杆端铰

杆端铰限制了从一个杆件传递到其他杆件的内力。铰只能设置在杆件端部，不能设置在杆件中间的某个位置。

某些杆件类型本身已带有铰：例如桁架杆件不传递弯矩，索杆既不传递弯矩也不传递剪力。对于这类杆件类型，无法指派铰，输入功能被锁定。

“新建杆件铰”对话框

基础

基础选项卡用于管理基本的铰参数。

坐标系

杆端铰可以参照以下轴系统之一：

• 局部杆件轴系统 x,y,z
• 全局坐标系 X,Y,Z（可选作为剪铰）
• 用户自定义轴系统 U,V,W

通常情况下，铰参照局部杆件轴系统。但是剪铰（见图 杆件交叉）只能在全局坐标系或用户自定义轴系统中定义。

铰条件

铰条件分为'平移'和'旋转'自由度。前者描述沿局部或全局轴方向的位移，后者描述绕这些轴的旋转。

要定义一个铰，请勾选相应轴的复选框。勾选表示杆件在该方向上或绕该方向的位移或旋转是可能的。此时线位移弹簧或扭转弹簧的常数被设置为零。您可以随时调整'弹簧常数'，以模拟弹性铰。请输入弹簧刚度的设计值。

在非线性列中，您可以针对每个分量精确控制内力的传递。根据自由度的不同，非线性列表中会提供相应的选项供选择。

选择铰接非线性

当内力为负或为正时固定

通过该选项，您可以简单地控制在杆件端部仅传递正的或负的力或弯矩。例如，一个非线性为'当 N 为正时固定'的 u_x 铰，表示在杆件端部传递拉力（正值），但不传递压力（负值）。当轴力为负时，该处即为有效的铰。

当采用局部坐标系时，内力相对于局部 xyz 杆件轴系统。

如果您选择其他非线性，可以在 部分作用、图表、摩擦 或 脚手架图 选项卡中定义相关参数。

选项

'剪铰'在全局坐标系或用户自定义坐标系中可用。通过它可以模拟贯通杆件的交叉。

示例

一个节点上连接四根杆件。各杆件沿其"贯通方向"传递弯矩，但不传递给另一对杆件。节点中仅传递轴力和剪力。

杆件交点使用剪刀铰

请将该铰指派给杆件 3 和 4，或者杆件 1 和 2。另一对交叉的杆件不设置铰。

部分作用

铰分量的部分作用可作为杆端铰的非线性特性使用（见图 选择铰非线性）。

定义铰的部分作用

请分别为'负区域'和'正区域'设定铰的作用。在'类型'列表中提供多种铰生效准则可供选择。

• 完全：铰允许完全的位移或旋转。
• 从释放位移/释放旋转起固定：铰仅在一定位移或旋转范围内起作用。超过该值后，刚性连接或约束生效。
• 从释放力/释放弯矩起断裂：铰仅在一定力或弯矩范围内起作用。超过该值后铰失效，不再传递内力。
• 从释放力/释放弯矩起屈服：铰仅在一定力或弯矩范围内起作用。超过该值后应变增大，但内力不再增大。
• 弹簧失效：对于带弹簧刚度的铰，该铰分量不起作用。

大多数铰类型可以与'滑移'组合使用，使铰在一定位移或旋转之后才生效。

图表

铰分量的图表可作为铰的非线性特性使用（见图 选择铰非线性）。

定义杆端铰的非线性

在'位移'或'旋转'列中，请设定工作图的定义点数量及相应数值。然后在'力'或'弯矩'列中，可以将位移或旋转的横坐标值与相应的铰力或铰弯矩进行赋值。

对于'图表开始'和'图表结束'，可选择以下准则：

• 断裂：铰仅在力或弯矩达到最大值之前起作用。超过后产生完全的铰作用，不再传递任何内力。
• 屈服：铰仅在力或弯矩达到最大值之前有效。超过后应变增大，但内力不再增大。
• 连续：超出定义范围后，采用最后一步的弹簧常数。
• 限位：允许的变形限制为位移或旋转的最大值。超过后铰作用失效，刚性连接或约束生效。

摩擦

在'非线性'列表中提供四种选项，用于相对于另一个铰分量定义平移铰的摩擦（见图 选择铰非线性）。

定义摩擦系数

所传递的铰力与其他方向上作用的轴力或剪力相关联。根据'基础'选项卡中的选择，摩擦可以仅取决于一个内力或两个内力。铰摩擦力与轴力或剪力之间存在如下关系：

塑性

塑性铰特性对于 Pushover 分析 非常重要。对于非线性作用的铰分量，塑性选项提供四种选择（见图 选择铰非线性）：

• 双线性
• 图表
• FEMA 356 | 刚性
• FEMA 356 | 弹性

定义具有双线性属性的塑性铰

请在'"内力" / "内力"_屈服'以及 'δ / δ_屈服' 或 'φ / φ_屈服' 列中设定塑性区域的特征值。例如，当 M_y / M_y,屈服 的值为 1.27 时，截面在超过塑性弯矩后开始屈服。当超过塑性强度的 127% 时，杆件失效。

塑性极限内力会根据杆件的截面特性自动确定。

杆件长度会影响塑性铰的刚度计算。通常情况下，它会根据指派该铰的杆件长度自动识别。如有需要，您可以为该铰指定'用户自定义杆件长度'。

验收准则

在下部区域，您可以设定适用于建筑安全性的屈服准则限值。例如，对于钢构件，这些限值在 ASCE 规范 FEMA 356 [1] 的表 5-5 中规定。例如，当 φ / φ_屈服 的值为 6.000 时，一旦塑性变形达到屈服强度时变形的六倍，即达到'生命安全'的临界值。

验收准则的范围也会显示在图表中。

对于两种 FEMA 塑性选项之一，验收准则已按美国规范的规定预设置。如有需要，勾选'用户自定义'复选框后即可进行调整。

按照 FEMA 356 定义塑性铰

请在列表中设定'分量类型'。主要分量和次要分量的验收准则在 [1] 表 5-5 中规定。

关于如何在 Pushover 分析中使用塑性铰，请参见专题文章 RFEM 6 中的塑性铰。

脚手架图

铰分量的脚手架图可作为铰的非线性特性使用（见图 选择铰非线性）。通过它可以模拟两个杆件之间带内管插接的钢管接头的力学作用。该等效模型根据杆件端部的受压状态，通过被压紧的外管传递弯矩，并另外通过内管插接段的形变咬合传递弯矩。

您可以在'脚手架图 | 内管'和'脚手架图 | 外管'选项卡中分别描述铰特性。

定义外管的脚手架图

参数定义可采用 图表 一节中介绍的方法。