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
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从 CAESAR II 主窗口功能区单击文件 > 新建。
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选择文件类型为结构输入(Structural Input),输入文件名 SUPP3 (就本例而言)。
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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。
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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。
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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。
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在材料选择(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。
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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。
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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
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输入所有模型数据后,SUPP3 结构模型呈现如下:
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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。
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点击确定(OK),关闭 CAESAR II 结构模块输入对话框。
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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。
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在 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。
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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。
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点击运行分析(Run the Analysis),然后点击确定(OK)。
软件弹出静态分析(Static Analysis)对话框。
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在已分析的荷载工况(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)和单元内力(整体坐标系)(Global Element Forces )。
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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)和单元内力(整体坐标系)(Global Element Forces)报告显示如下:
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.