结构分析中边界处理的难题

现阶段计算程序对杆系模型的分析已经达到了一个相当的精度，杆系单元的模拟和实际工程单元工作性能的比较精度很高。但是，对实际工程模拟的一个难题便是边界处理。传统的工程分析假定地面为无限刚，则可以将结构边界约束点按工程构造简化为铰接或者刚接，这对大多数工程是有效的。但是现代结构的体量越来越大，上部结构传递到柱脚的内力很多时候达到了惊人的程度，因此传统的假定在这些情况下应该慎重对待。同时，由于构造处理和分析假定的误差，在边界区域，节点的受力远远比按照杆系结构分析得到的结果危险。没有精细分析的设计，往往在这些区域形成设计真空，留下安全隐患，因此在设计时应重视上部结构-基础耦合计算的问题。这个课题包含的内容很多，包括基础-地基耦合、基础-结构耦合、结构-基础-地基耦合等。其模拟计算分析的难处，主要在于各个部分接触面的有限元模拟。针对此问题，我们以钢结构-基础耦合计算为例，介绍3种适合工程的模拟方法。

第一种方法，在柱脚和基础顶接触面上设置桁架单元，桁架材料属性设置为只受压特性，即在受拉的象限内，应力为零的时候，应变很大。这种方法的特点是：适应性较广，多数具备非线性求解能力的程序均能胜任，且计算结果较准确。但该方法无法考虑初始间隙，其实质是无初始缝隙的间隙单元。

第二种方法，直接采用间隙单元。功能强大的CAE程序均有此功能。该方法的特点是：方便、结果较准确、可以考虑初始间隙，但求解参数设置多一些。(www.xing528.com)

第三种方法，直接采用接触分析。具体过程很简单，在上下两个面之间设置接触对就行了。该方法的特点是：结果最准确、假定少，但设置较麻烦，一般设计工程师操作困难。