Mô tả mô hình phân tích
Khi bổ sung các phần tử cô đọng vào mô hình phân tích, các cấu kiện trở nên dài hơn đáng kể. Trong IDEA StatiCa Connection phiên bản 20.1 và thấp hơn, các cấu kiện mặc định có chiều dài 1,5×h đối với tiết diện hở và 2×h đối với tiết diện kín. Các đầu cấu kiện gồm các phần tử vỏ được tăng cứng bằng các liên kết, qua đó tải trọng được áp đặt. Các liên kết này làm cho đầu cấu kiện cứng trong oằn xoắn.
Trong IDEA StatiCa Connection phiên bản 21.0 và cao hơn, các phần tử cô đọng được thêm vào phía sau các phần cấu kiện gồm các phần tử vỏ. Phần tử cô đọng có cùng thuộc tính như khi được cấu thành từ các phần tử vỏ với thuộc tính vật liệu đàn hồi. Chiều dài của phần tử cô đọng là 4×h đối với loại phân tích ứng suất - biến dạng. Tải trọng được áp đặt tại đầu của các phần tử cô đọng, do đó các liên kết ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng tăng cứng hơn nhiều. Mô hình hiệu quả hơn và cho phép giảm chiều dài mặc định của cấu kiện gồm các phần tử vỏ xuống còn 1,25×h cho cả tiết diện hở và tiết diện kín.
Đọc thêm về chủ đề này trong bài viết Condensed superelements - invisible but essential.
Điều đó có nghĩa là chiều dài cấu kiện với cài đặt mặc định đã tăng từ 1,5×h lên 5,25×h và từ 2×h lên 5,25×h lần lượt đối với tiết diện hở và tiết diện kín. Oằn xoắn phát triển theo chiều dài cấu kiện, theo lý thuyết Vlasov, và mô men oằn xoắn không tăng tuyến tính mà tăng theo hàm mũ.
Vì vậy trong các phiên bản trước (20.1 và thấp hơn), mô men oằn xoắn có ảnh hưởng nhỏ, nhưng hiện nay nó có thể rất đáng kể; hiện tại nó cao hơn khoảng 6,5 lần nếu oằn xoắn bị hạn chế tại liên kết. Tất nhiên, hệ số sử dụng của các bản thép, bu lông và mối hàn cũng tăng theo.
Lưu ý rằng mô men oằn xoắn phụ thuộc vào chiều dài cấu kiện, vị trí đặt tải, điều kiện biên tại cả hai đầu, hoặc một số gối trung gian hay sườn tăng cứng. Vì vậy người dùng cần lưu ý rằng mô men oằn xoắn vẫn chưa chính xác. Chỉ là hiện nay cấu kiện dài hơn, nên nó gần hơn với giá trị thực nếu xoắn có thể được biện minh.
Cấu kiện có thực sự bị oằn xoắn không?
Câu hỏi thiết yếu là liệu xoắn và oằn xoắn của cấu kiện có thực sự xảy ra hay không. Thông thường, cánh trên của cấu kiện được giữ bởi bản sàn, bản sàn này hạn chế hiệu quả bất kỳ sự xoắn nào của cấu kiện. Trong trường hợp đó, xoắn và oằn xoắn có thể bỏ qua, và không cần thiết phải thiết kế cấu kiện này và liên kết của nó chống lại các lực này.
Nếu cánh trên của các xà gồ này thực sự bị hạn chế chuyển vị ngang, dạng phá hoại này không liên quan và nội lực cần được điều chỉnh tương ứng.
Làm thế nào để loại bỏ mô men xoắn không mong muốn?
Có hai cách để bỏ qua mô men xoắn trong Connection application.
Hãy cùng xem xét từng tùy chọn một cách riêng lẻ.
Tính toán mô men xoắn tương đương
Tất cả các cấu kiện được tải thông qua trọng tâm của chúng. Đối với tiết diện đối xứng kép (ví dụ: tiết diện I, H, RHS, CHS), trọng tâm nằm tại cùng vị trí với tâm cắt. Nếu tải trọng đi qua tâm cắt, lực cắt không gây ra bất kỳ xoắn bổ sung nào.
Tuy nhiên, đối với các cấu kiện khác chỉ có một hoặc không có trục đối xứng, vị trí tâm cắt bị lệch so với trọng tâm. Tải trọng cắt được áp đặt qua trọng tâm, và mô men xoắn được tạo ra. Mô men xoắn này bằng lực cắt nhân với khoảng cách giữa trọng tâm và tâm cắt.
Nếu kỹ sư giả định rằng cấu kiện không thể xoay, mô men xoắn này cần được cân bằng bởi một mô men xoắn ngược chiều trong các hiệu ứng tải trọng áp dụng. Lưu ý rằng mô men xoắn cân bằng này sẽ được hiển thị trong các lực không cân bằng khi sử dụng tùy chọn Loads in Equilibrium.
Bây giờ, hãy minh họa điều này qua một ví dụ thực tế.
Chúng ta có một liên kết với dầm tiết diện chữ U. Xem tiết diện, các đặc trưng và tải trọng trong hình dưới đây.
Ví dụ, dầm này bị xoắn và cho thấy xu hướng ứng suất và biến dạng không thực tế, và các kiểm tra tiêu chuẩn bị ảnh hưởng. Trong thực tế, dầm bị ngăn xoắn dọc theo toàn bộ chiều dài của nó, vì vậy không nên có hiệu ứng như vậy.
Để hiệu chỉnh mô hình, cần tính toán mô men xoắn ngược chiều tương đương M'x và thêm vào các hiệu ứng tải trọng cho cấu kiện này. Trong ví dụ này, đối với LE1, mô men M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm cần được thêm vào.
Lưu ý rằng quyết định có hay không cân bằng xoắn thuộc về kỹ sư. Có các điều khoản trong các tiêu chuẩn hoặc các tài liệu tham khảo có thể hỗ trợ.
Thao tác Lateral torsional restraint
Cách khác để ổn định cấu kiện là sử dụng thao tác Lateral torsional restraint.
Để tìm hiểu thêm về chức năng này, hãy đọc các bài viết sau: