问题描述:
如下所示的两端铰支柱和悬臂柱,分别以欧拉公式和屈曲分析计算临界力。为何 SAP2000 给出的结果(屈曲分析)无法与理论解(欧拉公式)完全一致呢?
解答:
上述 SAP2000 计算模型并不满足欧拉公式的两个基本假定,即:仅考虑弯曲变形,三角(正弦或余弦)函数的挠曲线。默认情况下,SAP2000 中的框架单元均为铁木辛柯梁,根据剪切刚度计算剪切变形;欧拉公式则假定剪切变形为零。为了实现欧拉公式“仅考虑弯曲变形”的假定,我们可以对框架对象或框架截面指定属性修正系数。如下所示,根据需要将沿 2 轴或 3 轴的剪切面积的修正系数设置为零即可。
另外,SAP2000 中框架单元的插值函数为三次函数,欧拉公式则采用三角(正弦/余弦)函数的挠曲线。因此,单个框架单元的变形曲线无法精确拟合欧拉公式采用的挠曲线。不过,我们只需要对框架对象进行适当的剖分,即可无限逼近理论上的精确解。
针对以上两点修改计算模型,并将框架对象分别剖分为 1 个单元、2 个单元、4 个单元。如下所示,随着单元数量的增加,屈曲分析的结果快速逼近理论解。