Zoals grfrazee zei, weet je het pas zeker als je een eindige elementenanalyse hebt uitgevoerd. Ik was als collega geïntrigeerd door deze vraag en raakte hierover in discussie. Hoewel we het er beiden over eens waren dat de diagonale versteviging beter zou zijn in het weerstaan ​​van doorbuiging, vroegen we ons af met welke factor het beter zou zijn.

We waren erg nieuwsgierig, dus hebben we het debat opgelost en een snelle structurele analyse gemaakt op SkyCiv Structural 3D (kan een maand gratis proberen als iemand het zich afvraagt). Het kostte ongeveer een uur om beide poorten op te zetten en ze te analyseren, voornamelijk omdat we de knooppuntposities vanaf nul moesten genereren. Hier zijn sowieso de resultaten van de lineaire statische analyse die rekening houdt met de aannames en vereenvoudigingen die u hebt gemaakt. We hebben een PUNTBELASTING van 5 kN toegepast op zowel F1 als F2 en hebben elk een pinsteun gemaakt op de door u opgegeven locaties. Merk op dat in de 3D-gekleurde resultaten de doorbuiging 12x groter is dan de werkelijke doorbuiging van de poort in beide scenario's - het is overdreven zodat je de afgebogen vorm van de poorten kunt zien.

Gate # 1

$ \ text {y-deflection linksonder in de poort} = 31.74 \ text {mm} $

$ \ text {Max totale doorbuiging} = 32.10 \ text {mm} $

Gate # 2

$ \ text {y-deflection linksonder of the gate} = 7.84 \ text {mm} $

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

Diagonale bracing (Gate # 2) is duidelijk de winnaar. Dus als beide poorten aan dezelfde belasting worden onderworpen, lijkt het erop dat poort 2 beter bestand is tegen doorbuiging (d.w.z. stijver is) met een factor 4,25 .

Nog enkele interessante punten:

• Er is een behoorlijk hoge buigspanning bij die steun rechtsboven in beide scenario's ~ 350 MPa.
• De analyse werkte niet Houd geen rekening met het eigen gewicht van de poorten.

Laat me er ook aan toevoegen dat er een schaalprobleem lijkt te zijn met het diagonale raster dat je hebt getekend, want toen ik het modelleerde, ontdekte ik dat er veel minder punten waren dan door je diagram werd gesuggereerd. Ik zorgde ervoor dat de parallelle afstand tussen elke ruit 300 mm was. Dit betekent dat de diagonaal van elke ruit ongeveer 424 mm is. Je poort is 3300 mm lang, dus dat betekent dat er ongeveer 8 ruiten over je poort moeten passen in de x-richting - maar je hebt er ongeveer 12 getekend. Ik dacht dat ik het je zou laten weten.

Ervan uitgaande dat de verbindingen zijn gelast, zullen de verticale staven in een "S" -vorm moeten buigen om de bovenste poort te vervormen tijdens het tekenen. De flexibiliteit bij het buigen is evenredig met de kubus van de lengte, als al het andere hetzelfde is.

De stijfheid van de drie delen van de bovenste poort zal evenredig zijn met $ 1/1 ^ 3 = 1 $, $ 1 / 0,6 ^ 3 = 4,6 $ en $ 1 / 0,4 ^ 3 = 15,6 $. De totale flexibiliteit wordt gedomineerd door het langste (middelste) gedeelte.

In de onderste poort zouden de diagonale staven (naar een eerste benadering) oneindig veel stijver zijn dan de verticale staven omdat ze afschuiving in diagonale spanning dragen en compressie, niet bij het buigen. De algehele stijfheid zou in de orde van grootte van 4 of 5 keer groter zijn (op basis van de 4.6 hierboven).

Je zou waarschijnlijk weg kunnen komen met minder materiaal in de diagonale staven (dunnere staven of minder staven) maar , een meer gedetailleerde analyse is te veel werk om met de hand en gratis te doen!

Het maakt niet uit of de afstand tussen de diagonale staven overeenkomt met de verticale lijnen, zolang de horizontale staven maar sterk genoeg zijn om de belasting tussen hen te herverdelen.

Of de stijfheid het beste is enige criterium, u kunt net zo goed een buitenste rechthoekig frame en diagonale schoren hebben, zonder secties van "verticale balken".

Hoewel je je probleem redelijk goed hebt beschreven, denk ik niet dat je een bevredigend antwoord zult vinden zonder een tamelijk complexe eindige-elementenanalyse op beide structuren uit te voeren.

De eerste poortconstructie zal zich op dezelfde manier gedragen als een Vierendeel-truss, aangezien alle stukken in wezen momentgebonden zijn.

De tweede poortconstructie zal waarschijnlijk ergens tussen de Vierendeel en een traditionele truss vallen , hoewel het nog steeds, voor het grootste deel, moment verbonden is zonder echte uitlijning van werkpunten.

Normaal gesproken zijn spanten zo gedetailleerd dat hun werkpunten (dwz het werkingscentrum van de axiale kracht in de leden) vallen op ongeveer hetzelfde punt samen. Dit is om buiging in een enkel lid te verminderen, aangezien de excentriciteit ongeveer nul is.

De tweede poort heeft wat truss-actie vanwege het ruitvormige gedeelte in het midden. Helaas, aangezien de werkpunten van de diamantsectie niet samenkomen met de verticale / horizontale secties, verliest u een deel van het voordeel van de truss-actie.