钢结构示例 #3 —— 估计结构的刚度分量 - CAESAR II - 帮助

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13

估算结构在 1000 点处的 X、Y 和 Z 向的刚度。通常,一个三维结构的刚度集中至一个点的刚度,须由一个 6´6 的刚度矩阵表示。首先,估算仅仅位于矩阵对角线上的平动刚度。

指定钢结构示例 #3 的结构输入数据

  1. CAESAR II 主窗口功能区单击文件 > 新建

  2. 选择文件类型为结构输入(Structural Input),输入文件名 SUPP3 (就本例而言)。

  3. 浏览并选择 CAESAR II 数据文件夹,然后点击确定(OK)

    软件弹出单位选择(Units Selection)页面。

  4. 点击下一步(Next)接受 ENGLISH,FIL,默认为当前单位。

    软件弹出选择垂直轴(Vertical Axis Selection)页面。

  5. 确认垂直轴为 Y 轴,然后点击下一步(Next)

    软件弹出材料选择(Material Selection)页面。

  6. 材料选择(Material Selection)对话框中点击下一步,使用默认材料属性。

    软件弹出截面选择(Cross Section Selection)页面。

  7. 指定两个截面:截面 ID 1 定义为 W12X65,截面 ID 2 定义为 W10X22,然后点击下一步(Next)

    软件弹出模型定义方法选择(Model Definition Method Selection )页面。

    选择方法 1 —— 单元定义(Method 1 - Element Definitions)(默认设置),用单元尺寸(Edim)输入的方法。然后点击完成(Finish)

    软件打开 CAESAR II 结构输入(CAESAR II Structural Input )对话框,这里可以交互地输入数据。点击选项板各行中的箭头,以展开或收起其信息。

  8. 用交互式输入处理器输入以下命令。

    亦可以在文本编辑器中输入这些命令,再把 .str 文件导入到模型当中。更多详情参见钢结构示例 #2 —— 设计支撑以限制管嘴荷载

    UNIT ENGLISH.FIL

    VERTICAL=Y

    MATID 1 YM=29E6 POIS=0.3 G=11.6E6 DENS=0.283

    SECID 1 W12X65

    SECID 2 W10X22

    ; 通过打开对话框完成前面的条目

    ; 柱的强轴为 Z 轴(默认为 X)

    ANGLE=90

    ; 生成所有柱

    EDIM FROM=5 TO=10 BY=5 LAST=20 DY=12-

    EDIM 25 30 BY=5 LAST=40 DY=12-

    EDIM 45 50 BY=5 LAST=60 DY=12-

    EDIM 65 70 BY=5 LAST=80 DY=12-

    ; 梁为标准方向

    ANGLE=0

    ; 将默认截面 ID 设置为 2

    DEF SECID=2

    ; 梁为铰接,两端可自由转动

    BEAM FIX

    ; 定义大部分梁

    EDIM 10 30 5 LAST=35 DZ=-14-

    EDIM 30 50 5 LAST=60 DX=-10-

    EDIM 50 70 5 LAST=80 DZ=14-

    EDIM 70 10 5 LAST=20 DX=10-

    ; 节点 1000 将在转动方向固定

    BEAM FIX FAXIAL FSHRSTR FSHRWEAK TAXIAL TBNDSTR TBNDWEAK TSHRSTR TSHRWEAK TTORS

    ; 在顶部梁上添加中点 1000

    EDIM 20 1000 DZ=-7-

    EDIM 40 1000 DZ=7-

    ; 在每个柱底定义锚固

    FIX 5 65 BY=20 ALL

    ; 设置相应荷载值

    LOAD 1000 FX=0000 FY=10000 FZ=10000

  9. 输入所有模型数据后,SUPP3 结构模型呈现如下:

  10. 确认模型输入正确无误后,点击文件(File)> 保存(Save),检查并保存模型。

    CAESAR II 检查输入。如果软件没有发现致命错误,则存入 CAESAR II 执行(CAESAR II Execution)文件。可以在管道分析中使用此模型,也可以单独分析此模型。鉴于此示例的目的,将独立地分析该模型。

  11. 点击确定(OK),关闭 CAESAR II 结构模块输入对话框。

  12. 返回到 CAESAR II 主窗口。

分析钢结构示例 #3 中的结构模型

结构输入处理器可生成多个列表,用于文件编制和检查。

  1. CAESAR II 主窗口中 SUPP3 工作项仍处于打开的情况下,在功能区点击分析(Analysis) > 管道(Piping) > 静态分析(Static Analysis)

    软件弹出静态分析(Static Analysis)对话框。

  2. 荷载工况 1(L1)中需要用 F1(施加的荷载)替代重量(W)荷载。

    亦可以在荷载工况(Load Cases )框中直接输入 F1

    从这一点来看,钢结构分析的执行就像管道分析一样。结构分析的输出内容包括位移、力和力矩。

  3. 点击运行分析(Run the Analysis)O343999,然后点击确定(OK)

    软件弹出静态分析(Static Analysis)对话框。

  4. 已分析的荷载工况(Load Cases Analyzed)中选择 F1 荷载工况,在标准报告(Standard Reports)中选择节点位移(Displacements)单元内力(整体坐标系)(Global Element Forces )

  5. 点击添加(Add),然后点击完成(Finish),生成报告。

在 F1 荷载工况下的单元位移(Displacements)单元内力(整体坐标系)(Global Element Forces)报告显示如下:

O331693_6_1

尽管 Z 向的结构尺寸较大,但而由于柱的方向,结构在 X 方向有更大的刚度。所有的梁端都是铰接的,因此单元内力(整体坐标系)(Global Element Forces)报告(显示力和力矩)则特别有趣。大部分梁不承受荷载。这是因为,此模型中的柱子端点只转动而不平动,其大部分梁只是传递荷载。

可以通过增加斜撑使梁承受更多荷载来解决此问题。由于 20-1000 和 40-1000 单元的端部节点 1000 不是铰接,而在此点产生一个力矩。端点 1000 只是一个用于施加荷载的梁跨中间节点。

Kx = 10,000 lb. / 7.0909 in. = 1410 lb./in
Ky = 10,000 lb. / 0.2828 in. = 35360 lb./in.
Kz = 10,000 lb. / 25.7434 in. = 388 lb./in.