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階段施工分析與變支座約束(一)
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2016/12/23 20:34:34

問題描述:

        由于邊界條件的多樣性和不確定性,我們需要考慮不同的支座約束對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。雖然可以在不同的計算模型中分別指定相應(yīng)的支座約束并完成分析,但卻不便于將各個模型的分析結(jié)果進行對比或組合(如:包絡(luò)組合、線性疊加組合等等)。因此,如何在 SAP2000 中對同一個計算模型考慮多種不同的支座約束呢?

解答:

        通常來講,支座約束作為計算模型的邊界條件,在完成指定后將無法更改。不過,我們可以借助階段施工分析來間接地實現(xiàn)“變支座約束”。根據(jù)計算模型的復(fù)雜程度以及支座約束的具體形式,我們采用的方法也會有所改變。本文主要介紹最簡單的單根桿件的變支座約束,至于其他更復(fù)雜的實現(xiàn)方法,我們將在后續(xù)的文章中向大家一一介紹。

        以下圖所示的簡化平面剛架為例,兩個計算模型的加載(水平梁的均布線荷載)及 #4 節(jié)點(右下角)的支座約束完全相同,僅 #1 節(jié)點(左上角)的支座約束有所不同。具體如下:

① 左圖中 #1 節(jié)點為固定約束,即:約束全部三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。

② 右圖中 #1 節(jié)點為固定鉸支約束,即:僅約束三個平動自由度。

        如果僅僅是在兩個計算模型(即兩個 SDB 文件)中分別考慮各自的支座約束形式,估計絕大多數(shù)用戶都可以輕松搞定。不過,現(xiàn)在我們需要在同一個計算模型中改變 #1 節(jié)點的支座約束形式,這樣才便于在后續(xù)的后處理中對比或組合兩個分析結(jié)果。對于上述這種簡單的“單根桿件端點的變支座約束”,我們可以使用階段施工分析中的【Change Releases】來實現(xiàn)。具體操作如下:

        首先,按照常規(guī)的建模方法創(chuàng)建計算模型 1,如以上左圖所示。注意:此時對 1# 節(jié)點指定固定約束即可。然后,定義關(guān)于框架端部釋放的命名屬性集(如 Hinge),命令路徑為【定義 > 命名屬性集 > 框架釋放】關(guān)于該操作,需要注意以下兩點:

  1. 根據(jù)框架對象局部 1 軸的方向,確定端部釋放的位置(起點或終點)。
  2. 根據(jù)框架對象局部 2 軸和 3 軸的方向以及端部釋放(即支座約束)的具體形式,勾選正確的內(nèi)力分量(軸力、扭矩、兩個剪力、兩個彎矩)。

        對于本文的平面剛架 1# 節(jié)點的固定鉸支約束,Hinge 的定義如下:

        最后,在默認的線性靜力工況 Fixed(程序自動生成)的基礎(chǔ)上,定義新的階段施工工況 Hinge。該工況只需添加一個施工階段和相應(yīng)的三個階段操作。具體如下:

  1. 添加結(jié)構(gòu)(Add Structure):通過對象組 ALL 添加整個計算模型。
  2. 改變釋放(Change Releases):通過對象類型和對象標簽指定命名屬性集 Hinge
  3. 對象加載(Load Objects):通過對象組 ALL 施加水平梁的均布線荷載。

        完成上述操作后即可運行分析,對比不同工況下的結(jié)構(gòu)彎矩圖(如下所示),可以看到:

    1. 固定約束的 1# 節(jié)點處存在非零的負彎矩值
    2. 固定鉸支約束 1# 節(jié)點處的彎矩值為零

        以上結(jié)果對比證明了前述方法的有效性。




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