问题描述:
请问,SAP2000 内部如何计算框架对象的挠曲线?为什么修改框架对象的测站数量后,同一个位置处的挠度值也会随之变化呢?
解答:
首先,材料力学中关于等直梁的挠曲线微分方程及相应的积分形式,如下所示:
从上式中可以看出,利用等直梁的弯矩函数及两端挠度即可确定积分常数 C1 和 C2,进而得到整个杆件完整的挠曲线。当然,此处的弯矩函数既可以是常数、线性函数、二次函数,也可以是其它更复杂的函数形式。相应的函数积分即可以采用解析法,也可以采用数值方法。
不过,SAP2000 中的弯矩函数均为分段线性函数,即各个测站弯矩值的连线?;诖?,程序内部计算框架对象挠曲线的具体步骤如下:
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根据分段线性的弯矩函数以及端部节点的挠度值,计算积分常数 C1 和 C2。
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根据分段线性的弯矩函数以及积分常数,计算各个测站的挠度值。
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连接各个测站以及端部节点的挠度值,即可得到框架对象的挠曲线。
从以上步骤中可以看出,SAP2000 同样以分段线性函数的形式描绘框架对象的挠曲线。而且,初始弯矩函数的改变也会影响后续的挠曲线形状,这里的“改变”包括测站数量的增加或减少。通常来讲,随着测站数量的增加,弯矩图和挠曲线的形状将越来越光滑,逐步逼近理论解。
以下图所示的简支梁为例,在自重荷载的作用下,跨中挠度值随测站数量的增加而发生变化。但是,相对于“ 3 个测站 → 9 个测站”之间的显著变化,“ 9 个测站 → 13 个测站”之间的变化却小得多。也就是说,程序默认的 9 个测站基本上能满足大多数的精度要求。