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重力荷载 vs 自重荷载
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2015/11/04 18:21:54

问题描述:

        在 SAP2000 中,用户可以对任意类型的对象(包括线对象、面对象、体对象甚至连接单元)指定重力荷载,如下图所示。请问,这里的重力荷载与结构的自重荷载有什么联系和区别呢?

解答:

        首先,对于结构的自重荷载,SAP2000 通过荷载模式中的自重乘数加以考虑,如下图所示。自重乘数取 1 即代表一倍的自重,用户也可以根据需要对结构自重进行适当缩放。这里的自重荷载具有以下两个特点:

        第一,自重荷载只能作用在全局坐标系(Global)的 Z 方向,即竖直方向。自重乘数为正值,则自重荷载竖直向下;反之为负,则竖直向上。当然,竖直向上的自重荷载是没有意义的,通常也不是用户所需要的;不过程序的确可以如此加载并计算。

        第二,自重荷载必须作用于结构整体,即重力密度非零(或截面自重非零)的所有对象(包括线对象、面对象、体对象甚至连接单元)均同时承受自重荷载。换言之,如果用户试图忽略某些对象的自重荷载,只能通过将这些对象的重力密度或截面自重置零加以实现。具体来讲,用户可以尝试材料覆盖项、截面属性修正等方法,也可以直接定义零重力密度的材料属性。这些方法在操作上并无难度,此处不再赘述。注意:以上提及的“截面自重”只针对连接单元,因为连接属性无需调用材料属性,可直接定义截面自重或质量。

        从某种程度上讲,重力荷载可视为结构自重荷载的一种拓展与补充,用于某些自重荷载无法实现的特殊的加载形式。具体来讲,重力荷载用于对部分结构的自重荷载进行缩放变向,其与自重荷载主要的区别如下:

        首先,荷载的作用对象可以自由选择,即用户先选择需要施加重力荷载的对象,然后再指定重力荷载。不过,每次操作只能针对一种类型的对象进行加载。可以看到,如果针对结构整体施加自重荷载,重力荷载反而显得繁琐,毕竟需要对不同类型的对象分别加载,远远不及自重乘数的方式简单快捷。

        其次,荷载的作用方向更加灵活。从下图可以看出,重力荷载可以沿某一坐标系的 XYZ 三个方向分别进行加载,且该坐标系也可以是除 Global 外的用户自定义坐标系。

        最后,重力乘数为正值,则重力荷载沿坐标轴的正方向;反之则沿负方向。因此,对于结构的自重荷载,用户应在全局 Z 编辑框中输入 -1 而非 1,如下图所示。这点与自重乘数是不同的,用户需要特别注意!

        事实上,在常规的工作中用户很少会使用重力荷载。不过,对于结构构件的离心力荷载或结构整体的侧向加速度荷载,也可以尝试使用该方法。总之,如果用户能深刻理解程序的基本功能并熟练掌握具体的操作方法,往往可以灵活巧妙地处理很多程序原本无法直接解决的问题!

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