结构力学问题的计算机求解SAP基础Word文档格式.docx
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阶段(增量)施工;
徐变﹑收缩和老化效应;
弹性屈曲分析;
稳态和功能谱密度分析;
基础隔震与减震分析。
SAP2000适用范围很广,主要适用于模型比较复杂的结构,如桥梁,体育场,大坝,海洋平台,工业建筑,发电站,输电塔,网架等结构形式,当然高层等民用建筑也能很方便的用SAP建模、分析和设计。
SAP2000中文版是由北京金土木软件技术有限公司、中国建筑标准设计研究院与美国ComputersandStructures,Inc(CSI)公司共同研制开发的通用结构分析与设计软件,它是一个有完整功能的程序,可用于最简单和最复杂的项目。
SAP2000引入中国后,添加了中国的建筑及桥梁设计规范,使得SAP2000更易于被中国工程界广泛应用,从而推动中国工程领域的发展。
SAP2000中文版2004年11月正式发布,经过近10年的发展,SAP2000中文版的用户已经遍及全国各个省市及香港、台湾地区。
SAP2000中文版软件正在中国基础设施建设发挥着越来越重要的作用,SAP2000为各地的标志性建筑提供了强大的分析动力。
二、SAP2000操作基本过程
在SAP2000中模型的操作过程主要分为三大步骤,即建立模型、模型分析、模型设计。
下面以一个流程图表示典型模型的基本过程。
典型模型基本操作流程图
2静定结构的内力图与变形曲线
一、连续梁的内力图与变形曲线
例【15-1】试用SAP2000求解图15-1所示多跨连续梁的内力图与变形曲线。
图15-1
第一步:
运行SAP2000,进行初始化设置。
图15-2
运行SAP2000程序,打开程序界面,如图15-2所示。
点击界面左上角工具条中【新建模型】按钮
,或依次点击【文件】>
【新模型】,弹出新模型对话框,将单位制下拉列表的初始化单位制设置为“KN,m,C”,如图15-3所示。
图15-3
第二步:
建立模型
可按六跨、每跨2m的连续梁建立模型。
选择梁模板,弹出梁对话框,填写跨数6,跨长2,截面属性默认即可,如图15-4所示。
需要说明的是,用SAP2000求解结构力学问题时,静定结构的内力与杆件的刚度无关,超静定结构的内力只与结构的相对刚度有关,故截面属性可不定义而采用默认值即可。
还需要注意的是,杆件的变形与杆件的绝对刚度有关,因此,杆件的变形值需要再乘上与刚度有关的量值,当然也可按照实际情况定义截面形状。
有关超静定结构的求解问题详见下节内容。
图15-4
点击工具栏上设置显示选项按钮
,弹出激活窗口选项对话框,如图15-5所示,勾选节点标签、框架/索/钢束标签,点击【确定】,会显示节点编号和单元编号。
图15-5
选择2、4、6三节点,点击【指定】>
【节点】>
【约束】,弹出节点约束对话框,如图15-6所示,点击按钮
,去掉节点2、4、6处的支座。
同样的步骤,设置节点1约束为固定端,如图15-7所示。
图15-6图15-7
选择杆件1、3、5,点击【指定】>
【框架】>
【释放/部分固定】,弹出指定框架释放对话框,释放杆件右端弯矩,如图15-8所示。
同样的步骤,释放杆件2、4、6,杆件的左端弯矩,如图15-9所示。
指定约束、释放约束时,需要注意杆件局部坐标系的方向。
在SAP2000中,局部坐标系的规定如下:
红色—1轴、白色—2轴、蓝色—3轴;
1轴为轴向,从i点到j点;
当杆件为水平时,2轴的方向与整体坐标系的z轴正向一致;
而当杆件为竖直时,2轴方向与整体坐标系X轴正向一致,3轴为右手螺旋规则,依据1、2轴而定。
再释放约束之前,也可以激活窗口选项对话框(图15-5)中勾选节点局部坐标轴在视图中显示杆件局部坐标,再根据坐标轴的颜色来判断坐标轴。
图15-8图15-9
点击【定义】>
【荷载模式】,弹出定义荷载模式对话框,设置DEAD自重乘数为0,如图15-10所示。
需要说明的是,在求解结构力学问题时,荷载时一次性加在结构上的,故只需要定义一种荷载模式、一种荷载工况即可。
SAP2000的DEAD荷载模式是计算结构自重的,当自重乘数为1时,表示计算全部结构自重;
当自重乘数为0时,不计算结构自重;
当重乘数为0与1之间的数时,计算部分结构自重。
本例是求解结构力学问题,不考虑结构自重,故自重乘数修改为0。
15-10
施加集中荷载,选择杆件2,点击【框架】>
【框架荷载】>
【点】,弹出框架集中荷载对话框,如图15-11所示,施加集中力矩。
图15-11图15-12
施加节点荷载,选择节点4,点击【节点】>
【节点荷载】>
【力】,弹出节点荷载对话框,如图15-12所示,施加节点集中荷载。
施加杆件均布荷载,选择杆件6,点击【框架】>
【分布】,弹出框架分布荷载对话框,如图15-13所示,施加均布荷载。
图15-13
第三步,运行分析
点击
按钮或【分析】>
【运行分析】,弹出设置运行的荷载工况对话框,因是结构力学求解问题,只需要运行DEAD工况即可,不需要运行MODAL模态分
析工况,如图15-14所示,点击现在运按钮即可进行计算分析,在计算分析之前需要保存模型文件。
图15-14
第四步,结果查看
按钮或【显示】>
【显示力/应力】>
【框架/索/钢束】,弹出框架的构件受力图对话框,如图15-15所示。
勾选弯矩3-3,点击确定显示该连续梁的弯矩如图15-17所示。
勾选剪力2-2,点击【确定】显示该连续梁的剪力如图15-18所示。
【显示变形形状】,弹出变形后形状对话框,如图15-16所示,点击【确定】显示变形曲线如图15-19所示。
需要注意的是,可以调整比例系数来调整变形曲线的显示幅度。
图15-15图15-16
图15-17
图15-18
图15-19
点击【显示】>
【显示表格】,弹出选择显示表对话框,可以分析结果中勾
选需要查看的结果,如图15-20所示。
图15-21是以表格形式显示的杆件的内力。
图15-20
图15-21
二、桁架的内力图与变形曲线
例【15-2】试用SAP2000求解图15-22所示桁架的内力图与变形曲线。
图15-22
建立空白模型,视图区任意位置点击鼠标右键,点击【编辑轴网数据】,弹出坐标/轴网系统对话框如图15-23,点击【修改显示系统】按钮弹出【定义网格系统数据】对话框,定义轴网数据如图15-24,点击【确定】按钮,在视图区显示轴网。
图15-23
图15-24
图15-25
点击左侧工具栏中绘制框架/索单元按钮
,弹出对象属性对话框如图15-25,因该桁架为静定结构,故不需要定义材料属性和截面属性,采用程序默认值即可。
在绘制桁架
杆件时,需要注意修改弯矩释放为Pinned,即铰接。
修改完成后就可以按照图15-22的结构绘制桁架杆件了。
每根杆件绘制完成后可以点击鼠标右键退出该杆件的绘制,全部杆件绘制完成后可以按【Esc】退出。
值得提醒的是,绘制杆件时,可以连续绘制而不必每次绘制完单根杆件都点击鼠标右键退出。
绘制完桁架杆件后,再按照前面介绍的方法定义荷载模式、指定节点荷载和节点约束,之后就可以进行分析了。
结果显示的方法和例题1类似,不再赘述。
图15-26显示的是桁架的内力图(轴力图),如15-27显示的是桁架的变形曲线。
图15-26
图15-27
三、三铰拱的内力图与变形曲线
例【15-3】试用SAP2000求解图15-28所示三铰拱的内力图与变形曲线。
图15-28
按照【例15-2】的方法定义轴网后,点击左侧工具栏中绘制框架/索单元按钮
,弹出对象属性对话框如图15-29,设置弯矩释放为Pinned铰接,线对象类型为CurvedFrame,即曲线框架。
依次点击A、C点后,弹出曲线框架几何形状对话框,在曲线类型下拉框中选择CircularArc-3rdPointCoords,即以3点坐标定义圆弧线,输入坐标后可以刷新平面视图,点击【确定】完成曲线框架AC的定义。
同样的方法建立BC部分。
图15-29
图15-30
建立曲线框架后,需要为其指定荷载。
定义荷载模式的方法不再赘述,加载时需要注意的是荷载方向要选择XProjected,点击【确定】,会显示荷载沿AC连线作用,且荷载值变为7.07kN/m,如图15-31。
模型建好之后就可以运行分析,图15-32显示的是支座反力图,图15-33显示的是剪力图,图15-34显示的是弯矩图,图15-35显示的是轴力图,图15-34显示的是变形曲线。
图图15-31
图15-32
图15-33
图15-34
图15-35
图15-36
四、超静定刚架的内力图与变形曲线
例【15-4】试用SAP2000计算图15-37所示刚架。
各杆EI=常数。
图15-37
第一步,运行SAP2000,进行初始化设置
此步与第二节中步骤一样,在此不再赘述。
第二步,建立模型
可按一层两跨的二维框架建立模型。
选择二维框架模板,弹出二维框架对话框,填写楼层数1,楼层高度1,开间数2,开间1,截面属性默认即可,如图15-38所示。
图15-38
需要说明的是,在SAP2000中,如果分析中只考虑弯曲变形,需要通过将面积属性修正参数设为一个比较大的数如1000,并将剪切属性修正系数设置为0实现这一点。
【截面属性】>
【框架截面】,弹出框架属性对话框如图15-39,因程序默认截面属性只有FSEC1,故直接点击修改/显示属性按钮,弹出I/WideFlangeSection对话框,如图15-40,点击截面属性按钮可以查看截面属性如图15-41;
点击设置修正按钮,弹出框架属性/刚度修正对话框,设置修正如图15-42所示。
如不设置面积属性修正,计算分析时将同时考虑轴向变形、剪切变形、弯曲变形。
二者所得结果有些许的差别,计算分析时可以作为对比。
图15-39
图15-40
图15-41
图15-42图15-43
设置显示节点编号和杆件编号,设置方法已在第二节中,在此不再赘述。
点击杆件3,按Delete键删除。
选择节点6,按照第一节中的方法设置节点6约束为固定端,如图15-43所示。
按照第二节所述的方法设置2节点为铰接。
【荷载模式】,弹出定义荷载模式对话框,设置DEAD自重乘数为0,如图15-44所示。
图15-44
施加杆件均布荷载,选择杆件4
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