有限元分析軟件sap84操作手冊

1、地下結構專業(yè)工作手冊系列之一有限元分析軟件件sap844使 用 手 冊冊城交分院地下結結構所二零零五年五月月目錄（SAP884）TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc103348003 1 軟件介紹 PAGEREF _Toc103348003 h 1 HYPERLINK l _Toc103348004 1.1 軟件概概述 PAGEREF _Toc103348004 h 1 HYPERLINK l _Toc103348005 1.2 軟件安安裝 PAGEREF _Toc103348005 h 2 HYPERLINK l _Toc103348006 1.3 獲得幫幫助 P

2、AGEREF _Toc103348006 h 2 HYPERLINK l _Toc103348007 2 工程算例 PAGEREF _Toc103348007 h 3 HYPERLINK l _Toc103348008 2.1 問題描描述 PAGEREF _Toc103348008 h 3 HYPERLINK l _Toc103348009 2.2 計算步步驟 PAGEREF _Toc103348009 h 4 HYPERLINK l _Toc103348010 3 注意事項 PAGEREF _Toc103348010 h 12 HYPERLINK l _Toc103348011 3.1 建立

3、計計算模型 PAGEREF _Toc103348011 h 12 HYPERLINK l _Toc103348012 3.2 選取單單位制 PAGEREF _Toc103348012 h 12 HYPERLINK l _Toc103348013 3.3 關于自自重 PAGEREF _Toc103348013 h 13 HYPERLINK l _Toc103348014 3.4 關于材材料參數(shù) PAGEREF _Toc103348014 h 13 HYPERLINK l _Toc103348015 3.5 荷載工工況及組合 PAGEREF _Toc103348015 h 14 HYPERLINK

4、 l _Toc103348016 3.6 彈簧剛剛度 PAGEREF _Toc103348016 h 15 HYPERLINK l _Toc103348017 3.7 梁柱彎彎矩放松 PAGEREF _Toc103348017 h 15 HYPERLINK l _Toc103348018 4 常用參數(shù)表表 PAGEREF _Toc103348018 h 16 HYPERLINK l _Toc103348019 4.1 地基土土的基床系數(shù)數(shù) PAGEREF _Toc103348019 h 16 HYPERLINK l _Toc103348020 5 計算單內(nèi)容容 PAGEREF _Toc1033

5、48020 h 171 軟件介紹1.1 軟件概概述SAP84是以以有限元法為為基礎的結構構分析軟件，由北京大學學力學系袁明明武教授主持持開發(fā)。自11982年開開發(fā)以來至今今已有近二十十多年的歷史，目目前SAP884版本6.5已經(jīng)推出出。為了考證有有限元程序的的正確性，SSAP84對對美國CSII公司產(chǎn)品SSAP20000的大部分分算例都進行行了計算和對比。SAPP84軟件是是一個高度模模塊化的系統(tǒng)統(tǒng)，它包括下下列模塊：a 平面模型圖圖形輸入系統(tǒng)統(tǒng)PlanIIn。PlaanIn能夠夠處理平面框框架、桁架、鋼鋼架、平面應應力和平面應變問問題，用荷載載結構模型進進行地下結構構分析一般采采用此模塊。b

6、 結構設計圖圖形后處理軟軟件GPOSST。c 與現(xiàn)行規(guī)范范配套的混凝凝土配筋模塊塊REIN和和鋼結構校核核模塊SS888（20004年）。d 功能強大的的圖形交互系系統(tǒng)GIS。GGIS能夠處處理空間框架架、桁架、網(wǎng)網(wǎng)架、鋼架、殼殼體和地下結結構問題，對對于空間效應應明顯的地下下結構一般采采用此模塊分分析。e 樁基承載力力分析模塊GGPILE。f 獨特的施工工模擬分析模模塊XCONNSTR。g 二維有限元元網(wǎng)格自動生生成及建模程程序AutooMESH 2D（其功功能同時集成成在GIS中中）h 三維實體單單元網(wǎng)格自動動生成及建模模程序AuttoMESHH 3D。i 高層建筑專專用前處理程程序SAG

7、SS和后處理程程序SAGSSOUT。SAP84各模模塊之間的關關系如圖1.1所示。圖1.1 模塊塊關系圖1.2 軟件安安裝用戶在購買SAAP84后即即得到：一張軟盤（含含同加密狗配配套的授權文文件SAP884V60.INI）；一張光盤（含含安裝文件SSETUP.EXE）； 一個加加密插頭。用戶可以啟動光光盤上的SEETUP.EEXE進行安安裝，然后按按照SETUUP的提示進進行。如果安安裝的是正式式版，安裝過過程中需要把把授權文件SSAP84VV60.INNI文件拷入入SAP844安裝目錄。如果用戶系系統(tǒng)為Winndows NT或Wiindowss 20000，并且是第第一次安裝SSAP84，

8、安安裝程序會要要求安裝并口口驅(qū)動程序。安安裝完成之后后請將加密插插頭插到并行行口LPT11上，然后就就可以通過SSAP84程程序組啟動SSAP84集集成環(huán)境系統(tǒng)統(tǒng)SAPGUUIDE。1.3 獲得幫幫助在學習或者應用用軟件過程中中，如果遇到到困難可以通通過幾種途徑徑來解決：a 軟件配有一一套紙質(zhì)說明明書，以供閱閱讀；b 在軟件啟動動后，按F1鍵出現(xiàn)在線幫幫助；c “開始”“程序”“SAP844”可找到幫助系系統(tǒng)文件夾和和演示程序。2 工程算例PlanIn是是地下結構專專業(yè)最常用的的模塊，這里里主要介紹PPlanInn的使用方法法。如果欲掌掌握建立空間間模型的基本本方法，可學學習GIS幫幫助中建立

9、半半球殼的例子子。2.1 問題描描述某地鐵車站結構構橫斷面如圖圖2.1所示，構構件所用材料料為C30鋼鋼筋混凝土。地基土水平、豎直基床系數(shù)為40MPa/m。結構所受永久荷載如圖2.2所示，所受可變荷載如圖2.3所示。圖2.1 結構構橫斷面圖圖2.2 永久久荷載圖圖2.3 可變變荷載圖2.2 計算步步驟根據(jù)已知條件，建建立模型，計計算該結構的的內(nèi)力和位移移。計算步驟驟如下：（1）啟動軟件件，選取單位位制，進行選選項設置。點擊桌面圖標啟啟動SAP884，進入后后點擊，點擊“文件”“新建”“保存”，文件名只只可以英文字字母命名。點擊“參數(shù)”“選取單位位制”，選擇“kN、m”，點擊確定定。點擊“參數(shù)”

10、“選項設置置”，確認選擇擇了“考慮材料引引起的自重”一項。（2）生成節(jié)點點和單元，建建立幾何模型型。點擊“幾何”“絕對坐標標生成節(jié)點”，在界面底部部輸入表2.1中節(jié)點坐標，生生成6個節(jié)點點。點擊“顯示”“顯示選項項”，選中“節(jié)點號”一項，屏幕幕顯示出節(jié)點點編號，如圖圖2.4所示。表2.1 節(jié)點點坐標值節(jié)點號yz10.000 0.000 214.800 0.000 314.800 6.800 414.800 11.600 50.000 11.600 60.000 6.800 圖2.4 點擊“幾何”“梁柱生成成”，在“常用工具與與按鈕”中選擇“直線生成”，用鼠標連連續(xù)選擇節(jié)點點1和節(jié)點22，在屏幕

11、出出現(xiàn)的對話框框中輸入要生生成的單元數(shù)數(shù)目，生成車車站結構的底底板。如此方法生生成側(cè)墻、頂頂板和中板，完整的車站站結構如圖2.5所示。圖2.5（3）設置構件件材料和截面面。點擊“參數(shù)”“管理材料料庫”“添加材料料”，輸入“C30”，“混凝土強度度等級”中顯示“30”，其余參數(shù)數(shù)不需輸入，軟軟件將自動賦賦值。點擊“參數(shù)”“管理普通通截面庫”“添加截面面”，輸入“底板”，在“截面參數(shù)”中輸入截面面高（1.33）和截面寬寬（1.0）的的數(shù)值，屏幕幕如圖2.66所示。如此此方法生成頂頂板（截面高高1.2和截截面寬1.00）、中板（截面面高0.6和和截面寬1.0）和側(cè)墻墻（截面高00.8和截面面寬1.0

12、）的的截面尺寸。圖2.6點擊“屬性”“梁柱材料料”，選擇所有有的梁柱單元元，選中的單單元會改變顏顏色。單擊鼠鼠標右鍵，選選擇“應用選擇對對象”，所有單元元被賦予了材材料屬性。點擊“屬性”“梁柱截面面”，確認截面面參數(shù)顯示為為“底板”，選中所有底板單元元。單擊鼠標標右鍵，選擇擇“應用選擇對對象”，所有底板板單元被賦予予了截面屬性性。如此方法法將截面屬性性分別賦予給給頂板、中板板和側(cè)墻單元元。此時屏幕幕如圖2.77所示。圖2.7（4）施加結構構荷載，建立立荷載工況，設設置荷載組合合。點擊“荷載”“梁柱荷載載”“改變荷載載參數(shù)”，選中“以插值的方方式確定梁柱柱荷載”。輸入插值值點1（-666）和插值

13、值點2（-666）的“荷載線密度度值”，點擊“退出然后捕捕捉2個插值值點”，選擇節(jié)點55和節(jié)點4，再再選擇頂板梁柱單元元。單擊鼠標標右鍵，選擇擇“應用選擇對對象”，選中單元被施加了了相應荷載。如此方法施施加中板荷載載（-8）。點擊“改變荷載載參數(shù)”，選中“以插值的方方式確定梁柱柱荷載”。選擇“荷載作用方方向”為整體坐標標Y方向，輸輸入插值點11（17.882）和插值值點2（877.21）的的“荷載線密度度值”，點擊“退出然后捕捕捉2個插值值點”，選擇節(jié)點點5和節(jié)點11，再選擇左左側(cè)側(cè)墻梁柱柱單元。單擊擊鼠標右鍵，選選擇“應用選擇對對象”，選中單元元被施加了相相應荷載。如如此方法施加右側(cè)側(cè)側(cè)墻荷

14、載（-17.822，-87.221）。此時屏幕如如圖2.8所示。圖2.8點擊“常用工具具與按鈕”，“工況1”，輸入“2”，進入工況況2，施加結結構承受的活活荷載。方法法如上所述，頂頂板施加荷載載（-20，-20），左左側(cè)側(cè)墻施加加荷載（5.4， 5.4），右側(cè)側(cè)側(cè)墻施加荷荷載（-5.4，-5.4）。此時時屏幕如圖22.9所示。圖2.9點擊“荷載”，“荷載組合”，“添加”，“+”，“工況號”中輸入“1”，“荷載系數(shù)”中輸入“1.4855”?！?”，“工況號”中輸入“2”，“荷載系數(shù)”中輸入“1.54”，點擊“確定”。“添加”，“+”，“工況號”中輸入“1”，“荷載系數(shù)”中輸入“1.0”?！?”，

15、“工況號”中輸入“2”，“荷載系數(shù)”中輸入“1.0”，點擊“確定”。點擊“確定”。點擊“荷載”，“位移組合”，“添加”，“+”，“工況號”中輸入“1”，“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“1.0”，點擊“確定”。點擊“確定”。（5）施加結構構約束條件。點擊“節(jié)點”，“接地彈簧剛剛度”，在“Dz”中輸入“-1”，在“彈簧剛度”中輸入“370000”，選擇“只能受壓”，用鼠標選選擇節(jié)點1和和節(jié)點2，點點擊右鍵，選選擇“應用選擇對對象”，節(jié)點1和節(jié)節(jié)點2處顯示示設置了受壓壓彈簧。如此此方法設置表表2.2所列節(jié)節(jié)點處的彈簧簧，結果如圖圖2.10所示示。表2

16、.2 彈簧簧剛度值節(jié)點號Kz節(jié)點號節(jié)點號Ky1370005424000774000271948000874000281848000974000291748000107400063580001174000301668000127400031156800013740003214680002370001234000圖2.10（6）檢查數(shù)據(jù)據(jù)和刪除無用用數(shù)據(jù)。點擊“文件”，“數(shù)據(jù)檢查”，軟件警告“結構在UYY UZ方向向的自由度沒沒有約束”，由于設置置了彈簧，結結構是靜定的的，點擊“確定”，忽略軟件件警告。點擊擊“文件”，“刪除無用數(shù)數(shù)據(jù)”，軟件顯示示“完成無用信信息的刪除”。（7）計算和結結果查看。

17、點擊“其他模塊塊”，“計算與分析析”，出現(xiàn)“SAP844分析選項對對話框”，選擇“確定”，軟件開始始計算。計算算完畢后，點點擊“其他模塊”，“后處理SAAPOUT”，進入SAPP84后處理理模塊。將“當前公共參參數(shù)”中的荷載組組合選擇為“1”，點擊“內(nèi)力與應力力”，“一維單元的的內(nèi)力圖”，選擇“1-2平面面內(nèi)的彎矩”，點擊“確定”，屏幕顯示示結構在荷載載組合1作用用下的1-22平面內(nèi)的彎彎矩圖，如圖圖2.11所所示。如此方方法，能夠得得到荷載組合合1作用下結結構的軸力圖圖和剪力圖和和荷載組合22作用下的結結構內(nèi)力圖。得到結構內(nèi)內(nèi)力圖即可對對結構截面進進行驗算和配配筋。圖2.11將“當前公共參參

18、數(shù)”中的位移組組合選擇為“1”，點擊“位移”，“節(jié)點位移的的數(shù)值顯示”，選擇“當前位移組組合的位移”，和“Z方向平動動位移”，點擊“確定”，屏幕顯示示結構在位移移組合1作用用下的豎直方方向的位移圖圖，如圖2.12所示。如如此方法，能能夠得到荷載載組合1作用用下結構在其其他方向的位移。圖2.123 注意事項3.1 建立計計算模型計算模型是對實實際結構的抽抽象和簡化，計算模型應應該能夠正確確、準確地反反映主要構件件的主要特征征。SAP84提供供了很多單元類型用于模擬擬不同的構件件，單元類型的的選擇主要取取決于構件的的受力特點。一般說說來，承受軸力和和彎矩并且一一個方向的尺尺度比另外兩兩個方向要大大

19、得多的構件件可以用梁柱柱單元來模擬擬，而一個方向向的尺度比另另外兩個方向向要小得多的的構件可以用用板殼單元或或墻單元來模模擬。如果板殼主主要承受面內(nèi)內(nèi)的軸力，面面外彎矩可以以忽略的話可可以采用板殼殼單元中的膜膜模式，如果果板殼主要承承受面外彎矩矩，面內(nèi)的軸軸力可以忽略略的話則可以以采用板殼單單元中的板模模式，其它情情況則可以用用殼模式來模模擬。如果三個方方向的尺度相相近，則需要要用三維實體體單元來模擬擬。同樣一根梁單元元，如果把它它放在整個結結構中考慮，可可以用梁柱單單元模擬，但但是有時候如如果需要單獨獨考慮這根梁梁單元的詳細細受力狀況，這這時可以用三三維實體單元元來模擬，然然后把整體計計算中

20、的內(nèi)力力結果施加到到三維實體單單元上。有時時如果需要考考慮構件銜接接部位的受力力狀況，可以以先進行整體體計算（忽略略銜接處的影影響），然后后采用三維實實體元計算該該銜接部位，同同時把整體計計算中的內(nèi)力力結果加上。3.2 選取單單位制GIS和PlaanIn不限限制使用何種種單位制，用戶戶可以根據(jù)習慣自己選擇擇。目前，軟件提供給給用戶的單位制制選項見圖33.1。根據(jù)工程習習慣，建議選選用kN和mm單位制。需需要注意的是是：重量和質(zhì)質(zhì)量是兩個不不同的概念，二者者有一定的換換算關系。圖3.13.3 關于自自重“選項設置”提提供了一些常見選選項的輸入與與控制，部分分選項對于計計算結果非常常關鍵。如果果在

21、填寫各單單元的材料參參數(shù)時輸入了了材料的重度度（包括由混混凝土強度等等級得到的查查詢值），并并且選中了此此選項，SAAP84分析析程序?qū)⒆詣觿涌紤]由材料料重度產(chǎn)生的的自重，并且且把它放在工工況1下。但是，如果果沒有選中此此項，SAPP84在計算算時將不會考考慮由材料重重度產(chǎn)生的自自重。缺省情情況下該項是是被選中的。3.4 關于材材料參數(shù)在輸入材料參數(shù)數(shù)時，如果只只輸入混凝土土強度等級，而而其它材料參參數(shù)保持為零零，SAP884分析程序序?qū)⒆詣硬樵冊冊摶炷翉姀姸鹊燃墝獞膹椥阅Ａ苛縀、剪切模模量G、泊松松比v、密度、重重度以及熱膨膨脹系數(shù)。材料數(shù)據(jù)對對話框如圖33.2所示。一般彈性模量、剪切

22、模量和泊松比之間的轉(zhuǎn)換公式為：GE/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)，則材料由這些輸入的參數(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（查詢值），熱膨脹系數(shù)為1.0E5（查詢值）。圖3.23.5 荷載工工況(荷載種種類)及

23、組合合 這這里所說的工工況實際上就就是荷載種類類，在輸入過過程中一般不不限制哪些荷荷載放置在哪哪個工況下，但應盡量把組合系數(shù)相同的荷載放在同一工況下。程序目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單位體積的自重（包括輸入了混凝土標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“ HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesSAP8460HELPGIS.CHM:/選項設置.htm 選項設置”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

24、中的的荷載工況系數(shù)數(shù)與建筑結構構荷載規(guī)范中中的分項（組組合）系數(shù)有有一定的區(qū)別別，某荷載組組合作用下產(chǎn)產(chǎn)生的內(nèi)力指指的是如下的的荷載組合：工況1的荷荷載工況11的荷載系數(shù)工工況2的荷載載工況2的的荷載系數(shù)工工況3的荷載載工況3的的荷載系數(shù)工況nn的荷載工工況n的荷載載系數(shù)。荷載組合對對話框如圖33.3所示。各工況的荷載值并不規(guī)定是設計值還是標準值，完全由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)范中的組合系數(shù)和分項系數(shù)之后的綜合系數(shù)。圖3.3 SAAP84在進進行分析時，位位移組合和荷荷載組合可以以不相同。位位移組合系數(shù)數(shù)輸入方法與與 HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesSAP8460HELPGIS.CHM:/荷載組合.htm 荷載組合完全全相同。SAAP84的荷荷載組合可理理解為承載能能力