塑性铰和弹塑性分析
fzyt
fzyt Lv.2
2006年03月18日 00:56:49
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个人总结的塑性铰知识(由于不是结构专业,可能不是很地道),来源于《csi分析参考手册》和若干大学的课件。1、 塑性铰是在对结构做塑性设计时引入的概念,可以集中(铰内)在一个或多个自由度上考虑构件的屈服后性能,是一种力学分析的简化,用于非线性静动力分析时考虑材料非线形。以允许截面转动来考虑塑性,所以称为塑性铰,实际上转动和弯矩都有。塑性铰只是截面在某个自由度上屈服后的简单模拟,是不稳定的,会继续发展为极限状态或失效(对砼梁是断裂)。

个人总结的塑性铰知识(由于不是结构专业,可能不是很地道),来源于《csi分析参考手册》和若干大学的课件。
1、 塑性铰是在对结构做塑性设计时引入的概念,可以集中(铰内)在一个或多个自由度上考虑构件的屈服后性能,是一种力学分析的简化,用于非线性静动力分析时考虑材料非线形。以允许截面转动来考虑塑性,所以称为塑性铰,实际上转动和弯矩都有。塑性铰只是截面在某个自由度上屈服后的简单模拟,是不稳定的,会继续发展为极限状态或失效(对砼梁是断裂)。
2、 对三维结构,有弯矩、剪力、轴力、扭矩等不耦合铰(一个或几个铰在杆件上同一点同时定义),还有考虑耦合的P-M2-M3铰(不很了解,似乎拉变刚,压变柔)。塑性铰的状态有:屈服、强度极限、残余强度、失效。
3、 目前一般的结构有限元软件只能在杆系中引入塑性铰(框架铰),比如sap2000。可以通过指定塑性铰长度,并密排塑性铰,来模拟全杆塑性。但是midas好象可以在板壳(剪力墙)中考虑塑性铰,一些通用有限元软件比如Adina应该也都可以。
4、 塑性铰属性的定义,主要是(广义)力-(广义)位移曲线(塑性变形曲线),只同截面有关。比如对m铰是弯矩-转角曲线,对v铰是力-位移曲线。曲线包括弹性、屈服、强度极限、残余强度、失效等特征点。但在sap2000程序中,常取消弹性阶段,即定义铰是刚塑性的(弹性阶段无变形)。(请高手指教这样做的原因。)截面进入屈服,即认为出现了塑性铰。
5、 对塑性铰的学习感觉要学好塑性力学,特别是杆系的塑性分析。我以前学的是岩土塑性力学,岩土材料考虑塑性似乎未引入塑性铰,用的是更根本的本构关系。塑性力学学的不好,所以说不出什么,请高手指教。似乎结构动力学、抗震设计都要使用塑性分析方法,但似乎规范有限制。
6、 关于塑性铰卸载问题,似乎是一个更复杂的问题,主要涉及到分析能不能闭合的大问题。当塑性变形曲线的承载力过了极限承载力进入下降段时(此时无法加载了),程序(或手算)将铰上承受的荷载再分配到结构的其他部分。所以在塑性变形曲线,是沿着负斜率方向卸栽,这样导致计算不稳定(书上是这么解释,我估计可能导致解不唯一,那就无法继续计算了)。卸载方法在本科学的是局部重分配,但是在一些大型的三维结构、可能同时有多个铰需要卸载的情况,采用“卸载整个结构”(自己看书去)的方法往往受到推荐。请高手详细展开解释。
7、 简单计算中涉及塑性力学中的上下限极限分析、破坏机构、铰数量,求得极限荷载。变截面构件的塑性铰位置,不知道sap2000是如何考虑的,变截面处肯定是作为接点的。
8、静力荷载下的复杂杆系结构控制出铰顺序也很重要。值得深思!


自己不是很清楚的问题,越解释反而使问题越来越多。:)见谅!
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