SAP2000建模常见问题讨论

SAP2000建模常见问题讨论
Q1：Pushover如何施加不同方向的荷载？
A1：Pushover的“荷载工况”定义中，“荷载类型”一栏有三种荷载模式：Load Pattern、Accel、Mode。

如果选择Mode，在“荷载名称”中可以选择阵型号；如果选用Accel在“荷载名称”中可以选择不同方向；如果选择Load Pattern在“荷载名称”中可以选择之前定义个各种“荷载模式”，如图1.1所示。

当点击图1.1中的施加荷载后面的修改/显示按钮时，会弹出图1.2所示对话框，其中监测位移的自由度的更改不能改变荷载施加的方向，只是改变了监测最大位移所对应的方向。

pushover分析中采用荷载控制和位移控制两种方式。

对于荷载控制，最后的荷载就是施加的荷载，通常在进行水平力推覆之前进行竖向荷载的分析，采用荷载控制分析。

水平力推覆通常采用位移控制，这时与力的大小无关，施加的水平力只是提供水平力分布的方式，取个标准值就可以了。

最后推覆的程度与力无关，而由位移控制。

综上所述，如果需要更改Pushover荷载方向，应该选用Accel或Load Pattern 类型的荷载，并选择相应的荷载名称。

另外需要注意，Pushover分析一般需要多个荷载工况，一个典型的Pushover 分析可能由3个荷载工况构成：第一个将施加重力荷载给结构，第二个和第三个可施加不同的横向荷载。

在侧煤仓模型中，我第一个施加的为DEADNOL非线性荷载工况，即重力荷载为施加荷载；第二个施加的是PUSH工况，即Mode工况为施加荷载；第三个我没有施加，你可以试一试Accel荷载类型。

计算时，第二和第三个工况是在DEADNOL计算结果的基础上继续施加的，所以，第二、三工况的初始条件应选择“从上次非线性工况终点继续”
图1.1
图1.2
Q2：Pushover侧向荷载模式有哪几种，SAP中如何实现？
A2：可以参考中华钢结构论坛的一个帖子：
侧向荷载的分布方式,即应反映出地震作用下各结构层惯性力的分布特征,又应使所求得位移,能大体真实地反映地震作用下结构的位移状况。

事实上,由于任何一种荷载分布方式都不可能反映结构全部的变形及受力要求,因为不论用何种分布方式,都将使得和该加载方式相似的振型作用得到加强,而其他振型的作用则被削弱。

而且,在强地震作用下,结构进入弹塑性状态,结构的自振周期和惯性力大小及分布方式也因之变化,楼层惯性力的分布不可能用一种分布方式来反映。

因此,最少用两种以上的荷载分布方式进行Pushover 分析。

FEMA - 273 推荐三种形式:
1) 均匀分布:各楼层侧向力可取所在楼层质量;
2) 倒三角形分布:结构振动以基本振型为主时的惯性力的分布形式,类似于我国规范中用底部剪力法确定的侧向力分布;
3) SRSS 分布:反应谱振型组合得到的惯性力分布。

ATC - 40 采用与第一振型成正比的侧向力分布形式。

SAP2000程序提供了自定义分布、均匀加速度分布和振型荷载分布三种加载方式。

均匀加速度分布提供的侧向力是用均一的加速度和相应质量分布的乘积获得的;振型荷载分布提供的侧向力是用给定的振型和该振型下的圆频率的平方(ω2) 及相应质量分布的乘积获得的,可以取任何一个振型。

其中,均匀加速度方法相当于均匀分布,振型荷载分布方法,当取第一振型时,相当于倒三角分布。

用户也可以自定义水平力分布情况,也可以把三者按一定系数组合。

在定义Push - over 工况时,除了按上述方法考虑各种水平荷载及组合外,应首先定义重力荷载作用作为Push - over 第一工况,各种水平力及其组合作为其它工况,计算时首先计算第一工况下的内力和变形,其它工况下的计算是在第一工况下内力和变形基础上施加水平荷载,水平荷载不断增加,结构侧移不断增大,直到达到规定的位移为止。

常用的Push - over 工况主要有:
1. 重力+ 振型1 (纵向)
2. 重力+ 振型2 (横向)
3. 重力+ x 向加速度
4. 重力+ y 向加速度
Q3：为什么整个Push过程只记录了7步？
A3：先理解下面来自中华钢结构论坛的一段话：
令cn，cm分别为最小和最大保存步数，b为保存步长，△为总目标位移，A1、A2…Ai为事件，则有b=△/cn,即保存步长主要由最小保存步数确定。

如在非保存节点的某节点事件发生，则系统也保存该节点，并在此节点以同样的保存步长重新开始。

例：取△=10，cn=20，cm=21，计算m=0.5。

(1)一个事件A1在节点2.7发生，保存的节点有：
0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/2.7/3.2/3.7/4.2/4.7/5.2/5.7/6.2/6.7/7.2/7.7/8.2/8.7/9.2/9.7/10.0，共21步≤cm
(2)两个事件A1和A2分别在节点2.7和3.9发生，保存的节点有：
0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/2.7/3.2/3.7/（ 3.9）/4.2/4.7/5.2/5.7/6.2/6.7/7.2/7.7/8.2/8.7/9.2/9.7/10.0，共21步≤cm。

即节点3.9发生的A2事件不被保存，原因如下：
0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/2.7/3.2/3.7/3.9/4.4/4.9/5.4/5.9/6.4/6.9/7.4/7.9/8.4/8.9/9.4/9.9/1 0.0，共22步> cm不被允许。

（3）三个事件A1、A2 、A3分别在节点2.7、3.9、4.1发生，保存的节点有：
0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/2.7/3.2/3.7/4.1/4.6/5.1/5.6/6.1/6.6/7.1/7.6/8.1/8.6/9.1/9.6/10.0，共21步≤cm。

即节点2.7发生的事件A1、节点4.2发生的A3事件都能被保存，A2不被保存。

一般方法是保证cm足够大，比cn大10-100倍，以保证每个事件都被保存、完整保存pushover细节。

cn可以是10或100的数量级，比如对于△=10mm，取m=0.5-1mm就有足够的精度。

综上所述，如想保留更加细微的加载过程，需调解荷载控制参数中的最小保存步数，这个数越大，步长越小，保存的步数越多。

受到上述启发，我对于荷载控制参数的理解如下：
（1）每阶段最大总步数：就是程序进行迭代的次数，每次迭代程序都会增加一个步长，这个步长要能够确保实现迭代的收敛，而这个步长一般采用b=△/cn，但是，如果按照这个步长b不能实现收敛，则程序将步长b分割为更小的步长再次运行，直至收敛，此时这个由程序自动分割的较小步长的一次迭代即为一步。

（2）保存的步数：保存步数由两方面控制：
一是“最小保存步数”，例：取△=10，cn=20，cm=21，计算m=0.5，保存的节点有：0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/……/10，共21步≤cm；
二是“每阶段最大总步数”，最大总步数的概念已经讲过了，就是结构为了每一步迭代实现收敛会自动分割步长，当按照自动分割的步长计算的步数达到定义的最大总步数的时候，程序终止。

例如：取△=10，cn=20，cm=21，计算m=0.5，即步长m=0.5，但是程序运行时，如果以0.5步长进行迭代不能实现收敛，程序会分割0.5为更小的步长，这样从0叠加至0.5不是预想的一步，二是很多步，增加的那些步的结果没有被记录下来，因为保存的节点只有：0.5/1.0/1.5/2.0 /2.5/……/10，共21步，当然，如果想把所有这21个节点的结果保存下来，那最大总步数就需要更大的值。

这就是为什么最大总步数一直在增加，而保存的步数却不增加。

这时可以注
意一下，Curr Step（即Current Step）一般会很小，要迭代很多步才能到达记录的节点。

我详细观察了一下我的计算文件，在计算到200步前保存了15步，后面的计算中结构收敛比较困难，一般都只能以一个很小的增量达到收敛，增量接近于0，所以后面300多步计算基本上就没有能保存新的输出步。

如果结构的非线性收敛较困难的话，说明什么问题？接近破坏了吗？可是我全部的塑性铰都只在B －IO之间，且在此之间的塑性铰为170处，结构应该还能继续发展的，这是我迷惑的地方！。