[发明专利]一种直接分析法中施加杆件初始缺陷的方法

说明书

本发明提供了一种直接分析法中施加杆件初始缺陷的方法，涉及钢结构直接分析法。包括以下步骤：获取模型中的杆件单元后判断杆件类型，所述模型为有限元软件SAP2000中建立的三维实体有限元模型；基于杆件类型，对存在局部轴旋转的杆件单元进行角度调整；基于杆件类型，设定杆件单元的缺陷方向和偏移矢量；基于杆件类型、缺陷方向和偏移矢量赋予杆件单元初始缺陷本发明克服了目前存在的构件初始缺陷添加困难、技术存在不足的缺点，通过设计软件提供的API接口，提供的直接分析法中施加杆件初始缺陷的方法，可方便快捷地对杆件施加初始缺陷，操作简单，交互性好。

技术领域

本发明涉及钢结构直接分析法，具体为一种直接分析法在设计软 件中施加杆件初始缺陷的方法。

背景技术

钢结构设计中的直接分析法在结构力学模型中引入整体和杆件 初始缺陷，需要在力学模型中同时考虑结构和构件的初始缺陷。结构 整体初始缺陷是由于施工误差和整体初始倾斜造成的。结构整体初始 几何缺陷模式可按最低阶屈曲模态采用。如图3-4所示，框架及支撑 结构整体初始几何缺陷代表值的最大值Δ0(图3)可取为H/250，H为 结构总高度。框架及支撑结构整体初始几何缺陷代表值也可按式 (5.2.1-1)确定(图4(a))；或可通过在每层柱顶施加假想水平力等 效考虑，假想水平力可按式(5.2.1-2)计算，施加方向应考虑荷载的 最不利组合(图4(b))。

杆件初始缺陷是钢构件在加工时由于加工精度的原因造成的初 始弯曲，和构件在焊接拼接过程中板件的初始应力造成的。《钢结构 设计标准》(GB 50017-2017)给出了两种方式考虑构件的初始缺陷： 如图5-7所示，直接考虑构件初始弯曲(式5.2.2-1和图6(a))、 给构件添加假想均布荷载(式5.2.2-2和图6(b))。式中：h-层 高；H-水平力；Hn1-假想水平力；e0-构件中点处的初始变形值。式 中：δ0——离构件端部x处的初始变形值(mm)；e0——构件中点处 的初始变形值(mm)；x——离构件端部的距离(mm)；l——构件的总长度(mm)；q0——等效分布荷载(N/mm)；Nk——构件承受的轴力标准 值(N)。

综上，目前存在的构件初始缺陷添加困难、技术存在不足，为此， 我们提出一种接分析法中施加杆件初始缺陷的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有构件初始缺陷添加困难、技术存在的 不足，基于设计软件提供的API接口，提供一种直接分析法中施加杆 件初始缺陷的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直接分析法中 施加杆件初始缺陷的方法，包括以下步骤：

获取模型中的杆件单元后判断杆件类型，所述模型为有限元软件 SAP2000中建立的三维实体有限元模型；

基于杆件类型，对存在局部轴旋转的杆件单元进行角度调整；

基于杆件类型，设定杆件单元的缺陷方向和偏移矢量；

基于杆件类型、缺陷方向和偏移矢量赋予杆件单元初始缺陷。

优选的，所述方法基于SAP2000软件提供的API接口实现。

优选的，所述杆件类型包括竖直构件和非竖直杆件。

优选的，对存在局部轴旋转的杆件单元的角度调整具体包括：对 存在局部轴旋转的杆件单元的坐标轴方向通过罗德里格旋转公式变 换进行角度调整，所述罗德里格旋转公式为：

V_rot＝cosθv+(1-cosθ)(v·k)k+sinθk×v

其中：v是一个三维空间向量，k是旋转轴的单位向量，Vrot为 v在右手螺旋定则意义下绕旋转轴k旋转角度θ得到的向量。

优选的，所述缺陷方向为固定设置。