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一、彈性支座設(shè)置方法

彈性支座常用于包含大跨空間結(jié)構(gòu)的工程。這種結(jié)構(gòu)跨度大，在溫度作用下會產(chǎn)生很大的端部位移，如果約束住支座的平動自由度，大跨結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生巨大的次內(nèi)力。因此設(shè)計人員經(jīng)常采用滑動支座來釋放溫度產(chǎn)生的次內(nèi)力，同時減小支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。設(shè)置滑動支座還能明顯減小地震作用（類似于隔震），簡化結(jié)構(gòu)受力。

建模過程中用戶應(yīng)將空間結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)脫開，之間設(shè)置一定距離（一般300mm以上），這樣可以保證空間結(jié)構(gòu)桿件與下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別承擔各自的荷載。并且這樣布置可以明確支座位置，同時便于設(shè)置、修改支座。

空間結(jié)構(gòu)的支座主要有鉸接和滑動兩種。

空間結(jié)構(gòu)的支座用斜桿模擬時，如果不設(shè)置彈性連接，斜桿的剛度就相當于支座剛度。當斜桿抗彎剛度很小時，斜桿相當于一個鉸接支座，與對支座設(shè)置彈性連接下的鉸接差別不大。但是當相連斜桿剛度較大時，用戶應(yīng)該使用設(shè)置彈性連接的方式來模擬支座，設(shè)置彈性連接不但可以模擬鉸接支座，還能模擬滑動支座。

YJK給用戶提供3種方式施加彈性支座：單點約束、兩點約束、斜桿設(shè)置連接屬性。

1．兩點約束

用戶需指定同一樓層的2個不同點來建立兩點約束，此時程序根據(jù)用戶定義的剛度對這2個點的位移進行耦合。用戶未指定節(jié)點局部坐標時，程序按照全局坐標對其進行耦合，否則將根據(jù)局部坐標進行耦合。

2．單點約束

單點約束是兩點約束的特殊情況。兩點約束只能對同一樓層的2點進行連接，對于上下樓層連接處的節(jié)點，程序提供單點約束來施加連接屬性。用戶對樓層底部節(jié)點指定單點約束后，程序?qū)⒏鶕?jù)用戶定義的剛度對樓層連接處的節(jié)點（第n層底部節(jié)點和第n-1層對應(yīng)位置的頂部節(jié)點）施加兩點約束。單點約束和兩點約束一樣，默認使用全局坐標對節(jié)點進行耦合。

3．斜桿設(shè)置連接屬性

用戶可以對斜桿施加連接屬性，此時程序?qū)⑿睏U自身的剛度替換為用戶指定的剛度進行計算，相當于對斜桿兩端節(jié)點施加兩點約束。對斜桿設(shè)置連接屬性后，程序?qū)⒏鶕?jù)斜桿的局部坐標，對斜桿兩端節(jié)點進行耦合。如果斜桿的局部坐標和全局坐標不同（非垂直布置時），隨著斜桿傾角的變大（相對于垂直方向），結(jié)構(gòu)將越來越難沿著斜桿局部坐標方向滑動，此時使用斜桿設(shè)置連接屬性的方法來模擬支座將產(chǎn)生錯誤的計算結(jié)果。

4．無支座設(shè)置情況

有時用戶忽略支座的滑動連接，且認為模擬支座的桿件剛度小，相當于鉸接時，可以不對支座專門設(shè)置彈性連接。

二、實例

以一個帶空間網(wǎng)架的簡單框架結(jié)構(gòu)為例，說明不同彈性支座設(shè)置方法的區(qū)別。

首先使用“垂直斜桿”、“45°斜桿”這2種模型。正常的網(wǎng)架支座應(yīng)是垂直于下面的支撐桿件，但是實際上由于網(wǎng)架建模的精度等原因，很多用戶工程的網(wǎng)架支座常不能垂直設(shè)置，因此我們這里用“45°斜桿”模型模擬這種狀況。

然后我們對每種模型分別建立“無支座”、“單點約束”、“兩點約束”、“斜桿施加連接屬性”，一共8個模型進行計算對比。

這些模型除“無支座”模型不施加彈性連接外，對其余模型所有的角支座設(shè)置為鉸接，即釋放轉(zhuǎn)角自由度，同時對邊支座設(shè)置為滑動，即釋放垂直方向的水平自由度。

由于柱頂與網(wǎng)架支座單獨連接，柱頂內(nèi)力應(yīng)與網(wǎng)架支座的內(nèi)力平衡，我們通過對比柱頂?shù)膬?nèi)力來說明網(wǎng)架支座不同彈性連接下內(nèi)力結(jié)果。

分別統(tǒng)計鉸接的角柱A和滑動的X向邊柱B、Y向邊柱C在8種模型下的結(jié)果，記錄的是活載的柱頂部內(nèi)力，詳見下表（單位為kN、kN*m）：

由上表可以看出如下結(jié)論：

對于設(shè)置為鉸接的角柱，垂直支座下4種支座設(shè)置的結(jié)果差別不大，“45°斜桿”支座下的差別也不大。

對于設(shè)置為滑動支座的邊柱，垂直支座下，三種彈性連接方式（單點約束、兩點約束、支撐設(shè)置為彈性連接）的計算結(jié)果基本相同，無支座情況不能起到滑動支座的效果。但是在“45°斜桿”下，僅兩點約束、單點約束的結(jié)果是正確的，支撐設(shè)置為彈性連接的結(jié)果是錯誤的，無支座更是起不到滑動效果，更是錯誤的的結(jié)果。

在“45°斜桿”下，由于兩點約束、單點約束都采用了整體坐標系下的彈性連接，因此可以設(shè)置成水平向的滑動效果。但是支撐設(shè)置為彈性連接時采用的是斜桿的局部坐標系，不能起到水平向滑動的效果。

三、結(jié)論

對于大跨空間結(jié)構(gòu)，用戶應(yīng)將空間結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)脫開，中間設(shè)置連接斜桿，使用單點約束、兩點約束（此時不建連接斜桿）、斜桿設(shè)置連接屬性這3種方法模擬彈性支座；

對于需設(shè)置為鉸接的支座來說，無論支座是垂直還是傾斜，使用單點約束、兩點約束、斜桿設(shè)置連接屬性這3種方法都可以，差別不大。用剛度較小的斜桿模擬而不設(shè)彈性連接，也可近似模擬鉸接支座。

對于需設(shè)置為滑動的支座來說，直接用斜桿模擬而不設(shè)彈性連接是不對的。垂直支座下，三種彈性連接方式（單點約束、兩點約束、支撐設(shè)置為彈性連接）的計算結(jié)果基本相同，都可起到滑動的效果。但是在“45°斜桿”下，僅兩點約束、單點約束的結(jié)果是正確的，支撐設(shè)置為彈性連接的結(jié)果是錯誤的。

在“45°斜桿”下，由于兩點約束、單點約束都采用了整體坐標系下的彈性連接，因此可以設(shè)置成水平向的滑動效果。但是支撐設(shè)置為彈性連接時采用的是斜桿的局部坐標系，不能起到水平向滑動的效果。

用戶在建模過程中難免有誤差，造成空間結(jié)構(gòu)支座與下部支撐柱不能垂直連接。當需要設(shè)置滑動支座時，僅能使用單點約束、兩點約束的方式，而不能使用特殊支撐設(shè)置為彈性連接的方式，隨著支座傾角的增大（相對于垂直方向），特殊支撐模擬連接的計算結(jié)果將越來越不準確。

勘察設(shè)計大師、規(guī)范主編

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