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小软件怒刷存在感 —— Xtract应用实例

Xtract是一款优秀的截面分析软件,在土木工程领域比较突出的实用功能主要是两点:1.计算分析出任意截面(含组合截面)的塑性铰F-D曲线;2.计算分析出任意截面的PMM屈服面。在面向工程领域,小编就以上两点功能做一个比较全面的流程化介绍。

案例一:400×800型钢混凝土梁;钢骨尺寸为400x200x10x16;混凝土标号C30;钢筋标号HRB400,型钢牌号Q345,求其弯矩-曲率铰曲线及其关键数据。

首先,在使用软件前,我们需要先定义混凝土与钢材的本构,Xtract虽然已经自带大量的约束、非约束混凝土本构模型,但在工程领域,我国规范在截面设计时未考虑约束混凝土承载力及变形能力的增强,故本构模型小编推荐使用混凝土规范附录C.2.4的混凝土单轴受压应力-应变曲线,将规范公式通过excel形成数据后导入Xtract中。

本文中,小编采用C30混凝土,fcr取设计值。

参数中压应变下的Yield Strain对应规范中的规范中的εcr,Ultimate strain对应规范中的εcu。拉应变下的ultimate strain建议取较大值或与钢筋取值相同。

钢筋本构采用软件自带的本构模型,HRB400钢筋各参数取值如图所示,本例的屈服应力均对应采用设计值。

型钢钢骨的取值除屈服应力外与钢筋类似。

小编建议初学者把钢材屈服后的颜色分别修改为:受压蓝色,受拉红色,这会有助于使用者定性判断模型结果是否正确。

定义完材料后建立分析截面模型,一般比较简单的截面可以手动建立,复杂截面模型除手动方法外(效率比较低),也可采用如CAD二次开发后导入的方法。

本例的模型建立后如下:

考虑到我国规范中纵向钢筋的保护层厚度一般约为30mm,手动建模时的snap size可调整为30mm。

模型建完后建立相应的分析工况,本案例寻求获得该钢骨梁在负弯矩(梁端顶部受拉)状态下的塑性铰F-D曲线,建立moment curvature分析工况,参数如下图所示:

至此,梁的M-C塑性铰的模型建立完毕。

运行分析,软件随之绘制出一道优美的曲线,离结果又近了一步。

简单判断一下,根据之前的设定,钢材红色代表受拉屈服,钢材蓝色代表受压屈服,基本满足分析的设定,打开analysis report

计算结果的关键数据均罗列其中,根据其简化的弯矩-曲率铰模型可进一步接力运用在罕遇地震弹塑性模型中。

案例二:500×500钢筋混凝土柱;混凝土标号C30;钢筋标号HRB400,求其PMM屈服面。

材料本构的输入与案例一类似,模型建立后如图所示:

建立PM interaction分析工况,为了得到屈服面的结果,小编按30°为一档共建立了0°~180°的7中工况。同时,因为我们求的是屈服面,混凝土的limiting strains小编采用了规范εcr取值,即单轴抗压强度fcr相应的混凝土峰值压应变,否则在这个本构模型下,求出来的桃子图容易变成屁桃。

运行分析,7条优雅的PM屈服线绘制完成。

将数据导入到绘图软件中,基于材料设计值的立体的桃子就完成了。

改革开放40年来,我国经济日益发展,人民生活水平不断提高,建筑与结构界人才辈出,各类妖异的截面不断涌现,但无论它怎么变,只要守住这个屈服面,我相信我们的作品还是可以经得起时间的检验。

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