本发明涉及结构工程领域，特别是涉及一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法。
背景技术：
节点作为结构构件的连接部分，对结构的整体受力性能影响显著，结构设计的概念中亦强调“强节点弱构件”，可见节点分析及设计，对结构工程而言意义重大。
常规节点按照规范的构造要求，一般可以满足设计的要求。随着建筑结构形式的多样化，节点构造及受力渐趋复杂，常规构造难以满足要求，需要采取有限元补充分析的量化计算手段，而节点边界条件则是影响有限元分析计算的重要因素。目前节点有限元计算，常见的边界施加形式包括位移边界、内力边界、位移与内力综合边界、子模型等。
现有节点边界施加形式中，存在不同的问题，目前存在如下四种节点边界的施加方式：
(1)位移边界：直接采用节点位移，忽略了节点各杆件交汇点位移对杆件受力的影响；
(2)内力边界：忽略了外部荷载的影响，往往难以达到平衡力系
(3)位移与内力综合边界：需要对各杆件的内力进行符号变换，过程繁琐；
(4)子模型方式施加的边界：合理的考虑了节点外部杆件的约束影响，但需要整体模型中考虑一维单元与二维单元或三维单元的耦合连接，存在计算量大、过程复杂的问题。
上述四种节点边界的施加方式，对于节点分析中的控制杆件缺乏有效的判断，均需要进行大量荷载工况的计算包络，效率低下。
技术实现要素：
为了克服现有技术之不足，针对目前节点边界施加繁琐复杂、节点分析控制杆件缺乏判定、效率低下的问题，提出了一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，该方法操作简单，实施方便，保证了节点边界施加准确、快速的同时，通过对节点控制杆件的判定，提高了节点分析的效率，具有较高的工程推广价值。
本发明的目的在于提供一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，具体步骤包括：
s101、建立整体结构模型，对整体结构模型整体进行静力分析，从整体结构模型中选取分析节点的隔离体；
s102、分别提取各荷载工况下，节点各杆件交汇点的位移，并记录所述节点各杆件交汇点的位移最大值对应的荷载工况；
s103、分别提取所述s102确定的荷载工况下，节点各杆件远端的位移值，并与s102中提取的所述节点各杆件交汇点的位移做差，得到节点各杆件远端相对于所述节点各杆件交汇点的相对位移；
s104、用各杆件远端相对于所述节点各杆件交汇点的相对位移，分别除以各杆件的长度，得到各杆件单位长度上相对于所述节点各杆件交汇点的位移值；
s105、将单位长度上相对于所述节点各杆件交汇点的位移最大的杆件作为节点的控制杆件；
s106、进行结构三维地震时程分析，分别考虑结构x方向、y方向为主输入方向的地震工况；
s107、分别提取所述节点各杆件交汇点、控制杆件远端的位移，计算控制杆件远端相对所述节点各杆件交汇点的位移时程，并取该位移最大的地震输入工况作为节点分析的控制工况；
s108、对应控制杆件远端相对所述节点各杆件交汇点的位移最大的时刻，提取控制工况下节点其他杆件的远端位移；
s109、在节点隔离体的精细有限元模型中，将s107和s108得到的相对位移值分别施加到对应杆件的远端，作为节点分析的边界，进行节点有限元分析。
优选的，所述s101所述静力分析包括恒载、活载、风及地震反应谱分析计算。
优选的，所述s101所述隔离体包含与节点相连的所有杆件。
优选地，所述节点隔离体各杆件端点坐标均按照结构整体模型中的坐标。
优选地，节所述点隔离体各杆件的长度均与结构整体模型中的杆件长度相同。
本发明的有益效果：
本发明设计方法操作简单，实施方便，节点边界施加准确、快速，通过对节点控制杆件的判定，保证节点分析精度的同时，提高了节点分析的效率，具有较高的工程推广价值。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明实施例的基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法的流程图；
附图2为根据本发明实施例的节点隔离体示意图；
具体实施方式
为清楚地说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。
应该理解的是，本发明所涉及的一些基本技术概念例如结构模型、静力分析及地震反应谱分析等等本身是已知的，因此本文重点阐述本发明所涉及的基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法的原理及应用。
参见图1至图2，本实施例中基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法包括步骤如下：
s101、建立整体结构模型，对整体结构模型进行静力分析(包括恒载、活载、风及地震反应谱分析计算)，从整体结构中选取分析节点的隔离体，隔离体包含与节点相连的所有杆件；
s102、分别提取各荷载工况下，节点各杆件交汇点(o点)的位移，并记录o点位移最大值为62.603mm；
s103、分别提取对应步骤二工况下节点各杆件远端的位移值，并与步骤二中提取的o点的位移做差，得到节点各杆件远端1～8相对于o点的相对位移分别为10.649mm、-2.867mm、0.612mm、5.290mm、5.335mm、7.580mm、1.677mm及-16.662mm；
s104、用各杆件远端相对于o点的相对位移，分别除以各杆件的长度，得到各杆件单位长度上1～8相对于o点的位移值分别为3.54mm、-1.59mm、0.15mm、1.09mm、1.98mm、1.28mm、0.32mm及3.59mm；
s105、单位长度上相对于o点的位移最大的杆件为o8杆，作为节点分析的控制杆件；
s106、进行结构三维地震时程分析，分别考虑结构x方向、y方向为主输入方向的地震工况；
s107、分别提取节点各杆件交汇点o、控制杆件远端的位移，计算控制杆件远端相对o点的位移时程，并取该位移最大的地震输入工况为1.0×恒载 0.5×活载 1.3×y向为主的地震，作为节点分析的控制工况；
s108、对应控制杆件远端相对o点位移最大的时刻为t＝7.0s，提取控制工况下节点其他杆件的远端位移，并计算相对于o点的3个平动位移及3个转动位移分别为：1(-3.29，-1.59，-0.558，1.411e-4，-5.3e-5，6.27e-5)、2(0.80，-0.111，1.040，9.51e-5，4.0e-6，1.5e-5)、3(-0.11，1.424，3.543，3.81e-5，1.737e-4，-3.9e-5)、4(-1.27，1.075，0.479，-2.216e-4，3.3e-5，-2.1e-5)、5(-1.31，-0.655，-3.954，-4.376e-4，-8.3e-5，1.88e-5)、6(-1.38，-4.06，-10.864，-2.706e-4，-1.0e-4，1.051e-4)、7(0.13，-3.838，-7.564，-1.676e-4，-2.43e-4，2.185e-4)、8(4.11，-0.946，3.344，2.302e-4，3.008e-5，-8.08e-5)，其中平动位移单位为mm，转动位移单位为rad；
s109、在节点隔离体的精细有限元模型中，将步骤七、步骤八得到的相对位移值分别施加到对应杆件的远端，作为节点分析的边界，进行节点有限元分析。
本实施例所提出的基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，概念清晰，操作可行，设计方便，通过对节点控制杆件的判定，保证节点分析精度的同时，提高了节点分析的效率，具有较高的工程推广价值。
虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。
1.一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，其特征在于包括如下步骤：
s101、建立整体结构模型，对整体结构模型整体进行静力分析，从整体结构模型中选取分析节点的隔离体；
s102、分别提取各荷载工况下，节点各杆件交汇点的位移，并记录所述节点各杆件交汇点的位移最大值对应的荷载工况；
s103、分别提取所述s102确定的荷载工况下，节点各杆件远端的位移值，并与s102中提取的所述节点各杆件交汇点的位移做差，得到节点各杆件远端相对于所述节点各杆件交汇点的相对位移；
s104、用各杆件远端相对于所述节点各杆件交汇点的相对位移，分别除以各杆件的长度，得到各杆件单位长度上相对于所述节点各杆件交汇点的位移值；
s105、将单位长度上相对于所述节点各杆件交汇点的位移最大的杆件作为节点的控制杆件；
s106、进行结构三维地震时程分析，分别考虑结构x方向、y方向为主输入方向的地震工况；
s107、分别提取所述节点各杆件交汇点、控制杆件远端的位移，计算控制杆件远端相对所述节点各杆件交汇点的位移时程，并取该位移最大的地震输入工况作为节点分析的控制工况；
s108、对应控制杆件远端相对所述节点各杆件交汇点的位移最大的时刻，提取控制工况下节点其他杆件的远端位移；
s109、在节点隔离体的精细有限元模型中，将s107和s108得到的相对位移值分别施加到对应杆件的远端，作为节点分析的边界，进行节点有限元分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，其特征在于：所述s101所述静力分析包括恒载、活载、风及地震反应谱分析计算。
3.根据权利要求1所述的一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，其特征在于：所述s101所述隔离体包含与节点相连的所有杆件。
4.根据权利要求1所述的一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，其特征在于：所述节点隔离体各杆件端点坐标均按照结构整体模型中的坐标。
5.根据权利要求1所述的一种基于相对位移的节点分析及控制杆件确定方法，其特征在于：所述节所述点隔离体各杆件的长度均与所述结构整体模型中的杆件长度相同。
技术总结