Support Topics

支援主题/ Engineer's Studio® 平板要素和Frame要素的截面力的差异

平板要素上发生的截面力与Frame要素的截面力存在几点不同。这里，一边对Frame要素进行比较一边进行解说。

平板要素截面力的单位

Frame要素上发生的截面力中包括轴力N(kN)、弯矩M(kNm)和剪切力S(kN)。平板要素截面力上发生的截面力包括面内垂直力N(kN/m)、面外弯矩M(kNm/m)、面外剪切力S(kN/m)。所以，首先要注意的是单位不同。Frame要素中与“力”的单位相同，平板要素截面力是“每1m的力”作为单位。这是因为，作为数学模型，Frame要素是一维要素而平板要素是二维要素。

平板要素截面力的成分

Frame要素具有如图1所示的坐标系时，截面力有6个成分。即， 　　Nxp、Mxp、Mzp、Myp、Syp、Szp Frame要素中，相对主轴坐标系xp-yp-zp定义了截面力，通过标记principal axis 的「p」进行表现。这里，Mxp因为是扭矩，也有作为T来表现的。 平板要素具有如图2所示的要素坐标系时，截面力有10个成分。即， 　xl轴对于作为法线的面：Nxl、Nxlyl、Mxl、Mxlyl、Sxl 　yl轴对于作为法线的面：Nyl、Nylxl、Myl、Mylxl、Syl 像这样，平板要素通过要素坐标系来定义，作为计算结果截面力的主值被算出。 这里重要的要点是，Frame要素中部材轴仅对于充当法线的1个面考虑截面力，而在平板要素中，相对要素坐标系的2个轴考虑截面力。这也正是Frame要素属于一维要素（因此1个面）、平板要素属于二维要素（因此2个面）的差异所在。平板要素的截面力成分如图3所示。该图中双重箭头标识力矩。让双重箭头的轴旋转的力便是力矩。 ■图1　Frame要素的坐标系（主轴坐标系） ■图2　平板要素的坐标系（要素坐标系） ■图3　平板要素的截面力定义 （出典：Koichi MAEKAWA, Amorn PIMANMAS and Hajime OKAMURA: Nonlinear Mechanics of Reinforced Concrete, Spon Press, March 2003 (ISBN10:0415271266/ISBN13:9780415271264)）

与Frame要素截面力的关系

接下来尝试关联图1中Frame要素的截面力和相对应的图2中平板要素的截面力。 　　轴力：Nxp ? Nxl 　　弯矩：Mzp ? Mxl 　　弯矩：Myp ? （无） 　　扭矩：Mxp ? Mxlyl 　　剪切力：Syp ? Sxl 　　剪切力：Szp ? Nxlyl 令人吃惊的是，与Frame要素的Myp相当的平板要素的截面力不存在。这是因为平板要素不能够绕zl轴旋转（=平板要素的法线轴旋转）。 理所当然，Frame要素中因为仅对1个面考虑，平板要素中没有对应 　　Nyl、Nylxl、Myl、Mylxl、Syl（yl轴为法线的面） 的截面力。 为此，图2的例中可以知道『Frame要素的6个成分Nxp、Mxp、Mzp、Myp、Syp、Szp所对应的平板要素的截面力为xl 轴作为法线的面所对的Nxl、Nxlyl、Mxl、Mxlyl、Sxl5个成分』。 另外，如上所述，回忆平板要素截面力是每1m的力。这意味着，截面宽度的方向平板要素的截面力发生变化。Frame要素中不存在这种情况。因此可以说，Frame要素是截面的全部宽度的截面力，平板要素是截面宽度方向单位宽度的截面力。

运用Enginner's Studio® 的研究成果

地震工学相关欧州组织的公式机关杂志上发表了运用Enginner's Studio®的研究成果，介绍如下。 1) 機関誌： Bulletin of Earthquake Engineering」(December 2012,Volume 10, Issue 6, pp 1857-1883) 2) 站点： http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10518-012-9375-6?LI=true 3) 标题： ?Shaking table tests of structures with hysteretic dampers: experimental results versus prediction using non-linear static methods?（FORUM8訳：具有履历型减振器构造的振动台实验结果与运用非线形静力手法的预测） 4) 著者： Amadeo Benavent-Climent?David Escolano-Margarit 西班牙 格拉纳达大学 Depar tment of Mechanics of Structures（原文为英文） 5) 概要（FORUM8 译） 新设及既设两种建筑物，今年来使用受动控制型耐震履历型减振器的指数在增大。构造系统中为了利用履历型减振器，基于理论研究得到的知识和实验结果验证到的知识两方面，单纯化设计顺序的作业非常重要。非线形静力手法(Non-linear Static Procedure: NSP)在近年，作为一般力学方法的代替手法被提供。NSP在旧来型构造中的利用被大量验证，在具有履历型减振器的系统上NPS可以得到怎样程度的利用相关实验的信息尚显不足。本研究中，对于具有1开间1层1:2比例，有履历型减振器和没有2个种类的构造，进行振动台实验复数实验。实验得到的横向变位和剪切相关，拥有该减振器构造的最大应答和以下3项常见的NS进行预测比较。 (1)FEMA 440改良版本的耐力谱法(Capacity Spectrum Method: CSM) (2)FEMA 440改良版本的Displacement Coefficient Method: DCM (3)Eurocode 8中实行的N2法 一般来说，通过改良版本的DCM及N2法，预测显示出可以接受的正确度，CSM有应答过小评价的倾向。 ■ Engineer's Studio® 2.01发布　～ 向UC-win/FRAME(3D) 移行 Ver 2.01的对应中，包含临界状态设计码的支持。加上若干新功能，包含了UC-win/FRAME(3D)全部主要功能，被认为是本产品的重要版本发布。此外，关于UC-win/FRAME(3D)新售后服务合约，已经宣布今后将不再继续提供服务。这对许多用户而言是前进了一大步。这里就UC-win/FRAME(3D)和Engineer's Studio®的功能比较进行介绍。 ●Engineer's Studio® Ver.2和UC-win/FRAME(3D)功能比较 　　◎=功能强化、○=对应、×=未对应 项目 功能 ES F3D 解析 静力解析、动力解析、固有值解析、影响线解析（1根棒） ○ ○ 非线形解析 材料非线形、几何学非线形（大变形理论）、复合非线形 ○ ○ 计算引擎 　 64bit 32bit 适用理论 微小变位理论、大变位理论、弹性板的梁理论 Bernoulli-Euler梁理论、Timoshenko梁理论（剪切变形考慮） ○ ○　 Reissner-Mindlin理论（平板要素的适用理论） ○ × 要素 弹性梁要素、刚体要素、弹簧要素、Ｍ-φ要素、纤维要素 ○ ○ 平板要素（弹性）、平板要素（RC非线形、层压）、Cable要素、衰减要素（速度应乘型粘性减振器） ○ × 边界条件 节点：6自由度（自由?固定?弹簧）弹性梁要素：分布弹簧 连成弹簧（在节点定义） ○ ○ 材料种类 混凝土、钢筋、PC钢材、钢板、炭素纤维布、芳纶纤维布 弹性材料、非构造材料 ○ ○ 荷载 节点荷载、部材荷载（梁要素）、温度荷载 （梁要素）、强制变位、初期截面力 ○ ○ 内力荷载、平板体积力、平板面荷载、平板地盘变位、平板动水压、Cable要素：分布荷载（Cable全长上分布荷载）、温度荷载 ○ × 自动生成荷载 死荷载、预应力荷载、水平震度荷载 ○ ○ 静力荷载 单调增加、重复（一定、增加）、反转重复（一定、增加） ○ ○ 动力荷载 加速度波形 ○ ○ 动力解析 Newmark-β法（β=1/4）的直接积分法 ○ ○ 衰减 要素別刚性比例型、Rayleigh型、要素別Rayleigh型 ○ ○ 质量矩阵 整合质量矩阵、集中质量矩阵 ○ ○ 非线形特性 Ｍ-φ特性???双折线、三折线、四折线 弹簧特性???双折线、三折线、四折线、名古屋高速橡胶支承型、BMR减振器 滞回（纤维要素用）??? 　　混凝土：2次曲线、Hoshikuma、COM3、JSCE、Mander 　　钢材：双折线、三折线　／　纤维布：线形（只能拉伸） 纤维要素的种类???纤维要素(原始、1次、2次) ○ ○ 设计支援 纤维要素的损伤表示、Ｍ-φ要素的损伤表示、弹簧要素的损伤表示 梁要素的应力度校核、梁要素的耐力校核、梁要素的曲率校核 弹簧要素的校核 ○ ○ 道路桥的残留变位校核功能（道示）、临界状态设计（土木学会、铁道标准） ◎ ○ 平板要素的轮廓图 ○ × 模型作成 表形式输入、复数的模型表示 ○ × 撤销重做功能、大规模模型对应、模型范围扩大 ◎ ○ 模型的复制粘贴 ◎ ○ 导入 fsd文件（FRAME Manager）、f3d文件（UC-win/FRAME(3D)） sdf文件（Steel Detailing Neutral File ） ○ ○ $o1文件（旧FRAME Manager）、e2d文件（Engineer's Studio面内） ○ × 导出 rc2文件（UC-win/Section） ○ ○

(Up&Coming '13　春季号刊载)

Up&Coming