问题描述:
请问,在框架单元的应力输出表格中,Point,X2,X3 以及 SMax,SMin,SVM 各代表什么含义?
解答:
对于框架单元,SAP2000 既可以输出整个横截面上的合成内力,如轴力、弯矩、剪力等;也可以输出位于横截面内不同位置处的应力分量(S11,S12,S13)和应力不变量(SMax,SMin,SVM)。
SAP2000 采用应力点(Stress
Point)来标识横截面内的应力输出位置,故 Point 为应力点编号,X2 和 X3 为基于截面形心的应力点坐标。如下所示,对于工字形截面的应力点 0(截面形心),其沿局部 2 轴和局部 3 轴的坐标值为(0, 0)。同理,应力点 1(截面右下角)的坐标值为(-152.4,-63.5)。
基于框架单元的局部坐标系,SAP2000 输出三个应力分量(S11,S12,S13)并根据莫尔应力圆和第四强度理论计算三个应力不变量(SMax,SMin,SVM)。莫尔应力圆的圆心和半径以及应力点的最大和最小主应力的计算公式分别如下:
范·米塞斯(Von Mises)应力 SVM 即第四强度理论(也称形状改变能密度理论)的等效应力,多用作多轴应力状态下塑性材料(如低碳钢)的屈服强度。对于框架单元的截面应力分量,SVM 应力的计算公式如下:
以【问题描述】中截面形心处的三个应力分量为例,根据上述公式分别计算三个应力不变量,如下所示。可以看出,手算结果与 SAP2000 输出的应力结果完全相同。
应力分量:S11=-0.098,S12=-0.542,S13=0
最大主应力:SMax=-0.098/2+SQRT((-0.098/2)^2+(-0.542)^2)=0.495
最小主应力:SMin=-0.098/2-SQRT((-0.098/2)^2+(-0.542)^2)=-0.593
范·米塞斯应力:SVM=SQRT((-0.098)^2+3*(-0.542)^2)=0.944
最后,前文提及的框架截面应力点处的应力分量及应力不变量,也可以通过在视图界面中绘制应力图进行查看。具体操作:点击【显示>内力/应力>框架/索/钢束】命令,在弹出的【显示线单元内力/应力】对话框中选择【应力】显示类型,如下所示。