问题描述:
采用《阶段施工分析与变支座约束(一)》中介绍的“框架端部释放”方法在同一个阶段施工工况中定义两个施工阶段,依次考虑平面刚架左上角节点的固定约束(阶段 1)和固定铰支约束(阶段 2),如下图所示。然而,从分析结果(构件弯矩图)来看,阶段 2 并未出现预期的内力重分布,而且与阶段 1 的结果完全相同。请问,为什么会产生以下结果?如何才能得到理想的内力重分布呢?
解答:
阶段施工分析中的【改变释放】操作改变结构的刚度并影响后续荷载作用下的结构内力,但并不改变结构中现有的内力。也就是说,结构内力在执行【改变释放】操作的阶段内并不会出现重分布,但后续的内力增量会反映该操作对结构刚度的影响。
综上,如果在施工阶段 2 中也添加“施加横梁线荷载”的操作,结构左上角节点处的弯矩值不会改变,但横梁其它位置处(除右端点外)的弯矩值均会改变,如下所示。该结果表明:当前阶段的结构刚度已经改变(固定约束 → 固定铰支约束),并影响后续荷载作用下的内力增量。
SAP2000 默认的上述处理方法适用于“增加约束”的情况,如:固定铰支约束 → 固定约束。由于约束范围从“三个平动自由度”增加至“三个平动 + 三个转动自由度”,故后续阶段中的结构内力只会增加不会释放,保留之前阶段的内力必然正确合理。然而,对于【问题描述】中“减少约束”的情况,本应释放的内力(阶段 1 的固端弯矩)仍保留至后续阶段 2 却并不合理。
为解决上述问题,建议采用《阶段施工分析与变支座约束(二)》中介绍的“单点连接单元 + 改变连接属性”的方法。其中,连接属性 Fixed 分别对全部六个变形分量(U1~U3,R1~R3)指定【解耦合】的刚度值 1.0E12kN/m 或 1.0E12kN·m/rad;而连接属性 Hinge 则仅对三个变形分量(U1~U3)指定刚度值 1.0E12kN/m,其余分量为零。如下所示,阶段 2 的结构内力与预期的内力重分布结果完全一致。也就是说,“改变截面属性”操作既改变结构刚度,也影响现有的结构内力。