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阶段施工分析中 Change section操作的原理
创建者:吕良,编辑者:吕良,最近更新:2021/04/12 10:32:16

问题描述:

       进行施工阶段分析,使用change section操作在某一阶段改变构件的截面属性时,程序是如何处理相应构件的荷载及变形的?


解答:

       修改截面(change section)主要是用于模拟在施工过程中构件截面属性的变化。在使用修改截面时程序的处理过程如下:

(1)对于修改截面构件,该构件将被移除。在移除构件的同时程序会施加等效荷载,保证结构不发生变形。

(2)重新添加新的构件并赋予新的截面属性,新添加的构件会继承初始构件的变形。但此时新添加的构件应力为零,且不承受其他外荷载作用。

(3)移除等效荷载,由新添加的构件支撑结构。此时新添加的构件将从不受力状态变化到受力状态,造成整体结构的变形,直至达到变形协调。

       这种操作实质上是去掉有应力构件,用一个无应力构件替代。因此在对构件改变截面属性(change section)之前需要对该对象施加力进行卸载,否则会导致构件原有应力的丢失。另外在删除原截面构件时,该构件相应的荷载已被删除,因此通常要在截面属性发生变化时重新给对象施加自重。

       现在结合下图中的模型来简要解释该操作。该结构为两端固结的立柱,其截面为FSEC1,总高为6m。该立柱被节点2平分为2段,每段的长度为3m。对该结构定义了四个施工阶段,如下图所示。其中第一阶段激活了所有结构及自重,第二阶段对节点2施加了1000N的集中荷载;第三阶段通过change section操作将杆件1的截面属性(FSEC1)移除,然后再重新添加为截面(FSEC1);第四阶段施加杆件1的自重。


       将该施工阶段工况运行完毕后,查看各个阶段的轴力图如下所示。



       第一阶段:由于结构对称且荷载荷载反对称,1号杆顶端轴力为0,底端轴力为1号杆自重3000*0.3284=985.2N,此时节点2的竖向位移为-0.00168mm

       第二阶段节点2施加了1000N的集中荷载,因此1号杆顶端轴力为1000/2=500N,底端为500+985.2=1485.1N。节点2的竖向位移增加到-0.00339mm

       第三阶段改变截面(chang section)时,程序首先将杆件1移除,同时在节点2施加500N的竖直向上的等效荷载。然后重新添加构件1同时赋予截面(FSEC1),并移除等效力500N,此时结构将协调变形。由于上下杆件的刚度相同,因此各个杆均承担500/2=250N的轴向力。注意1号杆底端轴力同样为250N,并未包含结构自重,如Stage-3轴力图所示。在250N的轴力荷载作用下,杆件1的轴变形为250*3000/(4164.5076*206000)=0.000874239,叠加该构件的初始变形,2号节点的位移增加到-0.00339-0.000874239=-0.00424mm

       第四阶段,添加杆件1的自重,此时结构协同受力,1号杆底轴力为988.3N,节点2的位移增加到-0.00508mm





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