Uwagi dotyczące konstrukcji kablowych

Poniżej podane są praktyczne uwagi dotyczące obliczeń konstrukcji zawierających kable:

  1. Siły naciągu początkowego powinny być definiowane w sposób przemyślany. Wartości sił i naprężeń rozciągających podane w definicji kabla oznaczają dokładne wartości wymagane przez algorytm w montażowym przypadku obciążeniowym w środku odpowiedniego kabla (liczone wzdłuż jego cięciwy). Ten wymóg powoduje znalezienie wymaganej długości kabla. Jeżeli wprowadza się w konstrukcji izostatycznej siły naciągu, które nie są równoważne, to w takim przypadku stan równowagi nie może zostać osiągnięty.

    Częstym przypadkiem jest zadanie siły naciągu kabla mniejszej od działającego na niego obciążenia (np. ciężar własny); w takim przypadku jest uzasadnione, że zadanie nie ma fizycznego rozwiązania. Podobny problem dotyczy na przykład schematu statycznego przedstawionego na poniższym rysunku.

    Przedstawiony schemat może stanowić model całej konstrukcji bądź też być fragmentem większej konstrukcji. Jeżeli w trakcie definicji kabli narzucone zostaną przypadkowe wartości sił naciągu montażowego w kablach numer 1, 2 i 3, to najprawdopodobniej spełnienie warunków równowagi dla kierunku poziomego będzie niemożliwe (suma poziomych składowych sił naciągu ze wszystkich trzech kabli musiałaby być równa lub bliska zeru). W związku z tym proces obliczeniowy dla tej konstrukcji nie będzie zbieżny lub też otrzymane zostaną błędy obliczeniowe, które najczęściej odpowiadają nienormalnie dużym przemieszczeniom i kątom obrotu węzłów konstrukcji (aby spełnione były warunki równowagi, w programie wyznaczane są nienormalnie duże kąty obrotu, co najczęściej powoduje wyjście z dziedziny funkcji: acos, asin lub pierwiastek).

    Dlatego we wstępnym etapie obliczeń bezpieczniej jest zdefiniować kable nie poprzez siły naciągu, ale poprzez podanie długości kabla. Dopiero wtedy po zorientowaniu się, jakiego rzędu są siły naciągu, dla rozsądnych wartości długości kabla można dobierać wartości sił naciągu, pamiętając o przynajmniej przybliżonym spełnieniu warunków równowagi w węzłach o schemacie podobnym do tego przedstawionego na powyższym rysunku.

    Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku prostoliniowych łańcuchów kabli o tych samych siłach naciągu montażowego; analiza nie będzie zbieżna, gdyż siły naciągu nie mogą być takie same we wszystkich kablach ze względu na zwis kabli.

  2. Kable nie posiadają sztywności na zginanie; w przypadku prostoliniowych łańcuchów kabli lub siatek kabli należy pamiętać, że nie posiadają one sztywności w kierunku prostopadłym, jeżeli nie bierze się pod uwagę dodatkowo nieliniowych efektów trzeciego rzędu (P—Delta), czyli wpływu zmiany geometrii (kształtu) na sztywność konstrukcji.
  3. Elementy kablowe powodują dużą nieliniowość układu, tak więc w niektórych przypadkach należy:
    • Zdefiniować większą liczbę przyrostów obciążenia (NDIV>10)
    • Wybrać pełną metodę Newtona-Raphsona (oznacza to, że macierz sztywności K powinna być aktualizowana po każdym przyroście i podprzyroście obciążenia).

    Jednakże nie zawsze należy ustawiać powyższe parametry. W niektórych przypadkach, kiedy zbieżność rozwiązania jest osiągana nawet po jednym przyroście obciążenia, można wybrać najprostszy algorytm (metoda wstępnych naprężeń).

  4. Jeżeli kable są definiowane poprzez podanie ich długości (za pomocą opcji DŁUgość, DYLatacja, DYLatacja WZGlędna lub bez podania żadnego polecenia) i do konstrukcji przykładane są obciążenia, które powodują, że niektóre kable nie pracują (nie przenoszą żadnych sił), to analiza konstrukcji kablowej może nie być zbieżna. Aby uniknąć tego efektu, należy przyłożyć obciążenie ciężarem własnym do wszystkich kabli w przypadku montażowym. Odpowiada to fizycznej pracy kabla, ponieważ w rzeczywistych konstrukcjach nie występują kable, które nie przenoszą rozciągania — zawsze bowiem istnieje niewielkie rozciąganie spowodowane ciężarem własnym kabla.