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移除構(gòu)件的動力時程分析
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2015/02/26 16:03:31

問題描述:

        針對恒載作用下的結(jié)構(gòu),如何在移除某個構(gòu)件后得到其余構(gòu)件的內(nèi)力或節(jié)點位移的時程變化曲線(如下圖所示)呢?是否可以在 SAP2000 中通過階段施工分析和動力時程分析加以實現(xiàn)呢?

解答:

        首先,想要獲取如上圖所示的位移時程曲線必須進行動力時程分析!階段施工分析是無法考慮動力效應(yīng)(慣性力)的。注意:雖然 SAP2000 可以在階段施工分析中考慮材料的時間相關(guān)屬性(如混凝土的蠕變、收縮以及齡期等),但該屬性并未考慮結(jié)構(gòu)質(zhì)量,即不會產(chǎn)生動力效應(yīng)(慣性力)。

        事實上,移除構(gòu)件后的動力時程分析與結(jié)構(gòu)在卸載后的動力時程分析是類似的。因此,如果將某個構(gòu)件對結(jié)構(gòu)其余部分(除該構(gòu)件外的整體結(jié)構(gòu))的作用以節(jié)點荷載的方式進行等效,則構(gòu)件的移除即對應(yīng)于節(jié)點荷載的“突然卸載”。綜上,建議采用以下步驟:

一、建立完整的計算模型 A,完成靜力分析(通常是恒載作用)。

  • 該靜力分析可以為線性分析或非線性分析
  • 從理論上講,該方法不適用于非線性分析!故,這里的非線性分析應(yīng)不涉及任何非線性因素(如 P-Delta 效應(yīng)、塑性鉸、大位移以及單拉/單壓桿等)。

二、選擇擬移除的構(gòu)件(可以是 1 個或多個構(gòu)件),通過表格查詢并記錄這些構(gòu)件與結(jié)構(gòu)其余部分的交點處的單元節(jié)點力

  • 單元節(jié)點力為節(jié)點對單元的作用力,即結(jié)構(gòu)其余部分對擬移除構(gòu)件的作用力。
  • 框架單元或殼單元的單元節(jié)點力包括力和力矩(共 6 個分量),而實體單元則只有力(共 3 個分量)。

三、將計算模型另存為 B,在該模型中刪除擬移除的構(gòu)件。在移除的構(gòu)件與剩余結(jié)構(gòu)的交點處施加節(jié)點荷載。

  • 該節(jié)點荷載應(yīng)定義新的荷載模式,以便在后續(xù)的動力工況中調(diào)用。
  • 節(jié)點荷載的數(shù)值與步驟 2 中記錄的單元節(jié)點力等大異號,以此代表移除構(gòu)件對剩余結(jié)構(gòu)的作用力。

四、這樣,即得到與原始結(jié)構(gòu)等效的結(jié)構(gòu),只是以節(jié)點荷載代替移除的構(gòu)件,但剩余結(jié)構(gòu)的變形以及內(nèi)力狀態(tài)與原始結(jié)構(gòu)(恒載作用)是相同的!

五、對新保存的模型 B 定義非線性的靜力和動力工況

  1. 靜力工況:同時施加恒載和等效的節(jié)點荷載。
    • 該靜力分析必須是非線性分析,但不應(yīng)涉及任何非線性因素。
    • 該工況用于為后續(xù)的動力分析提供初始條件。
  2. 動力工況:施加等效的節(jié)點荷載,但比例系數(shù)取 -1,即進行“卸載”。
    • 該動力分析可以考慮任意的非線性因素,如 P-Delta 效應(yīng)、彈塑性、大位移等等。
    • 初始條件為前述的靜力工況,采用直接積分法的時程分析。
    • 時程函數(shù):由(0,1)、(T,0)、(大于 T,0)定義
      • T 可取動力時程分析的積分時間步長
      • 該時程函數(shù)為突變函數(shù),用于描述“突然卸載”(即構(gòu)件的移除)。
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