钢结构构件边界条件的处理方法

  边界条件中有固定、弹性约束、斜边界和强迫位移等。在网架（壳）结构有限元计算中，边界条件将对网架结构内力及变形产生较大影响。网架支承处的边界条件既和支座节点构造有关，也和支承结构的刚度有关，支座可以是无侧移、单向可侧移和双向可侧移的铰接支座，支承结构(柱、梁等)可以是刚性或弹性的。当支承结构刚度很大可忽略其变形时，边界条件*取决于支座构造。反过来，采用不同的支座型式，合理的改变某些边界条件，可以调整结构的刚度减少杆件内力和支座反力的峰值，使内力分布更为均匀合理，达到节的钢材的目的。

1）无侧移铰接支座，支承节点在竖向，边界线切线和法向都无位移。

2）单向可侧移支座，竖向和边界切线方向位移为零，而边界法向为自由。

3）双向可侧移的铰接支座，只有竖向位移为零，两个水平方向都为自由。

4）在网架的四角处，至少一个角上的支座必须是无侧移的，相邻的两角可以是单向可侧移的，相对的角可以是双向可侧移的。这种做法既防止网架的刚体移动，又提供了不少于6根的约束链杆数。在工程实践中，如果温度应力不大，也可考虑四角都用无侧移铰支座。

5）当网架支承在独立柱上时，由于它的弯曲刚度不是很大，在采用无侧移铰支座时除竖向仍然看作无位移外，两个水平方向应看成弹性支承，支承的弹簧刚度由悬臂柱的挠度公式得出：cIcy/H3Kcy=3EcIcx/H3式中Ec——支承柱的材料弹性模量；Icy、Icx——分别为支承柱绕截面y、x轴的截面惯性矩；H——支承悬臂柱长度。

6）斜边界处理  斜边界是指与整体坐标斜交的方向有约束的边界。建筑平面为圆形或多边形的网架会存在斜边界(图3.1a)。矩形平面网架利用对称性时，对称面也存在斜边界斜边界有两种处理方法，一种是根据边界点的位移约束情况设置具有一定截面积的附加杆，如节点沿边界法线方向位移为零，则该方向设一刚度很大的附加杆，截面积A=106~108(图3.1.b)；如该节点沿边界法线方向为弹性约束，则调节附加杆的截面积，使之满足弹性约束条件。这种处理方法有时会使刚度矩阵病态。另一种方法是对斜边界上的节点位移做坐标变换，将在整体坐标下的节点位移向量变换到任意的斜方向，然后按一般边界条件处理。

7）对于复杂的下部支承系统，网架（网壳）支座相对于下部结构的位移通过弹性约束方法不易模拟，支座节点的边界条件很难确定，此时可以借助相关的空间结构有限元分析与设计软件，直接将支承结构上部网架（网壳）一起进行整体建模、计算分析。这样不必另外计算支承结构的等效弹簧刚度，也避免了简化为弹簧时的误差，计算效果好。

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