SAP建模和分析过程.docx

1、SAP建模和分析过程SAP2000建模和分析过程在家一边做论文，一边把SAP2000建模和分析过程整理了下1.轴网： a：文件-新模型-轴网。笛卡尔坐标可以定义立方体矩形，柱面坐标可以定义立方体弧形。添加局部坐标系：单击鼠标右键-编辑轴网数据-添加新系统（原点位置：0、0、0；在快速绘制，第一个网格位置中可以输入局部坐标相对于总坐标的位置；不可以在一个视窗中同时显示整体坐标、局部坐标，可以通过屏幕右下方的选择区 切换。b:文件-导入：CAD文件、EXCEL等。注：cad中定义不能使用0图层定义新的图层；在导入时，cad的铅垂方向和世界坐标wcs中X、Y、Z、轴的哪一个轴对应，相应的选择对应的轴

2、（全局上方向），也可以在cad中进行旋转操作，也可以通过施加重力方向的荷载校核； 结构导入模型时偏离整体坐标原点太远，可以在cad中将模型移到通用坐标系WCS原点，或在sap2000中进行模型整体移动； cad中采用的是浮动坐标，导入sap2000后会出现极少的位差，可在“交互数据编辑功能”里修改； cad中的曲线杆件不能导入sap2000中，可以利用cad的二次开发技术将圆弧、椭圆等线段修改成直线线段；由cad导入的线段必须为直线，不能为多段线。c:程序自带的已定义属性的三维“框架”。1.1：修改轴网：转化为一般轴线：即可完成对整体坐标与局部坐标中轴线的编辑、修改。编辑数据-修改显示系统-粘

3、合到轴网线：某楼层层高不一样时，可在-修改显示系统 修改z轴坐标，构件会随着轴网一起移动。.2定义材料：定义-材料（有快速添加材料和 添加新材料）。快速添加材料 是程序已经定义好了的，可以定义钢和混凝土，当“快速添加材料” 中没有要定义的材料时，则需要自己手动在“添加新材料” 中定义。3.定义截面:框架单元：用来模拟梁、柱、斜撑、桁架、网架等。面截面： Shell（壳）、plane（平面）、Asolid（轴对称实体）Shell: 膜（仅具有平面内刚度，一般用于定义楼板单元，起传递荷载的作用）；壳（具有平面内以及平面外刚度，一般用于定义墙单元,当h/L钢框架设计-显示设计信息: 设计输出:P-M

4、 Ratio Colors & Values-屏幕上显示的是强度稳定应力比小于1，而红色是表示挠度的应力比超了。查看挠度的应力比。sap2000配筋：SAP/ETABS配筋结果只给出四角和内部配筋，但没有分别给出两个方向的配筋，建截面时输入两个方向的钢筋，但钢筋根数和直径都可以变。13.其它：局部坐标：框架单元： 1轴沿杆方向，2、3轴在垂直于杆轴平面内。 1-2平面竖直；除非杆件竖直（2轴沿+X方向），否则2轴一般为+Z方向；3轴水平，即处于X-Y平面内。 截面特性中1轴沿单元轴线，一般2轴为弱轴、3轴为强轴，但并非必须如此。 壳单元： 3轴为壳单元平面的法向。 3-2平面竖直；除非单元水平

5、（2轴沿+Y方向），否则2轴一般为+Z方向；1轴水平，即处于X-Y平面内。 节点与自由度： 局部坐标轴用于定义节点自由度、约束、特性、节点荷载和表达输出，1、2、3轴默认与X、Y、Z轴相同。 刚片约束： 3轴为平面法向轴，1、2轴程序自动任意在平面内选择，因为平面轴的实际方向并不重要，只有法向方向影响约束方程。点击视图设置建筑视图选项，在对话框中勾选框架/索/钢束前面的局部坐标轴选项，可以显示红、白、蓝三个颜色的箭头，代表1,2,3 轴。参考美国国旗的颜色来记住这个是有效的方法，红色对应轴；白色对应轴；蓝色对应轴。请注意这个视图菜单设置建筑视图选项命令，设置局部坐标轴的显示不仅适用于框架对象，

6、也适用于节点、壳面及连接对象。14.理论、程序操作延伸;14.1: sap对桁架结构进行稳定性分析: bucking分析相当于我们理解中的第一类稳定，这在实际应用中可以作为参考。真正的极值点失稳在sap中可以考虑的，根据沈教授写的网壳稳定分析中的一句话：结构的稳定性可以从荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。那么我们也可以这么理解，只要sap能做出这条曲线那么就可以解决问题，于是就利用到了sap基于位移控制的非线性分析。-当用户知道所期望的结构位移，但不知道施加多少荷载时，选择位移控制。这对于在分析过程中可能失去承载力而失稳的结构，是十分有用的。但是问题：一个是sap极值点分析的初始条件（即初

7、始缺陷的处理）不好弄，比如网架规范要求考虑第一模态。但是sap无法象ansys那样将考虑的模态位移做为初始缺陷。另一个是无法准确的考虑材料非线性，目前常用的是采用非线性link单元和塑性铰来模拟，当然在某些情况下，比如只考虑几何非线性的稳定分析，这也足够了。14.2：在sap里模拟预应力索的周期：将施加索力的那个工况作为非线性工况。然后在模态分析中，初始刚度源自添加索力的那个工况。否则通过在sap里施加负温度来给索施加预应力的! 温度只是以荷载的形式加上去的，并不能影响计算出的索的周期！但是实际上，索由于施加了预应力，自身的刚度增加，周期减小了。14.3：时程分析方法：时程分析法中的振型叠加法

8、和直接积分法的结果应该是差不多的。算出差很远可能是一些参数：例如阻尼比、scale、直接积分的各种方法如willontheta的theta值取的不恰当。振型叠加法计算必须算出足够多的振型，使各方向的质量参与系数达到90%以上。否则计算结果不正确。理论上，只要算的振型足够多，两者的差别不应该很大。SAP2000推荐使用振型叠加法，其计算效率和结果都要好于直接积分法。直接积分会出现迭代误差。14.4：时程分析方法：时程分析法中的振型叠加法和直接积分法的结果应该是差不多的。算出差很远可能是一些参数：例如阻尼比、scale、直接积分的各种方法如willontheta的theta值取的不恰当。振型叠加法

9、计算必须算出足够多的振型，使各方向的质量参与系数达到90%以上。否则计算结果不正确。理论上，只要算的振型足够多，两者的差别不应该很大。SAP2000推荐使用振型叠加法，其计算效率和结果都要好于直接积分法。直接积分会出现迭代误差。14.5非线性：pushover中是定义塑性铰；动力分析有中有材料非线性和几何非线性两种，考虑材料的本构关系为一。考虑结构的大变形大位移小转角为结构 p-d 效应即可。动力分析可以用link单元或hinge来考虑材料非线性，link可以用于振型叠加和直接积分两种情况，不能考虑下降段，计算效率高。hinge可以只能用于直接积分，能考虑下降段，经常处出现不收敛的情况。14.

10、6：。在sap2000中进行时程分析时，结构构件否屈服：塑性铰（hinge）一般不用来作时程分析，而只用来作静力分析。针对钢框架结构，进行弹塑性时程分析，在SAP2K中可以采用塑性铰来考虑塑性问题， SAP2K中的塑性铰，是根据FEMA-273和ATC-40的规范的规定定义的。目前在SAP2K中主要针对 frame单元的塑性铰，还没有shell单元的塑性铰类型。14.7：RITZ向量法和特征向量法求解结构周期：用RITZ向量法和子空间叠代法都是近似的数值计算方法，振型阶数越高，误差越大。两者高阶振型应该是有差别的。一般来说，高阶振型地震响应很小，不必过分追求高阶振型的精确度。当选取的里兹向量数

11、目和结构的自有度数目相等时，里兹方法得到的结果和特征值的结果相同，因为此时里兹向量的基向量数目和结构的自有度数目相等，其空间和特征向量的空间相等，而对应于结构的满自有度空间对应只有一种空间展开形式，因此二者相同。用里兹向量方法进行地震响应分析时，其荷载空间分布模式为和结构质量相关量，其缺陷是当高阶模态对结构贡献较大时，其无法考虑。14.8：时程分析：进行结构非线性分析时，重力荷载是必须要加的，因为结构首先是承受重力荷载，再在地震作用下反应。重力荷载的施加可以通过静力非线性分析工况，设置为时程分析的初始状态。考虑重力的非线性地震分析，先进行重力荷载的静力非线性分析，再进行时程分析。14.9：型钢

12、混凝土柱：采用自定义截面的两种材料组合，塑性铰可以自定义；默认PMM铰是不考虑压弯失稳的。 可以添加一个新铰不采用默认参数，可以改里面的屈服模型，有ASCI模型和FEMA模型，也有自定义模型-是梁端铰，用RESPONSE算出截面的弯矩曲率曲线，输入SAP中；若需要的是柱端PMM铰，用RESPONSE算出截面的弯矩轴力曲线以及弯矩曲率曲线，输入SAP中，均用用户自定义。1410：框架柱所承担的底部倾覆力矩：框架承担的弯矩可以从截面切割中得到，楼层总弯矩可以在story shear中输出！-定义组 -然后选中柱子和柱子底部节点，再进行截面切割。14.11：框-剪：剪力墙用壳单元模拟，直接输入面单元

13、分析；剪力墙里面的配筋在内力分析的时候是不需要建到模型里面的。这个是目前结构计算所默认的基本原则。有限元分析可以得到shell单元的应变和应力，在指定位置（比如某个截面）积分可以得到该截面的内力。有了内力可以根据规范给出墙肢配筋。14.13：pushover（静力非线性分析）分析,后如何得到顶点的最大位移,如何得到层间位移角?- 点菜单 File>Display Tables在Table对话框 File> Print Table to File. 然后将文件导入 Excel 或者 Origin 进行数据处理，并绘制图线-可以从图形判断顶点位移，但是无法判断层间位移。 在能力谱的下方

14、，有一个 PerformancePoint（V,D）,那个V就是对应性能点的底部剪力，D就是顶点位移。 层间位移的求法，是通过这个性能点，找对应的pushover的step，然后把那个step下的各层位移导出，用excel表格处理。 还有一个方法，就是事先定义广义位移（ 每个广义位移对应一个层间位移），最后通过SAP的显示>绘图函数，绘制相应的图示。但是此法不推荐，个人感觉sap数据处理功能太差，拿它绘图太烦琐，也不好看。pushover（静力非线性分析）：荷载施加控制 Pushover 分析一般需要多个分析工况。一个典型的Pushover 分析可能由3个工况构成：第一个将施加重力荷载给

15、结构，第二个和第三个可施加不同的横向荷载。 Pushover 工况可以从零初始条件开始，或从前一个Pushover工况结束处的结果开始。例如，重力工况从零初始条件开始，而两个横向工况的每一个从重力工况的结束处开始。因为Pushover分析是非线性的，所以将其分析结果和其它线性或非线性分析叠加是不合理的。当按规范要求比较Pushover的结果时，需要在Pushover工况内施加所有适当的设计荷载组合。这可能需要多种不同的Pushover工况来考虑所有规范规定的设计规范荷载组合。当进行Pushover 分析时，必须在结构上施加代表惯性力的分布静荷载。一般地，将荷载定义为下面一个或多个的比例组合：1

16、）自定义的静荷载工况或组合。2）作用于任意的整体X、Y、Z方向的均匀加速度。在每一节点的力和分配给节点的质量成比例，且作用在指定的方向。3）从指定特征类型或RITZ类型振型的振型荷载。在每一节点的力和振型位移，振型角频率平方，及分配给节点的质量成比例。力作用于振型位移方向。对其他类型的分布形式，可以定义OTHER类型的静力荷载工况，分布为侧向分布的均匀或倒三角形分布，然后使用此静力荷载工况作为侧向荷载的分布。比例系数在位移控制情况下只表示相对比例，不代表荷载的绝对数值。在Pushover分析中，荷载与指定的荷载样式成比例的施加给结构。指定荷载样式的初始乘数为零。随着Pushover 分析的进行，此乘数逐步增加，直至到达指定的 Pushover 结尾，或在某些情况直至结构不能承受附加的荷载。可使用两种不同的方法来控制Pushover分析中施加在结构上的荷载：荷载控制和位移控制。每一个Pushover工况可使用力控制或位移控制。选择一般依赖于荷载的物理性质和期望的结构行为。在力控制时，需施加一定的荷载样式。使用此种荷载控制方法可以简单地将当前力的增量施加给结构。例如，假定当前施加给结构的力为150kN。在力控制时，SAP2000可简单的施加此荷载的