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[分享][BIM|每日一技]框架结构分析
查看下面框架结构的内力和沉降现象。
Ø 材料
弹性模量 : 1.0 kip/ft2
Ø 截面
截面面积(Area): 1.0 ft2
截面惯性矩(Iyy): 1.0 ft4
截面惯性矩(Iyy): 1.0 ft4
Ø 荷载
1 . 给模型的横梁施加1.5 kips/ft 的均布荷载
2 .节点2和12施加 (+) X方向的集中荷载 25kips
![[BIM|每日一技]框架结构分析_1](/img/pubimg/grey.gif "[BIM|每日一技]框架结构分析_1")
图 4.1 分析模型
本例题是全构件刚体连接的模型1和单元的中间设置铰接的模型2两个模型。查看有无铰接条件两个框架的内力和变形形状的差异。
设定基本环境
打开新文件, 以‘框架.mgb’为名存档。
文件/ 新文件
文件/ 保存( 框架 )
设定单位体系和结构类型。
工具 /单位体系
长度> ft ; 力> kips¿
图 4.3 设定单位体系
在分析2维平面的结构的时候，就要约束平面以外的所有自由度。比如X-Z 平面结构,就要约束所有节点的Dy, Rx, Rz 自由度。这种节点约束条件，我们可以把分析范围局限在2维平面上,自动约束平面以外的约束条件。为了便于X-Z平面结构的建模，把X-Z平面定义为用户坐标系 (UCS) x-y 平面。
模型 / 结构类型
结构类型>X-Z 平面 ¿
模型 / 定义用户坐标系 /X-Z 平面
X-Z 平面 坐标>原点 ( 0, 0, 0 )
旋转角度>角度( 0 ) ¿
捕捉轴线 ( 关 ),正面 (开 )在用户坐标系 (UCS) x-y 平面布置 1ft 间隔的点栅格(point grid)。
模型 / 定义轴网/ 定义点格
栅格间距>dx, dy( 1, 1 )¿
图 4.5 设定点栅格
定义材料和截面
输入材料和截面。为了便于分析用 ‘用户定义类型’和 ‘数据类型’。
模型 / 特性 / 材料
一般>名称( 材料 ) ; 类型>用户定义
分析数据>弹性模量( 1 )¿
模型 /特性/ 截面
数值
截面号( 1 ) ; 名称( 截面 ) ; 截面形状>实腹长方形截面
截面特性值> 面积( 1 ) ; Iyy( 1 )¿
图 4.6 定义材料
图 4.7 定义截面
建立节点和单元
用捕捉点栅格建立节点和梁单元 (beam element)。
用鼠标编辑功能依次点击UCS坐标系的坐标 (0, 0, 0)和(0, 30, 0) 建立单元1。参照点的坐标值可以在画面下端的状态栏上查看(图 4.8의 1 )。
节点号, 单元号
模型 / 单元 / 建立单元
单元类型>一般梁/变截面梁
材料>1 : 材料 ; 截面>1 : 截面
交叉分割>节点( 开 );单元 ( 开 ) ; 节点连接 ( 1, 2 )
图 4.8 建立单元1
用鼠标编辑功能依次指定用户坐标系的坐标 (30, 0, 0), (30, 30, 0)和 (0, 30, 0), (30, 30, 0) 建立单元2和单元3 (图 4.9)。
被捕捉的用户坐标系(UCS)、整体坐标系(GCS)的坐标值显示在画面下端的状态条里。
图 4.9 建立单元 2,3
为了在已建立的单元中央输入铰支点, 用分割单元功能把单元1、2、3等分。只在模型 2中输入铰接条件。
模型 /单元 / 分割单元
点格( 关 ),捕捉点( 关 ), 全选
分割>单元类型>线单元 ; 等距离
x方向分割数量>2 ¿
图 4.10 分割单元
输入边界条件
完成了结构建模, 给两个柱的下端部输入固定支承条件。对应的节点以刚体条件约束自由度来反应固定支撑。
模型 / 边界条件 / 一般支承
自动对齐
单选( 节点 : 1, 3 )
选择>添加 ; 支承条件类型>Dx, Dz, Ry (开) ¿
图 4.11 输入支承条件
输入荷载
定义荷载工况
为输入均布荷载和节点荷载，首先定义荷载工况。
荷载 / 静力荷载工况
名称( 荷载 1 ) ; 类型>用户定义的荷载
名称( 荷载 2 ) ; 类型>用户定义的荷载¿
图 4.12 输入荷载工况
输入静力荷载
给梁单元、节点输入均布荷载、节点荷载(图 4.1)。
荷载 / 梁单元荷载(单元)
单选 (单元 : 3, 6 )
荷载工况名称>荷载 1 ; 选择>添加
荷载类型>均布荷载; 方向>整体坐标系 Z
V数值>W( -1.5 ) ¿
荷载 / 节点荷载
单选(节点 : 2 )
荷载工况名称>荷载 2 ; 选择>添加
节点荷载>FX ( 25 )¿
图 4.13 输入荷载
建立模型 2
为了比较全部刚体连接的模型1和使用3个铰接的模型2的分析结果，建立模型2。用复制和移动功能向右复制模型 1来建立模型2。(图 4.14)
模型 /单元 / 复制和移动
全选
形式>复制 ; 移动和复制>等间距
dx, dy, dz ( 40, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 1 )
复制节点属性, 复制单元属性(开)¿
复制节点属性
边界条件>一般支承(开)
静力荷载>节点荷载(开)¿
复制单元属性
静力荷载>梁单元荷载(开)¿
图 4.14 建立模型 2
输入内部铰支
给模型 2输入内部铰接。
激活模型 2，输入边界条件 (Beam End Release).
模型 / 边界条件 / 释放梁端约束
选择最新建立的个体，激活
单选 (单元 : 7, 8, 9 )
选择>添加/替换
选择类型释放比率>i-节点>My, Mz ( 关 ) ¿
图 4.15 输入铰接点
运行结构分析
完成所有框架结构,边界条件以及荷载,运行结构分析。
全部激活
分析 / 运行分析
查看分析结果
查看变形图
查看重力方向荷载(荷载 1)下结构变形图 (deformed shape)。模型 2的梁中间的铰接点上发生了与悬臂梁相似的大变形。
结果 / 位移/ 位移形状
荷载工况/荷载组合>ST:荷载1 ; 成分>DXZ
显示类型>变形前(开) ¿
变形
变形图的比率( 1.5 ) ; 变形的表现方式>实际变形¿
使用于选择确认时 (关)
图 4.16 重力方向荷载引起的的变形图(deformed shape)
查看横向力(荷载 2)作用下的结构变形图 (deformed shape)。
可以看到模型 2的柱中间铰接点为基准，结构急剧变化的变形形状。交接点上部的横向荷载以剪力传达到交接点下部，上部构件不能约束下部构件的旋转自由度。变形情况如同下部固定、上部自由的柱受横向力的结构的变形。
结果/ 变形/ 变形形状
荷载工况/荷载组合>ST:荷载 2 ; 成分>DXZ
显示类型>变形前(开) ¿
变形
变形图的比率( 1.5 ) ; 变形的表现方式>实际变形¿
查看内力
查看重力方向荷载 (荷载 1)作用下的结构内力图。
在模型2中重力荷载引起的上部柱上的弯矩为168.75kips×ft。铰接点产生的剪力为11.25(=168.75/15)kips。（式中的15为上半柱的长度）
结果 / 内力 / 梁单元内力图
荷载工况/荷载组合> ST:荷载 1 ; 内力>Fz
显示选项>精确解; 线涂色 ;系数( 2 )
显示类型>等值线( 关 ) ; 变形( 关 )
数值
小数点以下位数( 2 )
适用于选择确认时( 关 )¿
输出位置>绝对最大(开) ¿
图 4.18 梁单元内力图(shear force diagram)
查看弯矩
查看重力方向荷载作用下产生的弯矩。
由于模型2的柱中间为铰接，柱的弯矩图与悬臂梁相同。
结果 / 内力 / 梁单元内力图
荷载工况/荷载组合>ST:荷载 1 ; 内力>My
显示选择>精确解 ; 线涂色 ;系数( 1 )
显示类型>等值线( 关 ) ; 数值( 开 )
输出位置>绝对最大( 开 ) ¿
图 4.19 重力方向荷载产生的弯矩图 (bending moment diagram)
查看横向力作用下的弯矩。
结果 / 内力 / 梁单元内力图
荷载工况/荷载组合>ST:荷载 2 ; 内力>My
显示选择>精确解 ; 线涂色 ;系数( 2 )
显示类型>等值线( 关 ) ; 数值( 开 )
输出位置>绝对最大 ( 开 ) ¿
-END-
![[分享]带转换层的高层建筑结构一般规定](/e/data/images/no.jpg)
