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结构分析软件SAP2000介绍

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发表于 2013-8-6 23:15:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
SAP2000具有极强的功能,如建模功能(二维模型、三维模型等)、编辑功能(增加模型、增减单元、复制删除等)、分析功能(时程分析、动力反应分析、push-over分析等)、荷载功能(节点荷载、杆件荷载、板荷载、温度荷载等)、自定义功能、以及设计功能等等。

这些功能的实现均是在同一个可视化界面中实现的,用户界面非常友好。它可以模拟大量的结构形式,包括房屋建筑、桥梁、水坝、油罐、地下结构等等。下面着重对其建模功能和分析功能作详细介绍。
先进的分析技术提供了:逐步大变形分析、多重P-Delta效应、特征向量和Ritz向量分析、索分析、单拉和单压分析、Buckling屈曲分析、爆炸分析、针对阻尼器、基础隔震和支承塑性的快速非线性分析、用能量方法进行侧移控制和分段施工分析等。

建模功能
SAP2000作为有限元结构分析程序,它的模板中提供了工程中常见的结构形式模型以及许多普通程序无法实现的复杂模型,如桥梁、拱坝、水箱和高层建构筑物等。它的建模界面非常友好,是基于视窗的图形化界面,在这个可视化界面中可以利用这些预设的模块库快速建立模型。一般在选定模型后,只需要将对应的一些数据改变一下,就可以在瞬间内建立用户所要的建筑模型,非常快捷方便。
在SAP2000中建模,实际结构单元用对象来体现,先定义出所使用的材料性质,如钢材(steel)、混凝土(concrete)和铝材(aluminum),再在图形界面中画出对象的几何分布,然后指定荷载和属性到对象上建立实际构件模型。程序包含下列对象类型:点对象、线对象、面对象、实体对象。在各个SAP2000版本中,由于面向对象技术的出现,建模时无需像以前那样,把模型划分为足够细的单元进行分析,而只要给出结构的基本框架即可。因为当运行SAP2000进行分析时,程序自动将建立的面对象的模型转换成基于有限元的模型。这种基于有限元的模型称为分析模型,它由传统的有限元单元和节点构成。在分析结束后把分析的结果又传回面向对象模型。用户可以控制网格划分,如细分的程度,以及如何处理相交单元的连接等。用户可以手工对模型进行网格划分来做到对象和单元的一一对应。
从以上可知,在SAP2000中建模的一般原则是,对象的几何特性应与实际构件相对应,这样可以简化模型并有利于设计过程。同时,图形界面中亦提供多种有效工具去建立模板中未给出的其它结构模型,甚至可利用内定基本模型及最佳设计去修正模型。


分析功能
SAP2000程序有别于其它一般结构有限元程序的最大特点就在于它的强大的分析功能。SAP2000中使用许多不同类型的分析,它基本上集成了现有结构分析中经常遇到方法,如时程分析、地震动输入、动力分析以及Push-over分析等等。另外还包括:静力分析、用特征向量或Ritz向量进行振动模式的模态分析、对地震反应的反应谱分析等等。这些不同类型的分析可在程序的同一次运行中进行,并把结果综合起来输出。
1.荷载工况及组合
荷载代表了对结构的作用,如外力、压力、支座位移、温度应力、地面加速度及其它。用户可以对对象定义包括多种荷载的荷载工况,程序自动计算出地面加速度荷载。为计算在荷载工况下结构的响应,用户必须定义荷载工况施加的方式(如:静力的、动力的等)以及结构的分析方式(如:线性的、非线性的等)。同一个荷载工况可以在不同的分析中以不同方式施加。用户可以任意的定义荷载工况。一般情况下,常定义的荷载工况有静荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、温度荷载等。需要独立变化的工况,不管是用于分析或是因为施加方式,应该定义为独立的荷载工况。对定义的每个荷载工况,程序自动生成荷载向量r和静力位移u的解,每个荷载工况包括:①框架和(或)壳单元的自重荷载;②框架单元的集中或分布荷载:③壳单元上的均布荷载:④节点上的力和(或)地面位移荷载[69-70]。进行每一个不同的分析称为分析组合,作为分析组合的一部分,对每个分析组合分配一个量,这些标号可用于产生另外的组合和控制输出。分析组合的基本类型有:
·荷载组合或荷载(Load Case or Load)--荷载基本的空间分布,静力分析的对应结果;
·振型(Mode)--特征向量或Ritz-Vector,相应的频率,振动模态分析的结果;
·反应谱(Spec)--反应谱分析的基本结果。
2. 静力线性分析
3.模态分析
用户可以任意多的定义模态分析工况,尽管大多数情况下一个工况已经足够。对于每一个模态分析工况,用户可以自行选择进行特征向量分析还是Ritz向量分析。
4.反应谱分析
SAP2000对于反应谱分析振型组合,给出了CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法、10Pct法和Dbl Sum法等组合方法。我国2002新规范规定考虑结构藕联效应的情况,可采用CQC和SRSS两种结合方法。
5.线性时程分析
在SAP2000程序中,时程分析可以使用的积分方式为模态积分和直接积分。模态积分方式是以结构的模态分析结构为基础,通过结构不同模态的积分求解来得到结构总的响应值,在程序中如果选择使用模态积分求解,需要选择积分求解所基于的模态分析工况。如果结构需要考虑高阶振型的影响,就应该在模态分析工况中考虑更多的振型数目。直接积分方法本质是在一系列时间间隔范围内求解平衡方程。在SAP2000中时间积分方法的选择是通过其它参数区域时间积分参数的定义来完成的,提供了Newmark法、Wilson法、排列法、Hiber-Huges-Taytor法、和Chung and Hulbert法等方法可供选择。
6.高级分析功能
SAP2000在结构分析实践中可能会使用的较为深入的分析功能,这些功能包括结构的屈曲分析、静力非线性分析、动力非线性分析等。


设计功能

1.钢框架设计[2]
自动构件截面选择——不需要初步设计
基于虚功原理对侧向位移的截面优化
考虑静力和动力荷载的设计
规范或用户定义的荷载组合
自动计算K因子 和 P-delta 效应
集成化的截面设计器,可完成复合截面和组合截面设计
交互式的设计与查看功能
设计可以考虑扭转效应
2.混凝土框架设计
考虑静力与动力荷载的设计
设计包络的分组功能
自动或用户定义的荷载组合与设计分组
自动计算活荷载折减因子
设计考虑双轴弯矩/单轴力相关面和剪力
自动计算弯矩放大系数
计算P-delta效应时有整体放大系数的选项
集成化的截面设计器可以考虑复杂的混凝土截面
交互式的设计与查看功能
设计可以考虑扭转效应
基于虚功原理对侧向位移控制的优化
3.铝框架设计
考虑静力和动力荷载的设计
直梁和曲梁设计
自动计算弯矩放大系数
自动计算K-因子和P-Delta效应
自动计算轴力和双向弯矩和剪力设计
支持铝框架设计的规范:AA-ASD 2000;AA-LRFD 2000
4.冷轧钢框架设计
考虑静力和动力荷载的设计
直梁和曲梁设计
自动计算弯矩放大系数
自动计算K-因子和P-Delta效应
有效面积和有效主/次惯性矩的计算
支持冷轧钢框架设计的规范:AISI-ASD 96;AISI-LRFD 96

 楼主| 发表于 2013-8-6 23:18:23 | 显示全部楼层
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