05Sap2000常见问题结合工程建模的要点解析PPT课案

含非线性连接单元的分析

模态分析——须采用Ritz分析方法。 确认在施加的荷载组中包括连接向量 。 时程分析



FNA：基于振型；对步长不敏感，建议 使用最高振型周期的十分之一；计算时 间短。 直接积分法：可考虑振型耦合的完全阻 尼；直接积分结果对于时间步长十分敏 感；计算时间很长。
SAP2000 v11 新特性





增强的OpenGL图形显示 添加了指定面荷载>均匀分布到框架，可以按照单向或者双向来 传递荷载 。 完善的索单元 分层壳模型 多种选择方法 新增NONE属性的线单元或面单元 高级求解器 支持64位CPU ……



模态分析是动力分析的基础。 SAP2000中模态分析（Modal）是默认存在的分析工况。 模态分析方法——特征向量法、 Ritz向量法。 Ritz向量法 考虑了动力荷载的空间分布，可以得到更精确的结果。 结构振型比较分散，或者前几阶振型为局部振动（如悬索 结构）。如果采用特征向量法，通常需要相当巨大的振型 数量来保证足够多的质量参与系数。此时推荐采用 Ritz向 量法，提高运算效率。 可以通过模态分析来检查结构的刚度及质量分布情况。

施加水压力
Z=0 m P=10 kN/m2
Z=10 m P=0 kN/m2
Z
变厚度的面

指定>面对象>面厚度覆盖项
面节点的偏移

模拟面对象的偏心布置

辅助定义变截面的面对象
面编辑与剖分功能
截面切割

定义截面切割组——用于输出一组构件的合力
1 注意指定到组时，除了选择构件，还需要选中相应的节点（ 如柱顶或柱底等）。 2 结果以表格的方式输出
0.9为应力折减系数
压弯构件的设计
阻尼与隔振单元

粘滞阻尼器（Damper）
采用Maxwell计算模型

橡胶隔震器（Rubber Isolator）
双轴的滞后隔震器。对于两个剪切 变形有耦合的塑性属性，且对余下 的4 个变形有线性的有效刚度属性。

摩擦隔震器（Friction Isolator）
单拉（单压）构件


对线对象指定拉/压力限值，以模拟单拉/单压单元。 对单拉/单压构件的处理属于非线性分析，相应分析工况的 类型需设定为非线性，才能模拟单拉/单压效果。
单拉
单拉
时程分析

时程函数

时程分析的积分方法： 1）模态积分：又称FNA（快速非线性 方法），以结构模态分析结果为基础 ，积分求解结构总的响应值，简单、 高效，默认采用的方法。 2 ）直接积分：逐步求解，在一系列 时间间隔范围内求解平衡方程。
地震荷载



底部剪力法 振型分解反应谱法 对于特别不规则的建筑，应采用时程分析法进行多遇 地震下的补充验算 罕遇地震作用下结构的弹塑性分析方法：静力弹塑性 分析方法、弹塑性时程分析方法 竖向地震作用计算
线性与非线性
项目 线性分析 非线性分析
结构 结构属性（刚度、阻尼等）在分 析中是恒定的。 属 性
SAP2000常见问题
结合工程建模的要点解析
合理利用初始化模板


塔架、仓筒、管和板…… 用模板添加结构到现有模型
数据交互


AutoCAD、ETABS、SATWE、Excel、Access 导入AutoCAD .dxf文件时需注意以下问题：
1 要导入的对象不能位于0层； 2 模型中最好用直线来简化模型，不能包含多义线； 3 导入时注意选择合适的单位，初始单位与导入时的单位要 统一； 4 CAD通常的操作平面为x-y平面，导入CAD平面模型时， SAP中向上方向为z方向，导入CAD立面模型时，注意将 向上的方向指定为y向。 5 由于是分层导入的，如果CAD图纸中定位不准确，构件连 接处未必重合，需要在SAP中执行合并点的操作。

直接绘制截面切割
1 默认合力点为起点与终点连线的中点； 2 合力点一般需要人为指定； 3 连线的矢量方向决定左侧右侧； 4 起点终点决定求内力的单元
绘制截面切割
合理的组


组——用户根据需要，对单元或节点进行人为的归类 组的作用：

便于选择 定义阶段施工，激活与移除对象 方便的截面切割定义 对于复杂模型，要根据功能及操作的需要多分组 要明确组的构成：节点、单元还是节点加单元 在利用组来输出截面切割时，一定要带有节点
指定是否考虑材料 或几何非线性（P△效应或大变形效 应）。
静力非线性之Pushover分析



塑性铰定义 布置属性铰 定义静力非线性分析工况 显示曲线
选择铰卸载方式
定义侧向加载模式
一般采用荷载控制
依据FEMA、ATC规定的方法进行计算，得到性能
点。据此判断顶点位移，及结构的变形情况。观察 塑性铰的发展情况，确定薄弱部位。
常用束缚类型 源自体束缚Body：所有受限节点通过刚性连接与其它节 点相连接，所有自由度按照一个三维刚体一起运行。 隔板束缚Diaphragm：所有受限节点在平面内刚性相 连。用于实现结构平面内无限刚的假定。
• 施加隔板束缚 • 用体束缚模拟节点板
• 不施加隔板束缚
节点样式

节点样式是与节点坐标相关的一组标量。每个数值对 应结构上的一个节点。借助节点样式，可以描述荷载 的分布变化，也可以定义变厚度的面对象。 通过节点样式定义空间分布变化的荷载时，如压力、 温度等，需要将已定义的节点样式指定给相应的节点 ，然后在指定荷载时，选择荷载来自节点样式。注意 ，节点样式本身不会在结构上产生荷载。
2 3 3
温度荷载

温度变化＝温度荷载－参考温度

温度梯度＝温度差异/厚度
定义分析工况

定义分析工况需要考虑的几个主要问题：
分析工况类型：静力、模态、反应谱、时程…… 分析方法类型：线性/非线性 初始刚度：零初始条件/继承前一个非线性工况终点刚度
施加的荷载：一个荷载工况/多个荷载工况组合……
模态分析
结构属性可随时间、变形和荷载而变 化。实际发生多大的非线性与用户 定义的属性、荷载大小以及用户指 定的分析参数有关。
分析可以从一个先前的非线性分析继 续，在这种情况下它包括来自于先 前分析的所有荷载、变形、应力等。 因为结构属性可能发生变化，而且可 能有初始非零应力状态，所以响应 与荷载可能不成正比。因此，不同 的非线性分析的结果一般不能叠加。

时间布数据：定义输出步参量的选 项。注意与时程曲线输入的步长相 适应。
SAP2000阶段施工分析

阶段施工被认为是一种非线性 静力分析类型，阶段施工分析 工况可以为其它线性分析工况 提供初始刚度。 可以考虑诸如龄期、收缩和徐 变等时间相关的材料性能，其 计算是基于欧洲CEB-FIP90模 式规范相应的条款。 每一个施工阶段里面能够增加 或去除部分结构、选择性地施 加部分荷载
混凝土壳的设计(V10以上)

设计内力：
NDes1 (top) N11 (top) AbsN12 (top)
NDes2 (top) N 22 (top) AbsN12 (top)

板配筋：
Ast1 (top) NDes1 (top) 0.9( f y )
NDes2 (top) Ast2 (top) 0.9( f y )
交互式数据编辑

编辑 > 交互式数据库编辑
视图控制

三维视图是投影关系 ，灵活设置xy，xz，yz的三维 视图 ，平面的效果却显示了更多的对象。
约束与束缚


约束 restraint：约束节点的自由度，可约束六个自由 度中的任意一个或多个。常用于模拟各种支座。节点 约束不一定局限于模型底部，可以根据实际情况灵活 设置。 束缚constraint：限制结构中某些节点之间的相对自 由度，减少系统中需要求解的方程数量，提高计算效 率。常用于模型的合理简化。

注意：


荷载工况与分析工况



荷载工况是作用于结构上的按指定方式空间分布的力、位移 、温度或其它作用。荷载工况本身不能在结构上产生任何响 应。只有在分析工况中包含了荷载工况，才能得到荷载工况 的作用结果。 分析工况定义了分析工况的作用方式（如：静力或动力）、 结构的反应方式（如：线性、非线性）和分析的方法（如： 模态分析法或直接积分法）。 定义组合，在分析完成之后将分析工况的结果进行组合。组 合是不同分析工况的结果的总和或包络。 一个分析工况可以对应一个荷载工况或者几个荷载的组合。
自动风荷载

按刚性隔板施加：根据隔板宽度确立风力作用范围，将各 层风荷载施加在隔板质心位置。 按面对象施加：面对象承担的风荷载将传递到相应的四个 角点。 SAP2000中没有虚面，定义一个厚度很小的面对象即可。
温度荷载

温度荷载在框架、壳、实体等单元中产生热应变，这些热 应变是材料热膨胀系数和单元温度变化的乘积。 温度变化是单元参考温度到单元荷载温度的改变。 温度梯度是单位长度的温度变化。可以在框架单元的两个 横向方向指定，或者在壳单元的厚度方向指定。这些梯度 引起单元的弯曲应变。
初始 分析从零应力状态开始。即使它 状 用到了先前的非线性分析的刚 态 度。 结构 所有的位移、应力、反力等直接 响 与施加的荷载的大小成正比。 应 不同线性分析的结果可以进行 叠加。
非线性分析

造成非线性的原因可能是以下几种情况 ：




P-Δ（大应力）效应：当结构中有较大应力（或力和弯矩） ，即使在变形很小时，以初始的和变形后的几何写成的平衡 方程的差别可能很大； 大变形效应：当结构经历大变形（特别是大位移或转动）时 ，常规的工程应力和应变计量不再适用，且必须对变形后的 几何写平衡方程。即使应力较小也是如此； 材料非线性：当一种材料的应变超过其恰当的极限时，应力 -应变关系不再是线性的。塑性材料的应变超过其屈服点后 表现出依赖经历的行为。材料非线性会影响到结构的荷载— 变形性能； 人为指定：如指定了拉压限制，结构中包含粘滞阻尼单元或 者其他非线性单元等情况。