杆件、面的节点或支撑线。

如果需要考虑杆件的自重,可以在“参数”部分中设置杆件重量。

在“受力对象”部分中指定受杆件施加负载的节点编号。如果这些节点不是全部相关的,您可以在“排除对象”部分中排除一些节点。

虚拟托梁

此类杆件类型允许设置“开放钢托梁”的截面性质,是钢托梁学会存储在所谓的“虚拟托梁”表中的。这些虚拟托梁型材代表了与托梁翼缘相近似的等效宽缘梁,接近弯曲惯性矩和重量。通过此类杆件可以将复杂的承重元件如桁架在整体系统中进行模拟。

在列表中选择虚拟托梁的“系列”。

然后在“虚拟托梁”列表中可以设置具体类型。

虚梁

在“截面和材料”部分,利用导入按钮可以从截面库中导入虚拟托梁。

面模型

此类杆件类型适用于在杆件模型中创建空心梁或腹板梁,或者其他截面削弱如管道穿过的开口等。杆件将被转换为面模型,在其中按用户要求布置杆件开口。但杆件仍然保留。需要满足以下条件:

  • 截面是具有腹板的标准化或参数化薄壁型材。
  • 截面材料基于各向同性线弹性材料模型。

对“面模型”杆件类型,杆件同时存在于杆件和面对象中。几何属性相同;两个模型具有相同重心。显示可通过显示导航器控制 - 模型→基础对象→杆件→面模型或工具栏上的按钮 面模型

网格在面模型中自动生成,当前无法影响。在静态计算中使用面模型。评估时可同时获得杆件和面结果(如结果杆,其中面子区域的应力被整合为杆件内力)或面结果。导航器 - 显示和按钮 面模型 可用于此控制。

在附加件中,面模型杆件的设计使用杆件内力与截面。

如上图所示,面模型杆件的端部生成多个刚性杆件。他们连接面模型与相应端节点的邻接杆件。因此,确保了截面力的正确传递到1D对象。如果多个面模型杆件连接,将为每个创建这些耦合杆件。

信息

在杆件重心线作用的载荷,可能在开口区域丢失:在转换为面模型时,所有开口内的线都移除,因此无法施加载荷。

在此情况下为杆件载荷定义一个 力偏心 。载荷在截面的边缘上施加而保留在面模型中。

提示

在专业文章中应用杆件类型“面模型”比较了面模型和杆模型的结果。

刚度

使用此类杆件类型可以定义具有自定义刚度的杆件。刚度参数在“新杆件刚度”对话框中定义(参见章节杆件刚度)。

耦合

耦合杆是具有刚性或关节杆端的虚拟杆件。有四种方法可以选择,随意结合初始和末端节点的自由度为“固定”或“铰接”。通过这些耦合可以模拟特定的力和力矩传递情况。通过耦合,轴力和剪力,扭矩和力矩被从节点传递到节点。

信息

耦合的刚度在模型中给定,以避免数值问题。该假设与刚性杆件类型杆件相同。

弹簧

弹簧杆允许设置具有定义工作区域的线性或非线性弹簧特点。对于一个弹簧杆,您在“截面”选 项卡中只需定义杆件长度Lz,不需要指定截面:杆件的刚度来源于弹簧参数,及通过“新弹簧杆”对话框进行定义(参见章节弹簧杆)。

阻尼器

一个阻尼器相当于一个具有“阻尼系数”附加属性的弹簧杆。此类杆件扩展了使用时间过程方法的动态分析的可能性。

同弹簧杆类似,您在“截面”选项卡中只需定义杆件长度Lz,不需要截面。杆件的刚度由“新弹簧杆”对话框中的弹簧参数确定(参见章节弹簧杆)。阻尼特性可以通过阻尼系数X进行控制。

信息

对于粘弹性,杆件类型“阻尼器”类似凯尔文-沃伊特模型,由阻尼元件和并联连接的弹簧组成。

选项

在此部分,您可以通过勾选复选框来设置其他杆件特性。

杆件上的节点

通过在杆件上设置一个或多个节点,您可以将杆件分割为段而无需分段(参见章节节点)。

铰接

您可以在杆件上设置铰接,以便控制内力在端节点上的传递(参见章节杆件铰接)。对于某些杆件类型,输入被禁用,因为已经存在内部铰接。可以分别为“杆件起点i”和“杆件终点j”分配铰接。

偏心

偏心允许您以外中心连接杆件到端节点(参见章节杆件偏心)。可以分别为“杆件起点i”和“杆件终点j”分配偏心。

支座

您可以为杆件分配在其整个长度上有效的支座。支座条件中的自由度和弹簧刚度需要定义(参见章节杆件支座)。

横向加劲

杆件的横向加劲对杆件的翘曲刚度有影响。它们在使用七自由度(7 DOF)考虑翘曲扭转的计算中影响(参见章节杆件横向加劲)。

杆件开口

杆件开口影响截面积值和内力分布。在“面模型”杆件类型中尤为重要。章节杆件开口中描述了如何定义开口的类型和位置。

非线性

可以为杆件分配非线性。非线性特性定义为杆件非线性(参见章节杆件非线性)。

结果中间点

结果中间点可以控制杆件沿线的结果表格输出。分点在“新杆件结果中间点”对话框中定义(参见章节杆件结果中间点)。

信息

结果中间点不影响极值查找或图形化结果分布。

末端修改

通过末端修改,您可以图示调整杆件末端的几何形状。此功能允许准备超出、缩短或斜裁的三维呈现。

信息

与杆件偏心不同,末端修改不影响计算。

‘延伸’: 可以分别为杆件起点和终点定义一个“延伸”。负值Δ是缩短。

‘倾斜’: 通过倾斜可以对杆件末端进行斜切。可以考虑围绕杆件y轴和z轴的倾斜角。正角度使端部围绕相应正轴顺时针旋转。

激活负载传递

此复选框允许通过负载传递分配杆件负载——不考虑杆件自身的刚度。杆件通过其在模型中的刚度有效。相邻对象的负载分配通过在负载传递选项卡中设置的参数控制。

禁用计算

如果勾选此选框,则杆件及其负载在计算中将被忽略。这样可以研究如果某些杆件无效,模型的负载状况会如何变化。杆件无需删除;同时载荷也保留。

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