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移除構件的動力時程分析
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構,如何在移除某個構件后得到其余構件的內(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(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構質(zhì)量,即不會產(chǎn)生動力效應(慣性力)。

        事實上,移除構件后的動力時程分析與結構在卸載后的動力時程分析是類似的。因此,如果將某個構件對結構其余部分(除該構件外的整體結構)的作用以節(jié)點荷載的方式進行等效,則構件的移除即對應于節(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不涉及任何非線性因素(如 P-Delta 效應、塑性鉸、大位移以及單拉/單壓桿等)。

二、選擇擬移除的構件(可以是 1 個或多個構件),通過表格查詢并記錄這些構件與結構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,即結構其余部分對擬移除構件的作用力。
  • 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件。在移除的構件與剩余結構的交點處施加節(jié)點荷載。

  • 該節(jié)點荷載應定義新的荷載模式,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,以此代表移除構件對剩余結構的作用力。

四、這樣,即得到與原始結構等效的結構,只是以節(jié)點荷載代替移除的構件,但剩余結構的變形以及內(nèi)力狀態(tài)與原始結構(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、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”(即構件的移除)。
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