Semifisso (primavera) gli incastri consentono di modellare un incastro dell'estremità dell'asta che si trova a metà tra quello di una capriata (appuntato) fissità o telaio (fisso) fissità.

Questo articolo entra nel dettaglio dei membri semi-fissi, come impostarli in S3D, come i loro valori vengono utilizzati nel software, e il loro effetto sul comportamento dei membri.

Telaio, incastri terminali di tralicci e semifissi

Primo, un rapido riepilogo delle fissità Frame vs Truss:

1. Una fissità del telaio (FFFFFF), indicato anche come “fisso” o “completamente riparato”, assicura che non vi sia alcuna rotazione tra gli elementi collegati ai giunti, e tutti i momenti vengono trasferiti da un membro all'altro
2. Una fissità Truss (FFFFRR), indicato anche come “gratuito” o “appuntato”, consente ai membri collegati di ruotare l'uno rispetto all'altro, il che significa che nessun momento viene trasferito, e assicurando che il momento finale dell'asta sia zero

Va notato anche questo, che le connessioni tra telaio e traliccio sono in realtà idealizzazioni, poiché sono difficili, se non impossibile, da raggiungere nelle strutture del mondo reale.

Una fissità semi-fissa dell'estremità membro, indicato anche come a “primavera” o “flessibile” fissità, offre qualcosa a metà tra questi due casi – una certa rotazione tra i membri è consentita al nodo, ma i membri non sono completamente liberi di ruotare l'uno rispetto all'altro. Questo dà un momento alla fine del membro, ma, con un'adeguata rigidità della molla, momento minore rispetto alla fissità del telaio, e un momento maggiore della fissità del traliccio.

I membri semifissi offrono quindi un modello più vicino a quello della struttura del mondo reale, piuttosto che i casi idealizzati di connessioni a telaio o traliccio.

Come impostare fissità semifisse in S3D

Gli infissi semi-fissi sono impostati dal menu a sinistra in S3D, quando viene selezionato un membro.

Selezionando "Semi" dai pulsanti nella parte superiore del riquadro a sinistra, il codice di fissità verrà impostato su FFFFSS su entrambe le estremità del membro, e aprire i campi Nodo A rigidezza rotazionale Y (RyA), Rigidità rotazionale del nodo A Z (Rza), Rigidità rotazionale del nodo B Y (RyB), e rigidità rotazionale del nodo B Z (RzB) per la modifica:

(Nota che puoi anche scegliere l'opzione "Personalizzato"., e quindi regolare manualmente il codice di fissità per utilizzare una S invece di F o R per ottenere lo stesso risultato).

È quindi possibile impostare la rigidità della molla per ciascuno dei 4 campi RyA, Rza, RyB & RzB.

Impostazione diretta della rigidità della molla

È possibile specificare la rigidità della molla, nelle unità indicate nella casella di inserimento, digitando direttamente il numero:

Una molla rotazionale con rigidità di 10 000 kNm/rad verrà quindi utilizzato alla fine dell'asta.

Impostazione della rigidità della molla in percentuale

È inoltre possibile specificare la rigidità della molla come proporzione della rigidità dell'asta, aggiungendo un % segno alla fine del numero, per esempio. 75%:

La rigidità assoluta della molla viene quindi calcolata prendendo la percentuale, espresso come valore decimale, come il fattore 'r' nella seguente equazione:

Dove:

• E è il modulo di Young
• I è il momento di inerzia rispetto all'asse rilevante
• L è la lunghezza del membro

Per esempio. 75% è espresso come 0.75, dando k = 3EI/L * (0.75/(1-0.75)) = 3EI/L*3 = 9EI/L.

Confronto di aste semifisse con aste fisse e reticolari

Ora che sappiamo come impostare un membro su semi-fisso, e inserire la rigidità della molla, Diamo un'occhiata a un modello S3D che confronta il comportamento.

L'immagine seguente mostra un modello S3D con diverse istanze dello stesso membro, ciascuno con una diversa fissità e rigidità della molla:

(Il modello è consultabile a questo link platform.skyciv.com/structural-viewer/semi-fixed-members)

Ogni membro ha una sezione trasversale rettangolare di 100 x 300 mm, dando un momento di inerzia (I) di 225.0E6 mm^4. I membri sono 4.0 m di lunghezza, e utilizzare il materiale General Structural Steel, che ha un modulo di Young di E = 200.0E3 GPa (N/mm2). Il valore di 3EI/L per ciascuno dei membri è quindi 33750.0 kN-m/rad.

I supporti all'estremità dei membri sono tutti completamente fissi (incassato). Il 8 i membri hanno ciascuno una rigidità progressivamente inferiore, a partire da un membro fisso, passando poi ad un valore di molla molto alto, uguale a 297 NO/L, scendendo poi ad un valore di primavera di EI/L /99. L'elemento finale è impostato come un elemento Truss. Le rigidezze delle aste sono mostrate nella tabella sottostante:

Risoluzione del modello, possiamo vedere la differenza nei diagrammi del momento flettente:

Per il membro del telaio a sinistra, vediamo la combinazione attesa di monopolizzare vicino ai supporti e cedere al centro del membro, con un punto di momento zero su entrambi i lati del punto medio dell'asta. Sul lato destro, vediamo solo il cedimento del membro del traliccio, come previsto.

Per i membri semifissi, man mano che la loro rigidità si riduce, hanno regioni più piccole di hogging, più piccola (in termini assoluti) valori del momento hogging, e maggiori valori di momento cedevole. Una rigidezza della molla molto elevata dà risultati molto simili a quelli della fissità del telaio, e una rigidezza della molla molto bassa dà risultati molto simili a quelli della fissità del traliccio.

Le deviazioni dei membri variano in modo simile:

Per il membro completamente fisso (no. 1) vediamo la deflessione prevista con punti di flesso su entrambi i lati del punto medio dell'asta. Per l'elemento reticolare vediamo che la deflessione è maggiore e non ci sono punti di flessione.

Per i membri semirigidi, man mano che le loro rigidità elastiche si riducono, vedono una maggiore deflessione e la forma deviata diventa più simile a quella della cassa del traliccio. I risultati sono tabulati di seguito:

In sintesi

• I membri semifissi determinano un comportamento intermedio tra quello di una connessione fissa o bloccata
• È possibile impostare la rigidità della molla per un elemento semifisso come valore assoluto o relativo
• Quindi utilizzando una rigidità relativa, la rigidezza assoluta calcolata è inversamente proporzionale al fattore r, il fattore r è la fissità percentuale espressa come decimale
• Una maggiore rigidità della molla offre un comportamento più vicino a quello di un membro del telaio, una rigidezza della molla inferiore conferisce un comportamento più vicino a quello di un elemento a traliccio

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