Lors de la modélisation d'une structure dans SkyCiv Structural 3D, les membres et les connexions sont simplifiés avec des nœuds et des lignes pour les membres. Ces lignes entre les nœuds passent toujours par le centroïde de chaque membre pour plus de simplicité et de continuité. En réalité, des situations surviennent lorsque la charge agissant sur une barre ne peut pas être justifiée par son centre de gravité, c'est une charge excentrique. Les ingénieurs doivent penser aux charges excentriques lors de la conception des éléments car l'ajout de la rotation de la section, ou Torsion, pouvez, et sera très probablement, impacter l'état limite de la section.
Par exemple: une charge ponctuelle au-dessus d'un plancher en porte-à-faux d'en haut, ou une charge suspendue sur le côté d'une poutre fixée à des raidisseurs. Un graphique simple des charges excentriques et comment les interpréter est montré dans la figure 1.
Figure 1: Exemple de charge excentrique sur une section en I
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Jetons un coup d'œil à un exemple dans SkyCiv Structural 3D et appliquons une charge ponctuelle excentrique de deux manières différentes. Première, supposons que nous avons un faisceau W14x22 qui est 15 pieds de long avec une charge ponctuelle excentrique à mi-portée de 10 kips, agissant 12 pouces du centre de gravité. Nous supposerons que la charge agit vers le bas (-Et direction) et sur le côté gauche (+Direction Z) du membre. Aussi, nous supposerons que le poids propre est éteint, pour la simplicité.
Lors de la modélisation d'un seul membre, assurez-vous que vos supports sont corrects lors de la modélisation d'une charge excentrique. L'analyse ne fonctionnera pas avec les deux supports de votre poutre définis comme broches 3D car aucun des supports ne résistera à la rotation de la section transversale. Dans notre cas, le support le plus éloigné de l'origine n'est qu'une goupille 2D permettant la rotation dans les directions X et Y, provenant de la déviation verticale et horizontale. Jetons un coup d'œil à notre exemple de membre dans l'espace de modélisation 3D:
Maintenant, examinons les deux méthodes de comptabilisation de l'excentricité de notre charge. Se référant à la figure 1, dans notre cas:
\({P} = {10} kips)
\({e} = 12 pouces = 1 foot\)
Méthode 1: Comptabiliser l'excentricité en appliquant un Moment
Comme le montre la figure 1, on peut tenir compte de l'excentricité de la charge en appliquant un moment supplémentaire au centre de gravité de la barre. Ce moment est trouvé en prenant la charge ponctuelle multipliée par le bras de levier, ou “e”. Nous devons toujours tenir compte de la charge ponctuelle elle-même, donc il y aura (2) charges à l'emplacement identifié.
Dans notre cas:
\({M} = {P}*{e}\)
\({M} = 10 kips * 1 pied = 10 kip-ft)
Comme mentionné, ce moment est maintenant appliqué au même endroit le long de la barre que la charge ponctuelle excentrique. SkyCiv reconnaît le moment positif comme dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour de l'axe qui est appliqué, qui est autour de l'axe X global dans notre cas. Voir la figure 3 de ces charges appliquées dans SkyCiv 3D:
Figure 3: Modélisation de la charge excentrique en appliquant un moment supplémentaire
Méthode 2: Utiliser des liens rigides
Une autre méthode consiste à utiliser des liens rigides. Liens rigides sont considérés comme des membres imaginaires qui tournent et se traduisent avec tout ce qui est lié à. Ils ne dévient pas entre leurs nœuds et sont entièrement rigides. Les liens rigides sont identifiés dans l'espace de modélisation 3D en gris clair et ont une “R” à côté d'eux, tel qu'illustré à la figure 4. Parce qu'ils sont davantage utilisés pour connecter des éléments et des charges, ils ont besoin d'un identifiant de taille ou de section.
Dans notre exemple, Nœud 6 est à mi-portée sur le membre. Nœud 5 est à la même abscisse, mais 1.0 pieds dans la direction +Z; Nœud 5 est l'emplacement réel de la charge excentrique.
Créer/dessiner un membre entre les deux nœuds, et l'affecter en tant que lien rigide. Vous pouvez le faire en appuyant sur le Avancée basculer dans la fenêtre des membres, puis aller à Type et le changer en Lien rigide. Une fois appliqué, le membre doit ressembler à ce qui est décrit ci-dessus. Avec une extrémité indiquant l'emplacement réel de la charge excentrique et l'autre extrémité connectée à l'élément dans la direction perpendiculaire, la charge peut enfin être appliquée. Ceci est montré dans la figure 4; la flèche rouge pointe vers le lien rigide:
Figure 4: Utilisation d'un lien rigide pour tenir compte de l'excentricité d'une charge ponctuelle
Comparaison et analyse finales:
Exécutons une analyse statique linéaire et regardons les résultats. Nous devrions voir la force descendante de 10 kips en plus d'une composante de torsion à l'emplacement de chargement. Les deux
Figure 5: Les deux conditions de charge pour la charge excentrique
Première, regardons les résultats de la réaction et du moment (Figure 6):
Figure 6: Réactions et résultats Moment pour les deux méthodes
Comme prévu, nous voyons ce que nous attendrions d'une charge et d'un emplacement de même amplitude le long de l'élément, mais à travers le centre de gravité.
Par la suite, en raison de l'excentricité, nous pouvons observer que les deux membres donnent le même résultat et montrer que le membre est AUSSI subir une torsion (Figure 7):
Figure 7: Résultats de l'analyse de torsion pour les deux méthodes
Ingénieur en structure
BEng (Civil)
