任意表面荷载加载
SAP2000功能介绍
SAP2000功能介绍SAP2000中文版是一个集成化的通用结构分析与设计软件。
它可以对建筑结构、工业建筑、桥梁、管道、大坝等不同体系类型的结构进行分析和设计，也可以根据需要完成世界大多数国家和地区的结构规范设计。
SAP2000中文版软件集成化的特性还体现在集成化的软件环境，也就是结构建模、分析和设计的所有工作都是在同一界面中完成的，并且所有的数据都是在同一数据库中进行的，不需要数据的相互传输。
SAP2000中文版的界面是一个标准的Windows界面系统，历史由来SAP2000是由美国Computer and Structures Inc.（CSI）公司开发研制的通用结构分析与设计软件。
SAP2000已有近四十年的发展历史，是美国乃至全球公认的结构分析计算程序，在世界范围内广泛应用。
美国CSI公司是由Wilson教授的学生Ashraf总裁于1978年创建的，CSI公司的大部分技术开发人员都是Wilson教授的学生，并且Wilson教授也是CSI公司的高级技术发展顾问，CSI公司的产品都是缘于Wilson教授及其学生在四十多年来对结构工程有限元分析领域内的研究，并且得到了来自全球数十万工程师用户持续不断的使用和建议，凭借SAP2000、ETABS、SAFE等高质量的软件产品，现在CSI公司已经成为这个领域的业界翘楚，其行业优势地位得到了全球的公认。
SAP2000是由SAP5、SAP80、SAP90发展而来的。
1969年美国加州大学Berkeley分校的Wilson教授发布了第一个SAP程序，这是基于小型机的，SAP是“Structural Analysis Program”首字母的缩写。
从此，SAP就成为了结构有限元分析的代名词。
1963年在加州大学Berkeley分校，Wilson教授和Clough教授为了教授结构静力与动力分析而开发了SMIS（Symbolic Matrix Interpretive System），其目的是为了弥补在传统手工计算方法和结构分析矩阵法之间的隔阂，这个FORTRAN程序是免费分发的，被许多大学采用，其最终版本是CAL91，直至今日，它仍在许多大学被用来教授现代结构分析课程。
midas时程荷载工况中几个选项的说明
midas时程荷载工况中几个选项的说明时程荷载工况中几个选项的说明动力方程式如下：在做时程分析时，所有选项的设置都与动力方程中各项的构成和方程的求解方法有关，所以在学习时程分析时，应时刻联想动力方程的构成，这样有助于理解各选项的设置。
另外，正如哲学家所言：运动是绝对的，静止是相对的。
静力分析方程同样可由动力方程中简化(去掉加速度、速度项，位移项和荷载项去掉时间参数)。
0.几个概念自由振动: 指动力方程中P(t)=0的情况。
P(t)不为零时的振动为强迫振动。
无阻尼振动: 指[C]=0的情况。
无阻尼自由振动: 指[C]=0且P(t)=0的情况。
无阻尼自由振动方程就是特征值分析方程。
简谐荷载: P(t)可用简谐函数表示，简谐荷载作用下的振动为简谐振动。
非简谐周期荷载: P(t)为周期性荷载，但是无法用简谐函数表示，如动水压力。
任意荷载: P(t)为随机荷载(无规律)，如地震作用。
随机荷载作用下的振动为随机振动。
冲击荷载: P(t)的大小在短时间内急剧加大或减小，冲击后结构将处于自由振动状态。
1.关于分析类型选项目前有线性和非线性两个选项。
该选项将直接影响分析过程中结构刚度矩阵的构成。
非线性选项一般用于定义了非弹性铰的动力弹塑性分析和在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)的结构动力分析中。
当定义了非弹性铰或在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)，但是在时程分析工况对话框中的分析类型中选择了“线性”时，动力分析中将不考虑非弹性铰或非线性连接的非线性特点，仅取其特性中的线性特征部分进行分析。
只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界在动力分析中将转换为既能受压也能受拉的单元或边界进行分析。
如果要考虑只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界的非线性特征进行动力分析应该使用边界条件>一般连接中的间隙和钩来模拟。
2.关于分析方法选项目前有振型叠加法、直接积分法、静力法三个选项。
这三个选项是指解动力方程的方法。
当荷载作用在任意一点时挠度的计算方式
当荷载作用在任意一点时挠度的计算方式荷载作用是指外部力对结构物的作用力量，荷载可以是静态荷载、动态荷载或者温度荷载等。
在荷载作用下，结构体会发生变形，挠度是描述结构体变形程度的参数，通过计算挠度可以评估结构体的刚度和稳定性。
本文将介绍当荷载作用在任意一点时挠度的计算方式。
1.单位荷载法在单位荷载法中，可以将作用力视为单位荷载在所感兴趣的点上的作用，然后通过叠加原理来得到总的挠度。
单位荷载法的基本思想是，结构体对于单位荷载的挠度是已知的，并且是线性的。
这就意味着，当荷载由单位荷载变为q倍单位荷载时，挠度也会变为q倍单位荷载的挠度。
2.力法力法是通过受力方程和挠度的定义来计算挠度的方法。
根据结构物受力平衡条件，可以得到受力平衡方程。
假设在结构物其中一点上的挠度为u，则可以根据受力平衡方程得到受力平衡方程:∑F=0在受力平衡方程中，可以通过对结构物进行微小位移，然后求解未知力和挠度，从而计算挠度。
3.能量法能量法是通过结构的内能和外能的平衡来计算挠度的方法。
对于一个具有弹性形变的结构来说，变形势能和外力物体作功所引起的形变能是平衡的。
根据能量平衡原理，可以得到结构物的位移场。
利用位移场可以计算出结构体各点的挠度。
4.有限差分法有限差分法是一种数值计算方法，通过将结构物离散化为节点，并在节点上建立适当的差分方程，然后通过迭代计算得到结构物的挠度。
在计算过程中，结构物的连续形状和荷载分布被离散成各个小区域，然后根据节点的约束条件和荷载条件，建立差分方程，并通过迭代求解差分方程得到每个节点的挠度。
综上所述，当荷载作用在任意一点时，可以通过单位荷载法、力法、能量法和有限差分法等方式计算挠度。
这些计算方式可以根据具体情况和需要进行选择，以得到准确的挠度计算结果。
结构动力学5任意荷载反应时域频域
u( ) 0
5.1 时域分析方法—Duhamel积分
1、单位脉冲反应函数 u( ) 0
u( ) 1
m
无阻尼体系的单位脉冲反应函数为：
[n (t
)]
t
0
t
有阻尼体系的单位脉冲反应函数为：
h(t
)
u(t)
1
mD
e n (t )
sin[D (t
)]
t
0
t
5.1 时域分析方法—Duhamel积分 1、单位脉冲反应函数
3、应用Fourier逆变换，由频域解U(ω)得到时域解u(t)：
U () 逆Fu(t)
5.2 频域分析方法—Fourier变换法 离散Fourier（DFT）变换
在用频域法分析中涉及到两次Fourier变换，均为无穷域 积分，特别是Fourier逆变换，被积函数是复数，有时 涉及复杂的围道积分。当外荷载是复杂的时间函数 （如地震动）时，用解析型的Fourier变换几乎是不可 能的，实际计算中大量采用的是离散Fourier变换。
i2nU ()
n2U ()
1 m
P()
单自由度体系运动的频域解为：
U () H (i)P()
H (i)
1 k
[1
(
1
/ n )2]
i[2
(
/ n )]
H(iω)—复频反应函数，i是用来表示函数是一复数。
再利用Fourier逆变换，即得到体系的位移解：
u(t) 1 H (i)P()eitd 2
例如，对于无阻尼体系，当存在非零初始条件时，问题 的完整解为：
u(t)
u(0)
cosnt
u(0)
n
当荷载作用在任意一点时挠度的计算方式
当荷载作用在任意一点时挠度的计算方式
1.使用弯矩-曲率方程：
弯矩-曲率方程描述了梁的曲率与弯矩之间的关系。
根据梁的材料属
性以及几何形状，可以计算出在不同位置的弯矩值。
然后，根据所需计算
的点的位置，可以使用该点的弯矩值和材料特性计算该点处的曲率。
最后，利用曲率即可计算出该点的挠度。
2.使用力学平衡条件：
3.使用有限元方法：
有限元方法是一种工程计算方法，可以用于求解各种结构的挠度问题。
该方法将结构划分为有限个小单元，在每个小单元内近似计算挠度，然后
将这些小单元串联起来得到整个结构的挠度。
有限元方法可以模拟出荷载
作用下的结构挠度，并且对于复杂的结构具有较高的计算精度。
需要注意的是，不同的计算方法适用于不同的结构和荷载情况。
在实
际工程中，需要根据具体情况选择合适的计算方法。
此外，还需要考虑材
料的非线性和结构的稳定性等因素对挠度的影响，以确保计算结果的准确性。
midasCivil在桥梁承载能力检算及荷载试验中地应用(以Civil_V2012为例)
目录1桥梁承载能力检算评定 (2)1.1检算总述 (2)1.2作用及抗力效应计算 (2)2桥梁荷载试验 (7)2.1静载试验 (7)2.1.1确定试验荷载 (7)2.1.2试验荷载理论计算 (10)2.1.3试验及数据分析 (12)2.1.4试验结果评定 (15)2.2动载试验 (16)2.2.1自振特性试验 (16)2.2.2行车动力响应试验 (18)2.2.2.1移动荷载时程分析 (18)2.2.2.2动力荷载效率 (29)2.2.3试验数据分析及结构动力性能评价 (29)参考文献 (30)结合公路桥梁承载能力检测评定规程，应进行桥梁承载能力检算评定，判断荷载作用检算结果是否满足要求。
另外如果作用效应与抗力效应的比值在1.0——1.2之间时，尚需根据规范规定进行荷载试验评定承载能力。
下面将对midas Civil在桥梁承载能力检算评定及荷载试验中的应用详细叙述。
1桥梁承载能力检算评定1.1检算总述进行桥梁承载能力检测评定时需要进行（1）桥梁缺损状况检查评定（2）桥梁材质与状态参数检测评定（3）桥梁承载能力检算评定。
通过（1）、（2）及实际运营荷载状况调查，确定分项检算系数，根据得到的分项检算系数，对桥梁承载能力极限状态的抗力及正常使用极限状态的容许值进行修正，然后将计算作用效应值与修正抗力或容许值作对比，判断检算结果是否满足要求。
一般来说承载能力检算主要包括抗弯、正斜截面抗剪承载力检算、裂缝宽度检算、挠度检算、稳定性验算等。
1.2作用及抗力效应计算为得到检测桥梁在荷载作用下的计算效应值，可以通过midas Civil进行计算分析得到。
对于预应力混凝土及钢筋混凝土等配筋混凝土桥梁，为得到结构抗力效应值，可以结合PSC设计、RC设计验算得到相应抗力值。
前处理当中需要考虑自重、二期及其他恒载、预应力荷载、成桥时候的温度作用（整体升降温+梯度升降温）、移动荷载、支座沉降（根据实测得到的变位定义）等荷载作用；定义施工阶段分析，可设置包括一次成桥及服役时间长度的收缩徐变两个阶段。
MIDAS中关于荷载设置的常见问题解答
第五章“荷载〞中的常见问题 (2)5.1 为什么自重要定义为施工阶段荷载？ (2)5.2 “支座沉降组〞与“支座强制位移〞的区别？ (2)5.3 如何定义沿梁全长布置的梯形荷载？ (3)5.4 如何对弯梁定义径向的荷载？ (4)5.5 如何定义侧向水压力荷载？ (5)5.6 如何定义作用在实体外表任意位置的平面荷载？ (6)5.7 如何按照04公路标准定义温度梯度荷载？ (7)5.8 定义“钢束布置形状〞时，直线、曲线、单元的区别？ (8)5.9 如何考虑预应力结构的管道注浆？ (8)5.10 为什么预应力钢束采用“2-D输入〞与“3-D输入〞的计算结果有差异？ (9)5.11 “几何刚度初始荷载〞与“初始单元内力〞的区别？ (10)5.12 定义索单元时输入的初拉力与预应力荷载里的初拉力的区别？ (11)5.13 为什么定义“反响谱荷载工况〞时输入的周期折减系数对自振周期计算结果没有影响？ (11)5.14 定义“反响谱函数〞时，最大值的含义？ (11)5.15 为什么定义“节点动力荷载〞时找不到已定义的时程函数？ (12)5.16 如何考虑移动荷载横向分布系数？ (13)5.17 为什么按照04公路标准自定义人群荷载时，分布宽度不起作用？ (14)5.18 在定义车道时，“桥梁跨度〞的含义？ (15)5.19 如何定义曲线车道？ (15)5.20 定义“移动荷载工况〞时，单独与组合的区别？ (15)5.21 定义移动荷载子荷载工况时，“系数〞的含义？ (16)5.22 为什么定义车道面时，提示“车道面数据错误〞？ (16)5.23 “结构组激活材龄〞与“时间荷载〞的区别？ (17)5.24 施工阶段定义时，边界组激活选择“变形前〞与“变形后〞的区别？ (17)5.25 定义施工阶段联合截面时，截面位置参数“Cz〞和“Cy〞的含义？ (17)第五章“荷载〞中的常见问题5.1为什么自重要定义为施工阶段荷载？具体问题一次落架桥梁，没有施工阶段划分，自重还需定义为施工阶段荷载吗？施工阶段荷载和其他荷载类型有什么区别？相关命令荷载〉静力荷载工况...问题解答如果不进行施工阶段分析，那么自重的荷载类型应选择“恒荷载〞。
本文介绍用ANSYS APDL命令流实现加载表面效应单元的任意方向荷载的相关内容
本文介绍用ANSYS APDL命令流实现加载表面效应单元的任意方向荷载的相关内容。
!用表面效应单元加任意方向的荷载finish/PREP7et,1,45 !定义实体单元solid45et,2,154 !定义三维表面效应单元KEYOPT,2,2,0 !指定表面效应单元的K2=0，所加荷载与单元坐标系方向相同KEYOPT,2,4,1 !指定表面效应单元的K4=0，去掉边中点，成为四结点表面单元block,-5,5,-5,5,0,5 !建实体模型mp,dens,1,2000mp,ex,1,10e9mp,prxy,1,0.2asel,s,loc,z,5.0,5.0 !选中实体上表面AATT, 1, , 2, 0, !指定实体上表面用154号单元MSHAPE,0,2DMSHKEY,1esize,,5amesh,all !对上表面划分网格allsel,allVATT, 1, , 1, 0 !指定实体用45号单元MSHAPE,0,3DMSHKEY,1vmesh,all/PSYMB,ESYS,1 !显示单元坐标系esel,s,type,,2 !选中实体上表面的表面效应单元以方便加荷载sfe,all,1,pres,,50 !在面内加Z向荷载，大小为50，荷载方向可通过值的正负控制sfe,all,2,pres,,100 !在面内加X向荷载，大小为100sfe,all,3,pres,,150 !在面内加Y向荷载，大小为150/psf,pres,,2,0,1 !以箭头方式显示所加荷载!如果已经知道荷载在整体坐标系内的方向失量为(0,1,1)，可以用如语句加该方向的荷载sfe,all,5,pres,,100,0,1,1 !荷载值100后的三个数为方向失量allsel,alleplot。
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27.在任意面施加任意方向任意变化的压力
在某些特殊的应用场合，可能需要在结构件的某个面上施加某个坐标方向的随坐标位置变化的压力载荷，当然，这在一定程度上可以通过ANSYS表面效应单元实现。
如果利用ANSYS的参数化设计语言，也可以非常完美地实现此功能，下面通过一个小例子描述此方法。
!!!
!!!在执行如下加载命令之前,请务必用选择命令asel将需要加载的几何面选择出来
!!!
finish
/prep7
et,500,shell63
press=100e6
amesh,all
esla,s
nsla,s,1
! 如果载荷的反向是一个特殊坐标系的方向,可在此建立局部坐标系,并将
! 所有节点坐标系旋转到局部坐标系下.
*get,enmax,elem,,num,max!把当前选中的对象的最大单元号赋予enmax
dofsel,s,fx,fy,fz
fcum,add !!!将力的施加方式设置为"累加",而不是缺省的"替代"
*do,i,1,enmax
*if,esel(i),eq,1,then !i若在所选择单元中，esel（i）＝1，否则为0。
*get,ae,elem,i,area !此命令用单元真实面积，如用投影面积，请用下几条命令
! *get,ae,elem,i,aproj,x !此命令用单元X投影面积，
! *get,ae,elem,i,aproj,y!此命令用单元Y投影面积
! *get,ae,elem,i,aproj,z !此命令用单元Z投影面积
xe=centrx(i)!单元i中心X坐标(用于求解压力值)
ye=centry(i)!单元i中心Y坐标(用于求解压力值)
ze=centrz(i) !单元i中心Z坐标(用于求解压力值)
! 下面输入压力随坐标变化的公式,本例的压力随X和Y坐标线性变化.
p_e=(xe-10)*press+(ye-5)*press
f_tot=p_e*ae
esel,s,elem,,i
nsle,s,corner
*get,nn,node,,count
f_n=f_tot/nn
*do,j,1,nn
f,nelem(i,j),fx,f_n !压力的作用方向为X方向
! f,nelem(i,j),fy,f_n !压力的作用方向为Y方向
! f,nelem(i,j),fz,f_n !压力的作用方向为Z方向
*enddo
*endif
esla,s
*enddo
aclear,all
fcum,repl !!!将力的施加方式还原为缺省的"替代" dofsel,all
allsel。