Semifixo (primavera) fixities permitem que você modele uma fixidez de extremidade de membro que está em algum lugar entre a de uma treliça (fixado) fixidez ou quadro (fixa) fixidez.

Este artigo detalha as barras semifixas, como configurá-los em S3D, como seus valores são usados ​​no software, e seus efeitos no comportamento dos membros.

Quadro, fixações de extremidade de treliças e elementos semi-fixos

Primeiro, uma rápida recapitulação das fixações Frame vs Truss:

1. Uma fixidez do quadro (FFFFFF), também referido como “fixa” ou “totalmente fixo”, garante que não haja rotação entre os membros conectados nas juntas, e todos os momentos são transferidos de um membro para o outro
2. Uma fixidez de treliça (FFFFRR), também referido como “gratuitamente” ou “fixado”, permite que os membros conectados girem em relação uns aos outros, o que significa que nenhum momento é transferido, e garantindo que o momento final do membro seja zero

Deve-se notar também, que as conexões de estrutura e treliça são realmente idealizações, já que são difíceis, se não for impossível, alcançar em estruturas do mundo real.

Uma fixidez de extremidade de membro semi-fixa, também chamado de “primavera” ou “flexível” fixidez, oferece algo entre esses dois casos – alguma rotação entre os membros é permitida no nó, mas os membros não estão completamente livres para girar uns em relação aos outros. Isso dá algum momento no final do membro, mas, com uma rigidez de mola adequada, menos momento do que a fixidez do quadro, e um momento maior que a fixidez da treliça.

Os membros semifixos oferecem, portanto, um modelo mais próximo do da estrutura do mundo real, em vez dos casos idealizados de conexões de estrutura ou treliça.

Como definir fixações semifixas no S3D

As fixações semifixas são definidas no menu à esquerda no S3D, quando um membro é selecionado.

Selecionar “Semi” nos botões na parte superior do painel esquerdo definirá o código de fixação como FFFFSS em ambas as extremidades do membro, e abra os campos Nó A rigidez rotacional Y (RyA), Nó A rigidez rotacional Z (RzA), Nó B rigidez rotacional Y (RyB), e Nó B rigidez rotacional Z (RzB) para edição:

(Observe que você também pode escolher a opção "Personalizado", e, em seguida, ajuste manualmente o código de fixidez para usar um S em vez de F ou R para obter o mesmo resultado).

Você pode então definir a rigidez da mola para cada um dos 4 campos RyA, RzA, RyB & RzB.

Definir a rigidez da mola diretamente

Você pode especificar a rigidez da mola, nas unidades mostradas na caixa de entrada, digitando o número diretamente:

Uma mola rotacional com rigidez de 10 000 kNm/rad será então usado no final da barra.

Definindo a rigidez da mola como uma porcentagem

Você também pode especificar a rigidez da mola como uma proporção da rigidez da barra, adicionando um % assinar no final do número, por exemplo. 75%:

A rigidez absoluta da mola é então calculada tomando a porcentagem, expresso como um valor decimal, como o fator 'r' na seguinte equação:

Onde:

• E é o Módulo de Young
• I é o momento de inércia em relação ao eixo relevante
• L é o comprimento do membro

Por exemplo. 75% é expresso como 0.75, dando k = 3EI/L * (0.75/(1-0.75)) = 3EI/L*3 = 9EI/L.

Comparação de barras semifixas com barras fixas e treliçadas

Agora que sabemos como definir um membro para semi-fixo, e insira a rigidez da mola, Vamos dar uma olhada em um modelo S3D que compara o comportamento.

A imagem abaixo mostra um modelo S3D com várias instâncias do mesmo membro, cada um com uma fixação diferente e rigidez da mola:

(O modelo pode ser acessado neste link platform.skyciv.com/structural-viewer/semi-fixed-members)

Cada membro tem uma seção transversal retangular de 100 x 300 milímetros, dando um momento de inércia (I) de 225,0E6 mm^4. Os membros são 4.0 m de comprimento, e use o material de aço estrutural geral, que tem um módulo de Young de E = 200,0E3 GPa (N/mm2). O valor de 3EI/L para cada um dos membros é, portanto, 33750.0 kN-m/rad.

Os suportes nas extremidades dos membros são todos totalmente fixos (recesso). A 8 membros cada um tem progressivamente menos rigidez, começando com um membro fixo, em seguida, movendo-se para um valor de mola muito alto, Caso de carga A 297 NO/L, em seguida, descendo para um valor de mola de EI/L /99. O membro final é definido como um membro de treliça. As rigidezes dos membros são mostradas na tabela abaixo:

Resolvendo o modelo, podemos ver a diferença nos diagramas de momento fletor:

Para o membro de estrutura à esquerda, vemos a esperada combinação de encurvamento perto dos apoios e flacidez no meio da barra, com um ponto de momento zero de cada lado do ponto médio do membro. No lado direito, vemos que o membro da treliça experimenta flacidez apenas, como esperado.

Para membros semifixos, como a sua rigidez reduz, eles têm regiões menores de monopolização, menor (em termos absolutos) valores do momento monopolizador, e maiores valores de momento de flacidez. Uma rigidez de mola muito alta dá resultados muito semelhantes aos da fixação do quadro, e uma rigidez de mola muito baixa dá resultados muito semelhantes aos da rigidez da treliça.

As deflexões dos membros variam de forma semelhante:

Para o membro totalmente fixo (não. 1) vemos a deflexão esperada com pontos de inflexão em ambos os lados do ponto médio do membro. Para o membro da treliça vemos que a deflexão é maior e não há pontos de inflexão.

Para as barras semirrígidas, à medida que a rigidez da mola reduz, eles veem maior deflexão e a forma desviada torna-se mais semelhante à da treliça. Os resultados estão tabulados abaixo:

Resumindo

• Membros semi-fixos resultam em comportamento em algum lugar entre o de uma conexão fixa ou fixada
• Você pode definir a rigidez da mola para um membro semifixo como um valor absoluto ou relativo
• Então, usando uma rigidez relativa, a rigidez absoluta calculada é inversamente proporcional ao fator r, o fator r sendo a porcentagem de fixidez expressa como um decimal
• Uma maior rigidez da mola dá um comportamento mais próximo ao de um membro do quadro, uma rigidez de mola mais baixa dá um comportamento mais próximo ao de um membro de treliça

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