[發明專利]一種建筑結構節點分析桿件內力確定方法

在審

• 申請號: 201910007255.3
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109829202A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 張松;張同億;王寧;張特;羅佑新
• 申請（專利權）人: 中國中元國際工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京華旭智信知識產權代理事務所(普通合伙) 11583
• 代理人: 吳鵬章

本發明提供一種建筑結構節點分析桿件內力確定方法，包括如下步驟：步驟一，采用反應譜法整體結構分析；步驟二，反應譜法節點區相關構件應力；步驟三，確定節點區控制桿件；步驟四，對地震彈性時程進行整體結構分析；步驟五，根據控制桿件確定彈性時程工況；步驟六，彈性時程工況下節點桿件內力組合；步驟七，根據確定的桿件內力對節點進行有限元分析。根據現行規范對抗震設計的相關規定和對節點區在地震作用下實際受力機理分析，采用本發明的方法確定節點區分析時的桿件內力，即有限元分析的力邊界條件，從而確定相對邊界后，相關桿件內力與整體模型中相關桿件的內力更接近，提高結構分析模型建立和分析計算過程中節點計算的準確性。

技術領域

本發明屬于建筑設計領域，具體涉及一種建筑結構節點分析桿件內力確定方法。

背景技術

在結構分析中，邊界條件與荷載作用是影響模型真實性與分析結果精度最主要的兩個因素。在結構整體分析中如此，節點等細部分析中亦是如此。不同的是，結構整體分析中，邊界條件和荷載作用相對來說比較明確，容易確定，而在節點分析中，邊界條件需要從整體模型中的各種假定中推演出來，而荷載則包含作用在節點上的外荷載以及與其相連桿件的內力分量。因為節點分析是針對某一特殊部件的細部分析，需要更真實的分析模型和更高的精度要求。因此，在節點分析中邊界與荷載的確定就更需要引起我們的注意。

節點分析中，邊界有兩種情況：(1)真實邊界。如果分析的是支座節點，則分析模型中與基礎相連的邊界就是真實邊界。這時，像整體分析中一樣，根據實際的約束情況，施加在作用面、點、線上即可。不過，在實體單元分析中，每個幾何面都被剖分成多個小單元體，所以構造上的點可能包含了幾個甚至幾十個有限元的點，因此，需要把構造點上的所有有限元節點都施加相應的約束。(2)結構體系內部邊界。有時候分析的節點并不靠近結構的支承點，因此，它周圍并不存在真實的邊界約束。但是有限單元法要求分析模型必須提供一定的邊界約束使其不可發生剛體位移，此時就必須根據與節點相連各構件的構造情況假定一個約束條件。比如可以把與節點相連的梁單元端部設置成剛性支承。在實際應用中，往往把與節點相連的剛度較大的那些桿件端部設置成約束，或將次要構件的端部設置成邊界。

因為節點分析是細部分析，而且一般都是采用shell單元或solid單元，因此，為了得到可靠的分析結果，需要采用數目較大的單元剖分，這又導致了非常可觀的計算機用時。因此，在實際分析中往往選取的分析范圍較小。這樣導致了所設置的邊界與欲分析的區域非常接近，根據圣維南原理，邊界約束會影響到分析的精度。所以通常希望將邊界設置在遠離分析區域，根據經驗，邊界與分析區域的距離大于2倍于節點構造尺寸為宜。另外，為了分析節點區域的各個部位，可以調換邊界的位置。

與邊界條件一樣，節點上的荷載也存在兩種情況：(1)真實荷載。即作用在節點上的實際外荷載，比如玻璃幕墻對結構的作用、設備懸吊荷載、自重荷載等。值得注意的是均布荷載需要轉換為節點力施加在相應有限元的節點上。(2)是相對荷載，即與節點相連構件的內力。與節點相連的各構件中，有些可能會被設置成約束，而有些則可能需要將其內力模擬成外荷載施加在模型上。

同樣，被設置成內力的構件需要保留一定的長度以消除應力集中對目標區域的影響。有時候為了消除施加外荷載部位的應力集中對分析區域的影響，會在模型中人為地增加一塊“墊板”。

在目前市場上使用的諸多商業有限元軟件中，不同軟件提供不同的邊界和荷載施加方法。比如ABAQUS、ANSYS等軟件可以把約束和荷載施加在幾何面、線上，而有些軟件則只能把約束和荷載施加在有限元的單元和節點上。

在實際應用中，相對邊界與相對荷載的位置選取是相互聯系的，但總的選擇原則是方便荷載或約束的施加，在真實模擬節點受力特征的條件下使問題簡單化，利于分析的順利進行。