SAP2000特點

SAP2000還具有全面的設(shè)計功能

sap軟件基本介紹

SAP2000程序是由Edwards Wilson創(chuàng)始的SAP(Structure Analysis Program)系列程序發(fā)展而來的，至今已經(jīng)有許多版本面世。SAP2000(SAP90的替代品)是這些新一代程序中最新也是最成熟的產(chǎn)品。最新的SAP2000 Nonlinear版除了包括全部Plus的功能之外，再加上動力非線性時程反應分析和阻尼構(gòu)材、減震器、Gap和Hook構(gòu)材等材料特性，它主要適用于分析帶有局部非線性的復雜結(jié)構(gòu)(如基礎(chǔ)隔震或上部結(jié)構(gòu)單元的局部屈服)。

自從三十年前SAP誕生以來，它已經(jīng)成為最新結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法的代名詞。SAP2000保持了原有產(chǎn)品的傳統(tǒng)功能，新增功能使得該軟件產(chǎn)品更加完善、直觀和靈活，簡潔的用戶界面，在交通運輸、工業(yè)、公共事業(yè)、運動和其它領(lǐng)域，為結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師提供更加得心應手的分析引擎和設(shè)計工具。

結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000(Structure Analysis Program 2000)是SAP系列軟件的升級版，至今集成了常用的所有功能。

sap軟件主要功能

具有極強的功能，如建模功能(二維模型、三維模型等)、編輯功能(增加模型、增減單元、復制刪除等)、分析功能(時程分析、動力反應分析、push-over分析等)、荷載功能(節(jié)點荷載、桿件荷載、板荷載、溫度荷載等)、自定義功能、以及設(shè)計功能等等。

這些功能的實現(xiàn)均是在同一個可視化界面中實現(xiàn)的，用戶界面非常友好。它可以模擬大量的結(jié)構(gòu)形式，包括房屋建筑、橋梁、水壩、油罐、地下結(jié)構(gòu)等等。下面著重對其建模功能和分析功能作詳細介紹。

先進的分析技術(shù)提供了：逐步大變形分析、多重P-Delta效應、特征向量和Ritz向量分析、索分析、單拉和單壓分析、Buckling屈曲分析、爆炸分析、針對阻尼器、基礎(chǔ)隔震和支承塑性的快速非線性分析、用能量方法進行側(cè)移控制和分段施工分析等。

一、建模功能

作為有限元結(jié)構(gòu)分析程序，它的模板中提供了工程中常見的結(jié)構(gòu)形式模型以及許多普通程序無法實現(xiàn)的復雜模型，如橋梁、拱壩、水箱和高層建構(gòu)筑物等。它的建模界面非常友好，是基于視窗的圖形化界面，在這個可視化界面中可以利用這些預設(shè)的模塊庫快速建立模型。一般在選定模型后，只需要將對應的一些數(shù)據(jù)改變一下，就可以在瞬間內(nèi)建立用戶所要的建筑模型，非常快捷方便。

在SAP2000中建模，實際結(jié)構(gòu)單元用對象來體現(xiàn)，先定義出所使用的材料性質(zhì)，如鋼材(steel)、混凝土(concrete)和鋁材(aluminum)，再在圖形界面中畫出對象的幾何分布，然后指定荷載和屬性到對象上建立實際構(gòu)件模型。程序包含下列對象類型:點對象、線對象、面對象、實體對象。在各個版本中，由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的出現(xiàn)，建模時無需像以前那樣，把模型劃分為足夠細的單元進行分析，而只要給出結(jié)構(gòu)的基本框架即可。因為當運行軟件進行分析時，程序自動將建立的面對象的模型轉(zhuǎn)換成基于有限元的模型。這種基于有限元的模型稱為分析模型，它由傳統(tǒng)的有限元單元和節(jié)點構(gòu)成。在分析結(jié)束后把分析的結(jié)果又傳回面向?qū)ο竽Ｐ汀Ｓ脩艨梢钥刂凭W(wǎng)格劃分，如細分的程度，以及如何處理相交單元的連接等。用戶可以手工對模型進行網(wǎng)格劃分來做到對象和單元的一一對應。

從以上可知，在軟件中建模的一般原則是，對象的幾何特性應與實際構(gòu)件相對應，這樣可以簡化模型并有利于設(shè)計過程。同時，圖形界面中亦提供多種有效工具去建立模板中未給出的其它結(jié)構(gòu)模型，甚至可利用內(nèi)定基本模型及最佳設(shè)計去修正模型。

二、分析功能

此程序有別于其它一般結(jié)構(gòu)有限元程序的最大特點就在于它的強大的分析功能。軟件中使用許多不同類型的分析，它基本上集成了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常遇到方法，如時程分析、地震動輸入、動力分析以及Push-over分析等等。另外還包括:靜力分析、用特征向量或Ritz向量進行振動模式的模態(tài)分析、對地震反應的反應譜分析等等。這些不同類型的分析可在程序的同一次運行中進行，并把結(jié)果綜合起來輸出。

1.荷載工況及組合

荷載代表了對結(jié)構(gòu)的作用，如外力、壓力、支座位移、溫度應力、地面加速度及其它。用戶可以對對象定義包括多種荷載的荷載工況，程序自動計算出地面加速度荷載。為計算在荷載工況下結(jié)構(gòu)的響應，用戶必須定義荷載工況施加的方式(如:靜力的、動力的等)以及結(jié)構(gòu)的分析方式(如:線性的、非線性的等)。同一個荷載工況可以在不同的分析中以不同方式施加。用戶可以任意的定義荷載工況。一般情況下，常定義的荷載工況有靜荷載、活荷載、風荷載、雪荷載、溫度荷載等。需要獨立變化的工況，不管是用于分析或是因為施加方式，應該定義為獨立的荷載工況。對定義的每個荷載工況，程序自動生成荷載向量r和靜力位移u的解，每個荷載工況包括:①框架和(或)殼單元的自重荷載;②框架單元的集中或分布荷載:③殼單元上的均布荷載:④節(jié)點上的力和(或)地面位移荷載[69-70]。進行每一個不同的分析稱為分析組合，作為分析組合的一部分，對每個分析組合分配一個量，這些標號可用于產(chǎn)生另外的組合和控制輸出。分析組合的基本類型有:

·荷載組合或荷載(Load Case or Load)--荷載基本的空間分布，靜力分析的對應結(jié)果;

·振型(Mode)--特征向量或Ritz-Vector，相應的頻率，振動模態(tài)分析的結(jié)果;

·反應譜(Spec)--反應譜分析的基本結(jié)果。

2. 靜力線性分析

3.模態(tài)分析

用戶可以任意多的定義模態(tài)分析工況，盡管大多數(shù)情況下一個工況已經(jīng)足夠。對于每一個模態(tài)分析工況，用戶可以自行選擇進行特征向量分析還是Ritz向量分析。

4.反應譜分析

對于反應譜分析振型組合，給出了CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法、10Pct法和Dbl Sum法等組合方法。我國2002新規(guī)范規(guī)定考慮結(jié)構(gòu)藕聯(lián)效應的情況，可采用CQC和SRSS兩種結(jié)合方法。

5.線性時程分析

在程序中，時程分析可以使用的積分方式為模態(tài)積分和直接積分。模態(tài)積分方式是以結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過結(jié)構(gòu)不同模態(tài)的積分求解來得到結(jié)構(gòu)總的響應值，在程序中如果選擇使用模態(tài)積分求解，需要選擇積分求解所基于的模態(tài)分析工況。如果結(jié)構(gòu)需要考慮高階振型的影響，就應該在模態(tài)分析工況中考慮更多的振型數(shù)目。直接積分方法本質(zhì)是在一系列時間間隔范圍內(nèi)求解平衡方程。在軟件中時間積分方法的選擇是通過其它參數(shù)區(qū)域時間積分參數(shù)的定義來完成的，提供了Newmark法、Wilson法、排列法、Hiber-Huges-Taytor法、和Chung and Hulbert法等方法可供選擇。

6.高級分析功能

在結(jié)構(gòu)分析實踐中可能會使用的較為深入的分析功能，這些功能包括結(jié)構(gòu)的屈曲分析、靜力非線性分析、動力非線性分析等。

三、設(shè)計功能

1.鋼框架設(shè)計

自動構(gòu)件截面選擇——不需要初步設(shè)計

基于虛功原理對側(cè)向位移的截面優(yōu)化

考慮靜力和動力荷載的設(shè)計

規(guī)范或用戶定義的荷載組合

自動計算K因子 和 P-delta 效應

集成化的截面設(shè)計器，可完成復合截面和組合截面設(shè)計

交互式的設(shè)計與查看功能

設(shè)計可以考慮扭轉(zhuǎn)效應

2.混凝土框架設(shè)計

考慮靜力與動力荷載的設(shè)計

設(shè)計包絡的分組功能

自動或用戶定義的荷載組合與設(shè)計分組

自動計算活荷載折減因子

設(shè)計考慮雙軸彎矩/單軸力相關(guān)面和剪力

自動計算彎矩放大系數(shù)

計算P-delta效應時有整體放大系數(shù)的選項

集成化的截面設(shè)計器可以考慮復雜的混凝土截面

交互式的設(shè)計與查看功能

設(shè)計可以考慮扭轉(zhuǎn)效應

基于虛功原理對側(cè)向位移控制的優(yōu)化

3.鋁框架設(shè)計

考慮靜力和動力荷載的設(shè)計

直梁和曲梁設(shè)計

自動計算彎矩放大系數(shù)

自動計算K-因子和P-Delta效應

自動計算軸力和雙向彎矩和剪力設(shè)計

支持鋁框架設(shè)計的規(guī)范：AA-ASD 2000;AA-LRFD 2000

4.冷軋鋼框架設(shè)計

考慮靜力和動力荷載的設(shè)計

直梁和曲梁設(shè)計

自動計算彎矩放大系數(shù)

自動計算K-因子和P-Delta效應

有效面積和有效主/次慣性矩的計算

支持冷軋鋼框架設(shè)計的規(guī)范：AISI-ASD 96;AISI-LRFD 96

SAP2000特色

1.懸鏈行為

大位移索單元可以模擬張拉剛性和大轉(zhuǎn)動效應，索形自動加載，在施加壓力的時候索可以產(chǎn)生屈曲?？梢詰糜趹宜鳂?、斜拉橋、索拉塔架、管道吊索，等等。與施工順序同時使用，可以得到結(jié)構(gòu)真實的應力和剛度。

2.殼單元

殼單元(板、膜、完全殼)用來模擬墻、樓板、池/容器的殼壁，及其他薄壁面，也可用作二維的實體(平面應力、平面應變和軸對稱實體)基于應力—應變關(guān)系，分層殼單元可以對每層殼考慮混合材料的組合行為和非線性材料行為，而且對鋼筋層可以考慮剪切行為。

3.實體單元

八節(jié)點實體單元是基于具有非協(xié)調(diào)模式的等參元公式。實體單元支持退化的實體，如模擬楔形和四面體而導致的節(jié)點重合。有利于模擬三維對象的加載、邊界條件、截面屬性，隨厚度變化的響應等。面單元可以拉伸成實體單元。

4.分析功能

在時間相關(guān)的階段施工分析中指定墻或柱的配筋，考慮配筋對混凝土軸向徐變和收縮性能的影響。非線性靜力分析在不考慮迭代的情況下也可以使用ETE(Event-to-Event)選項，顯著提高推覆分析或非線性屈曲分析的計算效率。頻域范圍內(nèi)的線性時程分析可用于考慮頻率相關(guān)的構(gòu)件屬性、子系統(tǒng)以及邊界條件。

5.加載功能

新增基于ASCE 7-16、KBC 2016、NTC 2018的自動風荷載、自動地震荷載以及反應譜函數(shù)。新增基于IS 1893:2016的自動地震荷載和反應譜函數(shù)。

6.建模功能

新增型鋼數(shù)據(jù)庫AISC 15和ASTM A1085。新增針對框架鉸極限負剛度的控制選項，默認值為10%。

7.移動荷載生成

SAP2000 具有一個復制全面的移動荷載生成器，允許用戶施加移動荷載到框架單元和殼單元上的車道。移動荷載生成器將在車道內(nèi)移動車輛，以確定最大包絡條件，內(nèi)置了AASHTO及中國規(guī)范的車輛、國際車輛定義、鐵路荷載、一般車輛荷載等，這些都是完全可自定義的。

8.波浪荷載生成

根據(jù)波浪、洋流、浮力和風作用，自動生成施加到結(jié)構(gòu)上的波浪荷載。多步靜力線性加載能夠模擬波浪通過結(jié)構(gòu)的效應。而且，動力加載(時程)也能用來生成包含波浪移動通過結(jié)構(gòu)的響應。這種動力加載是理想化為一系列重疊的三角形脈沖荷載施加到結(jié)構(gòu)上。

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