SkyCiv-Dokumentation

Ihr Leitfaden zur SkyCiv-Software - Tutorials, Anleitungen und technische Artikel

SkyCiv Member Design

  1. Zuhause
  2. SkyCiv Member Design
  3. Allgemeines
  4. Ein Leitfaden für unverspannte Längen, Effektiver Längenfaktor (K.), und Schlankheit

Ein Leitfaden für unverspannte Längen, Effektiver Längenfaktor (K.), und Schlankheit

Ein Leitfaden für unverspannte Längen, Schlankheits- und K-Bestimmung

SkyCiv’s 3D modeling and analysis tool, Strukturelles 3D, ermöglicht Benutzern nicht nur die Ausführung linearer und nichtlinearer Analysen, aber es unterstützt auch die Knickanalyse, was manchmal ein nachträglicher Einfall im konstruktiven Ingenieurprozess sein kann. This article will discuss the parameters that are needed to determine a member’s resistance to buckling, und wie das in SkyCiv Structural 3D aussieht. Während es andere Knickformen wie das Biegedrillknicken gibt, Plattenbeulen, etc., Dieser Artikel befasst sich ausschließlich mit Knicken in Druckstäben.

Knicken is a form of failure in compression members, das sind normalerweise Spalten. Betrachten Sie das einfache Beispiel einer Getränkedose – wenn die Dose von beiden Enden zusammengedrückt wird, bei einer gegebenen Kraft, es kommt zu einer plötzlichen Auslenkung und es wird irgendwann entlang der Länge der Dose in sich zusammenfallen. Dies ist auf das Auftreten von Knicken zurückzuführen. Für Strukturelemente, dieser Fehlermodus muss berücksichtigt werden, da dies verheerende Folgen für die strukturelle Integrität der gesamten Struktur haben kann.

Schlankheitsverhältnis

Stäbe, bei denen Knicken zum maßgebenden Versagensmechanismus wird, sind in der Regel lang und im Verhältnis zu ihrem Querschnitt schlank. Wir verwenden das sogenannte Schlankheitsverhältnis, um zu beschreiben, wie “schlank” ein Mitglied ist. Der Schlankheitsgrad ist ein schnelles und relativ einfaches Verhältnis zur Berechnung der Knickphänomene, die in einem Druckstab auftreten. Es ist definiert als:

Schlankheitsgrad = KL/r

Wo K. ist der effektive Längenfaktor, l is the unbraced length of the member and r ist der Trägheitsradius. The product KL ist einfach als effektive Länge bekannt. Der Trägheitsradius ergibt sich wie folgt:

r = Quadrat(Ig/Ag)

Hinweis: Als Näherungswerte, it’s possible to use r = 0,3h für quadratische und rechteckige Profile, und r = 0,25h für Rundprofile.

So, was sind die “Länge ohne Streben” und “Effektiver Längenfaktor”?

Länge ohne Streben

unverspannte Länge (freitragende Länge) ist der größte Abstand entlang des Stabs zwischen Stützpunkten, oder Punkte, an denen der Stab gegen Durchbiegung in die vorgegebene Richtung abgestützt ist. So, für eine freistehende Säule, die unverspannte Länge wäre die volle Höhe/Länge. In vielen Instanzen, the unbraced length of a member is less than the full length since there are members or other mechanisms Verspannung es zusammen mit dem Mitglied. Es werden zwei Schlüsselaussteifungslängen für die zwei Achsen der Stäbe berücksichtigt. In der SkyCiv-Software, wir bezeichnen diese als Ly (Hauptachse) und Ly (Nebenachse). These are are pre-filled in the software and can be modified in the Mitglieder Tabelle in den Modulen für die Elementbemessung:

Nicht verspannte Längen, Schlankheits- und K-Bestimmung, calculate effective length of columns

Beispielsweise, die untere Spalte hat eine volle Länge von 20ft, but the unbraced length in beiden Achsrichtungen ist 10ft, da es eine Trägeraussteifung aus beiden Richtungen gibt, befindet sie sich in der Mitte der Stütze.

Nicht verspannte Längen, Schlankheits- und K-Bestimmung

In den SkyCiv Design-Modulen — Mitgliederdesign und RC-Design — the unbraced length is automatically calculated and populated in the Mitglieder Verwendung des in S3D integrierten Lastgenerators für Windlasten. Ingenieure können diese Werte manuell anpassen und manipulieren, falls benutzerdefinierte Situationen auftreten oder spezielle Annahmen getroffen werden.

Effektiver Längenfaktor

Jetzt, da wir wissen, was die unverspannte Länge für ein Mitglied ist, we can figure out what the effective length factor is. In SkyCiv Structural 3D, die wirksame Länge eines Stabes wird bei einem Knicknachweis ermittelt, wobei der Eigenwert jedes Stabes berechnet wird, um kritische Knickkräfte zu bestimmen.

Dies bedeutet im Grunde nur, dass der Löser die effektive Länge eines Stabs basierend auf der Finite-Elemente-Analyse ermittelt. jedoch, empirische K-Werte werden in der Praxis routinemäßig verwendet und sind aus der unten stehenden allgemein üblichen Tabelle zu entnehmen.

Die effektive Länge (K.) Faktor eines Stabes unter Druck ist abhängig von den Auflagerbedingungen an jedem Ende. Je höher der K-Faktor, the more the support conditions hurt the member’s resistance to buckling, und umgekehrt. Schau dir die Tabelle unten an, können wir die effektiven Längenfaktoren üblicher Stützsituationen mit Stützen sehen, oder andere Druckelemente:

effektiver Längenfaktor (K-Faktoren) verwendet, um die effektive Länge von Säulen zu berechnen

Knickkapazität

Da wir nun Mitglieder mit dem Schlankheitsgrad beschreiben können, wie wird das knicken eigentlich überprüft? Die kritische Belastung, bei der ein Mitglied knickt und im Wesentlichen, its strength can be described with the Euler-Formel unten gezeigt:

Nicht verspannte Längen, Schlankheits- und K-Bestimmung, calculate effective length of columns

Wo wir die effektive Länge im Nenner sehen, und der Elastizitätsmodul und das Trägheitsmoment des Abschnitts im Zähler. Dies sagt uns, dass je kleiner die effektive Länge eines Abschnitts, sowie je höher das Trägheitsmoment in der Analysenachse, führt zu einer höheren kritischen Last, die das Element verknicken würde.

Because most members aren’t fully symmetrical in all directions, Elemente werden normalerweise in beiden Hauptrichtungen des Abschnitts analysiert. In SkyCiv Structural 3D, die Hauptrichtungen wären die Y- und Z-Achse eines Stabes, was der vertikalen und horizontalen Achse eines Abschnitts entspricht, beziehungsweise, wenn man es in der ebenenansicht betrachtet.

Müssen alle Glieder auf Knicken überprüft werden??

Knicken ist eine sehr einzigartige Art des Versagens, und sollte nicht vergessen oder abgeschrieben werden, Es gibt jedoch einige Bestimmungen und allgemeine Praktiken in der Branche, die es Ingenieuren ermöglichen, Knicken als Versagensmethode zu ignorieren, only because that member would otherwise fail before it’s critical buckling stress is reached through a different failure method. Diese Vorgaben sind abhängig vom Elastizitätsmodul des Stabes, und damit das Material.

Wenn eine Spalte berücksichtigt wird “lange”, dann ist es knickanfällig und sollte überprüft werden. Andernfalls, Spalten werden berücksichtigt “kurz” oder “dazwischenliegend” in welchem ​​Fall, Knicken ist weniger gefährlich. Die Einstufung der Mitglieder als kurz, dazwischenliegend, oder lang, erfolgt unter Verwendung des Schlankheitsgrades, den wir zuvor berechnet haben.

Für Stahlbauteile, ein Schlankheitsverhältnis unter 50 kann in Erwägung gezogen werden “kurz”. Ein Schlankheitsgrad größer als 200 sagt uns das Mitglied ist “lange”, und Beulen durch Druckkräfte sollten berücksichtigt werden. Stäbe mit Schlankheitsverhältnissen zwischen diesen beiden Werten werden berücksichtigt “dazwischenliegend”, wo technisches Urteilsvermögen verwendet werden sollte.

Für konkrete Mitglieder, das “kurz” und “lange” Bezeichnung Cutoff tritt bei einem Schlankheitsgrad von auf 10.

Für Holzmitglieder, Knicken ist einzigartiger, da das Material selbst nicht isotrop ist (die Festigkeit des Materials variiert). jedoch, in den meisten Fällen, Holzbauteile mit einem Schlankheitsgrad unter 10 kann in Erwägung gezogen werden “kurz”.

Insgesamt, die kontrolle ist recht unkompliziert und schnell, die meisten Ingenieure gehen also auf Nummer sicher. Glücklicherweise, in SkyCiv Structural 3D, wenn Benutzer eine Knickanalyse in die Warteschlange stellen, diese Überprüfungen werden für jedes einzelne Mitglied zu einem Bruchteil der Zeit durchgeführt.

SkyCiv-Mitglieder-Design-Software

To learn more about all the features of SkyCiv Member Design Software, click the button below!

War dieser Artikel für Sie hilfreich??
Ja Nein

Wie können wir helfen?

Zur Spitze gehen