問題描述:
采用《階段施工分析與變支座約束(一)》中介紹的“框架端部釋放”方法在同一個階段施工工況中定義兩個施工階段,依次考慮平面剛架左上角節(jié)點的固定約束(階段 1)和固定鉸支約束(階段 2),如下圖所示。然而,從分析結(jié)果(構(gòu)件彎矩圖)來看,階段 2 并未出現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)力重分布,而且與階段 1 的結(jié)果完全相同。請問,為什么會產(chǎn)生以下結(jié)果?如何才能得到理想的內(nèi)力重分布呢?
解答:
階段施工分析中的【改變釋放】操作改變結(jié)構(gòu)的剛度并影響后續(xù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力,但并不改變結(jié)構(gòu)中現(xiàn)有的內(nèi)力。也就是說,結(jié)構(gòu)內(nèi)力在執(zhí)行【改變釋放】操作的階段內(nèi)并不會出現(xiàn)重分布,但后續(xù)的內(nèi)力增量會反映該操作對結(jié)構(gòu)剛度的影響。
綜上,如果在施工階段 2 中也添加“施加橫梁線荷載”的操作,結(jié)構(gòu)左上角節(jié)點處的彎矩值不會改變,但橫梁其它位置處(除右端點外)的彎矩值均會改變,如下所示。該結(jié)果表明:當前階段的結(jié)構(gòu)剛度已經(jīng)改變(固定約束 → 固定鉸支約束),并影響后續(xù)荷載作用下的內(nèi)力增量。
SAP2000 默認的上述處理方法適用于“增加約束”的情況,如:固定鉸支約束 → 固定約束。由于約束范圍從“三個平動自由度”增加至“三個平動 + 三個轉(zhuǎn)動自由度”,故后續(xù)階段中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力只會增加不會釋放,保留之前階段的內(nèi)力必然正確合理。然而,對于【問題描述】中“減少約束”的情況,本應(yīng)釋放的內(nèi)力(階段 1 的固端彎矩)仍保留至后續(xù)階段 2 卻并不合理。
為解決上述問題,建議采用《階段施工分析與變支座約束(二)》中介紹的“單點連接單元 + 改變連接屬性”的方法。其中,連接屬性 Fixed 分別對全部六個變形分量(U1~U3,R1~R3)指定【解耦合】的剛度值 1.0E12kN/m 或 1.0E12kN·m/rad;而連接屬性 Hinge 則僅對三個變形分量(U1~U3)指定剛度值 1.0E12kN/m,其余分量為零。如下所示,階段 2 的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與預(yù)期的內(nèi)力重分布結(jié)果完全一致。也就是說,“改變截面屬性”操作既改變結(jié)構(gòu)剛度,也影響現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。