G.17.2.3 静力几何非线性分析

在STAAD.Pro中，采用了一种可将几何非线性效应纳入分析的方法：程序会根据结构变形后的位置，在每一步中更新整体刚度矩阵与整体几何刚度矩阵 [K+Kg]。当结构变形会显著改变荷载的作用位置或分布时，平衡方程必须基于变形后的几何形态建立，而该形态在分析前是未知的。
  1. 根据输入的外荷载，通过线性静力分析计算初始变形。
  2. 利用初始变形计算构件轴力与板单元中心膜应力，并据此计算几何刚度项。程序同时计算大 delta 效应与小 delta 效应。这些项构成几何刚度矩阵 Kg，并叠加到整体刚度矩阵 K中。
  3. 对变形进行重新计算。此时基于变形后位置建立平衡，求解不平衡力。根据各构件的新位置确定切线刚度矩阵，更新 Kg 矩阵，并施加不平衡力以得到下一轮迭代结果。
  4. 重复上述步骤直至收敛。若位移过大，可在第一步线性静力分析中使用 ARC 5将位移限制为 5 英寸或其他合适数值。使用STEP 10参数将荷载分多步施加，有助于改善收敛。
  5. 通常采用默认设置： Newton-Raphson、Kg、Steps = 1，但在部分复杂工况下可调整这些参数。
  6. 不允许使用偏心梁、曲梁、索单元。不允许使用只拉/只压构件。

非线性效应仅针对弹簧、框架构件和板单元进行计算，不适用于实体单元。

在非线性分析中应检查最大位移，因为该类分析可能导致屈曲或大位移。

关于静力几何非线性分析，应注意以下限制：
  • 应通过增加步数避免单一步骤中出现过大转角。
  • 应避免过大位移、结构失稳及 / 或屈曲后行为。
  • 仅考虑几何非线性，不考虑拉压效应、接触、屈服、塑性铰或双线性特性。
  • 此分析方法不能使用实体单元。
  • 温度荷载不支持几何非线性分析。