问题描述:
某悬臂柱承受自重荷载和柱顶轴向压力荷载,对其分别进行非线性的静力分析和动力时程分析,具体的工况设置如下:
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工况 ①:非线性静力工况;不考虑 P-Delta 效应;施加自重和轴向压力荷载。
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工况 ②:非线性动力时程工况;不考虑 P-Delta 效应;结构刚度继承工况 ①;施加地震波荷载。
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工况 ③ 、④ 分别与工况 ①、② 相对应,但均需考虑 P-Delta 效应。
从计算结果上看,对于悬臂柱自由端的位移,为什么工况 ④ 的最大值会小于工况 ② 的最大值呢?考虑 P-Delta 效应后立柱抗弯刚度减弱(应力软化),那么其位移值不应该更大吗?
解答:
首先,在考虑 P-Delta 效应的非线性静力工况中,悬臂柱的自重以及柱顶的轴向压力必然会降低立柱的侧向抗弯和抗剪刚度,这点是毋庸置疑的!!因此,与之相应的后续的非线性动力时程工况中的立柱抗侧刚度也必然会有所削弱。
但是,在动力时程分析中,侧向刚度降低并不意味着侧向位移一定会增大!在这里,我们不能以看待静力问题的角度来审视动力问题,因为二者存在一个最大的区别:质量以及与之相关的惯性力!对于静力问题,根据“ku=P" 可以很容易地做出“刚度降低则位移增大”的结论。
对于不考虑阻尼的简单的动力时程问题,我们也可以这样理解:“地震动荷载除了引起结构的弹性内力外,还会使结构自身产生加速度(或惯性力)!”这与静力问题中“静力荷载只引起结构自身的弹性内力”的认识是完全不同的。