问题描述:
如下图所示,对两个完全相同的计算模型分别指定不同的刚性隔板:左图对柱顶的 4 个节点指定节点隔板(命令路径:指定 > 节点 > 隔板);右图对楼板指定壳隔板(命令路径:指定 > 壳 > 隔板)。为什么 ETABS 对两个模型统计的隔板质量会相差很多呢?
解答:
ETABS 提供题目中所示的两种隔板指定方式:节点隔板和壳隔板。首先,二者的计算原理(约束方程)和力学性能(面内刚度无穷大)是完全相同的。但在某些情况下,两种隔板所包含的节点数量有所不同,进而造成质量统计的结果差别较大。
对节点指定的隔板只包含用户选择的节点;但对壳指定的隔板既包含壳对象的 4 个角点,也包含壳对象内部由自动网格剖分生成的有限元节点。壳对象的分析网格如下图所示:
其中,D2 只统计 4 个柱顶节点的质量,而 D1 却统计柱顶以及壳对象内部所有节点的质量。故,隔板 D2 的质量必然小于隔板 D1 的质量,如下所示:
可以想象的是,在两个楼板(壳对象)均不进行自动网格剖分的情况下,两种方式必然能得到相同的隔板质量!由于用户在多数情况下均使用膜类型的楼板截面属性,无需对楼板指定自动网格剖分,故不会存在上述质量统计不一致的问题。
但是,如果用户需要计算楼板在荷载作用下的内力、变形、挠度等结果,则需要使用壳类型(薄壳或厚壳)的楼板截面属性并指定合适的自动网格剖分,此时就会出现上述质量统计不一致的问题。另外,两种隔板定义下的模型计算规模也有所不同。由于 D2(节点隔板)只对 4 个节点施加约束,而其余所有的内部节点均未通过约束减少计算自由度。故,相同条件下的节点隔板的计算量较壳隔板要略大一些。
综上,通常建议用户采用“对壳指定隔板”的方式。毕竟,该方式对于任意的网格剖分形式及单元数量均不会出现楼板质量丢失的问题。