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排架柱的偏心模擬(二)
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2016/12/08 19:51:29

問題描述:

        如下所示,采用《排架柱的偏心模擬(一)》中所推薦的方法模擬排架柱的偏心。以結構的內力結果而言,無論是彎矩圖、剪力圖或者軸力圖,SAP2000 輸出的結果與理論解均完全一致。

        不過,與結構內力不同的是,SAP2000 輸出的柱底處的節(jié)點反力似乎與理論解相悖。理論上講,柱底內力與節(jié)點反力在數(shù)值上應保持一一對應的關系,即:柱底的軸力與剪力對應兩個水平方向的反力,柱底的彎矩則對應立面內的反力矩。但是,下圖所示的結果卻并不完全符合上述結論,具體來講:

        1,柱底的軸力和剪力分別與 Z 向和 X 向的節(jié)點反力相等,分別為 30kN 2.84kN

        2,柱底的彎矩與節(jié)點反力矩在數(shù)值上并不相等(0.49 vs 8.51),且作用方向相反。

        以上第 1 項與上述結論相符,但第 2 項卻并不相符。

        請問,如何理解第 2 項結果呢?如何才能得到正確的節(jié)點反力?

解答:

        上述柱底處節(jié)點反力異常的原因在于:SAP2000 基于節(jié)點輸出反力結果,而基于截面形心輸出單元內力。在將插入點由默認位置(截面形心)修改為“偏心 0.3m”后,截面形心與節(jié)點將不再重合,節(jié)點反力矩與柱底彎矩也會由于 0.3m 的偏心和 30kN 的軸力而出現(xiàn)數(shù)值和方向上的差異。事實上,由于截面形心和節(jié)點間以剛臂相連,必然存在“節(jié)點反力矩 + 柱底彎矩 = 軸力 x 偏心距”的關系,也就是 0.49kN·m + 8.51 = 30 x 0.3 = 9.0kN·m

        綜上可以看出,SAP2000 輸出的柱底處的節(jié)點反力矩并非不正確,只是與工程師習慣的理解方式有所不同。因此,對于以插入點模擬偏心的排架柱,用戶在輸出和解讀節(jié)點反力矩時需要特別謹慎!

        如果用戶需要導出節(jié)點反力作為外荷載進行基礎設計,那么上述排架柱偏心的模擬方法顯然并不合適。此時,我們可以考慮直接修改排架柱的幾何位置來考慮偏心。這種方法無需修改插入點,故節(jié)點反力與柱底內力完全對應,直接導出后反向即可作為下部基礎的外荷載。具體操作如下:

        1,依次選擇兩個排架柱,分別沿 X 方向平移 ±0.3m,這將導致柱頂與梁端間產(chǎn)生 0.3m 的間隙。

        2,對橫梁的兩端指定端部釋放模擬梁柱間的鉸接,這點與之前的操作方法完全相同。

        3,選擇柱頂和梁端節(jié)點并指定剛體約束,該操作可任選以下兩種方法之一:

            ① 依次選擇左側和右側的兩個節(jié)點并分別指定不同的 Body 約束(勾選全部六個自由度)。
                注意:切不可同時選擇四個節(jié)點并指定同一個 Body 約束!

            ② 同時選擇四個節(jié)點并指定同一個 Weld 約束(勾選全部六個自由度)。
                注意:拼接容差應大于 0.3m,但又不宜過大(如 10m)。建議取 0.5m 即可。

        如下所示,基于以上建模思路考慮排架柱的偏心,既能保證結構內力的正確性,也能直接導出節(jié)點反力用于下部的基礎設計。



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