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如何定义正确的荷载位置(力的作用点)

本文也提供以下语言版本
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AI从英语翻译

在建模铰接节点时,必须确保在预期铰接位置处施加的弯矩为零。这可以通过将施加荷载(剪力)的位置更改为预期铰接位置来实现。

实际铰接与理论铰接

为确保计算模型与节点的实际形状和静力行为一致,需要考虑节点中的弯矩分布及剪力位置。以下通过一个水平梁与柱相连的简单示例,说明刚性节点与铰接节点建模的差异。

刚性节点

下图为刚性节点的示意"实际"形状(左)及用于分析的结构模型(右)。

在 IDEA StatiCa Connection 的荷载效应选项卡中,我们定义节点中每个构件作用于节点的力(通常为节点中心,即构件轴线的交点)。上图中的表格还显示了水平构件 B 作用于柱的力。水平构件的内力图如下所示。

在 IDEA StatiCa Connection 中,构件沿长度方向的弯矩被简化为线性分布。在被连接构件的起始端施加指定的弯矩,弯矩从节点向外按线性函数变化,其斜率由指定的剪力确定。

观看视频,了解弯矩分布及其他重要信息。

铰接节点

对于铰接节点,节点处的弯矩为零。下图给出了铰接水平构件的弯矩图和剪力图。在 Connection 软件中,需指定剪力 Vz= -40 kN 且弯矩 My 为零,以产生相应的内力。在这种情况下,我们称剪力位置(即零弯矩位置)位于节点(节点中心)处。

上图对应的是理论情况,即节点位置直接位于节点中心处。这是整体分析模型中通常对铰接节点的建模方式。然而,在实际结构中,转动点(铰)相对于节点中心存在偏移。例如,对于采用竖向翅板的螺栓梁柱抗剪节点,可以假定铰位于螺栓群的形心处。

从下图可以看出,如果模型中未考虑节点的实际位置,则在实际铰接位置处将产生非零弯矩(图左)。这是一个明显的错误。避免此问题的方法是调整附连构件中剪力的位置(即零弯矩位置)(图右)。

设置力的位置

在软件中,可在指定构件的模型部分定义剪力位置。两种情况的区别如下所示: 

左:力作用于节点  右:力作用于螺栓

在左侧情况中,铰接位置处存在弯矩,导致构件向上转动。该弯矩(由从节点点线性增长的剪力产生)引起水平构件的错误行为。 

可以通过将剪力移至铰接位置处来轻松修正此设置。在这种情况下(右图),水平梁的挠曲符合预期。

第三个选项是力作用于指定位置。对于某些操作,特别是将节点创建为多个基本操作的组合时(例如加劲板、切割、螺栓群),"力作用于螺栓"功能不起作用,零弯矩不会移至假定铰接位置。

因此,必须选择"力作用于指定位置"方法,并输入相应的 X 距离。

自 23.1 版本起,我们新增了在构件面处定义剪力位置的选项。请阅读相关文章,了解剪力位置输入与可视化。

铰接节点通常称为抗剪节点。需要强调的是,剪力位置因抗剪节点类型不同而有所差异,不能普遍假定零弯矩位于螺栓群的重心处。文章抗剪节点传递弯矩的情况详细讨论了各类抗剪节点之间的差异。

网络研讨会录像

请观看我们过往网络研讨会的录像,其中讨论了剪力位置的相关内容。 

从结构模型中获得的节点内力位置可能因偏心而偏离原点,这会低估作用于节点的内力。 下面介绍如何直接在操作中更改内力位置,以避免错误结果。

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  • How to define correct load position (Forces in) (1).ideaCon (IDEACON, 38.4 KB)

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