Κεφάλαιο

Τροποποίηση γεωμετρίας και ιδιοτήτων φορέα σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων

Σύνοψη

Στο παράδειγμα του Κεφαλαίου 4 παρουσιάζεται, με τη βοήθεια εφαρμοσμένου παραδείγματος, η δυνατότητα τροποποίησης και ο καθορισμός πρόσθετων χαρακτηριστικών σε υφιστάμενο αρχείο προσομοίωσης φορέα. Τα βασικά αντικείμενα που αναπτύσσονται στο συγκεκριμένο Κεφάλαιο είναι: δυνατότητες τροποποίησης υφιστάμενου φορέα, παραμετρική διερεύνηση, διακριτοποίηση φορέα, εσωτερικές ελευθερίες κίνησης, εναλλακτικοί τρόποι προσομοίωσης στηρίξεων.

Προαπαιτούμενη γνώση

Απαιτούνται βασικές γνώσεις αντοχής υλικών και στατικής επίλυσης φορέων, ικανότητα ανάγνωσης κανονιστικών κειμένων, κατανόηση των αντικειμένων που αναπτύχθηκαν στα προηγούμενα Κεφάλαια του συγγράμματος, όπως και εφαρμογή του παραδείγματος του Κεφαλαίου 3.

4.1. Δεδομένα παραδείγματος

Ζητείται η επίλυση του επίπεδου πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος που περιγράφεται στο Σχήμα 4.1, για τον συνδυασμό αστοχίας κατακόρυφων φορτίων και τον σεισμικό συνδυασμό φόρτισης. Να ληφθούν υπόψη τα εξής στοιχεία:

Η οριζόντια δύναμη Ε θεωρείται σεισμικό φορτίο, το κατανεμημένο φορτίο G μόνιμη δράση και το Q μεταβλητή δράση.
Το υλικό να ληφθεί με μέτρο ελαστικότητας E=2.8∙10⁷ kPa, λόγο Poisson=0.0, αβαρές και με μηδενική πυκνότητα.
Οι διατομές των δομικών στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα να ληφθούν σε στάδιο ΙΙ (ρηγματωμένες διατομές).
Στο επίπεδο της δοκού νοείται όροφος με πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος.

Σχήμα 4.1 Τροποποιημένο πλαίσιο υπό στατική φόρτιση (προσθήκη εσωτερικών αρθρώσεων και τροποποίηση γεωμετρίας φορέα του Κεφαλαίου 3).

4.2. Τροποποίηση γεωμετρίας φορέα

Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, συγκρίνοντας τα δεδομένα της εκφώνησης με αυτά του προηγούμενου παραδείγματος, πρόκειται για επίλυση του ίδιου φορέα με ελαφρώς διαφορετική γεωμετρία. Η διαφορά έγκειται στην ύπαρξη αρθρώσεων τόσο στις στηρίξεις όσο και εσωτερικά στη δοκό, αλλά και στη μεταβολή του ύψους του δεξιά στύλου. Για την εισαγωγή της παραπάνω γεωμετρίας δεν είναι απαραίτητη η εκ νέου εισαγωγή των στοιχείων του φορέα, αλλά η απλή τροποποίηση του υφιστάμενου φορέα.

Τροποποίηση-παραμετρική διερεύνηση φορέα σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων (εμφάνιση/απόκρυψη κειμένου)

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της προσομοίωσης και επίλυσης κατασκευών, όπως υλοποιείται με τη χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων σε προγράμματα υπολογιστή, είναι η δυνατότητα εύκολης τροποποίησης-παραμετροποίησης των χαρακτηριστικών του φορέα. Η δυνατότητα αυτή είναι ιδιαιτέρως σημαντική, καθώς επιτρέπει στον μελετητή να διερευνήσει διαφορετικές παραδοχές μορφοποίησης ή ιδιοτήτων της υπό ανάλυση κατασκευής, ώστε να επιλέξει τη βέλτιστη λύση.

Η βασική χρήση της συγκεκριμένης δυνατότητας, όσον αφορά τυπικές κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος, σχετίζεται με θέματα μορφοποίησης του φέροντος οργανισμού. Πολύ συχνή εφαρμογή παραμετρικής διερεύνησης αφορά τη θέση και τις διαστάσεις των τοιχωμάτων, τα οποία αποτελούν το σημαντικότερο στοιχείο προσφερόμενης δυσκαμψίας και παραλαβής σεισμικών φορτίων σε ένα μικτό δομικό σύστημα.

Ιδιαίτερα χρήσιμη είναι η υιοθέτηση παραμετρικής διερεύνησης στην περίπτωση που δεν είναι γνωστή, με καλή ακρίβεια, η τιμή κάποιας ιδιότητας ή χαρακτηριστικού. Ενδεικτικά, στην περίπτωση που δεν έχει προηγηθεί γεωτεχνική μελέτη και δεν υπάρχει σαφής γνώση των χαρακτηριστικών των εδαφικών ιδιοτήτων, είναι σημαντική η διερεύνηση ελαφρώς διαφορετικών συνθηκών θεμελίωσης, ώστε να προβλεφθούν τυχόν δυσμενή σενάρια απόκρισης της κατασκευής. Αντίστοιχη μελέτη μπορεί να γίνει για διαφορετικές τιμές φορτίων σε κάποιες θέσεις, ιδιότητες υλικών κτλ. Ειδικά για τις παραπάνω περιπτώσεις, υπάρχουν λογισμικά που μπορούν να προσφέρουν αυτοματοποιημένα παραμετροποίηση κατά τη μελέτη κάποιας ιδιότητας, αν και συνήθως πρόκειται για προγράμματα που προορίζονται για ερευνητική χρήση και απαιτούν και κάποιο επίπεδο γνώσεων προγραμματισμού από τον χρήστη (Σέξτος & Κατσάνος, 2009).

Για την τροποποίηση της γεωμετρίας του φορέα, γίνεται αποθήκευση του αρχείου του προηγούμενου παραδείγματος με διαφορετικό όνομα (File → Save As και νέο όνομα αρχείου Chapter 04.sdb). Με τον τρόπο αυτόν μπορούν να γίνουν αλλαγές δίχως να μεταβληθεί η προηγούμενη επίλυση.

4.2.1. Πύκνωση διακριτοποίησης δοκού

Οι εσωτερικές αρθρώσεις σε έναν φορέα αποτελούν χαρακτηριστικό των δομικών στοιχείων στα άκρα τους και όχι των κόμβων, όπως λανθασμένα κάποιες φορές θεωρείται. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για την αποδέσμευση της στήριξης σε έναν -για το κάθε άκρο- βαθμό ελευθερίας ενός γραμμικού πεπερασμένου στοιχείου. Για την εισαγωγή όμως της συγκεκριμένης ιδιότητας, καθώς αυτή τίθεται σε άκρο γραμμικού στοιχείου στο πρόγραμμα SAP 2000, θα πρέπει στη συγκεκριμένη θέση να διαιρεθεί η δοκός σε επιμέρους τμήματα, κάτι που συνεπάγεται και τη δημιουργία νέου κόμβου. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή, καθώς δεν αρκεί απλώς να σχεδιαστεί ένας πρόσθετος κόμβος, αλλά θα πρέπει να διαιρεθεί (διακριτοποιηθεί) η δοκός σε δυο επιμέρους τμήματα.

Η εντολή που χρησιμοποιείται, αφού επιλεγεί πρώτα η δοκός, είναι η Edit → Edit Lines → Divide Frames (Σχήμα 4.2). Επιλέγεται ο διαχωρισμός της δοκού σε δυο (2) τμήματα (Number of Frames), με λόγο μήκους του τελευταίου τμήματος προς το πρώτο ίσο με 1m/4m=0.25 (Last/First Length Ratio). Ως πρώτο τμήμα της δοκού θεωρείται το αριστερά και ως τελευταίο το δεξιά, καθώς ο κόμβος τέλους του κάθε γραμμικού στοιχείου είναι προς την κατεύθυνση που δείχνει ο αντίστοιχος τοπικός άξονας (στη δοκό του συγκεκριμένου παραδείγματος ο τοπικός άξονας ταυτίζεται με τον γενικό άξονα X, με τη φορά του να εξαρτάται από τη φορά σχεδίασης του στοιχείου, όπως αναλύεται στο Παράρτημα Α).

Ο φορέας που προκύπτει (κάτω δεξιά τμήμα στο Σχήμα 4.2) έχει πλέον έναν πρόσθετο κόμβο στη δοκό, ενώ η αρχική δοκός έχει διαιρεθεί σε δυο τμήματα. Πρέπει να σημειωθεί πως το καθένα από τα επιμέρους τμήματα της δοκού έχει κρατήσει τις ιδιότητες του αρχικού γραμμικού στοιχείου, όπως τύπο διατομής, υλικό, επιβαλλόμενα φορτία κτλ. Σημειώνεται επίσης, πως η συνέχεια της δοκού δεν έχει υποστεί κάποια μεταβολή στατικής φύσεως, καθώς πρόκειται απλώς για μια πύκνωση της διακριτοποίησης. Αν συνεπώς το αρχείο επιλυθεί στην παρούσα μορφή, αναμένεται να δώσει ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα με αυτά του προηγούμενου παραδείγματος.

Διακριτοποίηση φορέα σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων (εμφάνιση/απόκρυψη κειμένου)

Η διακριτοποίηση ενός φορέα είναι από τις βασικές επιλογές που πρέπει να κάνει ο μελετητής κατά την εισαγωγή της μορφολογίας και των δομικών στοιχείων που αποτελείται η κατασκευή. Ο όρος διακριτοποίηση αναφέρεται στον αριθμό των επιμέρους πεπερασμένων στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν κατά την προσομοίωση μιας περιοχής του φορέα.

Στην περίπτωση τυπικών φορέων οπλισμένου σκυροδέματος με γραμμικά στοιχεία, η διακριτοποίηση είναι συνήθως δεδομένη, με τη χρήση ενός γραμμικού στοιχείου για κάθε δομικό στοιχείο της κατασκευής. Εξαίρεση αποτελεί η προσομοίωση των τοιχωμάτων που απαιτεί τη συνδυασμένη χρήση περισσότερων γραμμικών στοιχείων. Περαιτέρω πύκνωση της διακριτοποίησης ενδέχεται να χρειαστεί όταν θα πρέπει να προσομοιωθούν πρόσθετα χαρακτηριστικά της κατασκευής, όπως η ύπαρξη εσωτερικών αρθρώσεων κατά μήκος ενός στοιχείου, η στήριξη δοκού σε δοκό, η δημιουργία κοντών υποστυλωμάτων κτλ.

Στην περίπτωση προσομοίωσης πιο σύνθετων φορέων, και κυρίως φορέων που απαιτούν τη χρήση επιφανειακών ή/και χωρικών πεπερασμένων στοιχείων, η επιλογή της διακριτοποίησης γίνεται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της ανάλυσης. Όπως παραστατικά φαίνεται στο προσομοίωμα του πέτρινου φάρου με επιφανειακά στοιχεία που παρουσιάστηκε στο Κεφάλαιο 1 (Σχήμα 1.3), η διακριτοποίηση σε κρίσιμες θέσεις του φορέα, όπως είναι οι γωνίες όπου παρατηρείται συγκέντρωση τάσεων, απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή και σχετική εμπειρία του μελετητή. Στην περίπτωση της προσομοίωσης του πύργου του Σχήματος 1.4, γίνεται εμφανής και η απαίτηση διαδικασίας αυτόματης διακριτοποίησης από το πρόγραμμα που χρησιμοποιείται, ώστε να ληφθούν υπόψη τόσο οι κανόνες ορθής διακριτοποίησης όσο και οι γεωμετρικές ιδιαιτερότητες διαφόρων περιοχών του φορέα. Αν δεν υπάρχει τέτοια αυτοματοποιημένη λειτουργία, η διαδικασία επακριβούς καθορισμού της γεωμετρίας και των διαστάσεων των χωρικών στοιχείων γίνεται ιδιαίτερα δυσχερής και χρονοβόρα. Βασικές οδηγίες ορθής διακριτοποίησης περιγράφονται σε σημαντικό αριθμό επιστημονικών συγγραμμάτων (ενδεικτικά Cook, Malkus, & Plesha, 1989∙ Fagan, 1992∙ Hitchings ed., 1992), αλλά και στα εγχειρίδια χρήσης προγραμμάτων πεπερασμένων στοιχείων. Όταν μάλιστα η προσομοίωση σχετίζεται με πιο σύνθετες μεθόδους ανάλυσης, όπως δυναμικές αναλύσεις με χρονοϊστορία φόρτισης, διάδοση σεισμικών κυμάτων σε εδαφικό μέσο, ανελαστική συμπεριφορά κτλ, τότε οι απαιτήσεις για την ορθή περιγραφή της απόκρισης είναι περισσότερες (Kuhlemeyer & Lysmer, 1973∙ Cook et al., 1989 κτλ).

Σχήμα 4.2 Πύκνωση διακριτοποίησης γραμμικού στοιχείου δοκού.

4.2.2. Εισαγωγή εσωτερικών αρθρώσεων

Η εσωτερική άρθρωση μπορεί να τεθεί ως ιδιότητα στο άκρο ενός από τα γραμμικά στοιχεία που αποτελούν τη δοκό. Πρόκειται πρακτικά για απελευθέρωση της δέσμευσης ενός βαθμού ελευθερίας στη θέση σύνδεσης του γραμμικού στοιχείου με το γειτονικό του. Θεωρητικά, αρκεί η εισαγωγή εσωτερικής άρθρωσης είτε στο τέλος του αριστερά τμήματος της δοκού είτε στην αρχή του δεξιά τμήματος, καθώς μηδενισμός της ροπής στη μία ή την άλλη πλευρά του κόμβου σημαίνει γενικότερα μηδενική ροπή και στα δυο στοιχεία λόγω ισορροπίας. Βεβαίως, είναι δυνατή η εισαγωγή της ιδιότητας της εσωτερικής άρθρωσης και στις δυο αυτές θέσεις. Εδώ ενδεικτικά επιλέγεται η αριστερά δοκός και με την εντολή Assign → Frame → Releases/Partial Fixity (Σχήμα 4.3) ορίζεται στο άκρο τέλους της δοκού (End) απελευθέρωση στον βαθμό ελευθερίας που σχετίζεται με την κάμψη της δοκού (Moment 33 για τη δοκό, όπως αναλύεται στο Παράρτημα Α). Η εμφάνιση της άρθρωσης στο πρόγραμμα έχει τη μορφή που φαίνεται στο σκαρίφημα του Σχήματος 4.3, ενώ η σχετική ιδιότητα φαίνεται και με δεξί click στη δοκό, στο πεδίο Releases End-J της καρτέλας Assignments. Η απόσταση μεταξύ των δυο δοκών στη θέση της εσωτερικής άρθρωσης που παρατηρείται στο Σχήμα δεν είναι πραγματική, αλλά οφείλεται στην οπτική απεικόνιση της εσωτερική άρθρωσης από το συγκεκριμένο πρόγραμμα.

Η δημιουργία των αρθρώσεων στη βάση των υποστυλωμάτων μπορεί να γίνει με δυο τρόπους:

Με χρήση εσωτερικής άρθρωσης στο άκρο αρχής (Start) του κάθε υποστυλώματος: ακολουθείται η λογική που αναπτύχθηκε παραπάνω, όπου απελευθερώνοντας την αντίστοιχη δέσμευση βαθμού ελευθερίας μηδενίζεται η ροπή στο κάτω άκρο του γραμμικού στοιχείου, άρα και στη στήριξη λόγω ισορροπίας δυνάμεων.
Με τροποποίηση της στήριξης του κόμβου στη βάση του υποστυλώματος: πρόκειται για διαφορετική προσέγγιση, όπου τροποποιούνται οι δεσμεύσεις (Restraints) των ελευθεριών στήριξης του κόμβου στη βάση, ώστε να αντιστοιχούν σε άρθρωση και όχι σε πάκτωση.

Οι δυο τρόποι που περιγράφονται παραπάνω είναι ισοδύναμοι. Στο παρόν παράδειγμα χρησιμοποιείται η λογική της εσωτερική άρθρωσης, αν και το σύνηθες στην περίπτωση εξωτερικών στηρίξεων είναι η μεταβολή του τύπου της στήριξης, των δεσμεύσεων δηλαδή στους βαθμούς ελευθερίας του σχετιζόμενου κόμβου. Η νέα εικόνα του φορέα φαίνεται στο Σχήμα 4.4.

Σχήμα 4.3 Εισαγωγή της εσωτερικής άρθρωσης στο δεξί άκρο του αριστερού τμήματος της δοκού.

Σχήμα 4.4 Εικόνα του φορέα μετά την εισαγωγή αρθρώσεων στη δοκό και στη βάση των υποστυλωμάτων.

4.2.3. Μεταβολή μήκους γραμμικού στοιχείου

Το τελευταίο βήμα για την τροποποίηση της γεωμετρίας του φορέα είναι η μεταβολή του μήκους του δεξιά υποστυλώματος. Η γεωμετρικά των γραμμικών στοιχείων στο SAP 2000 είναι άμεσα συνδεδεμένη με τη θέση των κόμβων αρχής και τέλους που ορίζουν το στοιχείο. Κατά συνέπεια, η μεταβολή στο μήκος τους μπορεί να επιτευχθεί με μετακίνηση ενός ή και των δύο αυτών κόμβων.

Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση του στύλου του παραδείγματος, απαιτείται η κατακόρυφη μετακίνηση του κόμβου αρχής του στοιχείου, δηλαδή του κόμβου της βάσης, κατά 2m προς τα πάνω (προς τη θετική Z διεύθυνση). Με τον τρόπο αυτόν το υποστύλωμα θα λάβει τη σωστή διάσταση του 1m που περιγράφεται στην εκφώνηση.

Κατά διαδικασία της μετακίνησης επιλέγεται προσεκτικά μόνο ο κόμβος στη βάση του δεξιού στύλου, καθώς οποιοδήποτε άλλο στοιχείο ή κόμβος επιλεγεί θα ακολουθήσει τη συγκεκριμένη μετακίνηση, οδηγώντας σε λανθασμένη τελική γεωμετρία. Στο κάτω αριστερά τμήμα της οθόνης εμφανίζεται κάθε φορά ο ακριβής αριθμός και ο τύπος των στοιχείων που έχουν επιλεγεί από τον χρήστη. Σημειώνεται πως ο κόμβος της βάσης του γραμμικού στοιχείου είναι αυτός που φαίνεται με μαύρο χρώμα στο Σχήμα 4.4. Το σημείο με πράσινο χρωματισμό δεν είναι κόμβος, αλλά απλώς η οπτική απεικόνιση της ιδιότητας της εσωτερικής άρθρωσης στο συγκεκριμένο πρόγραμμα. Μετά την επιλογή του κόμβου, από την εντολή Edit → Move δίνεται μετατόπιση κατά 2m προς τα πάνω (+Ζ) σύμφωνα με το Σχήμα 4.5. Στο ίδιο σχήμα εικονίζεται η τελική μορφή του φορέα μετά τη μετακίνηση του κόμβου.

Τροποποίηση σχήματος-διαστάσεων πεπερασμένου στοιχείου (εμφάνιση/απόκρυψη κειμένου)

Κάθε γραμμικό, επιφανειακό ή χωρικό πεπερασμένο στοιχείο, αποτελείται από έναν αριθμό κόμβων που ορίζουν τη γεωμετρία του. Στα περισσότερα προγράμματα δίνεται η δυνατότητα τροποποίησης των διαστάσεων του στοιχείου με μετακίνηση ενός ή περισσότερων κόμβων τους. Η δυνατότητα αυτή θα πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για κοινούς κόμβους μεταξύ πεπερασμένων στοιχείων, καθώς λανθασμένη επιλογή των κόμβων που θα μετακινηθούν μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα στη γεωμετρία του φορέα.

Κατά τη χρήση της συγκεκριμένης εντολής συνίσταται να επιλέγονται μόνο κόμβοι. Ενδεικτικά, αν στο συγκεκριμένο παράδειγμα επιλεγόταν και το γραμμικό στοιχείο του υποστυλώματος κατά την εντολή μετακίνησης, τότε η γεωμετρία που θα προέκυπτε θα ήταν λανθασμένη, καθώς ολόκληρο το υποστύλωμα θα μεταφερόταν 2m κατά τη +Ζ διεύθυνση με αποτέλεσμα να προεξέχει από τη στάθμη της δοκού.

Με βάση τα παραπάνω, εφόσον επιλεγούν όλοι οι κόμβοι ενός πεπερασμένου στοιχείου και τους δοθεί ενιαία μετακίνηση, τότε μετακινείται το στοιχείο ως στερεό σώμα, δίχως μεταβολή της γεωμετρίας του. Αν αντίστοιχα επιλεγούν όλοι οι κόμβοι του φορέα, τότε μετακινείται ο φορέας στο σύνολό του. Η τελευταία παρατήρηση είναι ιδιαίτερα χρήσιμη, καθώς στα περισσότερα προγράμματα δεν είναι δυνατή η μετακίνηση του συστήματος συντεταγμένων. Αν λοιπόν ο χρήστης θέλει να τοποθετήσει την αρχή των αξόνων σε κάποια συγκεκριμένη θέση του φορέα, αρκεί να μετακινήσει ολόκληρο τον φορέα κατά κατάλληλες αποστάσεις σε οριζόντια διεύθυνση.

Σχήμα 4.5 Μεταβολή του μήκους του υποστυλώματος και τελική γεωμετρία φορέα.

4.3. Ανάλυση φορέα

Οι διάφορες παράμετροι ανάλυσης (π.χ. ανάλυση στο επίπεδο) είναι ήδη καθορισμένες από το αρχείο του προηγούμενου παραδείγματος. Συνεπώς ο φορέας είναι έτοιμος για ανάλυση, κάτι που γίνεται με την εντολή Analyze → Run Analysis και Run Now.

4.4. Αποτελέσματα

4.4.1. Παραμορφωμένη γραμμή και μετακινήσεις

Η παραμορφωμένη γραμμή του φορέα εμφανίζεται από την εντολή Display → Show Deformed Shape, όπου επιλέγεται η επιθυμητή φορτιστική κατάσταση ή συνδυασμός φόρτισης, έχοντας ενεργοποιημένη την επιλογή Wire Shadow για την εμφάνιση με αχνό χρωματισμό της απαραμόρφωτης κατάστασης. Η παραμορφωμένη εικόνα του φορέα για τον σεισμικό συνδυασμό φόρτισης SEISMIC+ εμφανίζεται στο Σχήμα 4.6. Πλησιάζοντας τον κέρσορα στην περιοχή της εσωτερικής άρθρωσης εμφανίζονται οι μετακινήσεις του συγκεκριμένου κόμβου, οι οποίες λαμβάνονται με μεγαλύτερη ακρίβεια με δεξί click επάνω στον κόμβο.

Από την μορφή της παραμόρφωσης είναι εμφανής η ύπαρξη μιας ασυνέχειας στη δοκό (γόνατο), όπου λόγω της εσωτερικής άρθρωσης τα δυο τμήματα της δοκού μπορούν να στρέφονται ελεύθερα και ανεξάρτητα μεταξύ τους. Στην ίδια εικόνα είναι ορατή και η ύπαρξη αρθρωτής σύνδεσης στη βάση των υποστυλωμάτων. Αυτό γίνεται ακόμη πιο έντονα αντιληπτό αν επιλεγεί το Start Animation, οπότε και εμφανίζεται, με κίνηση, η μετάβαση του φορέα από την απαραμόρφωτη στην παραμορφωμένη κατάσταση. Υπενθυμίζεται πως η κίνηση που εμφανίζεται δεν είναι ακριβής, καθώς, παρόλο που ο συνδυασμός SEISMIC+ αφορά την διεύθυνση του οριζόντιου φορτίου προς τα δεξιά, η κίνηση δείχνει την παραμόρφωση έως και την πλήρη αντιστροφή της κίνησης.

Μια πρόσθετη δυνατότητα που οφείλεται στην εισαγωγή του κόμβου στη θέση της εσωτερικής άρθρωσης, είναι η αναλυτική εμφάνιση των μετακινήσεων στη συγκεκριμένη θέση της δοκού. Συνεπώς, εφόσον χρειάζεται ο προσδιορισμός της μετακίνησης σε κάποια θέση κατά μήκος ενός δομικού στοιχείου, μπορεί να αυξηθεί η διακριτοποίηση του στοιχείου και να δημιουργηθεί ενδιάμεσος κόμβος, δίχως αυτό να σχετίζεται απαραίτητα και με πρόσθετη ιδιότητα όπως π.χ. εισαγωγή εσωτερικής άρθρωσης στη συγκεκριμένη θέση.

Σχήμα 4.6 Εμφάνιση παραμορφωμένης γραμμής φορέα και μετακινήσεων κόμβου στη θέση της εσωτερικής άρθρωσης για τον σεισμικό συνδυασμό φόρτισης SEISMIC+.

4.4.2. Διαγράμματα εντατικών μεγεθών

Για την εμφάνιση των διαγραμμάτων εντατικών μεγεθών χρησιμοποιείται η εντολή Display → Show Forces/Stresses → Frames/Cables, όπου επιλέγεται η επιθυμητή φορτιστική κατάσταση ή συνδυασμός φόρτισης (ενδεικτικά εδώ το SEISMIC+) και ζητείται το επιθυμητό εντατικό μέγεθος (εδώ οι καμπτικές ροπές Moment 3-3). Με την επιλογή Show Values on Diagram δίνεται η δυνατότητα εμφάνισής του σχετικού διαγράμματος με τιμές στα χαρακτηριστικά του σημεία. Το διάγραμμα καμπτικών ροπών λαμβάνει τελικά τη μορφή που φαίνεται στο Σχήμα 4.7.

Σε σχέση με το αντίστοιχο διάγραμμα του προηγούμενου παραδείγματος, παρατηρείται πως η ροπή στη βάση των υποστυλωμάτων είναι πλέον μηδενική, ενώ μηδενική ροπή εντοπίζεται και στη δοκό στη θέση της εσωτερικής άρθρωσης. Αυτό αποδεικνύει πως η προσομοίωση που επιλέχθηκε για τις εσωτερικές αρθρώσεις έφερε το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Σχήμα 4.7 Εμφάνιση διαγράμματος καμπτικών ροπών για τον σεισμικό συνδυασμό φόρτισης SEISMIC+ (με επιλογή Show Values on Diagram στο προηγούμενο βήμα).

Θα πρέπει να σημειωθεί πως η δοκός πλέον αποτελείται από δυο γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία. Συνεπώς, όταν γίνεται πλέον δεξί click στη δοκό, εμφανίζονται τα σχετικά διαγράμματα εντατικών μεγεθών χωριστά για το αριστερά και χωριστά για το δεξιά τμήμα της δοκού. Πράγματι, με δεξί click πάνω στον άξονα του αριστερά τμήματος εμφανίζονται λεπτομέρειες της εντατικής κατάστασης ανά ζεύγη σχετιζόμενων μεγεθών (Σχήμα 4.8). Από το Items μπορούν να επιλεγούν άλλα εντατικά μεγέθη, ενώ αλλάζοντας το Case παρουσιάζονται τα διαγράμματα εντατικών μεγεθών για διαφορετική φορτιστική κατάσταση στο ίδιο γραμμικό στοιχείο. Η επιλογή Show Max, που έχει ενεργοποιηθεί στο Σχήμα 4.8, δείχνει τη μέγιστη τιμή για κάθε εμφανιζόμενο μέγεθος. Η παρακολούθηση της απόκλισης (deflection) της δοκού που επιλέγεται στο σχήμα αφορά την περίπτωση απόλυτης τιμής (Absolute), οπότε εμφανίζεται η απόλυτη κατακόρυφη μετακίνηση του κόμβου, η οποία συμπίπτει με την τιμή που εμφανίζεται στη συγκεκριμένη θέση στο Σχήμα 4.6 (παραμορφωμένη γραμμή του φορέα).

Σχήμα 4.8 Λεπτομέρειες διαγραμμάτων εντατικών μεγεθών στο αριστερά τμήμα της δοκού για τη φορτιστική κατάσταση SEISMIC+ (επιλογή Show Max για την εμφάνιση της μέγιστης τιμής του κάθε μεγέθους).

Βιβλιογραφικές αναφορές Κεφαλαίου 4

Cook, R. D., Malkus, D. S., & Plesha, M. E. (1989). Concepts and applications of finite element analysis (Third ed.). New York: John Wiley & Sons Inc.
Fagan, M. J. (1992). Finite Element Analysis: Theory and practice. Harlow: Longmans.
Hitchings, D. (Ed.). (1992). NAFEMS – A finite element dynamics primer. Birniehill, Glasgow: Bell and Bain Ltd.
Kuhlemeyer, R. L., & Lysmer, J. (1973). Finite element method accuracy for wave propagation problems. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 99(5), 421-427.
Σέξτος, Α., & Κατσάνος, Ε. (2009). Τεχνικές προγραμματισμού και χρήση λογισμικού Η/Υ στις κατασκευές. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Αϊβάζη.