TR.27.3 自动生成基础弹簧支座

STAAD.Pro 具有自动将标准地基和基础底板转化成弹簧支座的功能。 这一功能可通过SUPPORT支座命令的一部分来实现。

一般格式

SUPPORT

然后要么

{ joint-list ELASTIC FOOTING f1 (f2) | joint-list ELASTIC MAT | plate-list PLATE MAT } DIR { X | XONLY | Y |  YONLY | Z | ZONLY } SUBGRADE f3
(PRINT) ( {COMP | MULTI } )

或

plate-list PLATE MAT DIR ALL SUBGRADE f4 (f5 f6)
(PRINT) ( {COMP | MULTI } )

其中：

ParameterDefinition
FOOTING f1 f2 ELASTIC（弹性）基础的长度和宽度。 如果未给出 f2，则假定基础是边长为 f1 的正方形。
X,Y,Z 生成土弹簧的整体坐标系方向。
SUBGRADE f3 弹性基础当前力/面积/长度单位下的土壤压缩系数。
SUBGRADE f4 f5 f6 筏板基础在 Y、X、Z 方向分别使用ALL选项时，当前力/面积/长度单位下的土壤压缩系数。如果省略 f4 和 f5，则默认为 f3。

描述

如果用户想自己指定节点的影响区域，并让 STAAD 仅将指定的区域乘以土壤压缩系数，可以使用 ELASTIC FOOTING（弹性基础）选项。这种情况可适用于模拟扩展基础有弹簧支座的情况。对于 FOOTING（基础）选项，必须给定 f1 值（如果是非方形基础，则还需要 f2 值）。

如果需要 STAAD 来计算出每一个节点的影响区域（而不是用户自己来确定这一面积），然后将影响区域的面积乘以土壤的压缩系数以求得作用于节点上的弹簧系数，可选用 ELASTIC MAT（弹性筏板）选项。这种情况可适用于模拟一个承受外力作用的平板放置在地面上的情况。可将平板划分成有限单元，然后通过 MAT 命令自动生成各个节点上的弹簧支座。

PLATE MAT（板筏板）选项与 Elastic Mat 类似，只是用于计算节点影响区域的方法不同。如果模型中筏板由板单元组成，并且所有的影响区域都包含在板的面积中，那么这个选项是更适宜的。该命令的前面可输入板元列表或使用 YRANGE f1 f2，然后节点的影响面积会被自动计算出来，类似于板上作用均布压强时计算节点力。这种方法克服了在 ELASTIC MAT（弹簧基础底板）选项中使用的 Delaunay triangle 方法的一个主要限制，即支座底板节点形成的轮廓线必须形成外凸的壳。   

PLATE MAT DIR ALL 选项与 Plate Mat 类似，只是弹簧支座在三个方向上。如果还指定了“仅受压”选项，那么受压方向将假定为 Y 方向。如果节点的 Y 方向弹簧松弛（脱离），那么该节点的 X 和 Z 方向弹簧刚度也将设置为零。否则，X 和 Z 方向弹簧在两个方向上起作用。X 和 Z 方向的影响区域与 Y 方向的相同。可以输入三个土壤压缩系数，第一个是 Y 方向，第二个是 X 方向，第三个是 Z 方向。     

关键字 DIR 后面跟字母 X、Y 或 Z（或“XONLY”“YONLY”“ZONLY”）之一，表示弹簧支座的约束方向。如果选择 X、Y 或 Z，那么在该方向上生成一个弹簧支座，另外三个方向会生成固定支座，例如，如果选择 Y，那么 FY 由弹簧约束；FX 和 FZ 以及 MY 是固定支座；MX 和 MZ 是自由的。如果选择 XONLY、YONLY 或 ZONLY，那么仅在该方向上生成一个弹簧支座。    

关键字 SUBGRADE 后面跟土壤压缩系数的值。该值应在 SUPPORT（支座）命令之前由最近的 UNIT 语句指定的当前单位系统中给出。

PRINT（打印）选项：打印每个节点的影响面积。

COMP（仅受压）选项：将生成只压弹簧。

使用 MULTI（多线性）选项：自动生成多线性弹簧。在每个 MAT（筏板）命令（带有“多线性”选项）之后增加相关的多线性曲线，用于定义位移-弹簧常数曲线。关于该输入格式的更多说明请参见TR.27.4 Multilinear Springs [多重线性弹簧支座] 命令。实际使用的弹簧常数将是基底压缩系数（前面输入的 f3）乘以影响面积（由 STAAD 计算出来的）再乘以输入曲线的 si 值（曲线的刚度值很可能在 0.0 到 1.0 之间）。     

SPRINGS d1 f1 d2 f2 … dn fn

示例

SUPPORTS
1 TO 126 ELASTIC MAT DIREC Y SUBG 200.
1 TO 100 PLATE MAT DIREC Y SUBG 200.
YR -.01 .01 PLA MAT DIR Y SUBG 200 MUL
SPRINGS -100 2.0 -0.51 2.0 -0.50 1.0 0.0 0.0 1000 0.0

上述命令指示 STAAD 自动生成从节点 1 到节点 126 的支座弹簧。STAAD.Pro 将首先计算出每一个节点在平行于整体坐标 Y 轴方向的影响区域，然后将影响区域的面积乘以土壤的压缩系数 200.0，从而求得作用于各个节点上的弹簧系数。在第二个例子中，板 1 到 100 的节点将使用土壤压缩系数为 200 的弹簧支座。

注意

  1. 程序将根据 ELASTIC MAT（弹性筏板）命令生成的节点列表自动生成闭合表面。这个平面的面积被确定出来的同时，节点序列中的每个节点的分配面积也被自动计算出来。

    因此，在指定节点列表时，应确保这些节点构成一个封闭曲面。如果不是一个完整的闭合平面，这个平面的计算面积是不正确的，同时弹簧常数值也将是错误的。因此，节点序列中的节点应不少于三个。

  2. 连接节点序列里三个连续节点的两个相邻线段形成的内角应小于 180 度。换句话说，节点序列形成的区域应是一个外凸的多边形。下例解释了当区域的轮廓不是外凸的时候应该如何解决。

  3. 下面图中的模型是由 100 到 102 号板单元组成的，使用者想让程序给 1 到 8 节点生成弹簧支座。然而，仅仅使用 ELASTIC MAT 命令是不行的，因为 1-8 边和 8-7 边在 8 节点处形成的内角是 270 度，这违反了外凸多边形的规则。

    因此，使用者应用两个分开的命令来替代原命令：

    1 2 3 8 ELASTIC MAT DIREC Y SUBG 200.
3 4 5 6 7 8 ELASTIC MAT DIREC Y SUBG 200.
    Figure 2. 凸多边形弹性筏板生成示例

    从上面的两个命令中，3 节点和 8 节点将因此得到相应的分配。

    只有当闭合区域的平面是平行于整体平面 X-Y、Y-Z 或 X-Z 时，该命令才能起作用。对于倾斜于整体平面的区域，弹簧系数只能手工计算出来后，再使用 FIXED BUT 类型的支座约束命令添加。