西南交大结构分析高等计算机方法上机实习报告.docx
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西南交大结构分析高等计算机方法上机实习报告
结构分析高等计算机方法上机实习报告
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一框架—剪力墙结构的分析(SAP2000)
1.下图为框架—剪力墙的平面结构计算简图。
设墙厚为0.15m;底层框架混泥土的强度为C30(E=
),其余楼层框架及剪力墙皆为C20(E=
);框架截面0.20m
0.60m,柱截面0.5
0.5m,柱距为5m。
各层水平地震作业力由底层开始,依次为:
119kN,184kN,263kN,342kN,420kN,
500kN,578kN,438kN,计算内力与变形,比较下面各种情况的顶点位移和柱的弯矩。
(1)没有剪力墙;
(2)只有①②两剪力墙;
(3)有①②③④剪力墙。
情况
(1):
没有剪力墙
1.三维结构图形
2.A轴(边轴)YZ面柱的弯矩图
3.D轴(中间轴)YZ面柱的弯矩图
底层弯矩最大值为412.99kN·m
4.顶层XY面位移图
边跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0678m
中跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0678m
情况
(2):
只有①②两剪力墙
1.三维结构图形
2.A轴(边轴)YZ面柱的弯矩图
3.D轴(中间轴)YZ面柱的弯矩图
底层弯矩最大值为412.99kN·m
4.顶层XY面位移图
边跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0678m
中跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0678m
情况(3):
有①②③④剪力墙
1.三维结构图形
2.A轴(边轴)YZ面柱的弯矩图
3.D轴(中间轴)YZ面柱的弯矩图
底层弯矩最大值为280.99kN·m
4.顶层XY面位移图
边跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0264m
中跨顶层沿Y轴负方向位移为0.0455m
结论:
通过比较3种情况的顶点位移和柱的弯矩,不难发现情况
(1)、
(2)的顶点位移和柱的弯矩相当,而情况(3)的顶点位移和柱的弯矩小很多,可见③④剪力墙提高了该方向的水平地震承载能力。
可知在水平外荷载作用下,剪力墙只承受在其自身平面内的水平力,而承受垂直于自身平面方向上的水平力是很小的,框架剪力墙体系在针对地震荷载设置剪力墙时,若剪力墙方向与地震荷载方向垂直,不能有效提高体系抗震能力;若剪力墙方向与地震荷载方向一致,可有效提高体系抗震能力。
二、屋架分析(ANSYS10.0)
求屋架内力,上下杆A=0.006m²,腹杆A=0.002m²,弹性模量
,惯性矩
。
(1)使用图形界面流用桁架模型建模,计算其轴力。
(2)使用命令流将I增大(或缩小)100倍,三根杆件的弯矩变化,并分析其原因。
一、基本思路
(一)理想桁架
(1)前处理。
进入前处理定义单元类型(LINK1)、实常数(面积)、材料属性;创建关键点,连线,定义杆属性,指定约束,划分网格;
(2)求解。
指定荷载,然后求解
(3)后处理。
进入后处理器(POST1)显示杆的轴力
(二)将桁架的铰接全部换为刚节点
(1)前处理。
进入前处理定义单元类型(BEAM3)、实常数(面积,惯性矩及高度)、材料属性;创建关键点,连线,定义杆属性,指定约束,划分网格;
(2)求解。
指定荷载,利用do循环使惯性矩变化,求解
(3)后处理。
入时间后处理器(POST26)图表显示杆的弯矩。
二、操作流程
1.使用图形界面流用桁架模型建模,计算其轴力
(1)Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete,选择link选项。
(2)Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete,定义两种截面类型,分别为A=0.006,I=0.0001与A=0.002,I=0.0001。
(3)Preprocessor→MeterialProps→MeterialModels,定义材料的弹性模量为:
(4)Preprocessor→Modeling→Nodes→InActiveCS,创建节点,所创建节点如下图所示。
图16节点
(5)Preprocessor→Modeling→Elements→ElemAttributes;选RealConstantsnumber为1,Preprocessor→Modeling→Elements→AutoNumbered→ThtuNodes;重复,RealConstantsnumber置为2,所的图形为:
图17桁架图形
(6)退出Preprocessor;进入Solution→Defineloads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes;选择1点给予Ux,Uy两个方向约束,选择12点给予Uy方向约束。
(7)Solution→Defineloads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes;按题目要求,将下排荷载定为30kN,上排荷载定为10kN。
图18支座约束和荷载
(8)Solution→Solve→CurrentLS进行计算处理。
(9)GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable;
(10)MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→LineElemRes,最后可得桁架轴力图,经过验证,结果正确。
图19轴力图
(11)将桁架结构轴力列表如下:
EL
NODES
MFORX(kN)
EL
NODES
MFORX(kN)
1
13
-316.23
2
35
-252.98
3
57
-189.74
4
79
-189.74
5
911
-252.98
6
1112
-316.23
7
12
300
8
24
300
9
46
240
10
68
240
11
810
300
12
1012
300
13
23
30
14
34
-63.246
15
45
50
16
56
-72.111
17
67
110
18
69
-72.111
19
89
50
20
810
-63.324
21
1011
30
经验算,以上结果正确。
2.桁架的铰接全部换为刚节点(命令流)
将I增大(或缩小)100倍,三根杆件的弯矩变化,并分析其原因。
使用循环,将I增大从0.000001增大到0.01,命令流如下:
FINISH$/CLEAR$/PREP7$ET,1,BEAM3$R,1,0.006,0.0001
R,2,0.002,0.0001$MP,EX,1,2.0108E11
K,1$K,2,5$K,3,5,5/3$K,4,10$K,5,10,10/3
K,6,15$K,7,15,5$K,8,20$K,9,20,10/3$K,10,25
K,11,25,5/3$K,12,30
*DO,I,1,10,1$L,I,I+2$*ENDDO$L,1,2$L,11,12
*DO,I,2,6,1$L,I,I+1$*ENDDO$L,6,9$L,8,9$L,8,11
L,10,11$DK,1,UX,,,,,UY$DK,12,UY
*DO,I,3,11,2$FK,I,FY,-10000$*ENDDO
*DO,I,2,10,2$FK,I,FY,-30000$*ENDDO
图20模型建立
LSEL,s,,,1,12,1$LATT,1,1,1$LESIZE,ALL,,,10$ALLSEL
LSEL,S,,,13,21,1$LATT,1,2,1$LESIZE,ALL,,,10$ALLSEL
LMESH,ALL$FINISH
/SOLU$*DO,I,0,4,0.25$TIME,I$R,1,0.006,0.000001*(10**I)
R,2,0.002,0.000001*(10**I)$SOLVE$*ENDDO$FINISH
/POST26$ESOL,3,35,,M,Z$PLVAR,3
图211杆弯矩变化
ESOL,4,155,,M,Z$PLVAR,4
ESOL,5,165,,M,Z$PLVAR,5
图222杆弯矩变化
图233杆弯矩变化
分析:
一般桁架计算中,当I比较小时,结构中的各杆件受到的剪力几乎为零,可看为只受到轴力作用,则各杆件的弯矩则为零。
如上述I=
kN·
时,计算出结果各杆件弯矩均为零。
当I增大时,杆件分配到的剪力就增大,而轴力则相应减小,由于剪力的产生则产生弯矩也增大。
说明,杆件所承受的弯矩大小,不但与I相关更与截面的面积A相关。
在实际模型中,不能单独将模型简化为桁架模型,或者钢架模型,而应综合考虑其受力情况。
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