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结构小站 | XTRACT工具助手

众所周知,XTRACT是一款截面分析的小工具,对于异形复杂截面的矩曲率分析(Moment Curvature)、压弯包络分析(PM Interaction)和Capacity Orbit分析,是非常方便的。


 1   N-M曲线


我们先来复习一下大学课本中的偏心受压构件的N-M曲线及破坏模式。具体详见《混凝土结构基本原理》。


▲ N-M曲线


对于给定截面、配筋、材料强度的偏心受压构件达到极限承载能力时,截面承受的内力设计值N、M并不是独立的,而是相关的。从上图中可以看出,A点是对应纯压状态下的构件的极限承载力(e=0)。


随着偏心e的增大,构件的承载力逐渐从A过渡到C,为小偏心受压破坏段。从A到C,轴力增加时,构件的弯矩承载力逐渐降低。在这段范围内,构件的破坏模式类似我们书本中常说的超筋梁的破坏,即受压区的混凝土达到极限压应变,这时受拉区的钢筋还没受拉服或者拉区的钢筋还处于受压状态是一种脆性破坏。


D点是大小偏心的临界点,这时,在拉区钢筋受拉屈服的同时,受压区混凝土刚好达到极限压应变。过了D点,从D到F点,为大偏心受压破坏。在这段范围内,轴力的增加,弯矩也会有所增加。它的破坏模式是,拉区的钢筋先受拉屈服,随后受压区的混凝土才达到极限压应变,受压钢筋也受压屈服,为延性破坏。

▲ 典型偏心受压构件的N-M曲线及内力分布


上图是一个典型的偏心受压构件的N-M曲线及其内力分布,只要构件的内力位于其N-M曲线内,就说明构件是安全的,非常直观。


 2   XTRACT


XTRACT是一个非常方便的截面分析工具,它最初是加州伯克利分校的一个名为UCFyber的学术研究工具。


▲ XTRACT


XTRACT主要思路也是根据各种材料本构关系,基于平截面假定,用fiber划分截面进行全过程非线性分析。因此,在使用过程中要注意截面是否满足平截面这个假定的前提。

▲ 平截面假定


其混凝土本构关系采用mander模型(取值及来源可查阅UCfyber说明、 mander模型可参见范立础《桥梁延性抗震设计》146页~149页Mander模型等),一般分为非约束和约束两种,用于模拟非核心区及核心区混凝土。


▲ 约束混凝土和非约束混凝土


大家也可以根据需要导入自定义的材料本构关系,例如导入中国规范的混凝土本构关系,如下图所示。


▲ 自定义材料本构关系


XTRACT是非常方便的,但是对于一些异形的截面形状、钢骨或钢筋排布,建模相对来说是非常麻烦的,特别是在截面大小或者钢骨形式需要调整时,工作量会更大。


▲上海中心的王字型巨柱


▲ XTRACT中的截面形状定义


 3   XTRACT工具助手


对于这种异形的截面、钢骨或者钢筋,在CAD绘制是非常方便的。因此,小编在工作之余利用LSP工具编写了一个从CAD到XTRACT转化的工具。利用这个工具,可以将在CAD中绘制好的任意截面转化为XTRACT文件,转化之后,可以直接分析,不需要再做任何设置、修改。如下所示。


▲ XTRACT工具助手界面


使用步骤:

(1)在CAD中需要分析的截面绘制好(包含混凝土截面、钢骨、钢筋排布),单位为N-mm,截面形状需要是闭合的多段线,钢筋应是实际大小的圆;

(2)在CAD中加载XTRACT工具助手,输入命令ycz_xtract;

(3)根据需要设置好材料信息、网格大小等信息;

(4)根据提示依次选择混凝土、钢骨、钢筋的截面外形;

(5)打开XTRACT,打开生成的XPJ文件,点击计算即可。


下面看几个常见的案例应用。


▲ SRC柱截面


▲ CFT柱截面


▲ 异形截面


下载地址:

下载地址:ycz007.ys168.com

工具命令:ycz_xtract

注意事项:需要安装opendcl


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作者: ganggouren

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