[发明专利]基于空间8节点墙单元的结构变形分解方法

说明书

本发明属于力学分析技术领域和结构设计领域，公开了一种基于空间8节点墙单元的结构变形分解方法，包括以下步骤：构造出8节点墙单元的基本位移和基本变形基向量，得到8节点空间墙单元的正交力学基矩阵P；选择四边形壳单元的4个角点和每条边上的中点组成8节点墙单元，得到8节点墙单元各节点的位移向量s；得到每个墙单元的基本变形和基本位移的投影系数向量r；根据投影系数向量r中投影系数的大小，得出每个墙单元发生的主要基本变形和次要基本变形，即可实现对空间结构模型的变形分解和变形识别。本发明可详细识别空间结构中不同方向剪力墙和连梁等构件的变形情况，特别地，可以精确识别墙单元的面外变形。

技术领域

本发明属于力学分析技术领域和结构设计领域，涉及一种基于空间8节点墙单元的结构变形分解方法。

技术背景

近年来，剪力墙结构已经在国内外得到了广泛的应用，在实际结构中剪力墙受力后不仅会发生平面内的拉压、剪切、弯曲等变形，也会发生面外变形。然而，在结构设计时，往往只考虑剪力墙平面内的受力性能，忽略剪力墙平面外的变形，从而导致结构设计方案不完善。剪力墙平面外比较薄弱，在地震荷载作用下可能产生平面外的变形和破坏。因此，准确识别结构中剪力墙面内以及面外的变形情况，分析其薄弱部位并提出相应的加强措施具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于空间8节点墙单元的结构变形分解方法，通过对空间结构模型的有限元分析和墙单元的变形分解，找出剪力墙结构的薄弱部位，并能够在剪力墙结构设计阶段对结构模型进行辅助设计。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出一种基于空间8节点墙单元的结构变形分解方法，包括以下步骤：

步骤1：在三维空间中，依据受力平衡条件和正交分解理论，构造出8节点墙单元的基本位移和基本变形基向量，从而得到8节点空间墙单元的正交力学基矩阵P；

步骤2：在空间直角坐标系下，建立空间结构模型，并采用四边形壳单元对空间结构模型进行划分，选择四边形壳单元的4个角点和每条边上的中点组成8节点墙单元，得到8节点墙单元各节点的位移向量s；

步骤3：将8节点墙单元各个节点的位移向量s投影到8节点墙单元的正交力学基矩阵P上，得到每个墙单元的基本变形和基本位移的投影系数向量r；

步骤4：根据投影系数向量r中投影系数的大小，得出每个墙单元发生的主要基本变形和次要基本变形，即可实现对空间结构模型的变形分解和变形识别。

优选地，所述8节点墙单元的基本位移和基本变形包括：X轴向刚体平动位移、Y轴向刚体平动位移、Z轴向刚体平动位移、绕X轴向刚体转动位移、绕Y轴向刚体转动位移、绕Z轴向刚体转动位移、XOY面X轴向拉压变形、XOY面Y轴向拉压变形、XOY面X轴向面内弯曲变形、XOY面Y轴向面内弯曲变形、XOY面剪切变形、XOY面角翘曲变形、XOY面X轴向胀缩变形、XOY面内Y轴向胀缩变形、XOY面Y轴向挠曲变形、XOY面X轴向挠曲变形、XOY面Y轴向冲切变形、XOY面X轴向冲切变形、XOY面面外弯曲变形、XOY面边翘曲变形、绕X轴反向翘曲变形、绕Y轴反向翘曲变形、XOY面X轴向反对称弯曲变形、XOY面Y轴向反对称弯曲变形。

优选地，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：在空间直角坐标系下，依据采用受力平衡条件、力矩平衡条件以及正交理论，针对8节点墙单元构造出24种基本位移和基本变形基p₁～p₂₄，具体如下：

p₁表示X轴向刚体平动位移：

p₂表示Y轴向刚体平动位移：