Halbfest (Frühling) Mit Fixierungen können Sie eine Elementendfixierung modellieren, die irgendwo zwischen der eines Fachwerks liegt (festgesteckt) Fixität oder Rahmen (Fest) Fixität.

In diesem Artikel gehen wir näher auf halbfeste Mitglieder ein, wie man sie in S3D einstellt, wie ihre Werte in der Software verwendet werden, und ihre Auswirkung auf das Mitgliederverhalten.

Rahmen, Endbefestigungen für Fachwerk und halbfeste Elemente

Zuerst, Eine kurze Zusammenfassung der Rahmen- und Fachwerkbefestigungen:

1. Eine Rahmenfixierung (FFFFFF), auch bezeichnet als “Fest” oder “vollständig behoben”, stellt sicher, dass es an Verbindungsstellen zu keiner Drehung zwischen verbundenen Elementen kommt, und alle Momente werden von einem Mitglied auf das andere übertragen
2. Eine Fachwerkfixierung (FFFFRR), auch bezeichnet als “frei” oder “festgesteckt”, Ermöglicht die Drehung verbundener Elemente relativ zueinander, Das heißt, es werden keine Momente übertragen, und Sicherstellen, dass das Endmoment des Elements Null ist

Es sollte auch beachtet werden, dass Rahmen- und Fachwerkverbindungen eigentlich Idealisierungen sind, da sie schwierig sind, wenn nicht unmöglich, in realen Strukturen zu erreichen.

Eine halbfeste Element-End-Fixität, auch als a bezeichnet “Frühling” oder “flexibel” Fixität, bietet etwas zwischen diesen beiden Fällen – Am Knoten ist eine gewisse Drehung zwischen den Elementen zulässig, Die Elemente können sich jedoch relativ zueinander nicht völlig frei drehen. Dies gibt am Ende des Mitglieds einen Moment, aber, mit entsprechender Federsteifigkeit, weniger Moment als die Rahmenfestigkeit, und ein größeres Moment als die Fachwerkfixierung.

Halbfeste Elemente bieten daher ein Modell, das dem der realen Struktur näher kommt, statt der idealisierten Fälle von Rahmen- oder Fachwerkverbindungen.

So legen Sie halbfeste Fixitäten in S3D fest

Halbfeste Fixitäten werden in S3D über das Menü auf der linken Seite eingestellt, wenn ein Mitglied ausgewählt wird.

Durch Auswahl von „Semi“ über die Schaltflächen oben im linken Bereich wird der Fixitätscode an beiden Enden des Mitglieds auf FFFFSS gesetzt, und öffnen Sie die Felder Knoten A Rotationssteifigkeit Y (RyA), Knoten A Rotationssteifigkeit Z (RzA), Knoten B Rotationssteifigkeit Y (RyB), und Knoten B Rotationssteifigkeit Z (RzB) zum Bearbeiten:

(Beachten Sie, dass Sie auch die Option „Benutzerdefiniert“ wählen können, und passen Sie dann den Fixitätscode manuell an, um ein S anstelle von F oder R zu verwenden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen).

Anschließend können Sie die Federsteifigkeit für jedes einzelne Element einstellen 4 Felder RyA, RzA, RyB & RzB.

Federhärte direkt einstellen

Sie können die Federsteifigkeit festlegen, in den im Eingabefeld angezeigten Einheiten, indem Sie die Nummer direkt eingeben:

Eine Rotationsfeder mit einer Steifigkeit von 10 000 Am Ende des Stabes wird dann kNm/rad verwendet.

Einstellung der Federsteifigkeit in Prozent

Sie können die Federsteifigkeit auch als Anteil der Stabsteifigkeit angeben, durch Hinzufügen von a % Zeichen am Ende der Nummer, z.B. 75%:

Aus der Prozentangabe wird dann die absolute Federsteifigkeit berechnet, wird als Dezimalwert ausgedrückt, als Faktor „r“ in der folgenden Gleichung:

Wo:

• E ist der Elastizitätsmodul
• I ist das Trägheitsmoment um die entsprechende Achse
• L ist die Länge des Elements

Z.B. 75% wird ausgedrückt als 0.75, was k = 3EI/L ergibt * (0.75/(1-0.75)) = 3EI/L*3 = 9EI/L.

Vergleich von halbfesten Bauteilen mit festen Bauteilen und Fachwerkbauteilen

Jetzt wissen wir, wie man ein Mitglied auf halbfest setzt, und geben Sie die Federsteifigkeit ein, Schauen wir uns ein S3D-Modell an, das das Verhalten vergleicht.

Das Bild unten zeigt ein S3D-Modell mit mehreren Instanzen desselben Mitglieds, jeweils mit unterschiedlicher Fixierung und Federsteifigkeit:

(Das Modell kann unter diesem Link aufgerufen werden platform.skyciv.com/structural-viewer/semi-fixed-members)

Jedes Element hat einen rechteckigen Querschnitt von 100 x 300 mm, ein Trägheitsmoment geben (I) von 225,0E6 mm^4. Die Mitglieder sind 4.0 minimale Länge, und verwenden Sie das Material General Structural Steel, welches einen Elastizitätsmodul von E = 200,0E3 GPa hat (N/mm2). Der Wert von 3EI/L für jedes der Mitglieder beträgt daher 33750.0 kN-m/rad.

Die Stützen an den Enden der Elemente sind alle vollständig befestigt (versenkt). Mit der 8 Die Steifigkeit der einzelnen Elemente nimmt zunehmend ab, beginnend mit einem festen Mitglied, dann auf einen sehr hohen Federwert übergehen, gleich 297 NICHT ICH, dann geht es auf einen Federwert von EI/L zurück /99. Das letzte Element wird als Fachwerkelement festgelegt. Die Steifigkeiten der Elemente sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Lösen des Modells, Wir können den Unterschied in den Biegemomentdiagrammen sehen:

Für das Rahmenelement links, Wir sehen die erwartete Kombination aus Durchhängen in der Nähe der Stützen und Durchhängen in der Mitte des Elements, mit einem Punkt mit einem Moment von Null auf beiden Seiten des Mittelpunkts des Elements. Auf der rechten Seite, Wir sehen, dass die Erfahrungen des Fachwerkträgers nur durchhängen, wie erwartet.

Für die halbfesten Mitglieder, da ihre Steifigkeit abnimmt, Sie haben kleinere Bereiche, in denen es zu Fressen kommt, kleiner (in absoluten Zahlen) Werte des Beanspruchungsmoments, und größere Werte des Durchhangmoments. Eine sehr hohe Federsteifigkeit führt zu Ergebnissen, die denen der Rahmensteifigkeit sehr ähnlich sind, und eine sehr geringe Federsteifigkeit führt zu Ergebnissen, die denen der Fachwerkfixierung sehr ähnlich sind.

Die Auslenkungen der Mitglieder variieren in ähnlicher Weise:

Für das vollständig feste Mitglied (Nein. 1) Wir sehen die erwartete Durchbiegung mit Wendepunkten auf beiden Seiten des Mittelpunkts des Elements. Für das Fachwerkelement sehen wir, dass die Durchbiegung größer ist und es keine Wendepunkte gibt.

Für die halbstarren Elemente, da ihre Federsteifigkeiten abnehmen, Sie erfahren eine größere Biegung und die gebogene Form wird der des Fachwerkgehäuses ähnlicher. Die Ergebnisse sind unten tabellarisch aufgeführt:

Zusammenfassend

• Halbfeste Elemente führen zu einem Verhalten, das irgendwo zwischen dem einer festen oder fixierten Verbindung liegt
• Sie können die Federsteifigkeit für ein halbfestes Element als absoluten oder relativen Wert festlegen
• Dann wird eine relative Steifigkeit verwendet, Die berechnete absolute Steifigkeit ist umgekehrt proportional zum r-Faktor, Der r-Faktor ist die prozentuale Fixität, ausgedrückt als Dezimalzahl
• Eine höhere Federsteifigkeit führt zu einem Verhalten, das dem eines Rahmenelements näher kommt, Eine geringere Federsteifigkeit ergibt ein Verhalten, das dem eines Fachwerkelements näher kommt

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