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排架柱的偏心模拟(四)
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2016/12/25 17:16:19

问题描述:

        《排架柱的偏心模拟(三)》中介绍的“下弦杆端部释放”并不适用于下图所示的桁架体系。对于与 #118 #128 节点相交的杆件,无论是对立杆还是弦杆指定端部释放,都会破坏二者之间的刚性连接。这显然不是我们需要的计算模型。请问,在这种情况下,我们又将如何模拟排架柱的偏心以及屋架与柱顶的铰接呢?

解答:

        对于【问题描述】中的桁架体系,立杆和弦杆的刚性连接限制了“框架端部释放”的使用。此时,我们需要换一种思路来考虑屋架与柱顶的铰接,即:在屋架下弦杆的两个端点处生成新的节点;然后,对新节点和柱顶节点指定刚体约束,对新节点和屋架节点(二者位置相同)指定铰接约束。以上思路说起来简单,实际操作却较为繁琐。但是,作为我们整个“排架柱偏心模拟”系列的终极解决方案,这种方法具有更普遍的适用性。所以,请大家耐心阅读并用心体会以下的每一个操作步骤:

        首先,定义两个 Body 类型或 Weld 类型的节点约束,分别用于指定刚体约束和铰接约束。具体如下:

    • Fixed:勾选全部六个自由度。对于 Weld 类型,拼接容差可取为 0.5m
    • Pin:仅勾选三个平动自由。对于 Weld 类型,拼接容差可取为 0.01m

        再次强调,Weld 类型的拼接容差绝对不能过大或过小,请务必根据节点间的相对距离选择合适的数值!关于 Body Weld 的区别及联系,推荐阅读本知识库的另一篇文档《节点约束:Body vs Weld》。

        然后,在柱顶节点和屋架节点间绘制 0.3m 长的虚梁,这里的“虚梁”指截面属性为 None 的框架对象。虚梁并不参与结构分析,甚至不会在分析模型中显示,此处可视为一种辅助线(辅助我们在屋架节点处生成新的节点)。接下来,我们将通过编辑节点在同一位置处生成两个节点,分别作为虚梁和屋架的端点。具体操作如下:

  1. 选择下弦杆端部的节点并“断开连接”(命令路径:编辑>编辑点>断开连接)。该操作会将一个节点分解为相同位置处的四个节点,分别为四根杆件的端点,即:立杆、斜杆、下弦杆以及虚梁。
  2. 为了将上述四个节点合并为两个节点,我们可以同时选择四个节点和除虚梁外的其他三根杆件,然后进行“连接”(命令路径:编辑>编辑点>连接)。完成该操作后,下弦杆两端的位置处将同时存在两个节点,分别为虚梁和屋架(即立杆、斜杆和下弦杆三根杆件)的端点。其中,屋架的节点可以保证立杆和下弦杆的刚性连接。

        以上操作方法与《交叉杆件的销钉连接》中介绍的销钉连接的实现方法非常相像,感兴趣的读者可参考阅读。另外,在已有节点的位置处生成新的节点,也可以借助【交互式数据库编辑】来实现,详见《如何在已有节点的位置处生成新的节点》。

        最后,对与虚梁相连的四个节点指定刚体约束 Fixed;对相同位置处的四个节点指定铰接约束 Pin注意,万万不可一次性选择四个节点并指定 Body 类型的节点约束!关于这一点,《排架柱的偏心模拟(二)》和《节点约束:Body vs Weld》中均有所提及,请大家务必谨慎操作。当需要指定节点约束的位置较多(如多跨的厂房结构、复杂的空间网架等等)时,推荐使用更加高效的 Weld 类型。

        完成以上操作并运行分析,结构弯矩图如下所示。可以看到,柱顶 9kN·m 的弯矩值可以验证排架柱偏心及屋架与柱顶铰接的有效性,而立杆和下弦杆在交点处的非零弯矩值也可以验证二者刚性连接的有效性。

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