一、彈性支座設(shè)置方法

彈性支座常用于包含大跨空間結(jié)構(gòu)的工程。這種結(jié)構(gòu)跨度大，在溫度作用下會(huì)產(chǎn)生很大的端部位移，如果約束住支座的平動(dòng)自由度，大跨結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生巨大的次內(nèi)力。因此設(shè)計(jì)人員經(jīng)常采用滑動(dòng)支座來(lái)釋放溫度產(chǎn)生的次內(nèi)力，同時(shí)減小支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。設(shè)置滑動(dòng)支座還能明顯減小地震作用（類似于隔震），簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受力。

建模過(guò)程中用戶應(yīng)將空間結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)脫開，之間設(shè)置一定距離（一般300mm以上），這樣可以保證空間結(jié)構(gòu)桿件與下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別承擔(dān)各自的荷載。并且這樣布置可以明確支座位置，同時(shí)便于設(shè)置、修改支座。

空間結(jié)構(gòu)的支座主要有鉸接和滑動(dòng)兩種。

空間結(jié)構(gòu)的支座用斜桿模擬時(shí)，如果不設(shè)置彈性連接，斜桿的剛度就相當(dāng)于支座剛度。當(dāng)斜桿抗彎剛度很小時(shí)，斜桿相當(dāng)于一個(gè)鉸接支座，與對(duì)支座設(shè)置彈性連接下的鉸接差別不大。但是當(dāng)相連斜桿剛度較大時(shí)，用戶應(yīng)該使用設(shè)置彈性連接的方式來(lái)模擬支座，設(shè)置彈性連接不但可以模擬鉸接支座，還能模擬滑動(dòng)支座。

YJK給用戶提供3種方式施加彈性支座：?jiǎn)吸c(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束、斜桿設(shè)置連接屬性。

1．兩點(diǎn)約束

用戶需指定同一樓層的2個(gè)不同點(diǎn)來(lái)建立兩點(diǎn)約束，此時(shí)程序根據(jù)用戶定義的剛度對(duì)這2個(gè)點(diǎn)的位移進(jìn)行耦合。用戶未指定節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)時(shí)，程序按照全局坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行耦合，否則將根據(jù)局部坐標(biāo)進(jìn)行耦合。

2．單點(diǎn)約束

單點(diǎn)約束是兩點(diǎn)約束的特殊情況。兩點(diǎn)約束只能對(duì)同一樓層的2點(diǎn)進(jìn)行連接，對(duì)于上下樓層連接處的節(jié)點(diǎn)，程序提供單點(diǎn)約束來(lái)施加連接屬性。用戶對(duì)樓層底部節(jié)點(diǎn)指定單點(diǎn)約束后，程序?qū)⒏鶕?jù)用戶定義的剛度對(duì)樓層連接處的節(jié)點(diǎn)（第n層底部節(jié)點(diǎn)和第n-1層對(duì)應(yīng)位置的頂部節(jié)點(diǎn)）施加兩點(diǎn)約束。單點(diǎn)約束和兩點(diǎn)約束一樣，默認(rèn)使用全局坐標(biāo)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合。

3．斜桿設(shè)置連接屬性

用戶可以對(duì)斜桿施加連接屬性，此時(shí)程序?qū)⑿睏U自身的剛度替換為用戶指定的剛度進(jìn)行計(jì)算，相當(dāng)于對(duì)斜桿兩端節(jié)點(diǎn)施加兩點(diǎn)約束。對(duì)斜桿設(shè)置連接屬性后，程序?qū)⒏鶕?jù)斜桿的局部坐標(biāo)，對(duì)斜桿兩端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合。如果斜桿的局部坐標(biāo)和全局坐標(biāo)不同（非垂直布置時(shí)），隨著斜桿傾角的變大（相對(duì)于垂直方向），結(jié)構(gòu)將越來(lái)越難沿著斜桿局部坐標(biāo)方向滑動(dòng)，此時(shí)使用斜桿設(shè)置連接屬性的方法來(lái)模擬支座將產(chǎn)生錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果。

4．無(wú)支座設(shè)置情況

有時(shí)用戶忽略支座的滑動(dòng)連接，且認(rèn)為模擬支座的桿件剛度小，相當(dāng)于鉸接時(shí)，可以不對(duì)支座專門設(shè)置彈性連接。

二、實(shí)例

以一個(gè)帶空間網(wǎng)架的簡(jiǎn)單框架結(jié)構(gòu)為例，說(shuō)明不同彈性支座設(shè)置方法的區(qū)別。

首先使用“垂直斜桿”、“45°斜桿”這2種模型。正常的網(wǎng)架支座應(yīng)是垂直于下面的支撐桿件，但是實(shí)際上由于網(wǎng)架建模的精度等原因，很多用戶工程的網(wǎng)架支座常不能垂直設(shè)置，因此我們這里用“45°斜桿”模型模擬這種狀況。

然后我們對(duì)每種模型分別建立“無(wú)支座”、“單點(diǎn)約束”、“兩點(diǎn)約束”、“斜桿施加連接屬性”，一共8個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。

這些模型除“無(wú)支座”模型不施加彈性連接外，對(duì)其余模型所有的角支座設(shè)置為鉸接，即釋放轉(zhuǎn)角自由度，同時(shí)對(duì)邊支座設(shè)置為滑動(dòng)，即釋放垂直方向的水平自由度。

由于柱頂與網(wǎng)架支座單獨(dú)連接，柱頂內(nèi)力應(yīng)與網(wǎng)架支座的內(nèi)力平衡，我們通過(guò)對(duì)比柱頂?shù)膬?nèi)力來(lái)說(shuō)明網(wǎng)架支座不同彈性連接下內(nèi)力結(jié)果。

分別統(tǒng)計(jì)鉸接的角柱A和滑動(dòng)的X向邊柱B、Y向邊柱C在8種模型下的結(jié)果，記錄的是活載的柱頂部?jī)?nèi)力，詳見下表（單位為kN、kN*m）：

由上表可以看出如下結(jié)論：

對(duì)于設(shè)置為鉸接的角柱，垂直支座下4種支座設(shè)置的結(jié)果差別不大，“45°斜桿”支座下的差別也不大。

對(duì)于設(shè)置為滑動(dòng)支座的邊柱，垂直支座下，三種彈性連接方式（單點(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束、支撐設(shè)置為彈性連接）的計(jì)算結(jié)果基本相同，無(wú)支座情況不能起到滑動(dòng)支座的效果。但是在“45°斜桿”下，僅兩點(diǎn)約束、單點(diǎn)約束的結(jié)果是正確的，支撐設(shè)置為彈性連接的結(jié)果是錯(cuò)誤的，無(wú)支座更是起不到滑動(dòng)效果，更是錯(cuò)誤的的結(jié)果。

在“45°斜桿”下，由于兩點(diǎn)約束、單點(diǎn)約束都采用了整體坐標(biāo)系下的彈性連接，因此可以設(shè)置成水平向的滑動(dòng)效果。但是支撐設(shè)置為彈性連接時(shí)采用的是斜桿的局部坐標(biāo)系，不能起到水平向滑動(dòng)的效果。

三、結(jié)論

對(duì)于大跨空間結(jié)構(gòu)，用戶應(yīng)將空間結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)脫開，中間設(shè)置連接斜桿，使用單點(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束（此時(shí)不建連接斜桿）、斜桿設(shè)置連接屬性這3種方法模擬彈性支座；

對(duì)于需設(shè)置為鉸接的支座來(lái)說(shuō)，無(wú)論支座是垂直還是傾斜，使用單點(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束、斜桿設(shè)置連接屬性這3種方法都可以，差別不大。用剛度較小的斜桿模擬而不設(shè)彈性連接，也可近似模擬鉸接支座。

對(duì)于需設(shè)置為滑動(dòng)的支座來(lái)說(shuō)，直接用斜桿模擬而不設(shè)彈性連接是不對(duì)的。垂直支座下，三種彈性連接方式（單點(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束、支撐設(shè)置為彈性連接）的計(jì)算結(jié)果基本相同，都可起到滑動(dòng)的效果。但是在“45°斜桿”下，僅兩點(diǎn)約束、單點(diǎn)約束的結(jié)果是正確的，支撐設(shè)置為彈性連接的結(jié)果是錯(cuò)誤的。

在“45°斜桿”下，由于兩點(diǎn)約束、單點(diǎn)約束都采用了整體坐標(biāo)系下的彈性連接，因此可以設(shè)置成水平向的滑動(dòng)效果。但是支撐設(shè)置為彈性連接時(shí)采用的是斜桿的局部坐標(biāo)系，不能起到水平向滑動(dòng)的效果。

用戶在建模過(guò)程中難免有誤差，造成空間結(jié)構(gòu)支座與下部支撐柱不能垂直連接。當(dāng)需要設(shè)置滑動(dòng)支座時(shí)，僅能使用單點(diǎn)約束、兩點(diǎn)約束的方式，而不能使用特殊支撐設(shè)置為彈性連接的方式，隨著支座傾角的增大（相對(duì)于垂直方向），特殊支撐模擬連接的計(jì)算結(jié)果將越來(lái)越不準(zhǔn)確。

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