SAP2000的功能簡介

  SAP2000具有極強的功能,如建模功能(二維模型、三維模型等)、編輯功能(增加模型、增減單元、復制刪除等)、分析功能(時程分析、動力反應分析、push-over分析等)、荷載功能(節點荷載、桿件荷載、板荷載、溫度荷載等)、自定義功能、以及設計功能等等。

  這些功能的實現均是在同一個可視化界面中實現的,用戶界面非常友好。它可以模擬大量的結構形式,包括房屋建筑、橋梁、水壩、油罐、地下結構等等。下面著重對其建模功能和分析功能作詳細介紹。

  先進的分析技術提供了:逐步大變形分析、多重P-Delta效應、特征向量和Ritz向量分析、索分析、單拉和單壓分析、Buckling屈曲分析、爆炸分析、針對阻尼器、基礎隔震和支承塑性的快速非線性分析、用能量方法進行側移控制和分段施工分析等。

  

 建模功能

SAP2000作為有限元結構分析程序,它的模板中提供了工程中常見的結構形式模型以及許多普通程序無法實現的復雜模型,如橋梁、拱壩、水箱和高層建構筑物等。它的建模界面非常友好,是基于視窗的圖形化界面,在這個可視化界面中可以利用這些預設的模塊庫快速建立模型。一般在選定模型后,只需要將對應的一些數據改變一下,就可以在瞬間內建立用戶所要的建筑模型,非常快捷方便。

在SAP2000中建模,實際結構單元用對象來體現,先定義出所使用的材料性質,如鋼材(steel)、混凝土(concrete)和鋁材(aluminum),再在圖形界面中畫出對象的幾何分布,然后指定荷載和屬性到對象上建立實際構件模型。程序包含下列對象類型:點對象、線對象、面對象、實體對象。在各個SAP2000版本中,由于面向對象技術的出現,建模時無需像以前那樣,把模型劃分為足夠細的單元進行分析,而只要給出結構的基本框架即可。因為當運行SAP2000進行分析時,程序自動將建立的面對象的模型轉換成基于有限元的模型。這種基于有限元的模型稱為分析模型,它由傳統的有限元單元和節點構成。在分析結束后把分析的結果又傳回面向對象模型。用戶可以控制網格劃分,如細分的程度,以及如何處理相交單元的連接等。用戶可以手工對模型進行網格劃分來做到對象和單元的一一對應。

從以上可知,在SAP2000中建模的一般原則是,對象的幾何特性應與實際構件相對應,這樣可以簡化模型并有利于設計過程。同時,圖形界面中亦提供多種有效工具去建立模板中未給出的其它結構模型,甚至可利用內定基本模型及最佳設計去修正模型。


 分析功能

SAP2000程序有別于其它一般結構有限元程序的最大特點就在于它的強大的分析功能。SAP2000中使用許多不同類型的分析,它基本上集成了現有結構分析中經常遇到方法,如時程分析、地震動輸入、動力分析以及Push-over分析等等。另外還包括:靜力分析、用特征向量或Ritz向量進行振動模式的模態分析、對地震反應的反應譜分析等等。這些不同類型的分析可在程序的同一次運行中進行,并把結果綜合起來輸出。

1.荷載工況及組合

荷載代表了對結構的作用,如外力、壓力、支座位移、溫度應力、地面加速度及其它。用戶可以對對象定義包括多種荷載的荷載工況,程序自動計算出地面加速度荷載。為計算在荷載工況下結構的響應,用戶必須定義荷載工況施加的方式(如:靜力的、動力的等)以及結構的分析方式(如:線性的、非線性的等)。同一個荷載工況可以在不同的分析中以不同方式施加。用戶可以任意的定義荷載工況。一般情況下,常定義的荷載工況有靜荷載、活荷載、風荷載、雪荷載、溫度荷載等。需要獨立變化的工況,不管是用于分析或是因為施加方式,應該定義為獨立的荷載工況。對定義的每個荷載工況,程序自動生成荷載向量r和靜力位移u的解,每個荷載工況包括:①框架和(或)殼單元的自重荷載;②框架單元的集中或分布荷載:③殼單元上的均布荷載:④節點上的力和(或)地面位移荷載[69-70]。進行每一個不同的分析稱為分析組合,作為分析組合的一部分,對每個分析組合分配一個量,這些標號可用于產生另外的組合和控制輸出。分析組合的基本類型有:

·荷載組合或荷載(Load Case or Load)--荷載基本的空間分布,靜力分析的對應結果;

·振型(Mode)--特征向量或Ritz-Vector,相應的頻率,振動模態分析的結果;

·反應譜(Spec)--反應譜分析的基本結果。

2. 靜力線性分析

3.模態分析

用戶可以任意多的定義模態分析工況,盡管大多數情況下一個工況已經足夠。對于每一個模態分析工況,用戶可以自行選擇進行特征向量分析還是Ritz向量分析。

4.反應譜分析

SAP2000對于反應譜分析振型組合,給出了CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法、10Pct法和Dbl Sum法等組合方法。我國2002新規范規定考慮結構藕聯效應的情況,可采用CQC和SRSS兩種結合方法。

5.線性時程分析

在SAP2000程序中,時程分析可以使用的積分方式為模態積分和直接積分。模態積分方式是以結構的模態分析結構為基礎,通過結構不同模態的積分求解來得到結構總的響應值,在程序中如果選擇使用模態積分求解,需要選擇積分求解所基于的模態分析工況。如果結構需要考慮高階振型的影響,就應該在模態分析工況中考慮更多的振型數目。直接積分方法本質是在一系列時間間隔范圍內求解平衡方程。在SAP2000中時間積分方法的選擇是通過其它參數區域時間積分參數的定義來完成的,提供了Newmark法、Wilson法、排列法、Hiber-Huges-Taytor法、和Chung and Hulbert法等方法可供選擇。

6.高級分析功能

SAP2000在結構分析實踐中可能會使用的較為深入的分析功能,這些功能包括結構的屈曲分析、靜力非線性分析、動力非線性分析等。

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