问题描述:
由于边界条件的多样性和不确定性,我们需要考虑不同的支座约束对结构响应的影响。虽然可以在不同的计算模型中分别指定相应的支座约束并完成分析,但却不便于将各个模型的分析结果进行对比或组合(如:包络组合、线性叠加组合等等)。因此,如何在 SAP2000 中对同一个计算模型考虑多种不同的支座约束呢?
解答:
通常来讲,支座约束作为计算模型的边界条件,在完成指定后将无法更改。不过,我们可以借助阶段施工分析来间接地实现“变支座约束”。根据计算模型的复杂程度以及支座约束的具体形式,我们采用的方法也会有所改变。本文主要介绍最简单的单根杆件的变支座约束,至于其他更复杂的实现方法,我们将在后续的文章中向大家一一介绍。
以下图所示的简化平面刚架为例,两个计算模型的加载(水平梁的均布线荷载)及 #4 节点(右下角)的支座约束完全相同,仅 #1 节点(左上角)的支座约束有所不同。具体如下:
① 左图中 #1 节点为固定约束,即:约束全部三个平动自由度和三个转动自由度。
② 右图中 #1 节点为固定铰支约束,即:仅约束三个平动自由度。
如果仅仅是在两个计算模型(即两个 SDB 文件)中分别考虑各自的支座约束形式,估计绝大多数用户都可以轻松搞定。不过,现在我们需要在同一个计算模型中改变 #1 节点的支座约束形式,这样才便于在后续的后处理中对比或组合两个分析结果。对于上述这种简单的“单根杆件端点的变支座约束”,我们可以使用阶段施工分析中的【Change Releases】来实现。具体操作如下:
首先,按照常规的建模方法创建计算模型 1,如以上左图所示。注意:此时对 1# 节点指定固定约束即可。然后,定义关于框架端部释放的命名属性集(如 Hinge),命令路径为:【定义 > 命名属性集 > 框架释放】。关于该操作,需要注意以下两点:
-
根据框架对象局部 1 轴的方向,确定端部释放的位置(起点或终点)。
-
根据框架对象局部 2 轴和 3 轴的方向以及端部释放(即支座约束)的具体形式,勾选正确的内力分量(轴力、扭矩、两个剪力、两个弯矩)。
对于本文的平面刚架 1# 节点的固定铰支约束,Hinge 的定义如下:
最后,在默认的线性静力工况 Fixed(程序自动生成)的基础上,定义新的阶段施工工况 Hinge。该工况只需添加一个施工阶段和相应的三个阶段操作。具体如下:
-
添加结构(Add
Structure):通过对象组 ALL 添加整个计算模型。
-
改变释放(Change Releases):通过对象类型和对象标签指定命名属性集 Hinge。
-
对象加载(Load Objects):通过对象组 ALL 施加水平梁的均布线荷载。
完成上述操作后即可运行分析,对比不同工况下的结构弯矩图(如下所示),可以看到:
-
固定约束的 1# 节点处存在非零的负弯矩值
-
固定铰支约束 1# 节点处的弯矩值为零
以上结果对比证明了前述方法的有效性。