Γραμμικό άθροισμα συνδυασμών των μορφών ταλάντωση ως εναλλακτικός τρόπος αντί για την μέθοδο CQC10/24/2022
Μια κατασκευή με κυρίαρχη ιδιομορφή μπορεί να αντιμετωπιστεί τυπικά ως κατασκευή μιας μάζας, αλλά με μάζες συγκεντρωμένες σε διαφορετικά σημεία και όλες αυτές οι μάζες πολλαπλασιάζονται με μία μόνο επιτάχυνση που αντιστοιχεί στην κυρίαρχη μορφή ταλάντωσης. Το σύνολο δυνάμεων που προκύπτει θεωρείται ότι είναι ισοδύναμο με το σεισμικό αποτέλεσμα που επενεργεί σε αυτή τη κατασκευή. Όταν μια κατασκευή γίνει πιο περίπλοκη, δεν θα είναι δυνατή η επιλογή μιας μόνο ιδιομορφής ταλάντωσης για να περιγραφεί η δυναμική συμπεριφορά της και θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη περαιτέρω μορφές ταλάντωσης. Εάν περισσότερες από μία ιδιομορφές ταλάντωσης είναι σχετικές, το MRSA θα παρέχει για καθεμία από αυτές τις διαφορετικές ιδιομορφές μια αντίστοιχη επιτάχυνση. Η κατασκευή θα πρέπει να σχεδιαστεί για την ταυτόχρονη επίδραση των διαφορετικών επιταχύνσεων που αντιστοιχούν στις περιόδους ταλάντωσης των διαφορετικών ιδιομορφών ταλάντωσης. Οι δυνάμεις που υπολογίζονται από το MRSA για κάθε διαφορετικό τρόπο ταλάντωσης δεν μπορούν απλώς να προστεθούν γιατί αυτό θα δημιουργούσε ένα αδικαιολόγητα υψηλό αποτέλεσμα. Αντί για μια απλή άθροιση των επιμέρους δυνάμεων που λαμβάνονται για διαφορετικούς τρόπους ταλάντωσης, προτείνεται μια πιο περίπλοκη λύση στους περισσότερους σύγχρονους σεισμικούς κώδικες που χρησιμοποιεί έναν τετραγωνικό κανόνα, που ονομάζεται SRSS ή CQC.
Αυτή η διαδικασία όμως έχει διάφορες συνέπειες: • Οι τιμές χάνουν το αρχικό τους πρόσημο, καθώς η λογική του τετραγωνικού αθροίσματος θα παράγει πάντα θετικά αποτελέσματα. • Καθώς οι τιμές που λαμβάνονται σε κάθε διαφορετικό σημείο της κατασκευής δεν αντιστοιχούν στο ίδιο σύνολο φορτίων, δεν υπάρχει εγγύηση ότι οι δυνάμεις που λαμβάνονται κοντά σε μια σύνδεση με πολλά συνδεδεμένα μέλη βρίσκονται σε ισορροπία. Οι προκύπτουσες δυνάμεις που λαμβάνονται από μέλη που ενώνονται σε έναν κόμβο δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν απλώς ως δεδομένα για τους σκοπούς σχεδιασμού σύνδεσης. • Δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι οι γνωστές σχέσεις μεταξύ των τιμών της διατμητικής δύναμης και των ροπών κάμψης που προκύπτουν αντικατοπτρίζονται στα «συνοπτικά» μεγέθη. Επομένως, οι γνωστοί τύποι αλληλεπίδρασης που βασίζονται σε αυτή τη σχέση δεν είναι εφαρμόσιμοι • Για τον ίδιο λόγο, η κατανομή των εσωτερικών δυνάμεων κατά μήκος ενός μέλους δεν αντιστοιχεί απαραίτητα στην ίδια επίδραση φορτίου και επομένως οποιαδήποτε μέθοδος που θα εξάγει συμπεράσματα με βάση την πραγματική τους κατανομή δεν είναι εφαρμόσιμη • Καθώς η σεισμική επίδραση δεν μπορεί να περιγραφεί από ένα ισοδύναμο σύστημα φορτίου, η γνωστή γεωμετρική ανάλυση δεύτερης τάξης (GNA) δεν μπορεί να εφαρμοστεί στην κατασκευή • Για τον ίδιο λόγο δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί ανάλυση γραμμικού λυγισμού (LBA) για τη λήψη σημαντικών γενικών πληροφοριών λυγισμού της κατασκευής. Πρόταση για χρήση γραμμικών συνδυασμών των ιδιομορφών Εάν μπορούσε να καθοριστεί ένα ισοδύναμο σύνολο δυνάμεων, κανένα από τα προβλήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω δεν θα συνέβαινε στην περίπτωση των πολύπλοκων κατασκευών. Για μια κατασκευή συνήθως υπάρχει μία κυρίαρχη μορφή ταλάντωσης και θα υπάρχουν αρκετές άλλες των οποίων η συμβολή θα λαμβάνεται επίσης υπόψη. Σε περίπτωση σύνθετης κατασκευής, ενδέχεται να υπάρχουν τμήματα της κατασκευής (υποκατασκευές), για τα οποία η κυρίαρχη ιδιομορφή είναι διαφορετική από τη συνολική κυρίαρχη ιδιομορφή λαμβάνοντας υπόψη ολόκληρη τη κατασκευή. Ο στόχος εδώ είναι να βρεθεί λοιπόν η κυρίαρχη ιδιομορφή και όσες άλλες συνεισφέρουν ώστε να προετοιμαστούν οι κατάλληλοι γραμμικοί συνδυασμοί που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν, για να υπολογιστούν τα αθροίσματα των τιμών. Για να βρεθεί η λύση στο πρόβλημα των υποκατασκευών, ο στόχος δεν είναι να δημιουργηθεί ένα μόνο ισοδύναμο φορτίο αλλά πολλά, συγκεντρωμένα σε εκείνο το τμήμα της κατασκευής όπου το καθολικό κυρίαρχο φορτίο έχει μικρότερη σχετικότητα και όπου άλλες τοπικές μορφές ταλάντωσης παίζουν σημαντικό ρόλο. Καθώς οι «συνολικές» τιμές που προκύπτουν από το άθροισμα των επιμέρους ιδιομορφών είναι σε κάθε σημείο οι μέγιστες τιμές που ορίζονται από τον εφαρμοσμένο κώδικα σχεδιασμού, αυτές θα αναγνωρίζονται ως τιμές αναφοράς. Στα ίδια σημεία της κατασκευής είναι επίσης διαθέσιμες οι τιμές που λαμβάνονται από κάθε ιδιομορφή ταλάντωσης. Οι γραμμικοί συνδυασμοί στοχεύουν σε αυτές τις τιμές αναφοράς. Για κάθε τέτοιο σημείο μπορεί να οριστεί μια εξίσωση και το σύστημα εξίσωσης που στοχεύει πολλά τέτοια σημεία αναφοράς. Αυτή θα μπορεί να γραφεί με την εξής μορφή: Ax = b όπου A είναι οι «τιμές» που λαμβάνονται για κάθε ξεχωριστή μορφή ταλάντωσης b είναι οι «τιμές» αναφοράς x είναι οι άγνωστοι πολλαπλασιαστές των μεμονωμένων ιδιομορφών που θα χρησιμοποιηθούν στον γραμμικό συνδυασμό Η λέξη "τιμή" μπορεί να σημαίνει την επιθυμητή παραμόρφωση ή εσωτερική δύναμη. Εάν ο αριθμός των σημείων αναφοράς είναι ίδιος με τον αριθμό των μορφών ταλάντωσης που θεωρούνται σχετικοί, το παραπάνω σύστημα εξισώσεων μπορεί απλά να λυθεί με x = A-1 b Στην πράξη μπορεί να είναι επιθυμητό να δημιουργηθούν γραμμικοί συνδυασμοί που να έχουν ισχύ όχι μόνο για έναν μικρό αριθμό σημείων αναφοράς, αλλά και για μια ευρύτερη ζώνη γύρω από αυτά τα σημεία, ακόμα κι αν η αυτή η τιμή αποδεχτεί περισσότερο μία προσεγγιστική λύση παρά μία περιορισμένη αλλά ακριβής λύση . Σε αυτή την περίπτωση θα χρησιμοποιηθεί μεγαλύτερος αριθμός σημείων αναφοράς, με αποτέλεσμα ένα υπερκαθορισμένο σύστημα εξισώσεων. Αυτό το υπερκαθορισμένο σύστημα εξισώσεων μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας τα κριτήρια ελαχίστου τετραγώνου, ελαχιστοποιώντας τη διαφορά μεταξύ του Ax και του b, που μετράται με το 2-norm. Σε οποιαδήποτε από τις περιπτώσεις, οι «τιμές» που προκύπτουν ως αποτέλεσμα του Ax θα χρησιμοποιηθούν αντί των τιμών αναφοράς (με τους δείκτες στα αντίστοιχα σημεία της κατασκευής) για το σημείο αναφοράς και επίσης για τα γειτονικά μέρη της κατασκευής. Το Ax είναι ένας γραμμικός συνδυασμός συνόλων δυνάμεων που λαμβάνονται από διαφορετικούς τρόπους ταλαντώσεων και ως εκ τούτου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μόνο ισοδύναμο φορτίο, αλλά με περιορισμένη εγκυρότητα που ορίζεται από την επιλογή των σημείων αναφοράς. Χρησιμοποιώντας αυτό το ισοδύναμο φορτίο αντί για τις "συνοπτικές" τιμές μπορούν να επιλυθούν όλα τα ζητήματα που αναφέρονται παραπάνω.
O γραμμικός συνδυασμών ιδιομορφών {1.0923 * [Modal forces]mode1 + 0.2118 * [Modal forces]mode2} παράγει τα παρακάτω αποτελέσματα ροπών κάμψης Τώρα φαίνεται ότι η προσέγγιση αυτή είναι πολύ καλύτερη σε σχέση με την εξέταση απλώς της πρώτης ιδιομορφής. Ειδικά για το πάνω μέρος της κατασκευής όμως έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη ροπή κάμψης από την τιμή αναφοράς. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί κοιτάζοντας το σχήμα του 2ου τρόπου ταλάντωσης: δημιουργεί ροπές κάμψης με διαφορετικό πρόσημο στο επάνω και κάτω μέρος της κατασκευής με έναν μόνο γραμμικό πολλαπλασιαστή και δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του κάτω και του άνω μέρους ταυτόχρονα. Φαίνεται λοιπόν ότι δικαιολογείται η δημιουργία γραμμικών συνδυασμών για το πάνω και το κάτω μέρος χωριστά.
Βήμα 7
Το σεισμικό φαινόμενο έχει περιγραφεί με 2 γραμμικούς συνδυασμούς ιδιομορφών. Θα πρέπει να δημιουργηθούν λοιπόν 2 σετ σεισμικών συνδυασμών. Με τη βοήθεια των σετ δυνάμεων που προσδιορίζονται με βάση τους γραμμικούς συνδυασμούς ιδιομορφών, όλοι οι κρίσιμοι συνδυασμοί μπορούν να εκτελεστούν στο Consteel, χρησιμοποιώντας το ειδικό πεπερασμένο στοιχείο με 7 βαθμούς ελευθερίες. Αυτό περιλαμβάνει στατική ανάλυση πρώτης και δεύτερης τάξης, ανάλυση γραμμικού λυγισμού. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης πρώτης και δεύτερης τάξης καταλήγουν σε ροπές κάμψης σε ισορροπία, κατάλληλες για τον σχεδιασμό και των συνδέσεων. Με τη βοήθεια των αποτελεσμάτων γραμμικού λυγισμού με τα πεπερασμένα στοιχεία 7DOF (7 βαθμών ελευθερίας), είναι διαθέσιμες όλες οι σχετικές μορφές λυγισμού για την εκτέλεση ανάλυσης λυγισμού χρησιμοποιώντας τη Γενική Μέθοδο που ορίζεται στον Ευρωκώδικα 3. Συμπέρασμα Η παρουσιαζόμενη μέθοδος παρείχε μια πρακτική δυνατότητα καθορισμού κατάλληλων γραμμικών συνδυασμών των ιδιομορφών, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτική λύση στους τετραγωνικούς συνδυασμούς των ιδιομορφών που προβλέπονται στους ευρωκώδικες. Χρησιμοποιώντας τα γραμμικά αθροίσματα των ιδιομορφών, είναι δυνατοί όλοι οι έλεγχοι που απαιτούνται σε στατικές μελέτες μεταλλικών κατασκευών ειδικά όσον αφορά στους ελέγχους για τις σεισμικές δράσεις.
0 Comments
Your comment will be posted after it is approved.
Leave a Reply. |
ERGOCADΝέα και ενδιαφέροντα άρθρα, tips, events κ.α. ΑΡΧΕΙΟ
May 2024
ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ
All
|