SAP84教程.docx
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SAP84教程
SAP84教程
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有限元分析软件sap84
使用手册
城交分院地下构造所
二零零五年蒲月
目次（SAP84）
1软件介绍1
1.1软件概述1
1.2软件安装2
1.3获得赞助2
2工程算例3
2.1问题描述3
2.2计算步调4
3留意事项12
3.1建立计算模型12
3.2拔取单位制12
3.3关于自重13
3.4关于材料参数13
3.5荷载工况及组合14
3.6弹簧刚度15
3.7梁柱弯矩放松15
4常用参数表16
4.1地基土的基床系数16
5计算单内容17
1软件介绍
1.1软件概述
SAP84是以有限元法为基本的构造分析软件，由北京大年夜学力学系袁明武传授主持开辟。
自1982年开辟以来至今已有近二十多年的汗青，今朝SAP84版本6.5已经推出。
为了考据有限元法度榜样的精确性，SAP84对美国CSI公司产品SAP2000的大年夜部分算例都进行了计算和比较。
SAP84软件是一个高度模块化的体系，它包含下列模块：
a平面模型图形输入体系PlanIn。
PlanIn可以或许处理平面框架、桁架、钢架、平面应力和平面应变问题，用荷载构造模型进行地下构造分析一般采取此模块。
b构造设计图形后处理软件GPOST。
c与现行规范配套的混凝土配筋模块REIN和钢构造校核模块SS88（2004年）。
d功能强大年夜的图形交互体系GIS。
GIS可以或许处理空间框架、桁架、网架、钢架、壳体和地下构造问题，对于空间效应明显的地下构造一般采取此模块分析。
e桩基承载力分析模块GPILE。
f独特的施工模仿分析模块XCONSTR。
g二维有限元网格主动生成及建模法度榜样AutoMESH2D（其功能同时集成在GIS中）
h三维实体单位网格主动生成及建模法度榜样AutoMESH3D。
i高层建筑专用前处理法度榜样SAGS和后处理法度榜样SAGSOUT。
SAP84各模块之间的关系如图1.1所示。
图1.1模块关系图
1.2软件安装
用户在购买SAP84后即获得：
一张软盘（含同加密狗配套的授权文件SAP84V60.INI）；一张光盘（含安装文件SETUP.EXE）；一个加密插头。
用户可以启动光盘上的SETUP.EXE进行安装，然后按照SETUP的提示进行。
假如安装的是正式版，安装过程中须要把授权文件SAP84V60.INI文件拷入SAP84安装目次。
假如用户体系为WindowsNT或Windows2000，并且是第一次安装SAP84，安装法度榜样会请求安装并口驱动法度榜样。
安装完成之后请将加密插头插到并行口LPT1上，然后就可以经由过程SAP84法度榜样组启动SAP84集成情况体系SAPGUIDE。
1.3获得赞助
在进修或者应用软件过程中，假如碰到艰苦可以经由过程几种门路来解决：
a软件配有一套纸质解释书，以供浏览；
b在软件启动后，按F1键涌如今线赞助；
c“开端”→“法度榜样”→“SAP84”可找到赞助体系文件夹和演示法度榜样。
2工程算例
PlanIn是地下构造专业最常用的模块，这里重要介绍PlanIn的应用办法。
假如欲控制建立空间模型的根本办法，可进修GIS赞助中建立半球壳的例子。
2.1问题描述
某地铁车站构造横断面如图2.1所示，构件所用材料为C30钢筋混凝土。
地基土程度、竖直基床系数为40MPa/m。
构造所受永远荷载如图2.2所示，所受可变荷载如图2.3所示。
图2.1构造横断面图
图2.2永远荷载图
图2.3可变荷载图
2.2计算步调
根据已知前提，建立模型，计算该构造的内力和位移。
计算步调如下：
（1）启动软件，拔取单位制，进行选项设置。
点击桌面图标
启动SAP84，进入后点击
，点击“文件”“新建”“保存”，文件名只可以英文字母定名。
点击“参数”“拔取单位制”，选择“kN、m”，点击肯定。
点击“参数”“选项设置”，确认选择了“推敲材料引起的自重”一项。
（2）生成节点和单位，建立几何模型。
点击“几何”“绝对坐标生成节点”，在界面底部输入表2.1中节点坐标，生成6个节点。
点击“显示”“显示选项”，选中“节点号”一项，屏幕显示出节点编号，如图2.4所示。
表2.1节点坐标值
节点号
y
z
1
0.000
0.000
2
14.800
0.000
3
14.800
6.800
4
14.800
11.600
5
0.000
11.600
6
0.000
6.800
图2.4
点击“几何”“梁柱生成”，在“常用对象与按钮”中选择“直线生成”，用鼠标持续选择节点1和节点2，在屏幕出现的对话框中输入要生成的单位数量，生成车站构造的底板。
如斯办法生成侧墙、顶板和中板，完全的车站构造如图2.5所示。
图2.5
（3）设置构件材料和截面。
点击“参数”“治理材料库”“添加材料”，输入“C30”，“混凝土强度等级”中显示“30”，其余参数不需输入，软件将主动赋值。
点击“参数”“治理通俗截面库”“添加截面”，输入“底板”，在“截面参数”中输入截面高（1.3）和截面宽（1.0）的数值，屏幕如图2.6所示。
如斯办法生成顶板（截面高1.2和截面宽1.0）、中板（截面高0.6和截面宽1.0）和侧墙（截面高0.8和截面宽1.0）的截面尺寸。
图2.6
点击“属性”“梁柱材料”，选择所有的梁柱单位，选中的单位会改变色彩。
单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，所有单位被付与了材料属性。
点击“属性”“梁柱截面”，确认截面参数显示为“底板”，选中所有底板单位。
单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，所有底板单位被付与了截面属性。
如斯办法将截面属性分别付与给顶板、中板和侧墙单位。
此时屏幕如图2.7所示。
图2.7
（4）施加构造荷载，建立荷载工况，设置荷载组合。
点击“荷载”“梁柱荷载”“改变荷载参数”，选中“以插值的方法肯定梁柱荷载”。
输入插值点1（-66）和插值点2（-66）的“荷载线密度值”，点击“退出然后捕获2个插值点”，选择节点5和节点4，再选择顶板梁柱单位。
单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，选中单位被施加了响应荷载。
如斯办法施加中板荷载（-8）。
点击“改变荷载参数”，选中“以插值的方法肯定梁柱荷载”。
选择“荷载感化偏向”为整体坐标Y偏向，输入插值点1（17.82）和插值点2（87.21）的“荷载线密度值”，点击“退出然后捕获2个插值点”，选择节点5和节点1，再选择左侧侧墙梁柱单位。
单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，选中单位被施加了响应荷载。
如斯办法施加右侧侧墙荷载（-17.82，-87.21）。
此时屏幕如图2.8所示。
图2.8
点击“常用对象与按钮”，“工况1”，输入“2”，进入工况2，施加构造遭受的活荷载。
办法如上所述，顶板施加荷载（-20，-20），左侧侧墙施加荷载（5.4，5.4），右侧侧墙施加荷载（-5.4，-5.4）。
此时屏幕如图2.9所示。
图2.9
点击“荷载”，“荷载组合”，“添加”，“+”，“工况号”中输入“1”，“荷载系数”中输入“1.485”。
“+”，“工况号”中输入“2”，“荷载系数”中输入“1.54”，点击“肯定”。
“添加”，“+”，“工况号”中输入“1”，“荷载系数”中输入“1.0”。
“+”，“工况号”中输入“2”，“荷载系数”中输入“1.0”，点击“肯定”。
点击“肯定”。
点击“荷载”，“位移组合”，“添加”，“+”，“工况号”中输入“1”，“荷载系数”中输入“1.0”。
“+”，“工况号”中输入“2”，“荷载系数”中输入“1.0”，点击“肯定”。
点击“肯定”。
（5）施加构造束缚前提。
点击“节点”，“接地弹簧刚度”，在“Dz”中输入“-1”，在“弹簧刚度”中输入“37000”，选择“只能受压”，用鼠标选择节点1和节点2，点击右键，选择“应用选择对象”，节点1和节点2处显示设置了受压弹簧。
如斯办法设置表2.2所列节点处的弹簧，成果如图2.10所示。
表2.2弹簧刚度值
节点号
Kz
节点号
节点号
Ky
1
37000
5
4
24000
7
74000
27
19
48000
8
74000
28
18
48000
9
74000
29
17
48000
10
74000
6
3
58000
11
74000
30
16
68000
12
74000
31
15
68000
13
74000
32
14
68000
2
37000
1
2
34000
图2.10
（6）检查数据和删除无用数据。
点击“文件”，“数据检查”，软件警告“构造在UYUZ偏向的自由度没有束缚”，因为设置了弹簧，构造是静定的，点击“肯定”，忽视软件警告。
点击“文件”，“删除无用数据”，软件显示“完成无用信息的删除”。
（7）计算和成果查看。
点击“其他模块”，“计算与分析”，出现“SAP84分析选项对话框”，选择“肯定”，软件开端计算。
计算完毕后，点击“其他模块”，“后处理SAPOUT”，进入SAP84后处理模块。
将“当前公共参数”中的荷载组合选择为“1”，点击“内力与应力”，“一维单位的内力争”，选择“1-2平面内的弯矩”，点击“肯定”，屏幕显示构造在荷载组合1感化下的1-2平面内的弯矩图，如图2.11所示。
如斯办法，可以或许获得荷载组合1感化下构造的轴力争和剪力争和荷载组合2感化下的构造内力争。
获得构造内力争即可对构造截面进行验算和配筋。
图2.11
将“当前公共参数”中的位移组合选择为“1”，点击“位移”，“节点位移的数值显示”，选择“当前位移组合的位移”，和“Z偏向平动位移”，点击“肯定”，屏幕显示构造在位移组合1感化下的竖直偏向的位移图，如图2.12所示。
如斯办法，可以或许获得荷载组合1感化下构造在其他偏向的位移。
图2.12
3留意事项
3.1建立计算模型
计算模型是对实际构造的抽象和简化，计算模型应当可以或许精确、精确地反应重要构件的重要特点。
SAP84供给了很多单位类型用于模仿不合的构件，单位类型的选择重要取决于构件的受力特点。
一般说来，遭受轴力和弯矩并且一个偏向的标准比别的两个偏向要大年夜得多的构件可以用梁柱单位来模仿，而一个偏向的标准比别的两个偏向要小得多的构件可以用板壳单位或墙单位来模仿。
假如板壳重要遭受面内的轴力，面外弯矩可以忽视的话可以采取板壳单位中的膜模式，假如板壳重要遭受面外弯矩，面内的轴力可以忽视的话则可以采取板壳单位中的板模式，其它情况则可以用壳模式来模仿。
假如三个偏向的标准邻近，则须要用三维实体单位来模仿。
同样一根梁单位，假如把它放在全部构造中推敲，可以用梁柱单位模仿，然则有时刻假如须要零丁推敲这根梁单位的具体受力状况，这时可以用三维实体单位来模仿，然后把整体计算中的内力成果施加到三维实体单位上。
有时假如须要推敲构件连接部位的受力状况，可以先辈行整体计算（忽视连接处的影响），然后采取三维实体元计算该连接部位，同时把整体计算中的内力成果加上。
3.2拔取单位制
GIS和PlanIn不限制应用何种单位制，用户可以根据习惯本身选择。
今朝，软件供给给用户的单位制选项见图3.1。
根据工程习惯，建议选用kN和m单位制。
须要留意的是：
重量和质量是两个不合的概念，二者有必定的换算关系。
图3.1
3.3关于自重
“选项设置”供给了一些常见选项的输入与控制，部分选项对于计算成果异常关键。
假如在填写各单位的材料参数时输入了材料的重度（包含由混凝土强度等级获得的查询值），并且选中了此选项，SAP84分析法度榜样将主动推敲由材料重度产生的自重，并且把它放在工况1下。
然则，假如没有选中此项，SAP84在计算时将不会推敲由材料重度产生的自重。
缺省情况下该项是被选中的。
3.4关于材料参数
在输入材料参数时，假如只输入混凝土强度等级，而其它材料参数保持为零，SAP84分析法度榜样将主动查询该混凝土强度等级对应的弹性模量E、剪切模量G、泊松比v、密度、重度以及热膨胀系数。
材料数据对话框如图3.2所示。
一般弹性模量、剪切模量和泊松比之间的转换公式为：
G＝E/2（1+v）。
假如没有输入混凝土强度等级，而输入了其它材料参数，则材料由这些输入的参数决定。
假如同时输入了混凝土强度等级和其它材料参数，输入的材料参数将覆盖混凝土强度等级对应的参数。
例如：
输入混凝土强度等级为40、弹性模量为2.06E8千牛/平方米，其它参数均为零，则这种材料的弹性模量为2.06E8千牛/平立米（40号混凝土对应的弹性模量为3.25E7千牛/平方米），剪切模量为1.25E7千牛/平方米（查询值），密度为2.5吨/立方米（查询值），比重为24.5千牛/立方米（查询值），热膨胀系数为1.0E－5（查询值）。
图3.2
3.5荷载工况（荷载种类）及组合
这里所说的工况实际上就是荷载种类，在输入过程中一般不限制哪些荷载放置在哪个工况下，但应尽量把组合系数雷同的荷载放在同一工况下。
法度榜样今朝对一些特别的荷载地点的工况有一些特别的商定：
梁柱、板壳、墙、三维元单位的材料属性中假如输入了单位体积的自重（包含输入了混凝土标号或者钢截面与材料），前处理体系将把这部分自重强迫放置在工况1下，除非撤消了“选项设置”对话框中的“推敲材料引起的自重”一项；其它的荷载所放的工况没有任何特别请求。
SAP84中的荷载工况系数与建筑构造荷载规范中的分项（组合）系数有必定的差别，某荷载组合感化下产生的内力指的是如下的荷载组合：
工况1的荷载×工况1的荷载系数＋工况2的荷载×工况2的荷载系数＋工况3的荷载×工况3的荷载系数＋……＋工况n的荷载×工况n的荷载系数。
荷载组合对话框如图3.3所示。
各工况的荷载值并不规定是设计值照样标准值，完全由您所输入的荷载值决定。
这里所谓的荷载工况系数是综合了规范中的组合系数和分项系数之后的综合系数。
图3.3
SAP84在进行分析时，位移组合和荷载组合可以不雷同。
位移组合系数输入办法与荷载组合完全雷同。
SAP84的荷载组合可懂得为承载才能极限状况对应的荷载组合，位移组合可懂得为正常应用极限状况对应的荷载组合。
3.6弹簧刚度
接地弹簧刚度与围岩基床系数和弹簧所覆围岩面积有关，计算公式为
—接地弹簧刚度
—围岩基床系数
—弹簧所覆围岩面积
、
—与弹簧相连单位的面积
、
—与弹簧相连单位的长度
3.7梁柱弯矩放松
PlanIn生成的梁柱单位在缺省情况下两端采取刚接，假如用户想把构件的一端或两端作为铰接处理，可以经由过程弯矩放松功能实现。
梁端放松对话框如图3.4所示。
100表示完全放松，0表示刚接，弯矩放松的项可所以0—100中的任何一个数据（半刚接，介于完全刚接和完全铰接之间）。
图3.4
4常用参数表
4.1地基土的基床系数
图4.1基床系数
的经验值（MPa/m）
岩土类别
状况
值
软土、淤泥质土、有机土
1~8
粘性土
软塑
8~15
可塑
15~35
硬塑
35~70
坚塑
70~90
砂土
松散
5~10
稍密
10~15
中密
15~25
密实
25~40
圆砾、角砾
中密
25~40
密实
40~95
黄土、黄土质土
30~50
注：
本表系垂直基床系数，摘自《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》
基床系数应根据工程地质勘察申报进行取值。
国表里经由过程大年夜量荷载板实验已积聚了很多垂直基床系数
的经验参考值，而程度基床系数
与垂直基床系数
的关系，往后还需进一步研究。
5计算单内容
（1）工程概况
a工程名称、设计阶段等工程的根本情况。
b各构造构件采取的材料、截面、构造断面图。
（2）地质前提
包含地层的物理力学参数和地下水情况。
（3）构造模型
a根本假定
b构造模型图，束缚前提。
c弹簧刚度列表
（4）荷载计算
a荷载计算
b荷载组合
c荷载图
（5）计算成果
a构造内力争：
根本组合、标准组合等各荷载组合的弯矩图、轴力争和剪力争。
b构造位移图：
Y偏向位移图和Z偏向位移图。
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