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超靜定荷載工況
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2015/09/29 11:41:10

問題描述:

        請問,SAP2000中的超靜定荷載工況有什么用途呢?具體應用時又有哪些注意事項呢?

解答:

        超靜定(Hyperstatic)荷載工況主要用于考慮預應力荷載的次內(nèi)力。靜定結(jié)構與非靜定結(jié)構在預應力荷載作用下的結(jié)構內(nèi)力具有顯著區(qū)別,具體如下:

        由于靜定結(jié)構可以自由變形且預應力荷載為自平衡荷載,故支座反力為零。此時,結(jié)構在預應力荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力稱為主內(nèi)力(或主效應)。由于超靜定結(jié)構的多余約束限制其自由變形,故支座反力非零。根據(jù)結(jié)構力學中力法的基本概念,以移除超靜定結(jié)構多余約束后的靜定結(jié)構作為“基本結(jié)構”,則原超靜定結(jié)構在預應力荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力可分為兩部分:

  1. 預應力荷載在基本結(jié)構中產(chǎn)生的主內(nèi)力。
  2. 支座反力在基本結(jié)構中產(chǎn)生的內(nèi)力,稱為次內(nèi)力(或次效應)。

        除預應力荷載外,可以對超靜定結(jié)構產(chǎn)生次效應的外部因素還包括:溫度荷載、支座沉降以及裝配荷載等等。不過,后幾種外部因素在靜定結(jié)構中不產(chǎn)生主內(nèi)力,故次內(nèi)力即全部內(nèi)力。

        在對預應力結(jié)構進行結(jié)構設計時,通常會在設計組合中專門考慮預應力荷載引起的次效應。例如,《公路橋涵設計通用規(guī)范》第4.2.2條規(guī)定:“在結(jié)構進行承載力極限狀態(tài)設計時,預加力不作為作用,而將預應力鋼筋作為結(jié)構抗力的一部分,但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構中,仍需考慮預加力引起的次效應。”鑒于此,SAP2000提供超靜定荷載工況用于考慮預應力荷載的次效應。如下圖所示:

    超靜定荷載工況的計算原理和步驟如下:

  1. 首先,移除超靜定結(jié)構的所有支座約束后得到一個“偽結(jié)構”。這里,我們稱之為“偽結(jié)構”而非“基本結(jié)構”是因為它僅用于計算結(jié)構內(nèi)力但本身并無承載能力,不同于靜定結(jié)構形式的“基本結(jié)構”。但二者在計算結(jié)構內(nèi)力時得到的結(jié)果是完全一致的!
  2. 然后,將預應力荷載工況(如上圖中的 Pres)中的支座反力作為外荷載作用于“偽結(jié)構”上并計算結(jié)構內(nèi)力,即預應力荷載產(chǎn)生的次內(nèi)力。
  3. 最后,用戶可根據(jù)需要定義相應的荷載組合用于結(jié)構設計。

    這里需要注意幾點:

  1. 超靜定荷載工況只能進行線性分析,無法考慮任何非線性因素。
  2. 預應力荷載工況必須是線性靜力工況。不過,該工況中的荷載也可以是非自平衡荷載(即:除預應力荷載和溫度荷載之外的其他荷載形式)。當然,多數(shù)情況下的非自平衡荷載并無實際意義,故很少采用。
  3. 超靜定荷載工況中的結(jié)構剛度與預應力荷載工況中的結(jié)構剛度完全相同,可以考慮相同的P-Delta、階段施工以及其非線性因素對結(jié)構剛度的影響。
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