SAP84詳細(xì)教程

1、地下結(jié)構(gòu)專業(yè)工作手冊系列之一有限元分析軟件sap84使用手冊城交分院地下結(jié)構(gòu)所二零零五年五月目錄(SAP84)1軟件介紹1.2軟件安裝213獲得幫助22工程算例2.2計算步驟43注意事項123.1建立計算模型123.2選取單位制123.3尖于自重1334矢于材料參數(shù)133.5荷載工況及組合143.6彈簧剛度1537梁柱彎矩放松154常用參數(shù)表164 |地基土的基床系數(shù)165計算單內(nèi)容171軟件介紹1.1軟件概述SAP84是以有限元法為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)分析軟件，山北京大學(xué)力學(xué)系袁明武教授主持開 發(fā)。自1982年開發(fā)以來至今已有近二十多年的歷史，目前SAP84版本6.5已經(jīng)推出。為 了考證有限元程序的正

2、確性，SAP84對美國CSI公司產(chǎn)品SAP2000的大部分算例都進(jìn)行 了計算和對比。SAP84軟件是一個高度模塊化的系統(tǒng)，它包括下列模塊：a平面模型圖形輸入系統(tǒng)Pianino Planin能夠處理平面框架、桁架、鋼架、平面應(yīng)力 和平面應(yīng)變問題，用荷載結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)分析一般采用此模塊。b結(jié)構(gòu)設(shè)計圖形后處理軟件GPOSToc與現(xiàn)行規(guī)范配套的混凝土配筋模塊REIN和鋼結(jié)構(gòu)校核模塊SS88 （2004年）。d功能強大的圖形交互系統(tǒng)GISo GIS能夠處理空間框架、桁架、網(wǎng)架、鋼架、殼體 和地下結(jié)構(gòu)問題，對于空間效應(yīng)明顯的地下結(jié)構(gòu)一般采用此模塊分析。e樁基承載力分析模塊GPILEof獨特的施工模擬

3、分析模塊XCONSTRog二維有限元網(wǎng)格自動生成及建模程序AutoMESH 2D （其功能同時集成在GIS 中）h三維實體單元網(wǎng)格自動生成及建模程序AutoMESH 3Doi高層建筑專用前處理程序SAGS和后處理程序SAGSOUToSAP84各模塊之間的矢系如圖1.1所示。擴展名為SPRJ的文件D84格式的 數(shù)據(jù)文件SAP84數(shù)據(jù)文件（不帖展名）擴展名 為FRJ 的文件擴展名為 PPRJ的文件可以沒有D24文件SAP84計算與分析模塊SAP84內(nèi)力計算結(jié)果SAP84配筋.瞬構(gòu)校核、求反力等模塊;SAP84再處理結(jié)果、I+ Ij 、1GPOST SAPOUT| SAGSOUT圖1.1模塊矢系圖1

4、.2軟件安裝用戶在購買SAP84后即得到：一張軟盤（含同加密狗配套的授權(quán)文件 SAP84V60.INI）； 一張光盤（含安裝文件SETUP.EXE）； 一個加密插頭。用戶可以啟動光盤上的SETUP.EXE進(jìn)行安裝，然后按照SETUP的提示進(jìn)行。如果 安裝的是正式版 安裝過程中需要把授權(quán)文件SAP84V60.INI文件拷入SAP84安裝U錄。 如果用戶系統(tǒng)為Windows NT或Windows 2000,并且是笫一次安裝SAP84,安裝程序會要 求安裝并口驅(qū)動程療：。安裝完成之后請將加密插頭 插到并行口 LPT1上，然后就可以通 過SAP84程序組啟動SAP84集成環(huán)境系統(tǒng)SAPGUIDEo13

5、獲得幫助在學(xué)習(xí)或者應(yīng)用軟件過程中，如果遇到困難可以通過兒種途徑來解決：a軟件配有一套紙質(zhì)說明書，以供閱讀；b在軟件啟動后，按Fl鍵岀現(xiàn)在線幫助；C “開始” f “程序” f“SAP84”可找到幫助系統(tǒng)文件夾和演示程序。2工程算例Planin是地下結(jié)構(gòu)專業(yè)最常用的模塊，這里主要介紹Planin的使用方法。如果 欲掌握建立空間模型的基本方法，可學(xué)習(xí)GIS幫助中建立半球殼的例子。21問題描述某地鐵車站結(jié)構(gòu)橫斷面如圖2.1所示，構(gòu)件所用材料為C30鋼筋混凝土。地基土 水平、豎直基床系數(shù)為40MPa/mo結(jié)構(gòu)所受永久荷載如圖2.2所示，所受可變荷載如 圖2.3所示。圖2.1結(jié)構(gòu)橫斷面圖66k Pa11

6、1111672lkP圖2.2永久荷載圖20kPa54k圖2.3可變荷載圖2 2計算步驟根據(jù)已知條件，建立模型，計算該結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。計算步驟如下:(1) 啟動軟件，選取單位制，進(jìn)行選項設(shè)置。SAPS4點擊桌面圖標(biāo)I集成環(huán)£境疏7唁動SAP84,進(jìn)入后點擊Flanin點擊“文件”“新建” “保存文件名只可以英文字母命名。點擊“參數(shù)選取單位制X選擇“kN、mS點擊確定。點擊“參數(shù)” “選項設(shè)置”，確認(rèn)選擇了 “考慮材料引起的自重” 一項。(2) 生成節(jié)點和單元，建立兒何模型。點擊“兒何” “絕對坐標(biāo)生成節(jié)點S在界面底部輸入表2.1中節(jié)點坐標(biāo)，生成6個 節(jié)棗o點擊“顯示八顯示選項”，選中

7、“節(jié)點號” 一項，屏幕顯示出節(jié)點編號，如圖2.4 所示。表2.1節(jié)點坐標(biāo)值節(jié)點號yZ10.0000.000214.8000.000314.8006.800414.80011.60050.00011.60060.0006.800AunnhPltftln阻回丙丈伶 171 多掙 1：卒而宵白JL口股)足代 1 tsifufn 90®曲(U) SAQ) 25(6)G它 g k )WftQli_2 口 JZ上念人山悄* ! i7亍厶令bSyXXXooOT7w交囹rfliXM 呢 <v efflw:怪也典字患艮如莎怕等力融冇各fnm,和田我qg茨右工刨觸瞅阱炬出r 確r j-KaA

8、71;rd> HvJ>二勺"M tfe圖2.4點擊“兒何” “梁柱生成S在“常用工具與按鈕”中選擇“直線生成S用鼠標(biāo)連續(xù) 選擇節(jié)點1和節(jié)點2,在屏幕出現(xiàn)的對話框中輸入要生成的單元數(shù)Lh生成車站結(jié)構(gòu)的底 板。如此方法生成側(cè)墻、頂板和中板，完整的車站結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。 FIMXIMXSX3：） ZAL| n* m a* cufjt-ju .ik w 舊妙凸.11 JMl Jrw F.WN »M m I八 vXI w h UllR上 JI上& L山孫?回更點匕94”4 A4G遼MMb»iTK3cWWJH2m勾匹Sf力通/換面mg 伍 Ii2j I

9、i 311 P1W4A圖2.5（3）設(shè)置構(gòu)件材料和截面。點擊“參數(shù)” “管理材料庫” “添加材料”，輸入“C30S “混凝土強度等級”中 顯示“30”，其余參數(shù)不需輸入，軟件將自動賦值。點擊“參數(shù)” “管理普通截面庫” “添加截面”，輸入“底板”，在“截面參數(shù)”中輸入截面高（1.3）和截面寬（1.0）的數(shù)值，屏幕如圖2.6所示。如此方法生成頂板60.0006.800（截面高12和截面寬1.0）、中板（截面ISJ 0.6和截面寬1.0）和側(cè)墻（截面高0.8和 截面寬1.0）的截面尺寸。截面陣維護(hù)對話框置-3言平向面 為垂前方平序 向當(dāng)2在栽 方于面處內(nèi)選擇截面標(biāo)識名稱_I底扳HI修改截面名I忝加

10、截面I詰選擇當(dāng)前截面的截面類型：截面參數(shù)徵當(dāng)前前長叼g截面高h(yuǎn)FT截面寬bll.O|0T輸出到文件確定取消I圖2.6點擊“屬性” “梁柱材料”，選擇所有的梁柱單元，選中的單元會改變顏色。單擊 鼠標(biāo)右鍵，選擇“應(yīng)用選擇對象”，所有單元被賦予了材料屬性。點擊“屬性” “梁柱截面”，確認(rèn)截面參數(shù)顯示為“底板”，選中所有底板單元。單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“應(yīng)用選擇對象”，所有底板單元被賦予了截面屬性。如此方 法將截面屬性分別賦予給頂板、中板和側(cè)墻單元。此時屏幕如圖2.7所示。$2HMhl文浮吃AOXO HA(CI節(jié)占111刑1】顯茨111 M A1M M P 凸 X33A r0 ' 口上掛 LlLj

11、 dXp?a"7 弋 9 金十 0 赍X&X3： : 二 乂">L;r 乜?:1CTF3工此圖2.74 '1 1)3 1!J(4) 施加結(jié)構(gòu)荷載，建立荷載工況，設(shè)置荷載組合。點擊“荷載” “梁柱荷載” “改變荷載參數(shù)”，選屮“以插值的方式確定梁柱荷 載”。輸入插值點1 (-66)和插值點2 (-66)的“荷載線密度值”，點擊“退出然后捕捉2個 插值點”，選擇節(jié)點5和節(jié)點4,再選擇頂板梁柱單元。單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“應(yīng)用選擇對 象”，選中單元被施加了相應(yīng)荷載。如此方法施加中板荷載8)o點擊“改變荷載參數(shù)”，選中“以插值的方式確定梁柱荷載”。選擇“荷載作用方

12、 向”為整體坐標(biāo)Y方向，輸入插值點1(17.82)和插值點2(87.21)的“荷 載線密度值”， 點擊“退出然后捕捉2個插值點”，選擇節(jié)點5和節(jié)點1,再選擇左側(cè)側(cè)墻梁柱單元。單擊 鼠標(biāo)右鍵，選擇“應(yīng)用選擇對象”，選中單元被施加了相應(yīng)荷載。如此方法施加右側(cè)側(cè)墻 荷載(-17.82, -87.21 )0此時屏幕如圖2.8所 示。-FIMTlk爻浮必鄉(xiāng)腫口幾何 毗;1節(jié)占 時ID IT® WAi? X&JEX : 2炮 IS 已歩 S : 口1 上 La:FgQQfg做F殳它守圖2.8點擊“常用工具與按鈕”，“工況r輸入“2=進(jìn)入工況2,施加結(jié)構(gòu)承受的活荷 載。方法如上所述，頂板施

13、加荷載(-20, -20),左側(cè)側(cè)墻施加荷載(5.4, 5.4),右側(cè)側(cè)墻施加荷載(54, 54)。此時屏幕如圖2.9所示。iMtfal瓦它WC耐MN浮必刊陰總JUMIticKO）書白Q “illOP 凸 SlWA r0 口 j ±tH / di S P ? ?a邕 Et?今 4八7 弋 9 危十 o 3P x axi 二 2-2 V L;n illluu1:18740-才 44iyI Mt 工此思翻玲8涼san北技 fwrtl mKBar/；式J .t«# tier. UMAIi HraXm>1 nti Mn ,N Ml|圖2.9點擊“荷載S “荷載組合S “添加S

14、“ + S “工況號”中輸入“1S “荷載系數(shù)”中 輸入T.485J “ + ”，“工況號”中輸入V, “荷載系數(shù)”中輸入T.54二點擊“確 定”?！疤砑庸r號”中輸入T”， “荷載系數(shù)”中輸入"1.0-°“ + ”， “工況號”中輸入“2”， “荷載系數(shù)”中輸入T.0S點擊“確定”。點擊確 定”。點擊“荷載”，“位移組合”，“添加工況號”中輸入T"，“荷載系數(shù)”中輸入”i.(r。 “ +“工況號”中輸入“2J “荷載系數(shù)”中輸入T.(T,點擊“確定”。點擊確定”。(5) 施加結(jié)構(gòu)約束條件。點擊“節(jié)點X “接地彈簧剛度S在“Dz”中輸入”，在“彈簧剛度”中輸入“3

15、7000=選擇“只能受壓”，用鼠標(biāo)選擇節(jié)點1和節(jié)點2,點擊右鍵，選擇“應(yīng)用選擇對象S節(jié)點1和節(jié)點2處顯示設(shè)置了受壓彈簧。如此方法設(shè)置表2.2所列節(jié)點處的彈簧，結(jié)果如圖2.10所示。表2.2彈簧剛度值節(jié)點號Kz節(jié)點號節(jié)點號Ky0077400117412747 fiF)WE方式.*tl*VVd3«itW«a 州 rnAttw*葉41擊擊 缶 if一看護(hù) F A4-J :J點 JPJFM翊殆zJ:理MHAUFltaTuI237000168000234000思紆巧食卜al氏抵立網(wǎng)丿T=W 5130,b久.力商曼力的無申氏砂方財5開蛤 -oi刁B錄場協(xié)% m riarJnt=S 勺.

16、二錢PJ|圖 2.10(6) 檢查數(shù)據(jù)和刪除無用數(shù)據(jù)。點擊“文件”，“數(shù)據(jù)檢查”，軟件警告“結(jié)構(gòu)在UYUZ方向的自由度沒有約束”，由于設(shè)置了彈簧，結(jié)構(gòu)是靜定的，點擊“確定”，忽略軟件警告。點擊“文件”，“刪除無用數(shù)據(jù)”，軟件顯示“完成無用信息的刪除”。(7) 計算和結(jié)果查看。點擊“其他模塊”，“計算與分析”，出現(xiàn)-SAP84分析選項對話框”，選擇“確定”， 軟件開始計算。計算完畢后，點擊“其他模塊”，“后處理SAPOUT-,進(jìn)A SAP84后處 理模塊。將“當(dāng)前公共參數(shù)”中的荷載組合選擇為T"，點擊“內(nèi)力與應(yīng)力”，“一維單 元的內(nèi)力圖”，選擇“12平面內(nèi)的彎矩”，點擊“確定”，屏幕顯

17、示結(jié)構(gòu)在荷載組合1作 用下的12平面內(nèi)的彎矩圖，如圖2.11所示。如此方 法，能夠得到荷載組合1作用下結(jié) 構(gòu)的軸力圖和剪力圖和荷載組合2作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖。得到結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖即可對結(jié)構(gòu)截面 進(jìn)行驗算和配筋。MB 2 s u：於欣Q盪人就afiiRlt 3 avg4、ZJ詣用合亡 fn_ 方冃星口號，XC&h,白 Bid4 B>A4U 6UnwCJ - r=丹乜勿W-1593圖 2.11將“當(dāng)前公共參數(shù)”中的位移組合選擇為T"，點擊“位移”，“節(jié)點位移的數(shù)值 顯示”，選擇“當(dāng)前位移組合的位移”，和“Z方向平動位移”，點擊“確定”，屏幕顯 示結(jié)構(gòu)在位移組合1作用下的豎直方向的位

18、移圖，如圖2.12所示。如此方法，能夠得到 荷載組合1作用下結(jié)構(gòu)在其他方向的位移。WAT 7-KQti文浮忙1 fit u-fti內(nèi)力紂&力低！統(tǒng)星力希僅Ia? a a AJL_言修組臺】內(nèi)設(shè)修加最天經(jīng)對值"0 58絵天性修貲值OJ5TTm齊用各仲方刃a宕各榊H.1$刃巴中航夂muifas曲粉 msFLsi ie3注意事項3.1建立計算模型訃算模型是對實際結(jié)構(gòu)的抽象和簡化，汁算模型應(yīng)該能夠正確、準(zhǔn)確地反映 主要構(gòu) 件的主要特征。SAP84提供了很多單元類型用于模擬不同的構(gòu)件，單元類型的選擇主要取決于構(gòu)件 的受力特點。一般說來，承受軸力和彎矩并且一個方向的尺度比另外兩個方向要大

19、得多的 構(gòu)件可以用梁柱單元來模擬，而一個方向的尺度比列外兩個方向要小得多的構(gòu)件可以用板 殼單元或墻單元來模擬。如果板殼主要承受面內(nèi)的軸力，面外彎矩可以忽略的話可以釆用 板殼單元中的膜模式，如果板殼主要承受面外彎矩，面內(nèi)的軸力可以忽略的話則可以采用 板殼單元中的板模式，其它情況則可以用殼模式來模擬。如果三個方向的尺度相近，則需 要用三維實體單元來模擬。同樣一根梁單元，如果把它放在整個結(jié)構(gòu)中考慮，可以用梁柱單元模擬，但是有時候 如果需要單獨考慮這根梁單元的詳細(xì)受力狀況，這時可以用三維實體單元來模擬，然后把 整體計算中的內(nèi)力結(jié)果施加到三維實體單元上。有時如果需要考慮構(gòu)件銜接部位的受力狀 況，可以先進(jìn)

20、行整體計算(忽略銜接處的影響)，然 后采用三維實體元計算該銜接部位， 同時把整體訃算中的內(nèi)力結(jié)果加上。3.2選取單位制質(zhì)星二重§/98()嚴(yán)量二重量/9 &質(zhì)呈二重/9800質(zhì)星二重/9800XIGIS和Planin不限制使用何種單位制，用戶可以根據(jù)習(xí)慣自己選擇。目前，軟件提 供給用戶的單位制選項見圖3.1。根據(jù)工程習(xí)慣，建議選用kN和m單位制。需要注意的 是：重量和質(zhì)量是兩個不同的概念，二者有一定的換算矢系。設(shè)置系統(tǒng)采用的單垃制選擇單位:制G為汗罕”長度7米“質(zhì)釁噸c 力:千牛長度:厘米質(zhì)星:百噸L力:牛 長度:米底呈:千克C力:亳牛幺:度: 亳米質(zhì)星:千克C力:牛長度:亳

21、米質(zhì)星噸17轉(zhuǎn)換與單位相矢的一些數(shù)據(jù)圖3.133尖于自重“選項設(shè)置”提供了一些常見選項的輸入與控制，部分選項對于計算結(jié)果非常矢鍵。 如果在填寫各單元的材料參數(shù)時輸入了材料的重度（包括lLi混凝土強度等級得到的查詢 值），并且選中了此選項，SAP84分析程序?qū)⒆詣涌紤]山材料重度產(chǎn)生的自重，并且把它 放在工況1下。但是，如果沒有選中此項，SAP84在計算時將不會考慮山材料重度產(chǎn)生的 自重。缺省情況下該項是被選中的。3.4尖于材料參數(shù)在輸入材料參數(shù)時，如果只輸入混凝土強度等級，而其它材料參數(shù)保持為零，SAP84 分析程序?qū)⒆詣硬樵冊摶炷翉姸鹊燃墝?yīng)的彈性模量E、剪切模量G、泊松比v、密度、 重度以

22、及熱膨脹系數(shù)。材料數(shù)據(jù)對話框如圖3.2所示。一般彈性模量、剪切模量和泊松比 之間的轉(zhuǎn)換公式為：G二E/2 （1+v）。如果沒有輸入混凝土強度等級，而輸入了其它材料 參數(shù)，則材料山這些輸入的參數(shù)決定。如果同 時輸入了混凝土強度等級和其它材料參數(shù)， 輸入的材料參數(shù)將覆蓋混凝土強度等級對應(yīng)的參數(shù)。例如：輸入混凝土強度等級為40、彈 性模量為2.06E8千牛/平方 米，其它參數(shù)均為零，則這種材料的彈性模量為2.06E8千牛 /平立米（40號混凝土對應(yīng)的彈性模量為3.25E7千牛/平方米），剪切模量為1.25E7千 牛/平方米（查 詢值），密度為2.5噸/立方米（查詢值），比重為24.5千牛/立方米（査

23、 詢值），熱膨脹系數(shù)為1 - 0E5 （查詢值）。材料數(shù)鋸錐護(hù)對話框Wi3 動舉壷晦讎險如果不 想取查詢值，可以同選擇材料標(biāo)識名稱混凝土強度等級：30彈性橈量（干牛/平米）E:0泊松比：0 11單位體積重量（千牛/立方米）：0)1單位體積質(zhì)童（噸/立方米）：o-ll熱膨脹系數(shù)：勇I觸聘樹名I添加材料I輸岀到文件I確定I取消I圖3.23.5荷載工況（荷載種類）及組合這里所說的工況實際上就是荷載種類，在輸入過程中一般不限制哪些荷載 放置在哪 個工況下，但應(yīng)盡量把組合系數(shù)相同的荷載放在同一工況下。程序1前對一些特殊的荷 載所在的工況有一些特殊的約定：梁柱、板殼、墻、三維元單元的材料屬性中如果輸入了

24、單位體積的自重（包括輸入了混凝土標(biāo)號或者鋼截面與材料），前處理系統(tǒng)將把這部分自 重強制放置在工況1下，除非取消了 “選項設(shè)置”對話框中的“考慮材料引起的自重” 一 項；其它的荷載所放的工況沒有任何特殊要求。SAP84中的荷載工況系數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中的分項（組合）系數(shù)有一定的區(qū)別， 某荷載組合作用下產(chǎn)生的內(nèi)力指的是如下的荷載組合：工況1的荷載x工況1的荷載系數(shù) +工況2的荷載x工況2的荷載系數(shù)+工況3的荷載x工況3的荷載系數(shù)+工況n的荷 載x工況n的荷載系數(shù)。荷載組合對話框如圖3.3所示。各工況的荷載值并不規(guī)定是設(shè)訃 值還是標(biāo)準(zhǔn)值，完全山您所輸入的荷載值決定。這里所謂的荷載工況系數(shù)是綜合了規(guī)

25、范中 的組合系數(shù)和分項系數(shù)之后的綜合系數(shù)。茍載組合數(shù)播維護(hù)對話框XIC=1.2 1.4C=1.2 1.4 1C=1.2 1.4-C=1.2 1.4 CC=1.2 1.4 CC=1 1 1.4C=1 14.4C=1 10 1 二C=1 10-1 C=1.2 1.41C=1.2 1.4 EC=1.2 1.4 EC=1.2 1 E=1C=1 1 E=LC=1 1 E=0 1各荷載工況系數(shù):豎向地震Q丿與施工模擬最 終結(jié)果的組合 系數(shù)確圣添加0)修改通)1刪除)確定漬除所冇荷我組合C)1方向地震1732方向地奈0-取消I取消廠位移組合與荷載組合-樣I詰選擇并加我FORCE, tB文件中的某類特殊的組合后動 NOTEPAD. EXE 編輯 FORCE. UB圖3.3SAP84在進(jìn)行分析時，位移組合和荷載組合可以不相同。位移組合系數(shù)輸入方法與荷 載組合完全相同。SAP84的荷載組合可理解為