SAP2000和结构力学求解器使用示范

1、SAP2000和结构力学求解器使用示范华南农业大学结构设计工作室副室长：黄刚海简单介绍 SAP2000 SAP2000程序是由Edwards Wilson创始的SAP(Structure Analysis Program)系列程序发展而来的，至今已经有许多版本面世。 三维结构整体性能分析，空间建模方便，荷载计算功能完善，可从CAD等软件导入，文本输入输出功能完善。结构弹性静力及时程分析功能相当不错，效果高，后处理方便。不足之处在于弹塑性分析方面功能较弱，有塑性铰属性，非线性计算收敛性较差。提供二次开发接口。结构工程分析中常用的工具。结构力学求解器 结构力学求解器（Structural Mech

2、anics Solver，简称SM Solver）是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软件，其求解内容包括了二维平面结构（体系）的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答。 它是清华大学开发的。两款软件的比较 SAP2000可以进行三维立体分析，且具有三维动画模拟功能，能够调节结构截面，比较真实的反映了结构的实际的破坏情况。但是，使用它需要用CAD将图画好，然后再导入到SAP2000中进行分析，过程较繁琐，初学者不容易掌握。除此之外，还有安装文件大，安装过程久，还需要繁琐的破

3、解过程等等缺点。两款软件的比较 结构力学求解器，二维平面分析，安装文件小，直接在求解器上布置节点和杆件，方便快捷。但是，求解器只能分析二维平面结构，无法分析三维立体结构，而且不能改变截面形状，受制于非正式版（就是普通的学生版），分析杆件数有限，所以有时候必须猜用结构力学知识采取“一半结构”进行分析，所以对使用者的力学知识要求比较高。学会两款软件的必要性 1.要模拟破坏情况，要用SAP2000进行三维模拟。 2.需要理想情况下的受力精确解，用结构力学求解器进行分析。 3.对局部结构进行分析，采用求解器比较有效。SAP2000 步骤： 1.CAD画三维立体图（必须要画在新建的“图层一”上，否则无效

4、），保存为“ .dxf ”格式。 2.打开SAP2000，导入CAD文件（就是前面保存的“ .dxf ” 文件），设置各种参数。 3.分析，研究，对比，得出结论。 先画好“俯视图”然后在“视图”处选“西南等轴测”图，继续画。 “西南等轴测”模式画图中！画两边的结构。 画好后，注意看看是否是画在“图层1”上，注意保存为“.dxf ”格式。 开始导入CAD 文件！ 注意单位的调整， 并选择“Z”方向！ 在“框架”选项中 选择“图层1”， 就是在CAD 文件中创建的 新图层。 导入后情况！检查一下是否有杆件没有显示出来，有的话直接用sap补上。 开始设置杆件截面的特性。 对准杆件右键弹出如图所示栏目

5、，双击“截面属性”！然后选择“添加截面属性”！ 各种截面如图，选择所需要的截面！按自己的制作设置参数 保存好名称，最好是以“XmmX层”为名。 其他的弹性参数之类的不要去修改。 添加纸带！在“线对象类型”处选择“Cable”。 布置好纸带！ “右键”墩处的节点， 设置节点约束。 有四种节点约束可以选择。 像这种情况一般是，应该在主梁一尽头设置为两个“固定铰支座”，其余的设置为“活动铰支座”。 设置好支座。 开始添加荷载。 注意：如果是加在 某一段梁上，这段 梁应该是“断开的”， 单独的。 调整单位！ 选择荷载类型！ 自己尝试一下两处有什么不同！ 均布荷载情况！ 加好荷载就可以开始分析啦！点击“

6、现在运行”。 破坏模拟！ 可以开动画看！ 选择不同的分析 角度。 分析如图！黄色表示“拉力”，红色表示“压力”。 弯矩情况！结构力学求解器 打开“所圈”的文件，即可开始运行结构力学求解器！ 分有两个窗口，左边的是“观览器”，右边的是“编辑器”。 右上方有5个选项，设置的顺序就按上面的5个选项从左往右依次进行。 第一步：布置节点。 步骤：选择第一个选项，弹出节点设置栏，开始设置每一个节点！ 先预览，然后确认无误后，选择“应用”。这样做的好处是避免修改！修改比较繁琐！点的情况！编辑栏划线处的意义：节点(名称），点号，X坐标，Y坐标。 布置好节点以后，开始布置杆件，连接！ 选择第二个选项，弹出单元设

7、置栏！ 注意，必须是一个节点连接一个节点，不可以跳跃，否则就相当于这个点并不在杆件上！ 连接过程注意调整“连接方式”！“观览器”中括号中的数字就是单元（每一段杆件）标号，与编辑栏对应！ 纸带与杆件连接的地方，应该设置为“铰接”，杆件与杆件连接一般设置为“刚接”。 设置支座约束！ 由结构力学知道，此点无剪力但有弯矩，所以设置为“定向支座”。 这个点为纸带上一点，只受拉力，设置为“活动铰支座”。开始添加荷载！ 如添加荷载到（5）号单元的方式。 开始设置杆件的特性！ 杆件的参数，全部选择为“无穷大”，即杆件理想化，不会被剪坏和弯坏！进行纯力学计算！ 开始求解分析！ 先选择几何分析，发现所建体系是几何

8、瞬变体系，无法计算与分析 如图所圈部位，即使没有力的作用，它的状态也是不确定的补充 结构可分为：几何不变体系和几何可变体系！ 几何可变体系又分为：可变体系和瞬变体系！知识补充 根据结构力学: 几何不变体系：若不考虑材料的变形，则其几何形状与位置均能保持不变的体系。 几何可变体系：即使不考虑材料的变形，在很小的荷载作用下，也会发生机械运动而不能保持原有的几何形状或位置的体系。 几何瞬变体系：原结构为几何可变，经微小位移后即转化为几何不变的体系（即在力的作用下可以发生微小的位移）回到上述分析例子 实际情况是，纸带受力是被绷紧的！不会发生如图所示的模拟情况，所以我们认为的添加一个竖直方向的约束！ 修改后，再次进行几何构造分析。 满足“几何不变“构造要求后，即可进行内力计算。数据输出！模拟破坏情况！特别说明： 本例只作为示范作用！ 实际分析，按照加载方式添加荷载，上例的均布荷载应该是添加到它的实际加载位置，即单元（7）的位置！ 根据结构力学，由于取“对称结构”的一半进行了分析，所以所加的荷载应该为实际添加到结构上的荷载的“一半”。如若实际