整理SAP84详细教程

1、地下结构专业工作手册系列之一有限元分析软件 sap84使用手册城交分院地下结构所二零零五年五月目录（ SAP84）软件介绍1.1.1 软件概述1.1.2 软件安装2.1.3 获得帮助2.工程算例.3.2.1 问题描述3.2.2 计算步骤4.注意事项1.2.3.1 建立计算模型.1.23.2 选取单位制1.2.3.3 关于自重1.3.3.4 关于材料参数.1.33.5 荷载工况及组合1.43.6 弹簧刚度1.5.3.7 梁柱弯矩放松.1.5常用参数表1.6.4.1 地基土的基床系数1.6计算单内容1.7.1 软件介绍1.1 软件概述SAP84 是以有限元法为基础的结构分析软件， 由北京大学力学系

2、袁明武教授 主持开发。自1982年开发以来至今已有近二十多年的历史，目前SAP84版本6.5 已经推出。为了考证有限元程序的正确性，SAP84对美国CSI公司产品SAP2000 的大部分算例都进行了计算和对比。SAP84软件是一个高度模块化的系统，它包 括下列模块：a 平面模型图形输入系统 PlanIn。 PlanIn 能够处理平面框架、桁架、钢架、 平面应力和平面应变问题，用荷载结构模型进行地下结构分析一般采用此模块。结构设计图形后处理软件 GPOST。与现行规范配套的混凝土配筋模块 REIN 和钢结构校核模块 SS88（2004年）。功能强大的图形交互系统 GIS。GIS能够处理空间框架、

3、桁架、网架、钢架、壳体和地下结构问题，对于空间效应明显的地下结构一般采用此模块分析。e 桩基承载力分析模块 GPILE。f 独特的施工模拟分析模块 XCONSTR。g 二维有限元网格自动生成及建模程序 AutoMESH 2D （其功能同时集成在GIS 中）h 三维实体单元网格自动生成及建模程序 AutoMESH 3D。i 高层建筑专用前处理程序 SAGS 和后处理程序 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后即得到：一张软盘（含同加密狗配套的授权文件一张光盘（含安装文件SETU P.EXE）;个加密插头。SAP84V60.

4、INI）；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。如果安装的是正式版，安装过程中需要把授权文件SAP84V60.INI文件拷入SAP84安装目录。如果用户系统为 Windows NT或 Windows 2000,并且是第一次安装SAP84，安装程序会要求安装并口驱动程序。 安装完成之后请将加密插头 插到并行口 LPT1上，然后就可以通过SAP84程序组启动SAP84集成环境系统SAP GUIDE。1.3获得帮助在学习或者应用软件过程中，如果遇到困难可以通过几种途径来解决:a软件配有一套纸质说明书，以供阅读;b在软件启动后，按F1键出现在线帮助;c “开始”

5、-“程序”-“ SAP84”可找到帮助系统文件夹和演示程序。2工程算例Pla nin是地下结构专业最常用的模块, 这里主要介绍PlanIn的使用方法。如果欲掌握建立空间模型的基本方法，可学习GIS帮助中建立半球壳的例子。2.1问题描述2.2所示，所2.3所示。某地铁车站结构横断面如图2.1所示，构件所用材料为C30钢筋混凝土。 地基土水平、竖直基床系数为 40MPa/m结构所受永久荷载如图 受可变荷载如图07EI|e 卩4-.t-00图2.1结构横断面图1400015600-P-n图2.2永久荷载图5-4kP&2.2计算步骤根据已知条件,EOkPaII5HkPo图2.3可变荷载图建立模型，计算

6、该结构的内力和位移。计算步骤如下:点击桌面图标新建”“保存”，(1)启动软件，选取单位制，进行选项设置。5AP昶諦 、SAF84集成环境丟统向启动SAP84，进入后点击，点击“文件” 文件名只可以英文字母命名。点击“选取单位制”，选择“ kN、m”，点击确定。点击(2)“参数” “选项设置”，确认选择了“考虑材料引起的自重” 一项。 生成节点和单元，建立几何模型。“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，屏幕显示出节点点击编号，如图2.4所示。表2.1节点坐标值节点号10.0000.000214.8000.0

7、00314.8006.800414.80011.60050.00011.600yznlB - Finn仏I-冋図Situ 9BEJ p可堰 AfflQiJ nm药筑m 节点.011 mtu i示m h u)忑曰脈)?玛左段OCQ題呂哎十鼻七Jt C护匚 J土 0 IflRfiTZ *ra ”1 工P ajflosplaa”俚碍fiv力式連行曲作，rt过H屮岳战!1!弟决EEBERtUK岀g T=l TSJ, X9.6H99图2.4点击“几何”“梁柱生成”，在“常用工具与按钮”中选择“直线生成”，用鼠标连续选择节点1和节点2,在屏幕出现的对话框中输入要生成的单元数目,生成车站结构的底板。如此方法

8、生成侧墙、顶板和中板，完整的车站结构如图2.5所示。图2.5r3M - I.I-D.i. g LTD!H * MM Jt亍 而盲斫 d不ffi击二l）TlfiU TEJH JlfldS：血 *AiV WO? J5（!l 占*血 XEAqi WhBBA it 也la 戌2、口t 山包 Af!电13玄&鱸合找*卜*4 %心血田屮X旨：Ea 汇土节和713 p呂用药 購i*口艇a 讪凤fljj TB !工（3）设置构件材料和截面。点击“参数” “管理材料库” “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，软件将自动赋值。点击“参数” “管理普通截面库” “添加

9、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。如此方法生 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。请选择当前截面的截面类型:输出到文件选择截面标识名称 pss3修改截面名I添加截面置V直平向面 放対垂前方平 面式向当2准 議方方盂药厂截面参数 缴当前前长度单位截面高hlrs 截面宽blToIrI确定I取消图2.6点击“属性” “梁柱材料”，选择所有的梁柱单元，选中的单元会改变颜色。单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，所有单元被赋予了材料属性。点击“属性”

10、 “梁柱截面”，确认截面参数显示为“底板”，选中所有底板单 元。单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，所有底板单元被赋予了截面属性。如此方法将截面属性分别赋予给顶板、中板和侧墙单元。此时屏幕如图2.7所示。inuil I P! nnlbIttT) TftURflQit AtEILiUjA HW 陌电I 土* XEA収 WhBtf日* JI也1；戌卫=若、，口 ._r_2亦 t山也#F!宠心 A田 b !r 旨主 A -芒卄-一士*+土*一_卄III七;jir -Ti甫*iII4IIIIAIkTB -I W 血5ft 邑 P启IB更卜卜-十卜i-L卜*卄I T圈134 HT口屈申！50*亡HBHH

11、*可Uajliin nil - Nuix图2.7(4) 施加结构荷载，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“以插值的方式确定梁柱荷载”。输入插值点1 ( -66)和插值点2 (-66)的“荷载线密度值”，点击“退 出然后捕捉2个插值点”，选择节点5和节点4,再选择顶板梁柱单元。单击鼠 标右键，选择“应用选择对象”，选中单元被施加了相应荷载。如此方法施加中 板荷载(-8)。点击“改变荷载参数”，选中“以插值的方式确定梁柱荷载”。选择“荷载作 用方向”为整体坐标丫方向，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

12、后捕捉2个插值点”，选择节点5和节点1,再选择 左侧侧墙梁柱单元。单击鼠标右键，选择“应用选择对象”，选中单元被施加了相应荷载。如此方法施加右侧侧墙荷载(-17.82,-87.21)。此时屏幕如图2.8所 示。anuil B PI snTi1)TKU 平函mJH nflQi) Bt-ffFAtV mw 陌电l 占* XEAd KfhJSBd 也対i/Kfn 丄 a J：、口t 山也且鱸w 找* 4*4 %柱血田 O 驴 X Atb !说 血雅 3口 AfBne虫I ji 5国i親I饑事r皆i卄育扩i*i毡一灣 LJ 士I ,才-1 I1HF眼謂WI|_T 幵豁 br Sf5U#ilHE ,9-

13、 .；aralL - FIvJd图2.8点击“常用工具与按钮”,“工况1”，输入“2”，进入工况2,施加结构承受 的活荷载。方法如上所述，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。l)Tfiunfl(55 Al-IT Mftqp IfljA Hw 陌电I 占* XEAd nUiB口也一 畀応、口 _1_2湮 t dtT绝 Q 血田廿!r X TLir0O戯凰0 4 0 4X II.4W 0 DM 0 DM 0u丽工J tb !匸砂 eiESH-Z申g品五笙|5口1F 探热PBS-M - 匸 4 g -

14、g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“确定”。“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“确定”。点击“确定”。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“确定”。点击“确定”。(5) 施加结构约束条件

15、。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。如此方法设置表2.2所列节点处的弹簧，结果如图2.10所示。节点号178Kz表2.2弹簧刚度值节点号41918370007400074000节点号52728Ky24000480004800097400029174800010740006358000117400030166800012740003115680001374000321468000237000123400011)TKiy

16、TSJH JlflQit At-IT Kqp 成电 Hw 15l 占*妙 X它*nihB BA 也*戌_ / 若応、口 J_2 t ili 了电0?直鱸找十卜十4 笼GA田o!r芦旨主A，=口口図& Amvw址弓比tiH r A舸彌册冒飞恐挣 恬I-D. 1-ia 巳口. g 45CInHMQ4F由前丽 FSff阿輩fa hJfD.ffTMJMM qfeTjfcgSFZ Ity piDe WtjfffIE聊H 厂 3WMr M冊 L R. G只嗨“ IB,3- 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“结构在束”，由于设置了弹簧，结构是静定的，点击“确定

17、”UY UZ方向的自由度没有约,忽略软件警告。点击“文件”，“删除无用数据”，软件显示“完成无用信息的删除”(7) 计算和结果查看。点击“其他模块”，“计算与分析”，出现“SAP84分析选项对话框”，选择“确定”，软件开始计算。计算完毕后，点击“其他模块”，“后处理SAP OUT”，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”，“一维单元的内力图”，选择“1-2平面内的弯矩”，点击“确定”，屏 幕显示结构在荷载组合1作用下的1-2平面内的弯矩图，如图2.11所示。如此方法，能够得到荷载组合1作用下结构的轴力图和剪力图和荷载组合 2作用下的结构内力图

18、。得到结构内力图即可对结构截面进行验算和配筋。l)mg) fiAJaHA(E?釘臬PtfABD XtSHQI Will)a* 崔二 Lu 乐亠 J r. I, T y y 拓一&3?*轟Q醸殳of 找讯t(7一 J7171T一_ 曲故向 时托开n-n R：:;?r 1呼:LI33他I fFK4.4|h| IR 1ihd .4vFM1- E * S E =诂乍厂rSB性单元L-呼面内的驾血113(1鼻小值:-15叫BHiaStEtenmiaaui- tWlt. apriflr3 e果肚计划-rihMZnaHl -*图 2.11将“当前公共参数”中的位移组合选择为“ T,点击“位移”，“节点位移的

19、数值显示”,选择“当前位移组合的位移”，和“Z方向平动位移”，点击“确定”,屏幕显示结构在位移组合1作用下的竖直方向的位移图，如图2.12所示。如此方法，能够得到荷载组合1作用下结构在其他方向的位移。1T)m叩 fiAJaHA()Qid A 匸-：- L - I画nJW曲et決殳代*找0 fct匚旦園斗袖會犬乍ttifflainB 3Bra |L 3 aiw& U B 岛m冶T口BfQWS I _J rtMB 丨 时rtfE J Hr?*丨 丄I* WfiEurJ.1 - ribin、?UA1U - S畑图 2.122d3注意事项3.1建立计算模型计算模型是对实际结构的抽象和简化，计算模型应该

20、能够正确、准确地反映 主要构件的主要特征。SAP84提供了很多单元类型用于模拟不同的构件， 单元类型的选择主要取决 于构件的受力特点。一般说来，承受轴力和弯矩并且一个方向的尺度比另外两个 方向要大得多的构件可以用梁柱单元来模拟， 而一个方向的尺度比另外两个方向 要小得多的构件可以用板壳单元或墙单元来模拟。如果板壳主要承受面内的轴 力，面外弯矩可以忽略的话可以采用板壳单元中的膜模式， 如果板壳主要承受面外弯矩，面内的轴力可以忽略的话则可以采用板壳单元中的板模式，其它情况则 可以用壳模式来模拟。如果三个方向的尺度相近，则需要用三维实体单元来模拟。同样一根梁单元，如果把它放在整个结构中考虑，可以用梁

21、柱单元模拟，但 是有时候如果需要单独考虑这根梁单元的详细受力状况，这时可以用三维实体单 元来模拟，然后把整体计算中的内力结果施加到三维实体单元上。 有时如果需要考虑构件衔接部位的受力状况，可以先进行整体计算（忽略衔接处的影响），然 后采用三维实体元计算该衔接部位，同时把整体计算中的内力结果加上。3.2选取单位制GIS和Planin不限制使用何种单位制，用户可以根据习惯自己选择。目前,软件提供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。需要注意的是：重量和质量是两个不同的概念，二者有一定的换算关系。选择单位制a :干竽驚度湃”傩潼环堆Tb 11 Fb III H II I

22、 C| | | I *! . 11 I I I | | | mmr力:千牛泾度:匣米质量:百吨力:牛匕愛米匾量:千克 r力:毫牛长度:亳米區量:千克 力件长度:毫米嵐量:吨质量二重量/gee 匾量二重量/g.E 量二重量 质星二重量确定I取消I设置系编采用的单僮制图 3.13.3 关于自重选项设置” 提供了一些常见选项的输入与控制， 部分选项对于计算结果非常关键。如果在填写各单元的材料参数时输入了材料的重度 （包括由混凝土强度 等级得到的查询值），并且选中了此选项， SAP84 分析程序将自动考虑由材料重 度产生的自重，并且把它放在工况 1 下。但是，如果没有选中此项， SAP84 在计 算时

23、将不会考虑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，如果只输入混凝土强度等级， 而其它材料参数保持为零，SAP84分析程序将自动查询该混凝土强度等级对应的弹性模量E、剪切模量G、3.2 所示。一般弹泊松比V、密度、重度以及热膨胀系数。材料数据对话框如图性模量、剪切模量和泊松比之间的转换公式为：G= E/2（1+v）。如果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。 如果同 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

24、 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）。若输入了混凝土强度 等级，其它蚕数将自 动取查询值。如果不 想取查询值，可以同 时输入其它参数.厂材料参数混凝土强度等级: 弹性模S （千牛/平米）E皐 泊松比: 单位体积重重（千牛/立方米）: 单位体积质量（吨/宜方米）: 热膨胀系数:输出到文件I I确定I图3.23.5荷载工况（荷载种类）及组合这

25、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相同的荷载放在同一工况下。 程序目前 对一些特殊的荷载所在的工况有一些特殊的约定：梁柱、板壳、墙、三维元单元 的材料属性中如果输入了单位体积的自重 （包括输入了混凝土标号或者钢截面与 材料），前处理系统将把这部分自重强制放置在工况 1下，除非取消了选项设置”对话框中的 考虑材料引起的自重”一项；其它的荷载所放的工况没有任何特殊要求。SAP84中的荷载工况系数与建筑结构荷载规范中的分项（组合）系数有一定的区别，某荷载组合作用下产生的内力指的是如下的荷载组合：工况1的荷载X工况1的荷载系数+工况2的

26、荷载XX况2的荷载系数+工况3的荷载X工况3的荷载系数+ +工况n的荷载XT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还是标准值， 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。2d4 - I4 4 4 4 4 4 - 1 - 1J1 11 1A J1 11 11 D O 2E2221111r= 1 Pzn -1 Q软合粗合系数和分顶系数的荷義工逛系数z 工况号I荷载粟数I+ 11211XiC=1.2 1. 4 1r 1 - J-14 E 一 O一一二1 1 E E2 2 112di与地震粗合的紊数一11方向地震Tl 彷向地壽|0 竖向地壽|o与施工複拟垠,终结1的組合系数确定 I取消編加I 隆改I 删除）I I确定I 取消厂位移鋁合与荷穗爼合一样3渚除所