sap2000做索结构分析小结_secret

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

HiStruct 曾于05年的时候写过一篇用sap2000来做索结构分析设计的小文章,那时候主要还是应用sap2000 v8,9版本,如今sap2000程序已经升级到了v12版本,sap2000软件升级好快。

今天帮一位朋友解决一个空间索结构的分析计算问题,于是重翻旧文,顺便做一些更正和补充。

正文如下:
一,sap2000中索单元的通用模拟方法
1.可以用hook 单元来模拟
hook 的属性应该很容易理解,它就是一个只拉的杆件单元,可以用它来模拟一些受力情况类似的索单元,比如可以忽略索自重引起的挠度变形的情况,这里强调的是用hook 的时候,相关参数的设置比较重要,不过没有什么特殊要注意的,根据实际情况来就可以了。

2. 可以用frame 来模拟索 索单元与sap2000采用的frame 单元,存在一些属性上的差距,但是可以通过sap2000的属性修改功能来弥补。

首先分析一下索的特性:比较柔,相当于不承受弯矩,可以设置截面的抗弯刚度为0
来实现(这是sap
参考推荐的桁架模拟方式,
此时不需要释放单元两端弯矩),也有一些人推荐采用设置抗弯刚度有极
小值的方式来模拟,原理类似。

空间索结构在实际操作中经常出现解无法收敛的情况,曾经有位朋友找我帮忙计算一个很难收敛的大型桅塔结构,后来经过大量测试在设置frame 单元的抗弯刚度为0,非线性参数自定义时,得到合理的,收敛的分析结果。

其实,只要结构模型建得正确合理,frame 单元的抗弯刚度对于计算结果的影响可以忽略。

至于索的其他参数,比如弹性模量,等效截面面积和直径等,根据实际情况来就可以了。

注:这种方法近似模拟出来的索结构在自重不可忽略的情况下,还是有弯矩存在的。

3. 在v9.0的版本以后,索单元已经独立出来了,即cable 单元,使用cable 单元最重要的就是要理解cable Geometry 的意义,如图1所示,这里非常重要的一个概念就是deformed geometry 是什么意思,它是指通过解析法,理论计算出来的索的垂度,默认的荷载为索的自重状态,当然用户可以增加或者减小,一般来说deformed geometry 来建立模型的话就不需要在模型中计算恒载的局部垂度了,但是对于空间结构而言,建议采用undeformed geometry ,并且分析恒载。

有人对tendon 单元比较疑惑,其实tendon 单元就是以前版本中的prestress 的升级,主要用于混凝土结构或者钢结构体外预应力时的预应力筋的模拟。

图1 cable Geometry
二,其它几个问题
1. 预应力的模拟
对于所有的sap2000版本通常可采用降温的方法,道理很简单。

首先,杆件的弹性模量E 和应变比ε有如下关系:N =ε*E*A 其中ε=△L/L,温度和应变比也有如下关系:△L=α*L*△T 即△L/L=α*△T;联立上两式,得N=α*E*A*T。

举例如:已知需要预加给索的内力N ,求△T。

因为△T=N/(α*E*A),只要按已知的N 算出来的温度值给杆件加上,计算后就可以在杆件内产生大小一样的N 。

对于对于v9 版本以后可以用温度和初始应变来模拟初始预应力,而且可以考虑了预应力的损失。

关于温度,轴力和初始应变之间的转换关系,可以用HiStruct 以前的这张表格计算。

注,v12以前可能有某些版本中有p-delta 力,这个可以参考sap2000的分析参考,不过一般不推荐采用。

2.非线性分析工况的设置
索结构通常要用到大变形,而且按照sap2000中推荐的做法,最好各种非线性分析工况要采用相同的非线性参数设置,比如都用p-delta和大变形等。

而其他的荷载工况最好是在预应力非线性工况的基础上做分析,因为预应力形成结构刚度有利于其他分析工况的收敛。

举个例子:比如一个简单的索结构,荷载:Dead,live,wind,temp(用来模拟预应力)。

那么在分析工况里,应该是先设置temp为非线性,从0初始状态开始,设置大变形等,接着其它非线性工况的刚度可以从temp开始,设置大变形等,Sap2000特别提示不仅是刚度,前一种分析工况的荷载将也会自动被包含在当前分析工况中,所以最后一个分析工况里包含了前面分析的所有结果,基于这个原因,HiStruct建议将非线性分析的荷载组合,在分析工况中采用接龙的方式定义,但是要注意荷载组合和分项系数。

其他非线性分析的参数涉及到一些理论知识,在非线性计算无法完成或者不收敛的时候,需要通过修改它们来实现计算收敛,得到合理结果,这里就不具体展开了。

3.关于索结构的解
很多朋友和我一开始学sap的时候一样总是不太注意查看分析过程,这是很重要的,因为对于非线性分析来说不收敛的解就是错误的,等于无解,通常遇到这种情况的时候,首先要检查的是结构的模型,其次是各种单元,节点的模拟,比如铰接的模拟是否合适,然后是调整总步数,子步大小等非线性分析参数。

相关文档
最新文档