Kekuatan gerbang baja yang dilas dengan palang vertikal vs. palang diagonal silang

Mencari beberapa petunjuk tentang cara membuat perkiraan kasar untuk masalah berikut.

Diberi dua gerbang baja dengan dimensi yang sama, bahan yang sama - misalnya semuanya sama. Satu-satunya perbedaan adalah bagian tengah memiliki struktur yang berbeda.

Ketika menerapkan beberapa kekuatan ke atas, gerbang akan mulai menjadi lebih dan lebih cacat, dan pada beberapa kekuatan gerbang akan menyentuh tanah di tempat panah biru menunjuk.

Saya mencari perkiraan kasar tentang berapa banyak kekuatan yang dibutuhkan untuk gerbang kedua - yaitu seberapa banyak "kokoh" gerbang kedua.

Saya benar-benar tidak memerlukan perhitungan yang pasti, tetapi mungkin akan membutuhkan beberapa data material, jadi:

• baja biasa balok berdinding tipis (tebal 25mm x 25mm x 2mm)
• setiap titik sambungan dilas, kita dapat menyederhanakan dan mengasumsikan bahwa las sama kuatnya dengan material itu sendiri
• titik-titik suspensi dapat menahan gaya tak terbatas
• dan kemungkinan penyederhanaan lainnya - masalah ini bukan untuk ilmu roket tetapi untuk menyelesaikan pembicaraan malam hari dengan seorang teman.

Seperti yang dikatakan grfrazee, Anda tidak akan tahu pasti sampai Anda melakukan analisis elemen hingga. Saya tertarik dengan pertanyaan ini sebagai seorang kolega dan saya berdiskusi tentang hal ini. Sementara kami berdua sepakat bahwa penguat diagonal akan lebih baik dalam menahan defleksi, kami bertanya-tanya dalam faktor apa akan lebih baik.

Kami benar-benar ingin tahu sehingga kami menyelesaikan perdebatan dan melakukan analisis struktural cepat pada SkyCiv Struct 3D 3D (dapat mencoba gratis selama satu bulan jika ada yang bertanya-tanya). Butuh sekitar satu jam untuk mengatur kedua gerbang dan menganalisisnya terutama karena kami harus membuat posisi simpul dari awal. Bagaimanapun di sini adalah hasil analisis statis linier yang memperhitungkan asumsi dan penyederhanaan yang Anda buat. Kami menerapkan LOAD POINT 5 kN di F1 dan F2 dan membuat masing-masing mendukung dukungan pin di lokasi yang Anda tentukan. Perhatikan bahwa dalam hasil berwarna 3D defleksi 12X lebih besar dari defleksi aktual gerbang di kedua skenario - ini dibesar-besarkan sehingga Anda dapat melihat bentuk gerbang yang dibelokkan.

Gerbang # 1

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 31.74\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 32.10\text{ mm}$

Gerbang # 2

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 7.84\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 7.55\text{ mm}$

Diagonal bracing (Gerbang # 2) jelas merupakan pemenangnya. Jadi, ketika kedua gerbang mengalami beban yang sama, sepertinya Gerbang # 2 menolak defleksi dengan lebih baik (yaitu lebih kaku) dengan faktor 4,25 .

Beberapa poin lebih menarik:

• Ada tekanan lentur yang cukup tinggi pada dukungan kanan atas di kedua skenario ~ 350 MPa.
• Analisis tidak memperhitungkan berat gerbang sendiri.

Izinkan saya menambahkan bahwa tampaknya ada masalah penskalaan dengan kisi diagonal yang telah Anda gambar, karena ketika saya memodelkannya, saya menemukan bahwa ada jauh lebih sedikit poin daripada yang disarankan oleh diagram Anda. Saya memastikan bahwa jarak paralel antara masing-masing belah ketupat adalah 300mm. Ini berarti diagonal masing-masing belah ketupat kira-kira 424mm. Gerbang Anda memiliki panjang 3300mm sehingga itu berarti sekitar 8 rhombi harus sesuai dengan gerbang Anda dalam arah x - tetapi Anda telah ditarik sekitar 12. Hanya berpikir saya akan memberi tahu Anda.

Anggap sambungannya dilas, agar gerbang atas berubah bentuk saat Anda menggambar, palang vertikal harus ditekuk menjadi bentuk "S". Fleksibilitas dalam pembengkokan akan sebanding dengan kubus panjangnya, jika yang lainnya sama.

Kekakuan dari tiga bagian gerbang atas akan sebanding dengan , , dan . Fleksibilitas total didominasi oleh bagian terpanjang (tengah).1 / 0,6 3 = 4,6 1 / 0,4 3 = $1/1^3 = 1$$1/0.6^3 = 4.6$$1/0.4^3 = 15.6$

Di gerbang bawah, palang diagonal akan (mendekati perkiraan pertama) jauh lebih kaku daripada palang vertikal karena mereka membawa geser pada tegangan dan kompresi diagonal, bukan pada tekukan. Kekakuan keseluruhan akan menjadi urutan 4 atau 5 kali lebih besar (berdasarkan 4,6 di atas).

Anda mungkin bisa lolos dengan lebih sedikit material di bilah diagonal (baik bilah yang lebih tipis atau lebih sedikit), tetapi, analisis yang lebih rinci terlalu banyak pekerjaan yang harus dilakukan dengan tangan dan gratis!

Tidak masalah jika jarak bar diagonal cocok dengan vertikal, selama bar horizontal cukup kuat untuk mendistribusikan kembali beban di antara mereka.

Jika kekakuan adalah satu-satunya kriteria, Anda mungkin juga hanya memiliki bingkai persegi panjang dan penahan diagonal, tanpa bagian "batang vertikal" sama sekali.

Meskipun Anda telah menggambarkan masalah Anda dengan cukup baik, saya tidak berpikir Anda akan menemukan jawaban yang memuaskan tanpa harus menjalankan analisis elemen hingga yang cukup kompleks pada kedua struktur.

Struktur gerbang pertama akan berperilaku mirip dengan rangka Vierendeel karena Anda memiliki semua bagian yang pada dasarnya terhubung-saat.

Struktur gerbang kedua kemungkinan akan jatuh di suatu tempat antara Vierendeel dan rangka tradisional, meskipun masih, sebagian besar, saat terhubung dengan tidak ada keselarasan nyata titik kerja.

Normalnya, gulungan diperinci sedemikian rupa sehingga titik kerjanya (yaitu, pusat aksi gaya aksial dalam anggota) bertepatan pada titik yang kira-kira sama. Ini untuk mengurangi pembengkokan pada setiap anggota tunggal karena eksentrisitasnya sekitar nol.

Gerbang kedua memiliki beberapa tindakan rangka karena bagian berbentuk berlian di tengah. Sayangnya, karena titik kerja bagian berlian tidak bertemu dengan bagian vertikal / horizontal, Anda kehilangan beberapa keuntungan dari tindakan truss.