SAP2000稳定性分析与后处理技术

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用户二次处理
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结构质心
① 创建模型并定义合适的质量源 ② 设置荷载工况并运行分析 ③ 输出所有节点的集中质量 ④ 输出所有节点的坐标值 ⑤ 导出至 Excel 后处理
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结构重心
地基反力
① 创建包含所有重力荷载的工况 ② 运行分析后，表格输出地基反力
• 已知荷载的分布形式 • 荷载的具体大小未知 • 适用于失稳分析/推覆分析
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刚体位移 合理位移
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概述
基于虚功图的结构优化 壳单元的内力输出约定
楼层力/截面内力的提取 层间位移角的输出 结构的质心和重心位置
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虚功图
虚功原理
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虚功图
显示虚功图
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壳单元内力
实体单元应力
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特定位移由单位荷载 P 的位置和方向加以确定
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壳单元内力
壳单元的内力
应力沿壳单元厚度方向的积分 → 内力
2 EI ( l )2

l EI Pcr
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屈曲分析
欧拉公式
临界荷载 Pcr 与受力状态有关：
① 恒载 + 活载（均为标准值）：不易判断单个杆件的局部失稳，故 很难确定该杆件的临界荷载。 明确，可操作性强，但很难符合杆件实际的受力状态。 ② 对单个杆件的两端施加“等大反向的单位节点荷载”：分析目标
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北京筑信达工程咨询有限公司
Beijing Construction Information Solution Engineering Consulting
SAP2000工程应用进阶技术
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概述
特征值屈曲分析
• 基于恒载作用的屈曲分析 • 负特征值（屈曲因子）问题 • 基于屈曲分析的计算长度系数
非线性屈曲分析
• 基于屈曲模态的初始几何缺陷 • 几何非线性：P-Delta效应 vs 大位移效应 • 位移控制加载
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屈曲分析
几何非线性
F P
F
P
大位移效应
ഥ ࢛ ൌࡷ ࢛ െࡳ ࡼ ࡷ
外荷载很小 位移很大
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② ③
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①
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计算长度系数
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特征值屈曲分析 vs 特征值模态分析
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屈曲分析
临界荷载 Pcr
构件两端的约束条件由程序自动考虑，如何确定临界荷载？
屈曲形式 荷载分布
整体屈曲 恒载+活载
荷载大小
标准值
局部屈曲
杆件两端
等大反向 的单位力
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交互式数据库编辑 +Excel
③ 竖直方向反力 FZ 以及合力作用点
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非线性屈曲分析
大位移效应
线性静力分析
非线性静力分析 （考虑大位移效应）
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荷载控制 位移控制
加载控制方法
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非线性屈曲分析
• 已知荷载的分布形式 • 荷载的具体大小已知 • 适用于常规的线性分析
两种方式施加的荷载向量成比例
平均转角：(R1z+R2z+R3z)/3
节点编号 + 自由度标签 + 系数
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右侧
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左侧
• 两侧单元 → 隔离体
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广义位移
层间位移：U1x-U2x
平动：长度量纲的广义位移，如：层间位移、相对平动等。
转动：无量纲的广义位移，如：层间位移角、楼层位移比等。
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注意：壳单元力矩的方向与框架单元力矩方向不同！
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壳单元内力
壳单元的内力
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截面切割
定义截面
节点集合 → 截面位置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 节点集合 + 单元集合 → 组(Group)
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右侧
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截面切割
绘制截面切割
切割面横穿单元
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非线性屈曲分析
初始几何缺陷
《空间网格技术规程》：进行网壳全过程分析 时应考虑初始几何缺陷的影响，初始几何缺陷的分 布可采用结构的最低阶屈曲模态，其缺陷的最大计 算值可按网壳跨度的1/300取值。
API插件 V17及后续版本 “修改未变形几何”
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c. cn
优点 缺点
符合实际的 受力状态 不易判断屈 曲的构件 目标明确 可操作性强 不符合实际 的受力状态
基于恒载作用的屈曲分析
非线性静力工况
P-Delta效应 + 恒载
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屈曲分析
屈曲工况
继承前述工况的结构刚度 + 其它荷载
屈曲因子
在恒载作用其它荷载的缩放系数。
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压力降低刚度
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F
P
P-Delta效应
轴力P很大 变形很小
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屈曲分析
负特征值
程序不区分整体屈曲和局部屈曲
• 模态分析：负特征值 → 结构刚度或质量有问题！
• 屈曲分析：负特征值 → 荷载反向结构更容易失稳！ –通常为局部屈曲（前几阶屈曲模态）
–负特征值并不代表分析模型存在异常！
负特征值在线性屈曲分析很常见
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Pcr
屈曲分析 + 欧拉公式 → 构件计算长度系数
• 单元集合 → 隔离体
节点集合 → 截面位置？
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左侧
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单元集合 → 隔离体
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截面切割
绘制截面切割（续）
切割面通过节点 节点集合 → 截面位置
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多个节点自由度的线性组合
层间位移：U1x-U2x
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广义位移