问题描述:
请问,SAP2000 和 ETABS 中显示的虚功图有什么实际意义?虚功计算的基本原理是什么?
解答:
以上图所示的简化双层结构为例,介绍虚功图的基本原理与意义。其中,(a)代表实际工况下的结构变形图(虚线)及顶层侧移 Δ ;(b)代表虚拟工况(顶层单位荷载
P)下的结构变形图(虚线)及各层侧移 δ。
第一,根据线弹性结构的“功的互等定理”可得下式:
第二,如(c)所示,以单元虚功的形式改写上式为:
第三,由于柱底位移为零,上式可进一步简化为:
可以看出,外力虚功等于内力虚功且内力虚功由两部分组成:上部单元的内力虚功(第 1 项)+ 下部单元的内力虚功(第 2 项)。因此,某单元的内力虚功越大,该单元对某目标位移 Δ 的贡献也就越大。换言之,增大该单元的刚度对于控制目标位移 Δ 最有效。
综上,虚功图可以辅助用户找到对特定位移贡献最大的单元。在实际操作中,用户需要指定两个荷载工况,分别为力工况(实际工况)和位移工况(虚拟工况)。位移工况中施加的虚拟荷载既可以是单位荷载,也可以是非单位荷载,但应与用户关注的位移保持一致。如下所示,左图中的虚拟荷载对应顶层侧移,右图则对应层间位移。