Hoe de juiste belastingspositie te bepalen (Krachten in)

Echte scharnier vs theoretische scharnier

Om ervoor te zorgen dat het rekenmodel overeenkomt met de werkelijke vorm en het statische gedrag van de verbinding, moeten we rekening houden met de buigmomentvorm en de locatie van de dwarskracht in de verbinding. We zullen een eenvoudig voorbeeld van een horizontale ligger verbonden met een kolom gebruiken om de verschillen in modellering van de moment- en scharnierverbindingen te tonen.

Momentverbinding

Dit is een schematische "echte" vorm van de momentverbinding (links) en het constructiemodel gebruikt voor de analyse (rechts).

In het tabblad Belastingseffecten in IDEA StatiCa Connection definiëren we de krachten die elk lid van de verbinding uitoefent op het knooppunt (meestal het midden van de verbinding, het snijpunt van de assen van de leden). De tabel in bovenstaande figuur toont ook de krachten die het horizontale lid B uitoefent op de kolom. De diagrammen van de interne krachten op het horizontale lid zijn als volgt.

De buigmomenten langs de staven worden vereenvoudigd als lineair in IDEA StatiCa Connection. Aan het begin van het verbonden lid wordt het gespecificeerde buigmoment toegepast en het moment neemt toe vanaf het knooppunt als een lineaire functie waarvan de helling wordt gedefinieerd door de gespecificeerde dwarskracht.

Bekijk de video over de buigmomentverdeling en andere belangrijke informatie.

Scharnierende verbinding

Bij een scharnierende verbinding is het buigend moment in de verbinding nul. Diagrammen van het buigmoment en de dwarskracht in de scharnierende horizontale verbinding worden weergegeven in de volgende figuur. De dwarskracht _Vz=-40 kN en het buigmoment_My van nul moeten worden opgegeven om overeenkomstige interne krachten in de Verbindingstoepassing te induceren. In dit geval zeggen we dat de positie van de dwarskracht (en dus de locatie van het nulbuigmoment) zich in het knooppunt (midden van de verbinding) bevindt.

De bovenstaande figuur komt overeen met de theoretische situatie, waarbij de plaats van de verbinding zich direct in het knooppunt (middelpunt van de verbinding) bevindt. Dit is hoe de scharnierverbinding normaal gemodelleerd wordt in een globaal rekenmodel. In een echte constructie is het rotatiepunt (scharnier) echter verschoven van het middelpunt van de verbinding (knooppunt). Beschouw bijvoorbeeld een geboute balk-kolom afschuifverbinding met een verticale vinplaat, waarbij het scharnierpunt verondersteld kan worden in het middelpunt van de boutgroep te liggen.

Zoals te zien is in de volgende figuur, als er in het model geen rekening wordt gehouden met de werkelijke positie van het scharnier, is er een buigmoment van nul op de plaats van het echte scharnier (links in de figuur). Dit is een duidelijke fout. De manier om dit te vermijden is om de schuifkrachtpositie (en dus de nul-buigmomentlocatie) aan te passen in het bijgevoegde element (rechts).

De positie van krachten instellen

In de toepassing kan de positie van de dwarskracht worden gedefinieerd in de modeldoorsnede van het gegeven element. Het verschil tussen deze twee gevallen wordt hier getoond:

Links: Krachten in Knooppunt Rechts: Krachten in Bouten

In de situatie links is er een buigmoment in het scharnierpunt waardoor het element naar boven draait. Dit moment (veroorzaakt door de dwarskracht die lineair toeneemt vanaf het knooppunt) veroorzaakt het onjuiste gedrag van het horizontale element.

We kunnen de opstelling eenvoudig oplossen door de dwarskracht te verplaatsen naar de positie van het scharnier. In zo'n geval (de rechter afbeelding), buigt de horizontale balk door zoals verwacht.

De derde optie is Krachten in positie. Voor sommige bewerkingen, vooral bij het maken van een verbinding als een assemblage van meer basisbewerkingen (bijv. verstijvingsplaat, snede, boutraster), heeft de functie Krachten in Bouten geen effect en is er geen verschuiving van het nul buigmoment naar het veronderstelde scharnier.

Daarom moet de methode Krachten in positie worden gekozen en de juiste X-afstand worden ingevoerd.

Sinds versie 23.1 hebben we een optie toegevoegd om de afschuiving te definiëren voor een positie aan het voorkant van het element. Lees het bijbehorende artikel voor meer informatie over de invoer en visualisatie van dwarskrachtposities.

Scharnierende verbindingen worden vaak afschuifverbindingen genoemd. Het moet benadrukt worden dat de positie van de dwarskracht kan variëren per type scharnierverbinding en dat niet universeel aangenomen kan worden dat het nul buigmoment zich in het zwaartepunt van de boutgroep bevindt. In het artikel Wanneer de afschuifverbinding het buigmoment overdraagt worden de verschillen tussen de verschillende typen afschuifverbindingen gedetailleerder besproken.

Webinar opname

Bekijk de opnames van onze webinars uit het verleden waarin de positie van de dwarskracht wordt besproken.

De positie van de nodale interne krachten die we uit een constructiemodel halen, kan door excentriciteiten verschoven zijn vanaf de oorsprong. Dit effect onderschat de interne krachten die op de verbinding werken. Laten we eens kijken hoe we de positie van interne krachten direct in het gebruik kunnen veranderen en onjuiste resultaten kunnen voorkomen.