Lực đầu mút của một cấu kiện trong mô hình phân tích khung được truyền đến các đầu của đoạn cấu kiện. Độ lệch tâm của các cấu kiện do thiết kế nút liên kết gây ra được tính đến trong quá trình truyền lực.
Mô hình phân tích được tạo bởi phương pháp CBFEM tương ứng rất chính xác với nút liên kết thực tế, trong khi đó việc phân tích nội lực được thực hiện trên mô hình thanh 3D FEM được lý tưởng hóa cao, trong đó các dầm riêng lẻ được mô hình hóa bằng đường trục, và các nút liên kết được mô hình hóa bằng các nút phi vật chất.
Nút liên kết giữa cột đứng và dầm ngang
Nội lực được phân tích bằng các cấu kiện 1D trong mô hình 3D. Dưới đây là ví dụ về nội lực trong hình tiếp theo.
Nội lực trong dầm ngang; M và V là lực đầu mút tại nút liên kết
Các tác động do cấu kiện gây ra lên nút liên kết là quan trọng để thiết kế nút liên kết (liên kết). Các tác động được minh họa trong hình sau:
Tác động của cấu kiện lên nút liên kết; mô hình CBFEM được vẽ bằng màu xanh đậm
Mô men M và lực cắt V tác dụng tại nút liên kết lý thuyết. Điểm nút liên kết lý thuyết không tồn tại trong mô hình CBFEM, do đó tải trọng không thể được áp dụng tại đây. Mô hình phải được tải bởi các tác động M và V, cần được truyền đến đầu đoạn cấu kiện ở khoảng cách r
Mc = M – V ∙ r
Vc = V
Trong mô hình CBFEM, mặt cắt đầu của đoạn cấu kiện được tải bởi mô men Mc và lực Vc.
Khi thiết kế nút liên kết, vị trí thực của nó so với điểm lý thuyết của nút liên kết phải được xác định và tính đến. Nội lực tại vị trí nút liên kết thực thường khác với nội lực tại điểm lý thuyết của nút liên kết. Nhờ mô hình CBFEM chính xác, việc thiết kế được thực hiện trên các lực đã giảm – xem mô men Mr trong hình sau:
Mô men uốn trên mô hình CBFEM: Mũi tên chỉ vị trí thực của liên kết
Khi tải nút liên kết, cần tính đến việc nghiệm của nút liên kết thực phải tương ứng với mô hình lý thuyết được sử dụng để tính toán nội lực. Điều này được thỏa mãn đối với các nút liên kết cứng, nhưng tình huống có thể hoàn toàn khác đối với các khớp.
Vị trí khớp trong mô hình 3D FEM lý thuyết và trong kết cấu thực
Hình trước minh họa rằng vị trí của khớp trong mô hình cấu kiện 1D lý thuyết khác với vị trí thực trong kết cấu. Mô hình lý thuyết không tương ứng với thực tế. Khi áp dụng các nội lực đã tính toán, một mô men uốn đáng kể được áp dụng lên nút liên kết bị dịch chuyển, và nút liên kết được thiết kế quá lớn hoặc không thể thiết kế được. Giải pháp rất đơn giản – cả hai mô hình phải tương ứng với nhau. Hoặc khớp trong mô hình cấu kiện 1D phải được định nghĩa ở vị trí thích hợp, hoặc lực cắt phải được dịch chuyển để đạt được mô men bằng không tại vị trí của khớp.
Phân bố mô men uốn dịch chuyển trên dầm: mô men bằng không tại vị trí của khớp
Sự dịch chuyển của lực cắt có thể được định nghĩa trong bảng để định nghĩa nội lực.
Vị trí của hiệu ứng tải trọng có ảnh hưởng lớn đến việc thiết kế đúng liên kết. Để tránh mọi hiểu lầm, chúng tôi cho phép người dùng chọn từ ba tùy chọn – Node / Bolts / Position.
Lưu ý rằng khi chọn tùy chọn Node, các lực được áp dụng tại đầu của cấu kiện được chọn, thường là tại nút lý thuyết trừ khi độ lệch của cấu kiện được chọn được đặt trong hình học.
Nhập tải trọng từ các chương trình FEA
IDEA StatiCa cho phép nhập nội lực từ các chương trình FEA của bên thứ ba. Các chương trình FEA sử dụng bao nội lực từ các tổ hợp. IDEA StatiCa Connection là chương trình giải quyết nút liên kết thép theo phương pháp phi tuyến (mô hình vật liệu đàn hồi/dẻo). Do đó, các tổ hợp bao không thể được sử dụng. IDEA StatiCa tìm kiếm các cực trị của nội lực (N, Vy, Vz, Mx, My, Mz) trong tất cả các tổ hợp tại các đầu của tất cả các cấu kiện được kết nối với nút liên kết. Đối với mỗi giá trị cực trị như vậy, tất cả các nội lực khác từ tổ hợp đó trong tất cả các cấu kiện còn lại cũng được sử dụng. IDEA StatiCa xác định tổ hợp bất lợi nhất cho từng cấu kiện (bản thép, mối hàn, bu lông, v.v.) trong liên kết.
Người dùng có thể chỉnh sửa danh sách các trường hợp tải trọng này. Người dùng có thể làm việc với các tổ hợp trong trình hướng dẫn (hoặc BIM), hoặc có thể xóa một số trường hợp trực tiếp trong IDEA StatiCa Connection.
Cảnh báo!
Cần tính đến nội lực mất cân bằng trong quá trình nhập. Điều này có thể xảy ra trong các trường hợp sau:
- Lực nút được áp dụng tại vị trí của nút đang xét. Phần mềm không thể xác định cấu kiện nào cần truyền lực nút này và do đó, nó không được tính đến trong mô hình phân tích. Giải pháp: Không sử dụng lực nút trong phân tích tổng thể. Nếu cần thiết, lực phải được thêm thủ công vào một cấu kiện được chọn dưới dạng lực dọc hoặc lực cắt.
- Cấu kiện không phải thép (thường là gỗ hoặc bê tông) chịu tải được kết nối với nút đang xét. Cấu kiện đó không được xét trong phân tích, và nội lực của chúng bị bỏ qua trong phân tích. Giải pháp: Thay thế cấu kiện bê tông bằng khối bê tông và neo.
- Nút là một phần của sàn hoặc tường (thường bằng bê tông). Sàn hoặc tường không phải là một phần của mô hình, và nội lực của chúng bị bỏ qua. Giải pháp: Thay thế sàn hoặc tường bê tông bằng khối bê tông và neo.
- Một số cấu kiện được kết nối với nút đang xét thông qua các liên kết cứng. Các cấu kiện đó không được đưa vào mô hình, và nội lực của chúng bị bỏ qua. Giải pháp: Thêm các cấu kiện này vào danh sách các cấu kiện được kết nối theo cách thủ công.
- Các trường hợp tải trọng động đất được phân tích trong phần mềm. Hầu hết các phần mềm FEA cung cấp phân tích dao động riêng để giải quyết bài toán động đất. Kết quả nội lực của các trường hợp tải trọng động đất thường chỉ cung cấp bao nội lực tại các mặt cắt. Do phương pháp đánh giá (căn bậc hai của tổng bình phương – SRSS), các nội lực đều dương và không thể tìm thấy các lực tương ứng với cực trị được chọn. Không thể đạt được sự cân bằng nội lực. Giải pháp: Thay đổi dấu dương của một số nội lực theo cách thủ công.