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移除结构 vs 改变截面
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2025/06/11 09:30:42

问题描述:

        如下所示的平面简支梁,跨度 6m,左端为固定铰支座,右端为两个并联的竖向弹簧,单个弹簧的刚度为 10000kN/m。在竖直向下的均布线荷载(10kN/m)作用下,简支梁右端节点的竖向位移为 10 x 6 / 2 / 20 = 1.5mm

        在以上受力状态的基础上,利用 SAP2000 阶段施工分析,分别采用以下两种方法把简支梁右端的弹簧刚度折减为 50%

        方法 1,移除一个弹簧,剩余弹簧的刚度保持不变,即:移除结构(Remove Structure)。

        方法 2,保留两个弹簧,但均改为 5000kN/m 刚度,即:改变截面(Change Section)。

        如下所示,对比简支梁右端节点的竖向位移,方法 1 符合预期:10 x 6 / 2 / 10 = 3.0mm。为什么方法 24.5mm)不符合预期?

解答:

        在 SAP2000 阶段施工分析中,【改变截面】操作常用于“同一个几何模型但采用不同构件截面”的计算,也就是在加载前改变 零 应 力单元的截面。但是,上述问题中的方法 2 却是将该操作用于改变 非 零 应 力 单元的截面,SAP2000 对此采用的处理方式是:

    1,  移除采用原截面(2*10000kN/m)的单元,代之以等效力(30kN),保证结构的内力和变形不变。

    2,  添加采用新截面(2*5000kN/m)的零应力状态的单元。

    3,  等效力(30kN)变号后作用于新单元,结构的内力和变形进一步变化。

        因此,方法 2 中简支梁右端节点的最终竖向位移为:初始位移 1.5mm 加后续位移 30/10=3mm,即:4.5mm。可以看出,直接改变非零应力状态的构件的截面,计算结果往往与直观感性的理解相悖。

        在实际的加固改造工程中,如需替换非零应力状态的构件,通常先采用类似千斤顶的装置代替该构件,利用千斤顶提供的支反力对该构件进行“卸载”,然后再安装零应力状态的新构件,最后移除千斤顶后由新构件承载。

        就本例而言,如果在【改变截面】前先反向加载对简支梁进行“卸载”,【改变截面】后再重新加载,方法 2 也可以获取和方法 1 相同的结果。

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