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弹性支撑连续梁-结构分析有限元程序应用

时间:2023-10-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:例5-2试计算图5-29所示弹性支撑连续梁,梁的EI=常数,弹性支撑刚度k=EI/10。图5-29弹性支撑连续梁解法一:1.选择计算量纲,建立几何计算模型按图5-30所示步骤进行。图5-36截面框架属性设置图5-37截面属性的查看图5-38节点弹簧的设置图5-39弹性支承连续梁2.定义单元的材料特性组定义单元截面属性同例5-1,截面赋予单元后,梁有限元模型如图5-40。如图5-29的半结构弹性支撑梁,对称轴处用一个滑动支座代替。图5-52半结构弹性支撑连续梁内力图

弹性支撑连续梁-结构分析有限元程序应用

例5-2 试计算图5-29所示弹性支撑连续梁,梁的EI=常数,弹性支撑刚度k=EI/10。

图5-29 弹性支撑连续梁

【操作步骤】

解法一:

1.选择计算量纲,建立几何计算模型

按图5-30所示步骤进行。

图5-30 设定量纲和初始化模型

(1)在窗口右下角选择计算量纲为kN,m,C。

(2)点击文件,在弹出的下拉菜单中点击新模型按钮,建立新计算模型。

(3)从初始化模型中选择梁模板。

(4)在梁对话框中输入跨数,预先假设一共是3跨,每跨10 m,由于跨数的增加而产生的约束可通过指定命令去除,如图5-31。

图5-31 设定梁模型的几何参数

(5)输入跨长。当跨长不同时,可以通过编辑轴网进行调整。

此时,在SAP2000图形窗口绘出了3D视图和x-z平面两个图形。关闭3D视图窗口,仅显示x-z平面图形,如图5-32所示。

图5-32 x-z平面视图

(6)选定节点A,点击指定按钮,选择节点,在菜单中点击约束按钮,如图5-33。

图5-33 选择节点约束形式

(7)由于A点的约束为完全固定,因此在弹出的节点约束对话框中,在快速指定约束栏中选择完全固定图标,如图5-34所示。同理,将节点D设置为完全固定,B、C节点去除约束,修改后的梁模型如图5-35所示。

图5-34 A节点设置为完全固定约束

图5-35 去除多余约束后的几何模型

(8)设置弹性支撑首先需要确定截面的EI。由于本例的截面形式与材料与例5-1相同,所以材料及截面属性的操作同例5-1。从定义菜单中选择截面属性,在下拉菜单中选择框架截面,在弹出的对话框中选择FSEC2截面,点击修改/显示属性,如图5-36所示。如图5-37,在弹出的对话框中点击截面属性,可得到截面强轴的惯性矩为2.8×10-4 m4,则EI=2.1×108×2.8×10-4=60 270 N/m,弹簧的刚度k=EI/10=6 027 N/m。选定节点B、C,从指定菜单栏中选择节点,在子菜单中点击弹簧,进行弹性支撑的设置,如图5-38。弹簧方向坐标系选择全局坐标系,z方向的刚度为6 027 N/m,完成约束设置后的几何模型如图5-39。

图5-36 截面框架属性设置

图5-37 截面属性的查看

图5-38 节点弹簧的设置

图5-39 弹性支承连续梁

2.定义单元的材料特性组

定义单元截面属性同例5-1,截面赋予单元后,梁有限元模型如图5-40。

图5-40 截面赋予梁单元

3.定义结构的静力荷载

(1)从定义菜单中选择荷载模式。

(2)如图5-41,在弹出的对话框中,输入荷载名称、类型,然后添加该工况数据,dis12为12 kN/m的均布荷载。

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图5-41 定义静力荷载工况

4.定义荷载工况

(1)从定义菜单栏中点击荷载组合按钮,弹出定义荷载组合对话框,选择添加新组合。

(2)在弹出的荷载组合数据对话框中,对荷载组合进行命名,并将之前定义的荷载添加到工况组合列表中,操作如图5-42所示。

图5-42 定义静力荷载工况组合

5.定义结构分析类型

从定义菜单栏中选择荷载工况,本例中所涉及的三个工况均为线性静力分析。SAP2000对线性静力分析工况为默认状态,一般不需要进行选项的修改工作。

6.施加单元均布荷载

(1)选定拟施加单元荷载的单元BC,所选单元呈虚线形式。

(2)从指定菜单栏中选择框架荷载,在下拉菜单中选择分布荷载。

(3)在弹出的框架分布荷载对话框中,荷载模式名称为dis12,即12 kN/m的均布荷载,方向为重力方向,荷载值为12 kN/m,见图5-43。

图5-43 框架分布荷载的施加

施加均布荷载后的有限元模型示意图如图5-44所示。

图5-44 施加均布荷载后的有限元模型

7.设置结构分析类型

从分析菜单中选择分析选项,在对话框中选择平面框架,见图5-45。

图5-45 设置结构分析类型和相应节点自由度操作

8.执行分析

从分析菜单中选择设置运行的荷载工况,确定需要执行的和不需要执行的荷载的工况,开始运行计算,见图5-46。

图5-46 执行需要计算的荷载工况

9.显示单元内力

计算完成后,可以从显示菜单中显示计算结果。从显示菜单栏中选择显示力、应力,在子菜单中选择框架,在弹出的对话框中选择需要显示的工况、内力分量等选项,见图5-47。

图5-47 显示单元内力的操作与内力图

解法二:

由于此结构为一个对称结构,承受正对称荷载,因此取一半结构进行分析。如图5-29的半结构弹性支撑梁,对称轴处用一个滑动支座代替。与全结构的不同之处在于边界条件的变化。材料和截面属性、荷载的定义与设置、分析选项及运行均与全结构相同。梁的几何模型采用3跨,每跨5 m。操作见图5-48,梁的几何模型如图5-49所示。

图5-48 半结构弹性支撑梁跨数布置及跨长设定

图5-49 半结构弹性支撑梁几何模型

初始梁模型建立后,通过设置节点约束,使初始模型转化为求解问题的模型。节点A为固定约束,B节点无约束,C节点为弹性支撑,刚度为6 027 N/m,这三个节点约束的设置方法在解法一中已经详细介绍。节点D为滑动支座,支座允许在z方向产生位移。选择节点D,从指定菜单栏中选择节点,子菜单栏中选择约束,在弹出的节点约束对话框中(图5-50)选中固定约束,然后释放z方向(3轴)的平动约束,完成节点约束的设定。梁的几何模型如图5-51。

图5-50 设定节点D的滑动约束

图5-51 节点约束设置完成的半结构弹性支撑梁

其他操作与解法一一致,得到半结构的弯矩剪力如图5-52所示。

图5-52 半结构弹性支撑连续梁内力图

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