Моделирование соединительных балок в стенах жесткости — Perform-3D — Computers and Structures, Inc. ар Стены можно моделировать с помощью элементов Frame или Wall. В этой заметке рассматриваются некоторые вопросы моделирования и предлагаются методы моделирования соединительных балок.
Панели глубокого соединения
Панели глубокого соединения, скорее всего, будут управляться сдвигом, а не изгибом. Из-за этого их проще всего моделировать. На рис. 1 показаны модели некоторых возможных моделей. 9Рис. 1. Панели глубокого соединения а) плита перекрытия находится вверху панели, а панель можно смоделировать с помощью одного элемента стены. На рисунках 1(b) и 1(c) плита перекрытия находится в пределах глубины панели, а на уровне пола есть линия узлов. Панель можно смоделировать с помощью двух элементов стены, как показано на рисунке 1(b). В качестве альтернативы можно было бы использовать только один элемент, как на рисунке 1(c). Эта последняя модель не рекомендуется, так как она может увеличить ширину полосы матрицы жесткости конструкции и, следовательно, может увеличить время анализа.
Тонкие соединительные балки
Тонкие соединительные балки можно контролировать сгибанием или сдвигом. Их также относительно просто моделировать с помощью элементов Frame. На рис. 2 показаны некоторые возможные модели.
Соединительные балки средней глубины, плита перекрытия в верхней части балки
Соединительные балки средней глубины наиболее сложны для моделирования. На рис. 3 показаны возможные модели для случая, когда уровень пола находится на вершине балки.
Рис. 3. Соединительная балка средней глубины, уровень пола вверху
Ниже приведены некоторые моменты, которые следует учитывать.
- В панели с глубоким соединением деформации изгиба невелики, и большая часть деформации связана со сдвигом, даже в диапазоне упругости. По мере того, как соединительная балка становится менее глубокой, деформации изгиба могут быть более важными, и, возможно, их необходимо смоделировать.
- Соединительные балки можно смоделировать с помощью стеновых элементов, как показано на рис. 3(b), но при этом возникает ряд проблем. При значительных деформациях изгиба может потребоваться использование элементов General Wall с секциями волокон как по горизонтали, так и по вертикали (альтернативой является использование элементов Shear Wall и поворот их так, чтобы волокна располагались горизонтально). Как показано на рисунке 3, при наличии плиты перекрытия нейтральная ось балки будет близка к уровню плиты (именно на этом уровне, если предполагается жесткая диафрагма). Это может привести к переоценке жесткости на изгиб. Возможно, что еще более важно, когда трескается железобетонная волокнистая секция, балка должна расширяться в осевом направлении, и если расширение сдерживается, то и растрескивание тоже. Это может оказать существенное влияние как на жесткость, так и на прочность на изгиб. Если вы используете элементы стены для моделирования соединительных балок, которые имеют значительный изгиб, вам следует проверить поведение, проанализировав небольшую конструкцию с одной или двумя балками (убедившись, что ограничения такие же, как и в полной конструкции).
- Балки средней глубины можно моделировать с помощью элементов Frame, как показано на рис. 3(c). В этом случае вместо использования горизонтальных встроенных балок для соединения соединительной балки со стойками лучше использовать вертикальные балки, как показано на рисунке. Эти балки должны быть достаточно жесткими при изгибе, чтобы обеспечить жесткое соединение со стойками. Они должны иметь незначительную осевую жесткость, чтобы избежать жесткости свай при изгибе. На рисунке 3(c) силы сдвига и любые осевые силы от соединительной балки передаются на опоры через верхние узлы на уровне соединительной балки. Изгиб соединительной балки передается на опоры дополнительными вертикальными балками (как пара растяжения-сжатия).
- Если вы используете элементы рамы, вы должны рассчитать жесткость и прочность на изгиб и сдвиг и указать их напрямую. Это может потребовать дополнительной работы для настройки режима анализа, но его преимущество заключается в том, что он дает вам более точный контроль над свойствами связующего луча. В частности, вы можете использовать суждение, чтобы оценить влияние плиты пола. Если вы используете элементы стены, вы больше полагаетесь на анализ для расчета свойств. Кроме того, если вы используете элементы рамы с шарнирами, осевыми, когда шарниры прогибаются, не происходит осевого расширения. Это не означает, что осевой рост отсутствует или важен, но позволяет учитывать его с помощью инженерной оценки, а не в процессе анализа.
Соединительные балки средней глубины, плита перекрытия в пределах глубины балки
На рис. 4 показаны возможные модели для случая, когда уровень пола находится в пределах глубины соединительной балки. Вопросы, которые следует учитывать, аналогичны тем, что были описаны в предыдущем разделе.
Рис. 4. Соединительная балка средней глубины, уровень пола в пределах глубины балки с использованием элементов рамы или стены. Хотя для использования элементов Frame может потребоваться больше первоначальных усилий, их преимущество заключается в том, что они дают вам лучший контроль над свойствами модели анализа. Элементы стены могут быть проще в использовании, но их поведение менее точное и, возможно, неточное.
равновесие — Балка, прикрепленная к стене
спросил
Изменено 4 года, 8 месяцев назад
Просмотрено 3к раз
$\begingroup$
Предположим, у меня есть жесткая балка, прикрепленная к стене. Как может сила реакции в точке крепления балки создать статическое равновесие на балке?
| |--------------- |
В частности, как сила в точке контакта может создать момент, который может компенсировать момент из-за веса балки (который, как я представляю, действует на центр масс балки). Если я суммирую моменты относительно этой точки, любая сила будет иметь нулевой момент…
- равновесие
- статика
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Нет «точки» контакта. Горизонтальная балка с ненулевой массой не может опираться на стену в одной точке. Балка должна иметь конечную толщину и/или проходить внутрь стены. В обоих случаях контакт происходит по площади. Это позволяет воздействовать на балку силами в противоположных направлениях на конечном расстоянии друг от друга, таким образом создавая вращающий момент против часовой стрелки, чтобы уравновесить момент по часовой стрелке, создаваемый весом балки.
Например:
Если балка не проникает в стену, а крепится к ней скобой вверху, то эта скоба должна тянуть балку к стене, а стена отталкивает балку снизу.
Если балка заделана в стену, то с нижней стороны создается большая восходящая сила ближе к поверхности стены, а с верхней стороны большая направленная вниз сила создается далеко от поверхности стены.
Балка поддерживается как полка снизу на кронштейне, который крепится к стене более чем в одном месте и проходит на некотором расстоянии от стены. Кронштейн создает направленную вниз силу вблизи стены и направленную вверх силу вдали от стены.
Балка поддерживается сверху проволокой или веревкой, прикрепленной к какой-либо точке выше по стене, как в Горизонтальный стержень, прикрепленный к стене. Проволока создает силу, направленную вверх и внутрь по направлению к стене, в то время как стена обеспечивает реакцию на балку, направленную от стены.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Это два варианта, которые я подумал: вариант 1) вы прикладываете извне силу $\vec{f}$, которая прижимает балку к стене, чтобы вызвать нормальную силу от стены к балке ($\vec{F_{12}} = -\vec{F_ {21}} = \vec{N}$) и вызвать силу трения покоя $f_s = \mu_s \cdot \vec{N}$ или 2) луч не идеально 1d, а 3d и к стене приложен крутящий момент $\vec{L}$ (изображение в кружке — увеличение), который противодействует крутящему моменту гравитационной силы (приложенной в центре тяжести балка), которые предотвращают падение балки даже при отсутствии поддерживающих канатов (траектория движения падения показана зеленым цветом).