SAP84教程7435.docx

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1、地下结构专业工作手册系列之一有限元分析软件件sap844使 用 手 册册城交分院地下结结构所二零零五年五月月2目录（SAP884）1 软件介绍11.1 软件概概述11.2 软件安安装21.3 获得帮帮助22 工程算例32.1 问题描描述32.2 计算步步骤43 注意事项123.11 建立计算算模型123.2 选取单单位制123.3 关于自自重133.4 关于材材料参数133.5 荷载工工况及组合143.6 弹簧刚刚度153.7 梁柱弯弯矩放松154 常用参数表表164.1 地基土土的基床系数数165 计算单内容容171 软件介绍1.1 软件概概述SAP84是以以有限元法为为基础的结构构分析软件

2、，由北京大学学力学系袁明明武教授主持持开发。自11982年开开发以来至今今已有近二十十多年的历史，目目前SAP884版本6.5已经推出出。为了考证有有限元程序的的正确性，SSAP84对对美国CSII公司产品SSAP20000的大部分分算例都进行行了计算和对比。SAPP84软件是是一个高度模模块化的系统统，它包括下下列模块：a 平面模型图图形输入系统统PlanIIn。PlaanIn能够够处理平面框框架、桁架、钢钢架、平面应应力和平面应变问问题，用荷载载结构模型进进行地下结构构分析一般采采用此模块。b 结构设计图图形后处理软软件GPOSST。c 与现行规范范配套的混凝凝土配筋模块块REIN和和钢结

3、构校核核模块SS888（20004年）。d 功能强大的的图形交互系系统GIS。GGIS能够处处理空间框架架、桁架、网网架、钢架、壳壳体和地下结结构问题，对对于空间效应应明显的地下下结构一般采采用此模块分分析。e 桩基承载力力分析模块GGPILE。f 独特的施工工模拟分析模模块XCONNSTR。g 二维有限元元网格自动生生成及建模程程序AutooMESH 2D（其功功能同时集成成在GIS中中）h 三维实体单单元网格自动动生成及建模模程序AuttoMESHH 3D。i 高层建筑专专用前处理程程序SAGSS和后处理程程序SAGSSOUT。SAP84各模模块之间的关关系如图1.1所示。图1.1 模块块

4、关系图1.2 软件安安装用户在购买SAAP84后即即得到：一张软盘（含含同加密狗配配套的授权文文件SAP884V60.INI）；一张光盘（含含安装文件SSETUP.EXE）； 一个加加密插头。用户可以启动光光盘上的SEETUP.EEXE进行安安装，然后按按照SETUUP的提示进进行。如果安安装的是正式式版，安装过过程中需要把把授权文件SSAP84VV60.INNI文件拷入入SAP844安装目录。如果用户系系统为Winndows NT或Wiindowss 20000，并且是第第一次安装SSAP84，安安装程序会要要求安装并口口驱动程序。安安装完成之后后请将加密插插头插到并行行口LPT11上，然后

5、就就可以通过SSAP84程程序组启动SSAP84集集成环境系统统SAPGUUIDE。1.3 获得帮帮助在学习或者应用用软件过程中中，如果遇到到困难可以通通过几种途径径来解决：a 软件配有一一套纸质说明明书，以供阅阅读；b 在软件启动动后，按F1键出现在线帮帮助；c “开始”“程序”“SAP844”可找到帮助系系统文件夹和和演示程序。2 工程算例PlanIn是是地下结构专专业最常用的的模块，这里里主要介绍PPlanInn的使用方法法。如果欲掌掌握建立空间间模型的基本本方法，可学学习GIS帮帮助中建立半半球壳的例子子。2.1 问题描描述某地铁车站结构构横断面如图图2.1所示，构构件所用材料料为C3

6、0钢钢筋混凝土。地基土水平、竖直基床系数为40MPa/m。结构所受永久荷载如图2.2所示，所受可变荷载如图2.3所示。图2.1 结构构横断面图图2.2 永久久荷载图图2.3 可变变荷载图2.2 计算步步骤根据已知条件，建建立模型，计计算该结构的的内力和位移移。计算步骤骤如下：（1）启动软件件，选取单位位制，进行选选项设置。点击桌面图标启启动SAP884，进入后后点击，点击“文件”“新建”“保存”，文件名只只可以英文字字母命名。点击“参数”“选取单位位制”，选择“kN、m”，点击确定定。点击“参数”“选项设置置”，确认选择择了“考虑材料引引起的自重”一项。（2）生成节点点和单元，建建立几何模型型

7、。点击“几何”“绝对坐标标生成节点”，在界面底部部输入表2.1中节点坐标，生生成6个节点点。点击“显示”“显示选项项”，选中“节点号”一项，屏幕幕显示出节点点编号，如图图2.4所示。表2.1 节点点坐标值节点号yz10.000 0.000 214.800 0.000 314.800 6.800 414.800 11.600 50.000 11.600 60.000 6.800 图2.4 点击“几何”“梁柱生成成”，在“常用工具与与按钮”中选择“直线生成”，用鼠标连连续选择节点点1和节点22，在屏幕出出现的对话框框中输入要生生成的单元数数目，生成车车站结构的底底板。如此方法生生成侧墙、顶顶板和中

8、板，完整的车站站结构如图2.5所示。图2.5（3）设置构件件材料和截面面。点击“参数”“管理材料料库”“添加材料料”，输入“C30”，“混凝土强度度等级”中显示“30”，其余参数数不需输入，软软件将自动赋赋值。点击“参数”“管理普通通截面库”“添加截面面”，输入“底板”，在“截面参数”中输入截面面高（1.33）和截面宽宽（1.0）的的数值，屏幕幕如图2.66所示。如此此方法生成顶顶板（截面高高1.2和截截面宽1.00）、中板（截面面高0.6和和截面宽1.0）和侧墙墙（截面高00.8和截面面宽1.0）的的截面尺寸。图2.6点击“属性”“梁柱材料料”，选择所有有的梁柱单元元，选中的单单元会改变颜颜

9、色。单击鼠鼠标右键，选选择“应用选择对对象”，所有单元元被赋予了材材料属性。点击“属性”“梁柱截面面”，确认截面面参数显示为为“底板”，选中所有底板单元元。单击鼠标标右键，选择择“应用选择对对象”，所有底板板单元被赋予予了截面属性性。如此方法法将截面属性性分别赋予给给顶板、中板板和侧墙单元元。此时屏幕幕如图2.77所示。图2.7（4）施加结构构荷载，建立立荷载工况，设设置荷载组合合。点击“荷载”“梁柱荷载载”“改变荷载载参数”，选中“以插值的方方式确定梁柱柱荷载”。输入插值值点1（-666）和插值值点2（-666）的“荷载线密度度值”，点击“退出然后捕捕捉2个插值值点”，选择节点55和节点4，

10、再再选择顶板梁柱单元元。单击鼠标标右键，选择择“应用选择对对象”，选中单元被施加了了相应荷载。如此方法施施加中板荷载载（-8）。点击“改变荷载载参数”，选中“以插值的方方式确定梁柱柱荷载”。选择“荷载作用方方向”为整体坐标标Y方向，输输入插值点11（17.882）和插值值点2（877.21）的的“荷载线密度度值”，点击“退出然后捕捕捉2个插值值点”，选择节点点5和节点11，再选择左左侧侧墙梁柱柱单元。单击击鼠标右键，选选择“应用选择对对象”，选中单元元被施加了相相应荷载。如如此方法施加右侧侧侧墙荷载（-17.822，-87.221）。此时屏幕如如图2.8所示。图2.8点击“常用工具具与按钮”，

11、“工况1”，输入“2”，进入工况况2，施加结结构承受的活活荷载。方法法如上所述，顶顶板施加荷载载（-20，-20），左左侧侧墙施加加荷载（5.4， 5.4），右侧侧侧墙施加荷荷载（-5.4，-5.4）。此时时屏幕如图22.9所示。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“1.4855”。“+”，“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”，“

12、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）施加结构构约束条件。点击“节点”，“接地弹簧刚刚度”，在“Dz”中输入“-1”，在“弹簧刚度”中输入“370000”，选择“只能受压”，用鼠标选选择节点1和和节点2，点点击右键，选选择“应用选择对对象”，节点1和节节点2处显示示设置了受压压弹簧。如此此方法设置表表2.2所列节节点处的弹簧簧，结果如图图2.10所示示。表2.2 弹簧簧刚度值节点号Kz节点号节点号Ky137000542400077400027194800

13、0874000281848000974000291748000107400063580001174000301668000127400031156800013740003214680002370001234000图2.10（6）检查数据据和删除无用用数据。点击“文件”，“数据检查”，软件警告“结构在UYY UZ方向向的自由度没没有约束”，由于设置置了弹簧，结结构是静定的的，点击“确定”，忽略软件件警告。点击击“文件”，“删除无用数数据”，软件显示示“完成无用信信息的删除”。（7）计算和结结果查看。点击“其他模块块”，“计算与分析析”，出现“SAP844分析选项对对话框”，选择“确定”，软件开始

14、始计算。计算算完毕后，点点击“其他模块”，“后处理SAAPOUT”，进入SAPP84后处理理模块。将“当前公共参参数”中的荷载组组合选择为“1”，点击“内力与应力力”，“一维单元的的内力图”，选择“1-2平面面内的弯矩”，点击“确定”，屏幕显示示结构在荷载载组合1作用用下的1-22平面内的弯弯矩图，如图图2.11所所示。如此方方法，能够得得到荷载组合合1作用下结结构的轴力图图和剪力图和和荷载组合22作用下的结结构内力图。得到结构内内力图即可对对结构截面进进行验算和配配筋。图2.11将“当前公共参参数”中的位移组组合选择为“1”，点击“位移”，“节点位移的的数值显示”，选择“当前位移组组合的位移

15、”，和“Z方向平动动位移”，点击“确定”，屏幕显示示结构在位移移组合1作用用下的竖直方方向的位移图图，如图2.12所示。如如此方法，能能够得到荷载载组合1作用用下结构在其其他方向的位移。图2.123 注意事项3.1 建立计计算模型计算模型是对实实际结构的抽抽象和简化，计算模型应应该能够正确确、准确地反反映主要构件件的主要特征征。SAP84提供供了很多单元类型用于模拟拟不同的构件件，单元类型的的选择主要取取决于构件的的受力特点。一般说说来，承受轴力和和弯矩并且一一个方向的尺尺度比另外两两个方向要大大得多的构件件可以用梁柱柱单元来模拟拟，而一个方向向的尺度比另另外两个方向向要小得多的的构件可以用用

16、板壳单元或或墙单元来模模拟。如果板壳主主要承受面内内的轴力，面面外弯矩可以以忽略的话可可以采用板壳壳单元中的膜膜模式，如果果板壳主要承承受面外弯矩矩，面内的轴轴力可以忽略略的话则可以以采用板壳单单元中的板模模式，其它情情况则可以用用壳模式来模模拟。如果三个方方向的尺度相相近，则需要要用三维实体体单元来模拟拟。同样一根梁单元元，如果把它它放在整个结结构中考虑，可可以用梁柱单单元模拟，但但是有时候如如果需要单独独考虑这根梁梁单元的详细细受力状况，这这时可以用三三维实体单元元来模拟，然然后把整体计计算中的内力力结果施加到到三维实体单单元上。有时时如果需要考考虑构件衔接接部位的受力力状况，可以以先进行

17、整体体计算（忽略略衔接处的影影响），然后后采用三维实实体元计算该该衔接部位，同同时把整体计计算中的内力力结果加上。3.2 选取单单位制GIS和PlaanIn不限限制使用何种种单位制，用户户可以根据习惯自己选择择。目前，软件提供给给用户的单位制制选项见图33.1。根据工程习习惯，建议选选用kN和mm单位制。需需要注意的是是：重量和质质量是两个不不同的概念，二者者有一定的换换算关系。图3.13.3 关于自自重“选项设置”提提供了一些常见选选项的输入与与控制，部分分选项对于计计算结果非常常关键。如果果在填写各单单元的材料参参数时输入了了材料的重度度（包括由混混凝土强度等等级得到的查查询值），并并且选

18、中了此此选项，SAAP84分析析程序将自动动考虑由材料料重度产生的的自重，并且且把它放在工工况1下。但是，如果果没有选中此此项，SAPP84在计算算时将不会考考虑由材料重重度产生的自自重。缺省情情况下该项是是被选中的。3.4 关于材材料参数在输入材料参数数时，如果只只输入混凝土土强度等级，而而其它材料参参数保持为零零，SAP884分析程序序将自动查询询该混凝土强强度等级对应应的弹性模量量E、剪切模模量G、泊松松比v、密度、重重度以及热膨膨胀系数。材料数据对对话框如图33.2所示。一般弹性模量、剪切模量和泊松比之间的转换公式为：GE/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

19、，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1.0E5（查询值）。图3.23.5 荷载工工况(荷载种种类)及组合合 这这里所说的工工况实际上就就是荷载种类类，在输入过过程中一般不不限制哪些荷荷载放置在哪哪个

20、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中的的荷载工况系数数与建筑结构构荷载规范中中的分项（组组合）系数有有一定的区别别，某荷载组组合作用下产产生的内力指指的是如下的的荷载组合：工况1的荷荷载工况11的荷载系数工工况2的荷载载工况2的的荷载系数工工况3的荷载载工况3的的荷载系数

21、工况nn的荷载工工况n的荷载载系数。荷载组合对对话框如图33.3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。图3.3 SAAP84在进进行分析时，位位移组合和荷荷载组合可以以不相同。位位移组合系数数输入方法与与荷载组合完全全相同。SAAP84的荷荷载组合可理理解为承载能能力极限状态态对应的荷载载组合，位移移组合可理解解为正常使用用极限状态对对应的荷载组组合。3.6 弹簧刚刚度接地弹簧刚度与与围岩基床系数数和弹簧所覆覆围岩面积有有关，计算公公式为接地弹簧刚度度围岩基床系数数弹簧所覆围岩岩面积、

22、与弹簧相连连单元的面积、与弹簧相连连单元的长度度3.7 梁柱弯弯矩放松PlanIn生生成的梁柱单单元在缺省情情况下两端采采用刚接，如如果用户想把构件件的一端或两两端作为铰接接处理，可以以通过弯矩放放松功能实现现。梁端放松对对话框如图33.4所示。100表示完全放松，0表示刚接，弯矩放松的项可以是0100中的任何一个数据（半刚接，介于完全刚接和完全铰接之间）。图3.44 常用参数表表4.1 地基土土的基床系数数图4.1基床系系数的经验值值（MPa/m）岩土类别状态值软土、淤泥质土土、有机土18粘性土软塑815可塑1535硬塑3570坚塑7090砂土松散510稍密1015中密1525密实2540圆

23、砾、角砾中密2540密实4095黄土、黄土质土土3050注：本表系垂直直基床系数，摘摘自地下铁铁道、轻轨交交通岩土工程程勘察规范基床系数应依据据工程地质勘勘察报告进行行取值。国内内外通过大量量荷载板试验验已积累了许许多垂直基床床系数的经验验参考值，而而水平基床系系数与垂直基基床系数的关关系，今后还还需进一步研研究。5 计算单内容容（1）工程概况况 a 工程程名称、设计计阶段等工程的基本本情况。b 各结构构件件采用的材料料、截面、结结构断面图。（2）地质条件件 包括地层层的物理力学学参数和地下下水情况。（3）结构模型型 a 基本本假定b 结构模型图图，约束条件件。c 弹簧刚度列列表（4）荷载计算算 a 荷载载计算b 荷载组合c 荷载图（5）计算结果果 a 结构构内力图：基基本组合、标标准组合等各各荷载组合的的弯矩图、轴轴力图和剪力力图。b 结构位移图图：Y方向位位移图和Z方方向位移图。21