SAP84在地铁工程设计中应用示例

《地下结构专业工作手册》系列之一——————————————————————————————————

有限元分析软件sap84

使用手册

城交分院地下结构所

二零零五年五月

目录（SAP84）

1 软件介绍 (1)

1.1 软件概述 (1)

1.2 软件安装 (2)

1.3 获得帮助 (3)

2 工程算例 (3)

2.1 问题描述 (3)

2.2 计算步骤 (4)

3 注意事项 (14)

3.1 建立计算模型 (14)

3.2 选取单位制 (15)

3.3 关于自重 (15)

3.4 关于材料参数 (16)

3.5 荷载工况及组合 (17)

3.6 弹簧刚度 (18)

3.7 梁柱弯矩放松 (19)

4 常用参数表 (19)

4.1 地基土的基床系数 (19)

5 计算单内容 (20)

1 软件介绍

1.1 软件概述

SAP84是以有限元法为基础的结构分析软件，由北京大学力学系袁明武教授主持开发。自1982年开发以来至今已有近二十多年的历史，目前SAP84版本6.5已经推出。为了考证有限元程序的正确性，SAP84对美国CSI公司产品SAP2000的大部分算例都进行了计算和对比。SAP84软件是一个高度模块化的系统，它包括下列模块：

a 平面模型图形输入系统PlanIn。PlanIn能够处理平面框架、桁架、钢架、平面应力和平面应变问题，用荷载结构模型进行地下结构分析一般采用此模块。

b 结构设计图形后处理软件GPOST。

c 与现行规范配套的混凝土配筋模块REIN和钢结构校核模块SS88（2004年）。

d 功能强大的图形交互系统GIS。GIS能够处理空间框架、桁架、网架、钢架、壳体和地下结构问题，对于空间效应明显的地下结构一般采用此模块分析。

e 桩基承载力分析模块GPILE。

f 独特的施工模拟分析模块XCONSTR。

g 二维有限元网格自动生成及建模程序AutoMESH 2D（其功能同时集成在GIS中）

h 三维实体单元网格自动生成及建模程序AutoMESH 3D。

i 高层建筑专用前处理程序SAGS和后处理程序SAGSOUT。

SAP84各模块之间的关系如图1.1所示。

图1.1 模块关系图

1.2 软件安装

用户在购买SAP84后即得到：一张软盘（含同加密狗配套的授权文件SAP84V60.INI）；一张光盘（含安装文件SETUP.EXE）；一个加密插头。

用户可以启动光盘上的SETUP.EXE进行安装，然后按照SETUP的提示进行。如果安装的是正式版，安装过程中需要把授权文件SAP84V60.INI文件拷入SAP84安装目录。如果用户系统为Windows NT或Windows 2000，并且是第一次安装SAP84，安装程序会要求安装并口驱动程序。安装完成之后请将加密插头插到并行口LPT1上，然后就可以通过SAP84程序组启动SAP84集成环境系统SAPGUIDE。

1.3 获得帮助

在学习或者应用软件过程中，如果遇到困难可以通过几种途径来解决：

a 软件配有一套纸质说明书，以供阅读；

b 在软件启动后，按F1键出现在线帮助；

c “开始”→“程序”→“SAP84”可找到帮助系统文件夹和演示程序。

2 工程算例

PlanIn是地下结构专业最常用的模块，这里主要介绍PlanIn的使用方法。如果欲掌握建立空间模型的基本方法，可学习GIS帮助中建立半球壳的例子。2.1 问题描述

某地铁车站结构横断面如图2.1所示，构件所用材料为C30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，

图2.2 永久荷载图

图2.3 可变荷载图

2.2 计算步骤

根据已知条件，建立模型，计算该结构的内力和位移。计算步骤如下：

（1）启动软件，选取单位制，进行选项设置。

点击桌面图标启动SAP84，进入后点击，点击“文件”

“新建”“保存”，文件名只可以英文字母命名。

点击“参数”“选取单位制”，选择“kN、m”，点击确定。

点击“参数”“选项设置”，确认选择了“考虑材料引起的自重”一项。

（2）生成节点和单元，建立几何模型。

点击“几何”“绝对坐标生成节点”，在界面底部输入表2.1中节点坐标，生成6个节点。点击“显示”“显示选项”，选中“节点号”一项，屏幕显示出节点编号，如图2.4所示。

表2.1 节点坐标值

节点号y z

10.000 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”，在“常用工具与按钮”中选择“直线生成”，用鼠标连续选择节点1和节点2，在屏幕出现的对话框中输入要生成的单元数目，生成车站结构的底板。如此方法生成侧墙、顶板和中板，完整的车站结构如图2.5所示。

图2.5

（3）设置构件材料和截面。

点击“参数”“管理材料库”“添加材料”，输入“C30”，“混凝土强度等级”中显示“30”，其余参数不需输入，软件将自动赋值。

点击“参数”“管理普通截面库”“添加截面”，输入“底板”，在“截面参数”中输入截面高（1.3）和截面宽（1.0）的数值，屏幕如图2.6所示。如此方法生成顶板（截面高1.2和截面宽1.0）、中板（截面高0.6和截面宽1.0）和侧墙（截面高0.8和截面宽1.0）的截面尺寸。