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移除結(jié)構(gòu) vs 改變截面
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2025/06/11 09:30:42

問題描述:

        如下所示的平面簡支梁,跨度 6m,左端為固定鉸支座,右端為兩個(gè)并聯(lián)的豎向彈簧,單個(gè)彈簧的剛度為 10000kN/m。在豎直向下的均布線荷載(10kN/m)作用下,簡支梁右端節(jié)點(diǎn)的豎向位移為 10 x 6 / 2 / 20 = 1.5mm

        在以上受力狀態(tài)的基礎(chǔ)上,利用 SAP2000 階段施工分析,分別采用以下兩種方法把簡支梁右端的彈簧剛度折減為 50%

        方法 1,移除一個(gè)彈簧,剩余彈簧的剛度保持不變,即:移除結(jié)構(gòu)(Remove Structure)。

        方法 2,保留兩個(gè)彈簧,但均改為 5000kN/m 剛度,即:改變截面(Change Section)。

        如下所示,對比簡支梁右端節(jié)點(diǎn)的豎向位移,方法 1 符合預(yù)期:10 x 6 / 2 / 10 = 3.0mm。為什么方法 24.5mm)不符合預(yù)期?

解答:

        在 SAP2000 階段施工分析中,【改變截面】操作常用于“同一個(gè)幾何模型但采用不同構(gòu)件截面”的計(jì)算,也就是在加載前改變 零 應(yīng) 力單元的截面。但是,上述問題中的方法 2 卻是將該操作用于改變 非 零 應(yīng) 力 單元的截面,SAP2000 對此采用的處理方式是:

    1,  移除采用原截面(2*10000kN/m)的單元,代之以等效力(30kN),保證結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形不變。

    2,  添加采用新截面(2*5000kN/m)的零應(yīng)力狀態(tài)的單元。

    3,  等效力(30kN)變號后作用于新單元,結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形進(jìn)一步變化。

        因此,方法 2 中簡支梁右端節(jié)點(diǎn)的最終豎向位移為:初始位移 1.5mm 加后續(xù)位移 30/10=3mm,即:4.5mm。可以看出,直接改變非零應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件的截面,計(jì)算結(jié)果往往與直觀感性的理解相悖。

        在實(shí)際的加固改造工程中,如需替換非零應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件,通常先采用類似千斤頂?shù)难b置代替該構(gòu)件,利用千斤頂提供的支反力對該構(gòu)件進(jìn)行“卸載”,然后再安裝零應(yīng)力狀態(tài)的新構(gòu)件,最后移除千斤頂后由新構(gòu)件承載。

        就本例而言,如果在【改變截面】前先反向加載對簡支梁進(jìn)行“卸載”,【改變截面】后再重新加載,方法 2 也可以獲取和方法 1 相同的結(jié)果。

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