動かない関節式サポートの技術で使用。 サポートします。 サポート構造とそのシンボル
構造と固定ベースを接続するサポートは、キネマティック ボンドと呼ばれます。 サポートには次の 3 つのタイプがあります。
1) ヒンジ可動、2) ヒンジ固定、3) 挟み込み (埋め込み)。 技術的な詳細には触れずに サポートデバイステクノロジーの分野によっては異なる場合がありますが、その動作原理を考慮してください。
空間構造の可動ヒンジ付きサポートを図 1.3 に概略的に示します。 このような支持体により、支持された構造体が 3 つの軸の周りを回転できるようになります。 x、y、z軸方向の並進運動 バツそして y.
言い換えれば、空間構造の可動ヒンジ付きサポートは、基準面に垂直な一方向のみの動きを制限します。 このようなサポートは、図 1.3 の b に示すように、条件付きで表示されます。
固定されたヒンジ付きサポートは、ベースと支持体に作られた球形の凹部に入るボールとして表すことができます (図 1.4、a)。 このようなサポートは方向転換のみを可能にします X、Y、Z 軸。 これは 3 つの運動学的結合に相当します。 ヒンジ付き固定サポートのシンボルを図 1.4、b に示します。
一番下のベースの場合 明確なサポートローラーを装着すると、ヒンジ付きの可動サポートが得られ、3 つの軸を中心とした回転と一方向への移動が可能になります。 このようなサポートとそのシンボルをそれぞれ図 1.5 の a と 1.5 の b に示します。
ピンチサポートには 6 つの運動学的リンク (3 つは直線、3 つは角度) があります。 挟み込みサポートは、支持された本体が軸方向に移動するのを防ぎます。 x、y、zおよびこれらの軸の周りの回転 (図 1.6)。
平面構造のサポートは、空間構造の特殊なケースとして取得できます。 平らな構造のピンチサポートには 3 つの運動学的接続があり (図 1.7、a)、ヒンジ付き固定サポートには 2 つの運動学的接続があり (図 1.7、b)、ヒンジ付き移動サポートには 1 つの運動学的接続があります (図 1.7、c)。 ）。
建物の構造としては不変かつ固定的なシステムしか使えないので、そのようなシステムを形成するためのルールを考えていきます。
多くの初心者デザイナーにとって、主な問題はデザイン スキームの選択です。どこにヒンジを配置するか、どこに剛体ノードを配置するかです。 何がより収益性を高めるのか、また特定の設計ノードで一般的に何が必要なのかを理解するにはどうすればよいでしょうか? これは非常に幅広い質問ですが、この記事がそのような多面的な問題に光を当てることができれば幸いです。
サポート ノードとは何か、および図におけるこれらのノードの指定
本質から始めましょう。 各構造物は支えられなければなりません - 少なくとも、あるはずの高さから落ちてはなりません。 しかし、さらに深く掘り下げると、要素の信頼性の高い動作のためには、要素の落下を禁止するだけでは十分ではありません。
要素はどのようにして空間内を移動できるのでしょうか? まず、垂直 (Z 軸)、水平 (X 軸および Y 軸) の 3 つの平面のいずれかに沿って移動できます。 次に、同じ 3 つの軸を中心としたノード内の要素の回転を行うことができます。
したがって、可能な動きは 6 つあります (プラス方向またはマイナス方向も考慮すると、6 つではなく 12 つあります)。これらは自由度とも呼ばれます。これは非常に説明的なものです。名前。 構造物が空中にぶら下がっている場合 (非現実的な状況)、それは完全に自由であり、何にも制限されません。 サポートがその下のある場所に表示され、垂直方向の移動が妨げられる場合、サポートの場所での要素の自由度の 1 つが Z 軸に沿って制限されます。このような制限の例としては、要素の自由サポートが挙げられます。滑らかで滑りやすい表面上の金属ビーム - サポートがあるため落下することはありませんが、ある程度の努力で X 軸と Y 軸に沿って移動したり、任意の軸の周りを回転したりすることができます。 今後を見据えて、重要な点を明確にしましょう。 ノード内の要素に回転制約がない場合、ノードは連結されます。。 したがって、1 つの軸のみに沿った制限があるこのような単純なヒンジは、通常次のように表されます。
このような指定を解読するのは簡単です。円はヒンジの存在（つまり、この時点で要素の回転が禁止されていないこと）を意味し、杖-一方向への移動の禁止（通常はすぐに禁止されます）を意味します図から明らかです - どの図にあるか - この場合垂直方向の禁止）。 ハッチングされた水平線はサポートの存在を表します。
自由度を制限するための次のオプションは、2 軸方向の動きの禁止です。 同じ金属ビームの場合、これらは Z 軸と X 軸となり、力が加えられると Y 軸に沿って移動できます。 ご覧のとおり、そのターンも何にも制限されていません。
ターンの制限がないことをどのように想像できますか? この梁をそれ自身の軸を中心に回転させようとすると（たとえば、天井を片側だけで傾けます。そうすると、梁は天井の重みで回転し始めます）、このねじれを妨げるものは何もなく、梁はそれに沿って伸びます。ねじり力の作用により、その全長が倒れ始めます。 同様に、ビームの中心に垂直荷重がかかると、ビームは曲がり、支点で Y 軸を中心に自由に回転します (左は時計回り、右は反時計回り)。 これがヒンジとして理解されるものです。
|
ネタバレ：「サポートノードの設計における重要なニュアンス」 |
|
理想的なヒンジの構築では、ピンチやピンチが発生しないことをすぐに予約したいと思います。 必ず何らかの条件があります。 摩擦力を無視し、Y 軸に沿ったビームの動きが何にも制限されないと仮定しましょう。 通常、経験を積むと、結び目がしっかりしているか、ヒンジで固定されているかを確認できるようになります。 不完全な挟み込み（小さな努力では構造が回転せず、作用力が増加するとサポートが耐えられなくなり、回転が発生する場合）を回避する方法を学ぶことも非常に重要です。 このような状況は、構造の予測不可能な動作を引き起こします。これは、ある設計スキームに対して考慮されたものですが、別の設計スキームに従って作業する必要があります。 フレーム内に剛性の梁サポートがあり、梁を柱に溶接することによって提供されるとします。 しかし、溶接接合部の計算が正しくなく、加えられた力に耐えられずに継ぎ目が崩れてしまいます。 梁は柱の上に残り続けますが、すでにサポートをオンにすることができます。 この場合、曲げモーメントの図は劇的に変化します。サポートでは、モーメントはゼロになる傾向がありますが、スパン モーメントは増加します。 そして、ビームはつまむように設計されており、増加した瞬間を認識する準備ができていませんでした。 こうして破壊が起こるのです。 したがって、剛体ノードは常に可能な最大荷重を考慮して設計する必要があります。 |
このようなヒンジは次のように指定されます。
左右の表記は同等です。 右側は、より視覚的です。 1 - ノード内の水平ロッドは、垂直方向 (端に円がある垂直スティック) と水平方向 (端に円がある水平スティック) の移動が制限されます。 2 - 垂直ロッドもノード内で垂直方向と水平方向の移動が制限されます。 左側もまったく同じヒンジの非常に一般的な指定で、スティックが三角形の形に配置されているだけですが、それらが2つあるという事実は、動きが2つの軸に沿って制限されていることを意味します。要素とその軸に垂直です。 特に怠惰な同志は円をまったく描かず、そのようなヒンジを単に三角形として指定する可能性があります - これも起こります。
ここで、ヒンジ付きビームの古典的な名称が何を意味するかを考えてみましょう。
これは2つのサポートを持つビームであり、左側では水平方向の動きも制限されています（これが当てはまらない場合、システムは安定しません-材料の強度にはそのような条件があります-ロッドには次のような条件が必要です） 3 つの移動制限。この場合、Z に関する 2 つの制限と 1 つの X)。 設計者は、梁の支持を確実にする方法を考慮する必要があります。 計算スキーム–これは決して忘れてはなりません。
平面問題の最後のケースは、2 つの変位と回転という 3 つの自由度の制限です。 上では、どの要素にも 6 (または 12) の自由度があると述べましたが、これは 3 次元モデルの場合です。 通常、計算では平面問題を考慮します。 そしてここで回転の制限に行き着きます - これは古典的な概念です ハードノードまたは つまむ- 支持点にあるとき、要素は移動も回転もできません。 このようなノードの例は、チーム終了ノードとして機能できます。 鉄筋コンクリート柱ガラスの中に入る - それは非常に深く一枚岩であるため、移動したり向きを変えたりする機会がありません。
このような柱の埋め込み深さは厳密に計算されていますが、左図の柱がガラスの中で回転することは、見た目からも想像できません。 しかし、右側の列は簡単で、明らかなヒンジであり、このようにピンチを設計することは受け入れられません。 あちこちではありますが、柱はガラスに浸されており、溝はコンクリートで埋められています。
さらに多くのピンチ オプションについては、この記事の中で説明します。 次に、ピンチの表記を扱います。 古典的なもので、蝶番と違って特に種類はありません。
左側はサポートにクランプされた水平要素、右側は垂直要素です。
そして最後に、フレーム内の多関節ノードと剛体ノードについてです。 梁と柱の接続ノードが剛体の場合、シンボルがまったく表示されないか、隅に塗りつぶされた三角形が表示されます (上の 2 つの図のように)。 梁が枢動可能に柱に載っている場合、梁の端に円が描かれます (下の図のように)。
ヒンジ付きノットまたはリジッドノットを設計する方法
支持板、梁、まぐさ。
ノードを設計するときに最初に覚えておくべきことは、多くの場合、ヒンジとピンチはサポートの深さによって区別されるということです。
スラブ、まぐさ、または梁がセクションの高さ以下の深さで支持されており、追加の対策 (回転を防ぐ埋め込み要素への溶接など) が講じられていない場合、これは常にきれいなヒンジです。 。 のために 金属梁 250 mm で関節動作すると考えられます。
サポートが要素のセクションの高さの 2 倍、つまり 2.5 倍を超える場合、そのようなサポートは挟み込みと見なすことができます。 しかし、ここにはニュアンスがあります。
まず、要素には上から (石材などで) 荷重をかける必要があり、この重りの重量は、サポート上の要素の力を吸収するのに十分でなければなりません。
第二に、埋め込まれた部品に溶接することによって要素の回転が制限される場合、別の解決策が可能です。 そしてここでは、剛体ノードの設計の特徴を明確に理解する必要があります。 梁の下部が溶接されている場合 (これは金属構造物とプレキャスト コンクリートの両方でよく見られます。梁またはスラブの抵当権がサポートの抵当権に溶接されています)、これはサポートのオンを妨げるものではありません。 - これについては上で述べたように、要素の水平方向の動きを防ぐだけです。 ただし、梁の上部がサポート上の溶接によってしっかりと固定されている場合（これらは、金属製のフレームノード、またはプレハブクロスバーの補強材の上部出口のバス溶接、または剛フレームノード内の埋め込み要素の溶接のいずれかです）バルコニー スラブのサポート ノード。コンソールなのでつまむ必要があります)、これはすでにハード ノードです。 サポート上の回転を明らかに防ぎます。
以下の図では、ヒンジ付きアセンブリと剛性アセンブリが標準シリーズ (シリーズ 2.440-1、2.140-1 issue 1、2.130-1 issue 9) から選択されています。 これらは、ヒンジ付きジョイントでは締結が梁またはスラブの下部に行われ、剛性ジョイントでは上部に行われることを明確に示しています。 明確化: スラブ支持ノードでは、アンカーは剛体ノードを提供するものではなく、床の水平方向の変位を防ぐだけの柔軟な要素です。
しかし、結び目を正しくデザインできれば、戦いは半分終わります。 また、ノードのすべての要素が要素から伝達される最大の力に耐えられるかどうかを計算する必要があります。 ここでは、埋め込み部品と溶接の両方を計算し、石積みからの重量が設計に考慮されているかどうかをチェックする必要があります。
柱と基礎の接続。
金属柱を支える場合、ボルトの数と柱の根元の設計が決め手になります。 ここではメタルについては詳しく説明しません。 これは私のプロフィールではありません。 柱を取り付ける基礎のボルトが2本だけであれば、これは100％ヒンジであることだけを書きます。 また、支柱がプレートを介して基礎埋設部に溶接されている場合は、これも蝶番となります。 残りのケースは文献で詳しく説明されており、典型的なシリーズにはノードがあります - 一般に、多くの情報があるため、ここで混乱することは困難です。
プレハブ鉄筋コンクリート柱の場合、基礎ガラスへの強固な埋め込みが使用されます (これについては上で説明しました)。 「建物や構造物の柱の自然基礎上の基礎の設計マニュアル」を開くと、この剛体ノードのすべての要素の計算とその設計の原則を見つけることができます。
ヒンジ付きジョイントを使用すると、柱 (柱) は追加の措置を講じずに単に基礎の上に置かれるか、浅いガラスに埋め込まれます。
モノリシック構造の接続。
で モノリシック構造堅固な結び目またはヒンジは、常に適切に固定された補強材の存在によって定義されます。
支持体上でスラブまたは梁の補強材が固定または重なりの量だけ支持体の構造に挿入されていない場合、そのようなノードはヒンジで固定されていると見なされます。
以下の図はサポート オプションを示しています モノリシックスラブ鉄筋コンクリート造設計ガイドより。 図 (a) と (b) - これはスラブとサポートの強固な接続です。最初のケースでは、スラブの上部補強材が固定の長さにわたって梁に挿入されます。 2 番目のケースでは、作業鉄筋の固定量によってもスラブが壁に挟まれます。 図(c)と(d)は 明確なサポート梁上と壁上のスラブでは、ここで鉄筋は最小許容支持深さまで支持体に運ばれます。
鉄筋コンクリートのモノリシッククロスバーと柱を接続するフレームノードは、梁上のスラブの支持よりもさらに深刻に見えます。 ここで、クロスバーの上部補強材は、アンカー長さ 1 と 2 の値だけ柱に挿入されます（ロッドの半分が 1 つの長さに挿入され、半分が 2 つの長さに挿入されます）。
ノード内の場合 鉄筋コンクリートフレーム梁と柱の両方の補強材がアンカーの長さを通過してそれよりも長く伸びている場合 (たとえば、ある種の中間ノード)、そのようなノードは剛体であるとみなされます。
柱を基礎にしっかりと接続するには、基礎から十分な長さの出口を作成する必要があり (少なくともオーバーラップ量、詳細については設計ガイドを参照)、同じ出口を基礎に挿入する必要があります。基礎を定着部の長さまで延長します。
同様に パイルグリル- 杭からの突起の長さが定着部の長さより短い場合、グリルと杭の間の接続は強固であるとは見なされません。 ヒンジ接続の場合、出口の長さは 150 ～ 200 mm のままですが、これはもはや望ましくありません。 これはヒンジと剛体ジョイントの間の境界状態になります。結局のところ、計算は純粋なヒンジに対して行われました。
アンカーの長さに応じて補強材を配置する場所がない場合は、ワッシャー、プレートの溶接などの追加の措置が実行されます。 ただし、そのような要素は必ず穴あき用に設計する必要があります (埋め込み部品のアンカーの計算など、鉄筋コンクリート設計ガイドに記載されています)。
ヒンジとピンチのトピックについても読むことができます。
図上。 1.21 は、点 A と B にあるヒンジ付きの可動および固定サポートに基づく水平ビームを示しています。
反応 R旋回可能に移動可能な支持体のＡは、支持面に対して垂直にビームに向かって向けられている。 関節式可動サポートはローラー上に配置されており、ビームが支持面に沿って移動するのを妨げません。 ローラーの摩擦を考慮しない場合、反応の作用線は次のようになります。 R A はヒンジの中心を座面に対して垂直に通過します。
ヒンジで固定されたサポートは、座標軸に沿ったビームの並進運動を防ぎますが、ヒンジ軸を中心に回転することは可能にします。 反応アクションライン Rヒンジ付きサポートの B はヒンジの中心を通過しますが、弾性率と反力の方向は事前にはわかりません。
図上。 1.22 はビーム AB を示しています。 逆の解釈を可能にする力の平行四辺形の公理によれば、反作用は R B は、座標軸に平行な成分に分解できます。
と
より複雑なタイプの接続とその反応については、後で概念を紹介するときに検討します。 力のペアそして 点と軸の周りの力のモーメント.
接続の公理 - 結合を破棄し、それらの作用をこれらの結合の反応に置き換える場合、自由でない物体は自由であるとみなすことができます。
図上。 1.23 は、外部制約が課される非自由機械システムとみなされるビーム AB を示しています。
点 B のヒンジ付き固定支持体により、ビームは座標軸に平行に並進移動できず、図の平面内で回転できます。 これを踏まえての反応は、 R B をそのコンポーネントに分解する Yで、 Z B、座標軸に平行。
点 A にあるヒンジ付き可動サポートにより、ビームが支持面に移動することはできません。 Rそして法線に沿って指示されます。
で
ビーム AB はアクティブな力の作用により平衡状態にあります F 1 ,F 2と反応 Z b、 Y b、 R対外関係。 反応 R A を座標軸に沿った力の成分に分解することをお勧めします。
力の成分への分解は、力が加えられた時点でのみ実行されることをもう一度強調しなければなりません。
自制のための質問と課題
「不自由な身体」 .
用語の定義を立てる 「つながり」 .
用語の定義を立てる 「結合反応」 .
用語の定義を立てる 「スムーズな接続」 .
用語の定義を立てる 「フレキシブル接続」 .
用語の定義を立てる 「無重力ロッド」 .
用語の定義を立てる 「フリーボディ」 .
定式化する 接続の公理 .
ヒンジ付き デバイスは、物体を接続し、ある物体を別の物体に対して回転できるようにする装置と呼ばれます。
円筒ヒンジ 1 つの軸の周りでボディを回転 (およびそれに沿ってスライド) できます。
ヒンジ付き固定サポート 並進運動は防止しますが、ヒンジ軸を中心とした自由な回転は可能です。
ヒンジ付きサポートの反力はヒンジの中心を通過します についてヒンジ軸に垂直な平面内にありますが、その係数と方向は不明です。
伝説：
図1.10
多関節サポート （ローラー上に配置された関節固定サポート）は、支持面と平行な動きを妨げません。 ローラーの摩擦が考慮されない場合、そのような支持体の反力の作用線は、支持面に垂直なヒンジの中心を通過します。 この反応の係数だけが不明です。
伝説：
ボール・ジョイント。 ボール ジョイントは、共通の関節点を持つ関節体が空間内で共通点を中心に相互に回転できるようにするデバイスです。 ボールジョイントは、一方のボディにある球状のボウルと、もう一方のボディにある同じ直径の球状の突起で構成されています。 ボール ジョイントの反力は空間内で任意の方向に発生する可能性があります。
堅固な閉鎖。
ある物体を別の物体に埋め込む場合、接続の反作用は 1 つの力と、モーメントを伴う 1 対の力で構成されます。 反応の大きさと方向は、固体の一般平衡方程式から決定されます。
1.5. 例。無重力の 3 つのヒンジを持つアーチには水平方向の力が作用します。 反応の作用線（点Aでの接続の反応）を決定します。
解決策: 土踏まずの右側を別々に考えてみましょう。 点 B と C では、結合の反力と を適用します。 2 つの力の影響下にある物体は平衡状態にあります。 2 つの力の平衡の公理によれば、力と力は大きさが等しく、1 つの直線に沿って反対方向に作用します。 したがって、力の方向 (BC に沿った方向) がわかります。
図1.13
土踏まずの左側を別々に考えてみましょう。 点 A と C では、結合の反力と を適用します。 力、作用は反作用に等しい。 物体には 3 つの力が作用しており、2 つの力 (および ) の方向はわかっています。 三力定理によれば、三力すべての作用線は一点で交差します。 したがって、力は線ADに沿って向きます。
1.6. 例。均質なロッドが点 A で枢動可能に固定され、滑らかなシリンダー上に置かれています。 反応の作用線（点Aでの接続の反応）を決定します。
図上。 1.21 は、点 A と B にあるヒンジ付きの可動および固定サポートに基づく水平ビームを示しています。
反応 R旋回可能に移動可能な支持体のＡは、支持面に対して垂直にビームに向かって向けられている。 関節式可動サポートはローラー上に配置されており、ビームが支持面に沿って移動するのを妨げません。 ローラーの摩擦を考慮しない場合、反応の作用線は次のようになります。 R A はヒンジの中心を座面に対して垂直に通過します。
ヒンジで固定されたサポートは、座標軸に沿ったビームの並進運動を防ぎますが、ヒンジ軸を中心に回転することは可能にします。 反応アクションライン Rヒンジ付きサポートの B はヒンジの中心を通過しますが、弾性率と反力の方向は事前にはわかりません。
図上。 1.22 はビーム AB を示しています。 逆の解釈を可能にする力の平行四辺形の公理によれば、反作用は R B は、座標軸に平行な成分に分解できます。
と
より複雑なタイプの接続とその反応については、後で概念を紹介するときに検討します。 力のペアそして 点と軸の周りの力のモーメント.
接続の公理 - 結合を破棄し、それらの作用をこれらの結合の反応に置き換える場合、自由でない物体は自由であるとみなすことができます。
図上。 1.23 は、外部制約が課される非自由機械システムとみなされるビーム AB を示しています。
点 B のヒンジ付き固定支持体により、ビームは座標軸に平行に並進移動できず、図の平面内で回転できます。 これを踏まえての反応は、 R B をそのコンポーネントに分解する Yで、 Z B、座標軸に平行。
点 A にあるヒンジ付き可動サポートにより、ビームが支持面に移動することはできません。 Rそして法線に沿って指示されます。
で
ビーム AB はアクティブな力の作用により平衡状態にあります F 1 ,F 2と反応 Z b、 Y b、 R対外関係。 反応 R A を座標軸に沿った力の成分に分解することをお勧めします。
力の成分への分解は、力が加えられた時点でのみ実行されることをもう一度強調しなければなりません。
自制のための質問と課題
「不自由な身体」 .
用語の定義を立てる 「つながり」 .
用語の定義を立てる 「結合反応」 .
用語の定義を立てる 「スムーズな接続」 .
用語の定義を立てる 「フレキシブル接続」 .
用語の定義を立てる 「無重力ロッド」 .
用語の定義を立てる 「フリーボディ」 .
定式化する 接続の公理 .
