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如何在稳定性分析中输入缺陷

本文也提供以下语言版本
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
AI从英语翻译

本文介绍如何在 IDEA StatiCa Stability 中为 GMNIA 定义缺陷。缺陷涵盖支座偏差、残余应力、板厚变化、构件初始弯曲及类似效应。所有这些因素均由一个等效几何缺陷代替。

Stability 分别定义整体缺陷和构件缺陷。整体缺陷可以输入为 X 和 Y 方向的简单倾斜,也可以输入为由 LBA 得到的、经缩放的屈曲形状;构件缺陷只能输入为由 LBA(附加边界条件)得到的、经缩放的屈曲形状。两者均用于 GMNIA。

典型工作流程如下:

  1. 运行 MNA 和 LBA。如果仅使用简单倾斜,则不需要 LBA 的结果。
  2. 查看屈曲形状,并选择与缺陷相关的形状。
  3. 根据设计规范确定缺陷幅值。
  4. 在 CHECK 选项卡的属性栏 LBA+IMP 选项卡中输入缺陷。
  5. 考虑缺陷的正负两个方向运行 GMNIA,并取最不利结果作为控制结果。

缺陷类型及其定义

通常,GMNIA 中应施加三种类型的缺陷。

A. 结构整体(侧移)缺陷

整体缺陷反映了结构整体不可能完全垂直这一事实。柱的安装存在轻微的垂直度偏差,支座也并非完全水平,因此整个分析部分一开始就略有倾斜。该缺陷主要对侧移敏感的结构有影响,因为整个结构的水平位移会增大内力。可通过两种方式定义:

整体缺陷的定义 - “简单倾斜”方法

简单倾斜将整体侧移缺陷作为整个结构的初始倾斜施加,无需任何 LBA 结果或屈曲形状。它在 LBA+IMP 选项卡的结构整体缺陷中,通过倾斜值 Dx 和 Dy(单位 mm/m)定义,即每米高度在整体 X 和 Y 方向上的水平偏移。每个节点的偏移量随其高于零标高 [m] 的高度线性变化;零标高通常设置在基础顶面或柱脚处,该处的偏移为零。

整体缺陷的定义 - “屈曲形状”方法

屈曲形状将整体缺陷作为由 LBA 得到的屈曲形状的缩放组合施加,LBA 采用 MODEL 选项卡中定义的边界条件进行计算。它在 LBA+IMP 选项卡的结构整体缺陷中定义,将方法设置为屈曲形状,并输入屈曲形状缺陷幅值 [mm],即缺陷几何的最大偏差。 

该表列出了每个荷载组合对应的形状及其:

  • 系数是临界荷载系数 αcr ,即设计荷载组合需要乘以该系数,才会使结构以给定的屈曲形状发生弹性屈曲。
  • 相关度 [%] 衡量结构以给定屈曲形状发生变形的难易程度。它将结构变形部分的大小与变形所需的弹性能量进行比较。结构的大部分以较小能量发生变形的形状,相关度较高;而仅使结构的一小部分变形、或需要大量能量的形状,相关度较低。
  • 权重 [-1, 1] 是将某个屈曲形状计入缺陷并确定其方向的系数。−1 到 1 之间任何非零值都会激活该形状,数值的符号决定变形方向。权重与输入的屈曲形状缺陷幅值 [mm] 相乘,因此该形状按权重 × 幅值的大小施加。单元格为空或为零表示不使用该形状。

选择整个结构发生侧移的形状,通常是系数最小且相关度较高的形状,并考虑权重的正负两个符号运行 GMNIA。

B. 构件缺陷

构件缺陷反映单个构件的初始弯曲或扭转,同时包含轧制或焊接残余应力的影响。它按 LBA 中相应构件屈曲模态(弯曲、扭转、弯扭或侧扭)的形状施加。对于侧移敏感的结构,构件缺陷应与整体缺陷组合使用,而不能代替整体缺陷。

构件缺陷的定义

构件缺陷作为由 LBA 得到的屈曲形状的缩放组合施加,LBA 带有附加边界条件:在与 CBFEM(基于组件的有限元模型)构件相连、并用一维梁单元建模的所有相关构件的端部,添加 X 和 Y 方向的支座。这些支座可避免出现整体屈曲形状,因此屈曲形状表示各构件在其连接点之间的单独屈曲。它们在 LBA+IMP 选项卡的构件缺陷中,通过屈曲形状缺陷幅值 [mm] 定义。 

构件缺陷中的表格与上述整体缺陷的表格使用方式相同,唯一的区别在于屈曲形状来自带附加边界条件的 LBA。对于每个荷载组合(荷载),表中列出屈曲形状(形状)及其临界荷载系数(系数,αcr)和相关度 [%]。−1 到 1 之间的权重将某个形状计入缺陷,并与屈曲形状缺陷幅值 [mm] 相乘,其符号决定方向。

选择表现出所分析构件发生弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲或侧扭屈曲的形状,并考虑权重的正负两个符号运行 GMNIA。

C. 板件缺陷

板件缺陷反映各板件(如腹板、翼缘或加劲板)的初始不平整度。它按 LBA 中相应局部屈曲模态的形状施加。

板件缺陷的定义

板件缺陷在构件缺陷的同一张表中定义,没有单独的输入项。如果表中包含表示翼缘或腹板局部板屈曲的屈曲形状,请为这些形状设置非零权重,以将其计入缺陷。

缺陷的显示

CHECK 选项卡上的缺陷组提供三种在 3D 场景中显示缺陷的方式:

  • LB 形状显示当前获得焦点的表和行所对应的屈曲形状。
  • 局部显示当前获得焦点的表所对应类型的缺陷:整体缺陷或构件缺陷。
  • 总计显示所有缺陷之和,与焦点无关。这是进入 GMNIA 的缺陷几何。

基于设计规范的缺陷幅值

各规范都有关于如何确定缺陷的指南,这些缺陷将在 Stability 中输入,用于 GMNIA 分析。以下是 Eurocode 中的相关定义。 

整体(侧移)缺陷

结构的整体缺陷在 EN 1993-1-1 第 5.3.2 (3) 条中给出。结构应按下图以等效侧移缺陷的形式倾斜。

等效侧移缺陷(摘自 EN 1993-1-1 – 图 5.2)

缺陷角为:

ϕ=ϕ0αhαm\phi = \phi_0 α_h α_mϕ=ϕ0​αh​αm​

其中:

  • ϕ0 = 1/200 – 缺陷基本值
  • 2/3≤αh=2h≤1.02/3 \le α_h = \frac{2}{\sqrt{h}} \le 1.02/3≤αh​=h​2​≤1.0 – 适用于柱的高度 h 折减系数
  • h – 结构高度,单位为米
  • αm=0.5(1+1m)\alpha_m = \sqrt{0.5 \left ( 1+\frac{1}{m} \right )}αm​=0.5(1+m1​)​ – 单排柱数量折减系数
  • m – 单排柱的数量,仅包括所承受的竖向荷载 NEd 不小于所考虑竖向平面内柱平均值 50 % 的柱

构件缺陷

构件的局部缺陷在 EN 1993-1-1 第 5.3.2 (3) 条中给出。缺陷幅值 e0 按表 5.1 计算,此时应采用塑性分析。

要确定选项卡中的屈曲曲线,需要根据 Member 中 LBA 分析所显示的屈曲形状,判断:

  • 构件以受压为主,预期发生弯曲屈曲、扭转屈曲或弯扭屈曲,此时采用表 6.2,
  • 或者构件以受弯为主,且主要破坏模式为侧扭屈曲,此时采用表 6.4。

板件局部缺陷

幅值按 EN 1993-1-5 第 C.5 条确定。对于细长板,局部缺陷取板格较短跨度的 1/200。对于细长(4 类)截面,应至少组合两种屈曲模态,以便考虑局部屈曲与构件屈曲的相互作用。

缺陷方向

每种缺陷均应分别按正向和负向施加,并以较不利的结果为准。当组合多种缺陷时,应计算其各方向的所有组合。

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