STAAD中模型查错的一般思路

模型查错综述设计者在建模的各个阶段都不可避免的会遇到模型错误问题。

在遇到各种异常情况时，如何修改以及更重要的如何避免，这里做一简单的探讨。

1避免几何模型错误。

所谓几何建模错误是指模型中有重复构件、重复节点、搭接构件或多重结构等。

用户应首先保证不出现此类问题。

当使用其它软件产生的*.DXF文件导入到STAAD/CHINA中生成模型时，应特别注意检查此类问题。

几何建模错误往往会导致不可预料的结果且非常隐蔽，故设计者应随时警惕。

如图1所示为检查几何建模错误的菜单。

图1检查几何错误菜单2使用测试荷载工况。

当设计者着手一个几何上非常复杂的模型时，可以在建模的任意阶段建立一些简单的荷载工况，通过运行一次分析来测试结构的性能，例如是否稳定以及是否漏定义某些关键的量等。

一般来说，越是在早期阶段，模型越容易修改，同时也越容易发现问题。

如果一个设计者花了一个星期的时间构造了一个构件数上千，工况数上百的模型，但是最后发现分析不能成功进行，接下来进行的找错的过程对许多初级用户来说是一个梦魇，能在一开始避免是上上策。

特别是针对大模型，该方法非常有效。

最好设计者每完成某种阶段性成果后就进行一次分析，确认结果正确后再进行下一阶段的工作。

3模型最小化查错方法。

检查电脑硬件的故障的一个实用方法叫做最小系统法，即用最基本的设备点亮系统，然后在此基础上判断外设是否有故障。

针对任何复杂系统的故障检查都可以使用该思路，检查STAAD/CHINA的模型错误也不例外。

这样的操作通常需要通过软件的命令编辑器编辑其输入文件。

STAAD的特点就是有一个完全定义模型的纯文本文件（后缀名为.std）。

设计者可将该文件中所有“多余”的命令都改成注释，只保留那些如截面、支座、荷载等最基本的命令来进行分析。

如果分析能够进行，说明错误出在被注释的命令中。

这时用户可以一部分一部分地加上相应的命令并执行分析来测试问题的位置所在。

找到出现问题的语句位置后，修改就很容易了。

4加快模型调试速度的一些“技巧”。

针对一些巨型模型，很多时候需要反复计算对模型进行调整。

使用某些特殊的STAAD命令能控制结果的生成，从而加快运行速度并节约磁盘空间。

其中一个是SET PRINT 1，使用该命令后程序将不生成任何的后处理文件，但可以通过使用PRINT命令将输出打印到*.ANL文件中。

通常计算完成后程序生成结果文件的时间能占总分析时间的一半，并且巨型模型的结果文件会占用巨大的磁盘空间，所以使用该SET PRINT 1命令后速度会大为加快。

与此类似的一个命令是SET NOSECT，使用该命令后，程序将只生成节点位移文件，但不会生成内力和支座反力文件，程序运行速度也会有较大提升。

注意使用该命令后，用户仍然可以使用的是STAAD内置规范进行检验。

5总是利用力学概念与常识对结果进行校核。

很多时候仅仅通过在GUI环境中对内力形态、变形方向、振动模态等进行简单的查看，我们就能对结果的合理性做出合乎逻辑的判断。

设计者可从以下几方面考虑：1)几何组成分析与空间可变体系。

STAAD有很好的容错能力，所以即使是可变体系也能计算出结果。

如果设计者观察到结果中某些节点的位移达到了天文数字，那十有八九是可变体系造成的。

这时可调整约束释放和桁架构件的指定，或者对结构形式进行调整。

对某些空间构成复杂的结构，如果不能根据结构力学的几何组成分析知识判断其是否可变，则可以将所有构件指定为桁架构件，然后建立各个方向的几个测试工况进行分析。

如果分析结果正常，一般可确定结构是几何不变的。

空间几何可变的结构，反应在FEA软件而言，表现为刚度矩阵是奇异的，因此，通常的静力分析是进行不下去，但一般可进行自由振动的特征值分析。

通过该分析，可以很容易的发现刚体位移模态，从而找出问题的原因。

这可以作为查找几何可变的一种手段。

在实际工程中，模型的几何可变主要与用户进行不当的约束释放（MEMBER RELEASE）或者桁架构件（MEMBER TRUSS）的指定有关系。

通常在约束释放中，如果两端同时释放了MX会出现警告。

一般而言，出现了与几何可变体系有关的警告后，用户找出原因将其消除。

默认情况下，STAAD为了让分析进行下去，会增加非长弱的弹簧刚度，但这给结果的正确性带来了潜在的风险。

实际上，有一些文献的作者认为，如果结构是几何可变的，那么唯一正确的方法是终止计算，等待用户的模型修正，除此之外没有其他的好方法。

2)刚度与质量输入校核静力分析的错误需要重点校核刚度的输入，具体对杆件而盐是指截面特性和材料特性，对板而言是板的厚度。

可以很方便的从下拉菜单“选择”中使用“按缺少几何特性进行选择”方便的找到漏定义几何特性或材料特性的杆件或板。

还有一种情况是截面特性的单位用错，这可以通过显示三维截面直观的发现。

对动力分析而言，不仅要检查前面的内容，还要检查质量的分布以及自由度的方向。

一般而言，在动力分析（指特征值，反应谱和时程分析）完成后，在模型的当前目录中会自动生成一个以MASS 结尾的文本文件，该文件记录了模型中使用的质量以及自由度方向等有用的信息。

在通常使用反应谱算地震作用的过程中，用户可能根据习惯只输入了平动质量自由度（例如X 向和Z 向），但没有输入Y 向自由度，在某些情况下可能造成特征值求解的困难。

解决的方法有两个：或者增加Y 向质量自由度的输入；或者在输入文件的开头使用命令SET SOLUTION INCORE ，该命令将强制程序使用行列式搜索算法进行特征值的求解。

由以往的经验来看，大部分的模型错误都与用户进行了错误的刚度和质量输入有关，虽然有些错误的线索提示没有第一时间指向这里，但有经验的用户的最有效率的查错方式还是优先查找刚度和质量输入错误。

3)力的平衡校核。

力的平衡是对解的正确的最根本的要求。

不满足力的平衡关系的解肯定是错误的。

通过在STAAD 输入文件中使用PERFORM ANALYSIS PRINT STATIC CHECK 命令，程序可以ANL 输出文件中打印出每个工况的外界总荷载与结构总反力，用户可校核其是否平衡。

当然对简单的结构也可以在GUI 中直接观察反力数据后运算得到。

但应注意反应谱工况的结果在校核时要做转换，因为都是绝对值。

对某些使用导荷工具生成的荷载，例如UBC 地震作用等，通过使用命令PERFORM ANALYSIS PRINT LOAD DATA ，在软件的输入文件ANL 文件中，都会给出有关的计算细节的输出，这些信息对于荷载的检查都非常有用。

最新的STAAD 版本会在用户进行反应谱分析后，在ANL 文件中给出每个模态对应的基底剪力和倾覆力矩，这都是很有用的信息。

4)通过力学概念的近似估算校核。

这部分内容属于概念设计的范畴，和软件的关系不大。

而且这部分的内容也太多，不是通过几句话可以说清楚的。

这里做一些简单的提示，是希望引起工程师的重视。

从材料力学的许多结论中，我们可以得到许多有用的简化计算公式。

例如，对于剪心和形心位置的估算，有助于我们估计地震作用下扭转的大小。

由抗剪刚度和抗弯刚度的联系，有助于我们对格构截面等代的输入。

根据基本简谐振动的周期公式K M T p 2=（平动周期），KI T p 2=（I 指转动惯量，可用其估算转动周期），我们可以迅速估算出结构的基本自振周期用于校核。

首先可以通过一个简单的测试工况计算出结构在单位力（或力偶）作用下的变形（或角度变化），从而计算出其相应的平动刚度或扭转刚度（即上述公式中的K 值），将其和估算的结构平动质量（或转动惯量）一起代入上述公式后，就能得到估算结果了。

对某些规则的多自由度体系，使用瑞利法估算也是个不错的选择。

5)对构件规范检验结果的校核。

不同软件的结果比较或者是软件的不同版本之间结果的比较也有固定的思路可循。

首先我们总是假定程序计算的过程没问题(也就是检验引擎和公式没错)，而将注意力集中到验算时使用的构件截面特性和内力结果以及检验时使用的参数上（当然在脑海中我们知道这只是一个假定，在实在无路可走时我们会推翻这个假定，这样假设的唯一原因是让查错过程更有效率。

根据经验，绝大多数验算结果的不同都是由于截面特性或内力或检验参数的差别引起的。

检验引擎和检验公式本身也会出错，但概率要低得多，而设计者对这种问题是无能为力的）。

检验参数的查看通常是一目了然的，但某些截面的截面特性不能直接看出（例如角钢），这时可使用PRINT MEMBER PROPERTY命令将其打印在ANL文件中进行比对。

如果构件检验结果的输出形式是最详细的形式（TRACK=2），则截面特性和内力数据都包括在ANL结果文件中了，可直接查看。

如果设计者确定是因为截面或参数的不同而导致的异常，则处理起来相对简单：我们可以重新定义截面或干脆使用其他的截面库文件，或者手工定义参数；如果是因为构件内力不同导致的异常，则处理起来要麻烦些。

通常首先判断荷载是否相同（可通过支反力快速判断），再看模型定义信息是否相同（重点考察支座和约束释放、特殊构件指定等）。

这时使用前面的‘模型最小化查错方法’，一般总能得到结果。

如果前述种种努力都失败了，那我们也许就要推翻最开始的假定了，也许是个软件中的BUG。

在很多时候，我们只需要对构件的检验结果做定性的判断，这时更多地依赖一些常识。

比如闭口断面一般只可能弯曲屈曲控制（平面内稳定），开口断面最可能弯扭屈曲控制（平面外稳定）。

对压弯构件，通过估算柱的长细比，能大概判断其稳定系数的范围，从而估计其稳定应力；对梁，通过使用改造后的整体稳定系数的简化公式，可大致估计其整体稳定系数值从而求出其稳定应力。

对需要验算挠度的受弯构件，可推导如果跨高比满足某种条件，则变形不控制设计。

对235钢的简支梁，如果挠度限值取1/400，则该临界跨高比是18左右。

实际设计者在此的体会就更多了，在此就不班门弄斧多说了。