sap2000中定义非线性分析工况的初始条件知识讲解
SAP2K高级分析
SAP2000高级应用：非线性动力分析结构软件—sap200 2010-12-30 11:40:39 阅读142 评论0 字号：大中小订阅1.非线性时程分析工况的定义及相关概念1) 时程函数的定义与线性时程分析相同，非线性时程分析首先需要定义时程函数曲线，定义方式与线性时程分析是相同的。
如果需要进行罕遇地震作用下结构的非线性分析，需要选择地震波曲线，可以使用程序联机带有的常用地震波形式以及我国规范常用的几种场地状态下地震波曲线，可以通过峰值控制来得到罕遇地震的地震时程曲线。
除了罕遇地震作用以外，作用于结构更复杂的动力荷载一般需要提供该作用的数据形式，或工程师根据荷载特征构建荷载作用的数据形式，比如一定的冲击荷载作用或爆炸荷载作用。
对于这类荷载数据形式的形成和使用方式与线性时程分析中所描述的时程曲线形成的方式相同，对于几种典型动力作用的时程曲线我们在本章后面相关专题将会再次涉及到。
2)时程工况的定义与线性时程分析相同，完成时程函数曲线定义之后，需要定义非线性时程分析工况。
当选择添加新工况并在分析工况类型下拉菜单中选择Time History，可以弹出时程分析工况定义对话框。
非线性分析工况定义对话框与线性时程分析对话框是相同的:如果需要定义的是非线性时程分析，首先需要在分析类型选项中选择非线性分析类型。
与线性时程分析相同，需要选择时程分析的类型，关于时程类型在线性时程分析已经进行了全面的阐述，其意义与线性时程分析相同，因此本章就不再进行赘述了。
当选择为直接积分时，可以为该工况定义初始条件，初始条件的意义在线性时程分析中已经阐述，并且该节中也描述了在初始条件的定义中需要注意的问题。
3）积分方式和阻尼设置非线性动力分析中结构某些单元的属性随时间的变化可能是非线性的，或结构某一方面效应随时间的变化是非线性的，但是对于每一时刻结构系统的经典力学平衡方程仍然是成立的，因此传统的非线性求解方法仍然是通过每一个时程积分时刻的平衡方程进行求解的。
sap2000钢筋混凝土非线性计算(1)
sap2000钢筋混凝土非线性计算(1)文章一：一、引言:本文档旨在详细介绍如何使用SAP2000进行钢筋混凝土非线性计算。
钢筋混凝土结构在实际工程中使用广泛，了解其非线性行为对于结构设计、分析和评估至关重要。
本文将介绍SAP2000软件的使用步骤，并提供详细的计算示例。
二、SAP2000软件简介:SAP2000是一款用于结构分析和设计的通用软件，它可以用来进行线性和非线性的结构分析。
该软件提供了一系列强大的功能，包括模型建立、负荷应用、边界条件设定、分析求解等。
三、模型建立:1. 创建SAP2000项目文件。
2. 导入钢筋混凝土结构的几何信息。
3. 定义节点、材料和截面属性。
4. 建立结构模型，包括梁、柱和板等元素。
四、负荷应用:1. 定义荷载组合，包括常规荷载、活荷载和地震荷载等。
2. 在结构模型上施加荷载。
五、边界条件设定:1. 定义结构边界条件，如固定支座、弹簧支座和滑动支座等。
2. 设定梁、柱和板的约束条件。
六、分析求解:1. 选择分析类型，如静力分析、动力分析和非线性分析等。
2. 进行分析求解，获取结构的位移、反力和应力等结果。
七、结果输出:1. 查看结构的分析结果。
2. 结果报表和图形。
八、计算示例:以下是一个钢筋混凝土框架结构的非线性计算示例：1. 建立结构模型，包括梁、柱和板等。
2. 定义荷载组合，并施加荷载。
3. 设定边界条件和约束条件。
4. 进行非线性分析，获取结构的位移、反力和应力等结果。
5. 查看分析结果，并结果报表和图形。
结尾：1、本文档涉及附件，请查阅附件部分。
2、本文所涉及的法律名词及注释：无。
文章二：一、引言:本文档将介绍如何使用SAP2000进行钢筋混凝土非线性计算。
钢筋混凝土结构的非线性行为是结构设计和分析的重要考虑因素。
了解钢筋混凝土的非线性行为对于工程师进行结构评估和优化设计至关重要。
本文将详细说明SAP2000软件的使用步骤，并提供一个实际工程案例进行计算示范。
SAP2000程序中提供了强大的分析功能.
SAP2000程序中提供了强大的分析功能，不仅囊括了土木工程领域几乎所有的分析类型：静力分析、动力分析、模态分析、反应谱分析等，最近还发展了在机械行业常用的频域分析，如稳态分析及PSD 分析。
工程师需要做的是将实际结构简化为合理的计算模型。
对于非线性分析，选择不同的求解器、控制方法或者分析参数，计算结果会明显不同，因此工程师需要对非线性分析过程有一定的了解，并应具备一定的数值计算知识。
下面主要剖析土木工程行业常用的分析工况，并针对工程师遇到的常见问题做必要的解释说明。
1 线性分析与非线性分析在SAP2000中，静力分析与时程分析工况均可根据需要设定为线性或者是非线性分析。
两者的区别见表1。
线性分析与非线性分析的区别表1非线性可能有以下几种情况：1）P-Δ（大应力）效应：当结构中有较大应力（或内力）时，即使变形很小，以初始的和变形后的几何形态写的平衡方程的差别可能很大；2）大变形效应：当结构经历大变形时，变形前后的平衡方程差别很大，即使应力较小时也是如此；3）材料非线性：材料的应力-应变关系不是完全的线性，或者是塑性材料；4）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。
在定义分析工况时，如果要考虑第1，2种非线性，可在工况定义时设定。
材料非线性在目前SAP2000版本中主要体现为各种形式的塑性铰，如轴力铰、剪力铰、PMM铰等。
铰的力学属性为刚塑性，出现铰意味着框架进入塑性阶段。
带有铰的框架对象的弹性属性来自于框架单元本身的弹性。
SAP2000更高版本将会融入Perfor m系列程序，届时用户可以更加灵活地定义材料非线性。
2 Pushover分析Pushover分析是一种静力非线性分析，用户定义侧向荷载来模拟地震水平作用，且通过不断增大侧向作用，追踪荷载-位移曲线，将这条曲线（能力曲线）与弹塑性反应谱曲线相结合，进行图解，得到一种对结构抗震性能的快速评估的方法，称为Pushover方法。
SAP2000程序中提供了强大的分析功能.
SAP2000程序中提供了强大的分析功能，不仅囊括了土木工程领域几乎所有的分析类型：静力分析、动力分析、模态分析、反应谱分析等，最近还发展了在机械行业常用的频域分析，如稳态分析及PSD 分析。
工程师需要做的是将实际结构简化为合理的计算模型。
对于非线性分析，选择不同的求解器、控制方法或者分析参数，计算结果会明显不同，因此工程师需要对非线性分析过程有一定的了解，并应具备一定的数值计算知识。
下面主要剖析土木工程行业常用的分析工况，并针对工程师遇到的常见问题做必要的解释说明。
1 线性分析与非线性分析在SAP2000中，静力分析与时程分析工况均可根据需要设定为线性或者是非线性分析。
两者的区别见表1。
线性分析与非线性分析的区别表1非线性可能有以下几种情况：1）P-Δ（大应力）效应：当结构中有较大应力（或内力）时，即使变形很小，以初始的和变形后的几何形态写的平衡方程的差别可能很大；2）大变形效应：当结构经历大变形时，变形前后的平衡方程差别很大，即使应力较小时也是如此；3）材料非线性：材料的应力-应变关系不是完全的线性，或者是塑性材料；4）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。
在定义分析工况时，如果要考虑第1，2种非线性，可在工况定义时设定。
材料非线性在目前SAP2000版本中主要体现为各种形式的塑性铰，如轴力铰、剪力铰、PMM铰等。
铰的力学属性为刚塑性，出现铰意味着框架进入塑性阶段。
带有铰的框架对象的弹性属性来自于框架单元本身的弹性。
SAP2000更高版本将会融入Perfor m系列程序，届时用户可以更加灵活地定义材料非线性。
2 Pushover分析Pushover分析是一种静力非线性分析，用户定义侧向荷载来模拟地震水平作用，且通过不断增大侧向作用，追踪荷载-位移曲线，将这条曲线（能力曲线）与弹塑性反应谱曲线相结合，进行图解，得到一种对结构抗震性能的快速评估的方法，称为Pushover方法。
sap2000基础操作
1，荷载工况(load case)：是对各种荷载类型的定义（define），然后通过指定(assign)建立模型中空间分布的力、位移或其他作用(例如：温度)。
这仅仅是建立了作用，荷载工况本身不在结构上产生响应。
2，分析工况（analysis case）：是定义荷载作用方式（静力或动力）、结构的响应方式（线性或非线性）、分析方法（模态分析法或直接积分法）。
分析工况中包含荷载工况，分析工况可以对应一个荷载工况，也，可以是荷载的组合（多点风荷载、多维地震动）。
运行分析工况才能得到结构关于荷载的响应。
3，定义组合(define combination ):是将分析工况的计算结果进行组合（计算机运行减少人工进行计算的工作量），常用的组合形式是线性（linear）叠加或者包络(envelope)。
1.时程分析时用EL波，原始记录的波一般是以重力加速度g为单位，它的峰值为0.341g,也就是0.341*9.8m/s2.而你sap的单位用的是N/mm/s,也就是你的单位与原始波的单位相差1000*9.8个单位，那么你的系数要输入9800。
如果你sap的单位为N/m/s，那么你的系数取9.8即可。
2.规程中的8度罕遇要求是400g，这个g是单位gal的缩写字母，它的单位是cm/s2。
实际上就是0.4个重力加速度。
即400gal ＝0.4g，考虑第1点，那么你的系数应该取1000*9.8*（0.4/0.341）＝11495.6。
3.定义时程函数时，单位无所谓，只要你的系数对应好就可以。
注：sap输入的地震函数本身是没有单位的，它的单位随着你sap 的右下角的单位走的。
所以才需要将这个单位和原始波单位对应。
1，将索得抗弯刚度设为极小值。
2，需作索的非线性分析，在作索得非线性分析需要打开大变形得选项。
3，加载需要分步加载，先加载预应力，再加载其它荷载。
4，在v9版本里面，可以直接用应变来直接模拟预应力，不用降温也可以。
sap2000钢筋混凝土非线性计算
sap2000钢筋混凝土非线性计算在建筑结构的设计和分析中，准确评估钢筋混凝土结构在各种荷载作用下的性能至关重要。
SAP2000 作为一款功能强大的结构分析软件，为钢筋混凝土非线性计算提供了有效的工具和方法。
钢筋混凝土结构的非线性行为主要源于混凝土材料的非线性特性、钢筋的屈服和强化，以及钢筋与混凝土之间的粘结滑移等因素。
这些非线性特性使得结构在受力过程中的响应变得复杂，传统的线性分析方法往往无法准确预测结构的实际性能。
在 SAP2000 中进行钢筋混凝土非线性计算，首先需要对混凝土和钢筋的材料模型进行合理的定义。
对于混凝土，常见的模型有弥散裂缝模型和塑性损伤模型。
弥散裂缝模型将混凝土视为各向同性的连续材料，通过引入裂缝张开和闭合的准则来模拟混凝土的开裂行为。
塑性损伤模型则考虑了混凝土在受压和受拉时的损伤演化，能够更准确地反映混凝土在反复荷载作用下的性能劣化。
钢筋的模拟通常采用理想弹塑性模型或考虑强化阶段的双折线模型。
理想弹塑性模型简单直观，适用于对钢筋性能要求不高的情况。
双折线模型则能够更好地反映钢筋在屈服后的强化行为，提高计算结果的准确性。
除了材料模型，构件的截面定义也是关键的一步。
在 SAP2000 中，可以通过自定义截面或使用软件提供的标准截面类型来模拟钢筋混凝土构件的截面形状和配筋情况。
对于复杂的截面，如异形柱或配有多排钢筋的梁，自定义截面能够更精确地反映实际的配筋分布。
在建模过程中，还需要合理地设置边界条件和荷载工况。
边界条件的正确定义能够反映结构与基础或相邻构件之间的连接方式和约束情况。
荷载工况则应根据实际的设计要求，包括恒载、活载、风载、地震作用等，进行准确的施加。
完成建模和参数设置后，就可以进行非线性计算分析。
计算过程中，SAP2000 会自动迭代求解结构的平衡方程，逐步更新结构的内力和变形。
通过查看计算结果，可以得到结构在不同荷载阶段的应力分布、裂缝开展情况、构件的变形和内力等重要信息。
SAP2000之Pushover分析
Pushover分析：基本概念静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure），也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。
静力非线性分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。
控制点一般指建筑物顶层的形心位置；目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变形。
Pushover方法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。
从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。
正因为如此，随着90年代以后基于位移的抗震设计(Diaplacement-Based Seismic Design,DBSD)和基于性能(功能)的抗震设计(Performance-Based Seismic Design. PBSD)等概念的提出和广为接受，使这种方法作为实现DBSD和PBSD的重要工具，得到了重视和发展。
这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。
第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式；第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应，目前可分为以ATC-40为代表的CSM和以FEMA356为代表的NSP （Nonlinear Static Procedure，非线性静力方法)，CSM的表现形式是对弹性反应谱进行修正，而NSP则直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整。
两者在理论上是一致的。
在一些文献中将第一方面的内容称为Pushover，不包括计算目标位移和结果评价的内容。
sap2000中定义非线性分析工况的初始条件知识讲解
s a p2000中定义非线性分析工况的初始条件问题描述：进行非线性时程分析时，为考虑结构已承受的重力荷载，需定义初始条件作为前续工况。
那么，具体该如何定义非线性时程工况的初始条件呢？解答：在SAP2000中，时程分析有两种求解方法：直接积分法和振型叠加法。
直接积分非线性分析可以考虑所有非线性类型，是最通用的方法。
而振型叠加非线性分析通常用于考虑连接单元的非线性，适用于减、隔震结构，运算速度快。
程序中，这两种方法的非线性时程工况都可以选择相应的初始条件。
下面分别介绍各自初始条件工况的定义方法。
1.直接积分法非线性静力工况、非线性施工顺序工况和非线性直接积分时程工况都可以作为直接积分法非线性工况的初始条件。
对于模拟地震作用时结构已承受的重力荷载，初始条件通常选择非线性静力工况。
具体操作如下：步骤一：定义静力非线性荷载工况，命令：定义>荷载工况。
图1重力初始条件工况分析类型选择“非线性”，添加荷载类型：1.0恒载和0.5活载（重力荷载代表值），可根据具体情况选择是否考虑几何非线性参数，具体设置如图1所示。
步骤二：定义地震时程工况时，选择从gavity工况的结束状态继续分析。
图2直接积分法时程工况注意：非线性荷载工况可以继承初始条件荷载工况的刚度、全部结构效应（包括内力、应力、变形等），以及先前加载历史导致的材料非线性效应等全面信息。
2.快速非线性分析（FNA）法在SAP2000中振型叠加法又被称为快速非线性分析（FNA）法。
FNA法分析只能从其他FNA 分析继续，也就是说已经定义的FNA工况才能作为该FNA工况的初始条件。
所以，需要用FNA法模拟结构的重力荷载。
解决思路是：定义一个拟静态的FNA分析工况，使重力荷载拟静态地施加，并使结构在此过程中不产生振动。
具体操作如下：步骤一：定义斜坡函数，以缓慢地施加重力荷载，命令为：定义>函数>时程，具体参数见图3。
图3 RAMPTH函数斜坡函数总时长取相对结构第一周期较长的时间（建议取10倍T1），总时间至少为上坡时间的2倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
s a p2000中定义非线性分析工况的初始条
件
问题描述：
进行非线性时程分析时，为考虑结构已承受的重力荷载，需定义初始条件作为前续工况。
那么，具体该如何定义非线性时程工况的初始条件呢？
解答：
在SAP2000中，时程分析有两种求解方法：直接积分法和振型叠加法。
直接积分非线性分析可以考虑所有非线性类型，是最通用的方法。
而振型叠加非线性分析通常用于考虑连接单元的非线性，适用于减、隔震结构，运算速度快。
程序中，这两种方法的非线性时程工况都可以选择相应的初始条件。
下面分别介绍各自初始条件工况的定义方法。
1.直接积分法
非线性静力工况、非线性施工顺序工况和非线性直接积分时程工况都可以作为直接积分法非线性工况的初始条件。
对于模拟地震作用时结构已承受的重力荷载，初始条件通常选择非线性静力工况。
具体操作如下：
步骤一：定义静力非线性荷载工况，命令：定义>荷载工况。
图1重力初始条件工况
分析类型选择“非线性”，添加荷载类型：1.0恒载和0.5活载（重力荷载代表值），可根据具体情况选择是否考虑几何非线性参数，具体设置如图1所示。
步骤二：定义地震时程工况时，选择从gavity工况的结束状态继续分析。
图2直接积分法时程工况
注意：非线性荷载工况可以继承初始条件荷载工况的刚度、全部结构效应（包括内力、应力、变形等），以及先前加载历史导致的材料非线性效应等全面信息。
2.快速非线性分析（FNA）法
在SAP2000中振型叠加法又被称为快速非线性分析（FNA）法。
FNA法分析只能从其他FNA 分析继续，也就是说已经定义的FNA工况才能作为该FNA工况的初始条件。
所以，需要用FNA法模拟结构的重力荷载。
解决思路是：定义一个拟静态的FNA分析工况，使重力荷载拟静态地施加，并使结构在此过程中不产生振动。
具体操作如下：
步骤一：定义斜坡函数，以缓慢地施加重力荷载，命令为：定义>函数>时程，具体参数见图3。
图3 RAMPTH函数
斜坡函数总时长取相对结构第一周期较长的时间（建议取10倍T1），总时间至少为上坡时间的2倍。
本例中，上坡时间为20s，总时间为60s。
步骤二：定义拟静态的FNA分析工况，命令为：定义>荷载工况。
图4 HISTQS工况
为了抑制结构的振动，使用高模态阻尼，取0.99。
添加荷载类型：1.0恒载和0.5活载；函数选择RAMPTH斜坡函数；具体的参数设置如图4所示。
步骤三：在定义地震时程工况时，选择从HISTQS工况的结束状态继续分析，如图5所示。
图5基于FNA法的时程工况。