问题描述:
如下所示,SAP2000 槽钢悬臂梁的自由端挠度(33.8mm)为什么远大于手算结果(5.2mm)?
☆ 集中力 F=100kN
☆ 悬臂梁的长度:L=500mm
☆ 钢材的弹性模量 E=206GPa
☆ 槽钢截面的惯性矩 I=3910000mm4
☆ 自由端挠度 f=FL3/3EI=10000*0.5^3/(3*206*3.910)=5.2mm
解答:
上述计算并非简单的平面问题,而是包含构件扭转的空间问题。因此,构件挠度的计算应同时考虑弯曲变形、剪切变形和扭转变形。如下所示,SAP2000 在槽钢截面的定义中,默认勾选【在分析中包含剪切中心偏移】选项,也就是考虑作用于形心处的剪力所产生的绕剪切中心的附加扭矩。
关闭上述选项后,SAP2000 槽钢悬臂梁的自由端挠度减小为 6.2mm,如下所示。关于扭转变形对构件挠度的影响,推荐阅读知识库文档《C 型钢的扭转变形与挠度》。
为了完全匹配手算结果,建议从以下两个方面进一步调整模型:
1,修改荷载模式 DEAD 的自重乘数为零,降低 SAP2000 和手算结果的差异,如下所示。
2,修改槽钢截面的剪切面积为零,忽略剪切变形引起的构件挠度(虽然数值很小),匹配手算公式的基本假定,如下所示。
完成以上操作后,SAP2000 计算结果与手算结果完全相同(均为 5.2mm),如下所示。