鋼結(jié)構(gòu)有效質(zhì)量自由度數(shù)

鋼結(jié)構(gòu)有效質(zhì)量自由度數(shù)一、基本自由度如同建筑結(jié)構(gòu)的形式多種多樣一樣，支撐著結(jié)構(gòu)體系的“骨架”——鋼結(jié)構(gòu)在計(jì)算簡(jiǎn)圖、計(jì)算方法方面也是相當(dāng)豐富的。結(jié)構(gòu)分析的精度與結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜程度未必總是對(duì)應(yīng)，理論上講，只要能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)“單元化”，即把復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解成若干基本體，使基本體只具有平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度這兩種基本“自由度”，那么結(jié)構(gòu)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程就可以建立起來(lái)，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。對(duì)于桿系結(jié)構(gòu)，桿件的基本自由度為平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度兩種。當(dāng)忽略桿件的軸向變形時(shí)，桿件只有平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如果桿件是直桿，其平動(dòng)自由度為1，而彎曲自由度為0，全部自由度為1。如果桿件為圓管，其平動(dòng)自由度仍為1，但彎曲自由度為2，全部自由度為3。對(duì)于空間結(jié)構(gòu)，基本體一般應(yīng)具有三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，但當(dāng)考慮幾何不變體系的整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，還應(yīng)包括一個(gè)整體平移自由度和一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。二、支撐自由度支撐是鋼結(jié)構(gòu)體系中一類十分重要的構(gòu)件。支撐的作用主要是限制結(jié)構(gòu)體系中不需要的某些位移，施加一定的約束反力，以改善結(jié)構(gòu)整體的受力性能。例如，限制梁的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)變形；將柱子的側(cè)向位移限制在一定范圍內(nèi)；固定住梁、柱的某一部分，使其不發(fā)生局部失穩(wěn)；以及減小梁、柱間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)等。支撐的存在不僅使結(jié)構(gòu)本身的受力性能得到改善，還可以利用其約束反力來(lái)減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的某些局部彎矩，從而節(jié)省材料，減輕自重。三、連接自由度連接是鋼結(jié)構(gòu)體系中另外一個(gè)十分重要的組成部分。“安裝”和“制造”是鋼結(jié)構(gòu)連接的兩個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。良好的連接可以保證結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。連接的質(zhì)量在很大程度上決定了整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量。從力學(xué)角度來(lái)看，連接可以劃分為剛性連接和柔性連接兩大類。剛性連接是可以阻止連接件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式，相應(yīng)地，連接的反力應(yīng)包括固定反力和摩擦反力；而柔性連接是可以允許連接件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式，因此連接的反力主要是由彈簧產(chǎn)生的反抗變形的彈力。從工程實(shí)踐來(lái)看，連接又可以分為可拆連接和不可拆連接。不可拆連接如螺栓連接、高強(qiáng)螺栓連接、焊接連接等，這些連接方式一般用于永久性連接，即一旦連接完成就不可再行分離?？刹疬B接包括一切可臨時(shí)裝拆的連接方式，如鉚釘連接、普通螺栓連接、彈簧板連接、鍵連接、銷(xiāo)連接等等。可拆連接為裝配式結(jié)構(gòu)的組裝帶來(lái)了方便，也為結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的維護(hù)提供了可能。四、局部自由度與支撐的作用相反，某些支撐的作用是將結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)的不協(xié)調(diào)變形盡可能消除掉，這些支撐的布置是很有講究的，具體布置方式根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的受力情況來(lái)決定。具有這種支撐的結(jié)構(gòu)區(qū)域稱為“無(wú)約束區(qū)”。當(dāng)然，如果這種“無(wú)約束區(qū)”不滿足設(shè)計(jì)要求，則必須增加額外的支撐以滿足要求。實(shí)際上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，“無(wú)約束區(qū)”是不應(yīng)該出現(xiàn)的。如果一個(gè)構(gòu)件在某個(gè)方向上的約束反力為零，那么這個(gè)構(gòu)件在這個(gè)方向上就是無(wú)約束的，也就是這個(gè)方向上的局部自由度。局部自由度常常存在于一些細(xì)長(zhǎng)或薄壁的結(jié)構(gòu)形式中。例如一些薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，