250x

001893

2024-09-02

Sztywność podpory węzłowej za pomocą fikcyjnego słupa

W artykule przedstawiono równania wykorzystywane przez program do określenia podpór podporowych na podstawie parametrów słupa.

Modelowanie słupa jako podpory węzłowej

2D-Systeme bieten gegenüber räumlichen Modellen mitunter Vorteile. Bei der ebenen Modellierung herausgelöster Platten müssen jedoch die Lagerungsbedingungen berücksichtigt werden, die sich aus den Stützen ergeben und die im 2D-Modell nicht abgebildet sind. Eine starre Lagerung würde im Bereich der Knotenlager zu Steifigkeitsverhältnissen führen, die meist nicht der Realität entsprechen. Zudem würde das starre Knotenlager Singularitätseffekte bei der FE-Berechnung intensivieren. Da sich die Nachgiebigkeit der Stütze auf die Steifigkeit und den Schnittgrößenverlauf auswirkt, sollte sie im 2D-Modell daher entsprechend berücksichtigt werden.

Wskazówka

Im Fachbeitrag Singularitäten an Knoten- und Linienlagern von Plattentragwerken vermeiden sind die Effekte der 2D-Modellierung anhand eines Beispiels für RFEM 5 beschrieben.

KB 001457 | Zapobieganie osobliwościom w rejonie podpór węzłowych i liniowych w konstrukcjach powierzchniowych

Ermittlung der Steifigkeit einer Stütze

Sie können die Konstanten der Federn für Verschiebung und Verdrehung bei der Definition des Knotenlagers manuell festlegen. Das Programm bietet aber auch die Möglichkeit, die Steifigkeit automatisch zu ermitteln. Haken Sie hierzu im Knotenlager-Dialog das Kontrollfeld Steifigkeit mittels fiktiver Stütze an.

Zaprogramuj wyznaczanie sztywności przy użyciu fikcyjnego słupa

Im Register 'Steifigkeit mittels fiktiver Stütze' können Sie dann die Randbedingungen definieren, aus denen das Programm die Lagersteifigkeit bestimmt.

Ermittlung der Lagerfedern

Zunächst können Sie zwischen drei Modellen zur Lagerung auswählen.

Wybór modelu podpory

Im Folgenden wird jedoch ausschließlich auf die Ermittlung der Federkonstanten im Modell der Lagerung durch Flächenbettungen und Elastische Knotenlagerung eingegangen, da das Modell für Knotenlager mit angepasstem FE-Netz numerisch durch Iterationen und Steifigkeitsmatrizen berechnet wird.

Die Abmessungen des Stützenkopfes entscheiden über die Randbedingungen des FE-Modells und die Bemessung. Damit wird auch die Lasteinleitungsfläche definiert.

Der Stützenquerschnitt ist maßgebend für die zur Berechnung benötigte Steifigkeit der Stütze.

Podłoże sprężyste powierzchni

Dieses Modell erlaubt eine detaillierte Analyse der Lastverteilung und der Verformungen über eine Fläche. Diese Art der Betrachtung ist komplexer als die der elastischen Knotenlagerung, da sie eine durchgehende Verteilung von Reaktionskräften und das Biegeverhalten in mehrere Richtungen modelliert.

Podłoże sprężyste	mit Berücksichtigung der Schubsteifigkkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (4 + k_{z})}$ $C_{u Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (4 + k_{y})}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h} \cdot \frac{2}{1 + k_{z}}$ $C_{φ X} = \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h} \cdot \frac{2}{1 + k_{y}}$ Stałe sprężystości - przegubowa podstawa słupa, sprężyste podłoże powierzchni, uwzględnienie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (4 + k_{z})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{36 \cdot E I_{z}}{A_{head} \cdot h^{3} \cdot (1 + k_{z}) \cdot (4 + k_{z})}$ $C_{u Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (4 + k_{y})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{36 \cdot E I_{y}}{A_{head} \cdot h^{3} \cdot (1 + k_{y}) \cdot (4 + k_{y})}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = 2 \cdot \frac{E I_{z}}{\cdot A_{head} \cdot h \cdot (1 + k_{z})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h \cdot (1 + k_{z})}$ $C_{φ X} = \frac{2 \cdot E I_{y}}{A_{head} \cdot h \cdot (1 + k_{y})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h \cdot (1 + k_{y})}$ Stałe sprężystości - Podatna podstawa słupa, podłoże sprężyste powierzchniowo, uwzględnianie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (1 + k_{z})}$ $C_{u Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head} \cdot (1 + k_{y})}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h} \cdot \frac{3}{1 + k_{z}}$ $C_{φ X} = \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h} \cdot \frac{3}{1 + k_{y}}$ Stałe sprężystości - podstawa słupa utwierdzonego, sprężyste podłoże powierzchni, uwzględnienie sztywności na ścinanie

Podłoże sprężyste	ohne Berücksichtigung der Schubsteifigkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head}}$ $C_{u Y} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head}}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = 2 \cdot \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h}$ $C_{φ X} = 2 \cdot \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h}$ Stałe sprężystości - przegubowa podstawa słupa, podłoże sprężyste powierzchniowo, pominięcie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head}} + \frac{X}{100} \cdot \frac{9 \cdot E I_{z}}{A_{head} \cdot h^{3}}$ $C_{u Y} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head}} + \frac{X}{100} \cdot \frac{9 \cdot E I_{y}}{A_{head} \cdot h^{3}}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = 2 \cdot \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h}$ $C_{φ X} = 2 \cdot \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h}$ Stałe sprężystości - Podatna podstawa słupa, sprężyste podłoże sprężyste powierzchniowo, pominięcie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot A_{head}}$ $C_{u Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot A_{head}}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h \cdot A_{head}}$ $C_{φ Y} = 3 \cdot \frac{E I_{z}}{A_{head} \cdot h}$ $C_{φ X} = 3 \cdot \frac{E I_{y}}{A_{head} \cdot h}$ Stałe sprężystości - utwierdzona podstawa słupa, sprężyste podłoże powierzchni, pominięcie sztywności na ścinanie

Sprężysta podpora węzłowa

Dieses Modell konzentriert sich auf die Verformungen und Kräfte an spezifischen Knotenpunkten. Dadurch ist dieses Modell einfacher zu berechnen als das vorherige.

Sprężysta podpora węzłowa	Gelenkiger Stützenkopf mit Berücksichtigung der Schubsteifigkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u X} = 0$ $C_{u Y} = 0$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, przegubowa podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{X}{100} \cdot \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (4 + k_{z})}$ $C_{u Y} = \frac{X}{100} \cdot \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot (4 + k_{y})}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, półsztywna podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (4 + k_{z})}$ $C_{u Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot (4 + k_{y})}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, utwierdzona podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie

Sprężysta podpora węzłowa	Gelenkiger Stützenkopf ohne Berücksichtigung der Schubsteifigkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u X} = 0$ $C_{u Y} = 0$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, przegubowa podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{X}{100} \cdot \frac{3 \cdot E I_{z}}{h^{3}}$ $C_{u Y} = \frac{X}{100} \cdot \frac{3 \cdot E I_{y}}{h^{3}}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, półsztywna podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u X} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{H^{3}}$ $C_{u Y} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{H^{3}}$ $C_{u Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ Y} = 0$ $C_{φ X} = 0$ Stałe sprężystości - przegubowa głowica słupa, utwierdzona podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie

Sprężysta podpora węzłowa	Nachgiebiger Stützenkopf mit Berücksichtigung der Schubsteifigkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (4 + k_{z})}$ $C_{u, Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} (4 + k_{y})}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{3 + k_{y}}{1 + k_{y}} \cdot \frac{E I_{y}}{h}$ $C_{φ, Y} = \frac{3 + k_{z}}{1 + k_{z}} \cdot \frac{3 \cdot E I_{z}}{h}$ Stałe sprężystości - podatna głowica słupa, przegubowa podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (4 + k_{z})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{36 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (1 + k_{z}) (4 + k_{z})}$ $C_{u, Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot (4 + k_{y})} + \frac{X}{100} \cdot \frac{36 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot (1 + k_{y}) (4 + k_{y})}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{3 + k_{y}}{1 + k_{y}} \cdot \frac{E I_{y}}{h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{y}}{h \cdot (1 + k_{y})}$ $C_{φ, Y} = \frac{3 + k_{z}}{1 + k_{z}} \cdot \frac{E I_{z}}{h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{z}}{h \cdot (1 + k_{z})}$ Stałe sprężystości - półsztywna głowica słupa, półsztywna podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3} \cdot (1 + k_{z})}$ $C_{u, Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3} \cdot (1 + k_{y})}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{4 + k_{y}}{1 + k_{y}} \cdot \frac{E I_{y}}{h}$ $C_{φ, Y} = \frac{4 + k_{z}}{1 + k_{z}} \cdot \frac{E I_{z}}{h}$ Stałe sprężystości - podatna głowica słupa, utwierdzona podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, uwzględnienie sztywności na ścinanie

Sprężysta podpora węzłowa	Nachgiebiger Stützenkopf ohne Berücksichtigung der Schubsteifigkeit
Gelenkig am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h^{3}}$ $C_{u, Y} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h^{3}}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h}$ $C_{φ, Y} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h}$ Stałe sprężystości - półsztywna głowica słupa, przegubowa podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie
Nachgiebig am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h^{3}} + \frac{X}{100} \cdot \frac{9 \cdot E I_{z}}{h^{3}}$ $C_{u, Y} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h^{3}} + \frac{X}{100} \cdot \frac{9 \cdot E I_{y}}{h^{3}}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{3 \cdot E I_{y}}{h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{y}}{h}$ $C_{φ, Y} = \frac{3 \cdot E I_{z}}{h} + \frac{X}{100} \cdot \frac{E I_{z}}{h}$ Stałe sprężystości - Podatna głowica słupa, półsztywna podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie
Eingespannt am Stützenfuß	$C_{u, X} = \frac{12 \cdot E I_{z}}{h^{3}}$ $C_{u, Y} = \frac{12 \cdot E I_{y}}{h^{3}}$ $C_{u, Z} = \frac{E A}{h}$ $C_{φ, X} = \frac{4 \cdot E I_{y}}{h}$ $C_{φ, Y} = \frac{4 \cdot E I_{z}}{h}$ Stałe sprężystości - półsztywna głowica słupa, utwierdzona podstawa słupa, sprężyste podparcie węzłowe, pominięcie sztywności na ścinanie

Informacje

Wenn die Schubsteifigkeit nicht berücksichtigt wird, könnte die tatsächliche Verformung der Stütze unterschätzt werden. Dies führt zu einer weniger präzisen Analyse, insbesondere bei kurzen, breiten Stützen oder wenn die Stütze signifikante horizontale Lasten tragen muss.

Ogólne informacje

;