问题描述:
如下图所示单侧变宽桥,在移动荷载下,按照常理,应该①处反力大于②处反力,但分析结果与预期相反,是什么原因?
需要注意的是,Civil中的移动荷载,看起来是加载在车道显示的位置(车道中心线相应于偏心点偏移距离为0),但实际作用位置并非如此。
首先查看帮助文档(特性→截面→截面特性→偏心),可以看到,Civil中荷载作用机理的不同。
对于节点荷载,节点荷载始终作用在模型中的节点位置,这导致产生距中性轴偏心距离的弯矩,在截面设置偏心的情况下,节点力会产生额外的弯矩。
对于梁单元荷载,梁单元荷载始终作用在单元中性轴位置。尽管有些情况下设置了截面偏心,梁单元荷载依然作用在中性轴处,因此梁单元荷载不会因为截面偏心产生扭矩。注意,梁单元荷载虽然显示似乎是作用在偏心连线上,但是实际上是作用在中性轴上的。
明确区分以上两点后,我们使用移动荷载追踪器,追踪①处最大反力下的布载并输出等效布载。
上图中追踪出来的等效布载仅有竖向集中力,而没有扭矩(因为车道偏移距离为0)。另外,需要注意的是,等效布载采用的是梁单元荷载中的集中力。参考前文,梁单元荷载其作用点位于梁单元质心处,并非其显示位置。
如果我们把这些追踪出来的竖向集中力作用于节点上,变成节点荷载,查看其反力结果,会有什么不同呢?如下图,细分单元后按节点荷载加载后可以看到,①处反力大于②处反力了。当然,为了避免有的工程师认为是单元细分导致的误差,我们查看细分后的梁单元荷载下的结果,可以看到梁单元荷载下,②处反力仍然大于①处反力,且和前文提供的反力一致,细分单元对于结果基本无影响。
故我们可以得出以下结论,移动荷载始终作用于单元质心位置,而不是偏心位置。那车道线设置的偏移到底起什么作用呢?
我们给定车道偏心1m,按上述步骤追踪后,可以看到,追踪出来的梁单元荷载除了竖向荷载外,还额外增加了一个扭矩,扭矩大小为竖向集中力*车道偏移距离1m,观察反力的变化情况。可以看到,两者仍旧存在较大差距。
通过以上的步骤,我们可以得出以下结论:
1. Civil中的移动荷载按梁单元荷载方式加载,实际作用于质心处,车道定义时输入的偏心距离仅用来计算扭矩(扭矩=竖向荷载*偏心距离)。
2. 如果截面偏心并非“中心”,“中-上部”,“中-下部”的情况下,如果想要移动荷载计算结果准确,则需要输入的偏心距离应为实际车道作用位置相对于截面质心的距离(车道位置显示不正确,但扭矩计算准确),而非相应于截面偏心(或者建模节点)的距离(车道位置显示正确,而扭矩不正确)。