什么是梁单元截面偏置,对计算结果影响几何?

什么是梁单元截面偏置,对计算结果影响几何?

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关于梁单元截面偏置,本公众号写过几篇文章,但只阐述了部分操作方法,有兴趣的同学可点击下面文章进行查阅:
1、梁单元截面偏置(用户自定义位置)计算方法
2、Workbench 框架建模中如何实现梁和板的截面偏置
3、APDL自定义截面对不齐解决办法
鉴于部分同学对梁单元截面偏置的概念还有一定疑惑,今日水哥便以一个小案例来为同学们解惑。
首先阐述截面偏置的基本概念:
所谓截面偏置,是指有限元分析过程中,结构中心与截面中心不重合的情况。这里的结构中心,大家可理解为单元端部节点的连线,截面中心可理解为单元首尾截面质心点的连线。不仅梁单元有截面偏置情况,壳单元同样有截面偏置情况。
为什么会有截面偏置呢?
出现截面偏置的原因有很多种,主要归类为两个原因:
1、设计原因,部分情况下,出于实际运用考虑,理论有限元模型与实际情况具有差异,例如常见的框架结构,我们在建模楼层梁和楼板时,当我们采用楼板标高作为建模标高时,如果默认节点和截面中心平齐,这时梁单元截面就会突出楼面,显然不符实际情况,因而需对梁单元进行截面偏置,使梁单元顶面和楼板顶面平齐,吻合实际。
2、施工原因,在产品误差容许度较大行业,设计和施工有很多情况下并不是特别吻合,在校核时,已不能按设计图纸进行,而应遵循实际客观情况,也即实际施工时可出现截面位置不符的情况。针对于土木而言,尤其是在加固行业,特别要注意截面偏置情况。
截面偏置对构件受力的影响:
由于我们加载荷载时,通常是基于节点,也即结构构件中心,当出现截面偏置时,荷载与截面中心就有一定的距离,此时荷载变为偏心荷载,带来的影响便是梁除了受原来荷载之外,还可能受一定的偏心弯矩或者偏心扭矩。
下面以一个悬臂梁来简要说明截面偏置的影响。
某悬臂梁,长度为3m,截面尺寸为200X400,混凝土材料为C30,端部受垂直集中力20KN,如下所示:
考虑如下三种工况:
工况一:无截面偏置
工况二:截面向短轴方向偏移200mm;
工况三:截面不考虑偏置,但考虑20KN*200mm的偏心扭矩。
各工况计算结果如如下所示:
工况一计算结果,位移最大值为5.712mm

apdl梁单元截面

工况二计算结果,最大位移值为5.846mm

apdl梁单元截面2

工况三计算结果,最大位移值为5.864mm:

apdl梁单元截面3

从计算可见,考虑截面偏心后,计算结果具有一定的差异,当荷载较大时,这个差异不能忽视!同时如果建模时不想考虑截面偏置,也可通过施加偏心荷载或者使用刚臂施加荷载。

上述是针对梁单元,壳单元同样适合!

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