干货 | SAP2000荷载一位移全过程分析详解

作者：峰源王工，上海某甲级设计院结构总工，国家一级注册结构工程师，高级工程师，工作经验近20年。设计院结构专业技术委员会负责人

1、3D3S原模型

2、原模型荷载

     Q=1.2D 1.4L

     =1.2X2.0 1,4X0.9

     =3.66kN/m2

3、删除其它荷载，仅留恒载0工况，荷载大小改为3.66

4、自动导荷载

5、导出一SAP2000 v15

6、SAP2000新建一个文件（单位N；m；…)

7、文件—导入—sap2000.s2k 文件

    新模型

    高级选项

8、0个错误， 15个警告

     *** Warning Message1***

     Table name: COMBINATION DEFINITIONS    （组合定义）

     Field name: CASENAME （工况名称）

     Record: 5

     Case name Gk-3 not recognized: record skipped  (工况Gk-3未定义；跳过此记录）

9、如果在3D3S中将所有“荷载组合”删除后再导入SAP2000,则无警告信息了

原因是：

3D3S中删除了荷载名称，未删除原来的荷载组合。

SAP2000导入了原来的59种荷载组合，而其中 GK1— Gk7

都没有荷载，因此报警告（不是报错）

操作：

可将多余的荷载模式删除

可将多余的荷载工况删除

可将所有的荷载组合删除

10、修改荷载工况Gk0为屈曲计算的荷载工 况

    （只算一个模态）

    （在手工 EXCEL引入初始缺陷的时候，如果算3个模态，则输出节点位移时，表格中3个模态的结果混在一起，彼时只能计算一个模态)

11、进行屈曲分析

12、得到屈曲的第一模态

13、比较SAP2000与 midas/GEN屈曲分析结果

14、显示节点标签 （节点号）

      找到变形最大的节点— “82”

      鼠标悬停在82号节点上，可得到该节点的位移— 0.0337

15、如何准确找到变形最大的节点？

（1）显示表一分析结果一节点输出一位移

（2）文件一导出一EXCEL

（3）此时发现每个节点连续输出6个屈曲模态的位移。

（4）返回修改“荷载工况”，只计算一个屈曲模态。

（5）重复1一3步骤

（6） EXCEL中，数据一排序—主要关键字U3，找到最大位移点一82:最大位移一0.033742mm

（7）引入初始缺陷的倍数—30m的

       1/300=100m

       100mm/0.33742mm=2963

16、引入初始缺陷

（1）模型另存为“.......(已更新）.sdb”

（2）SA2000是按节点“全位移”的倍数引入的82的位移：

  82的全位移=

如果想得到我们需要的倍数，只能改变跨度，将跨度大（0.046/0.02944)倍，即将30000m改为46880mm。

（3）对比前后两个模型中82号节点的坐标

17、SAP2000荷载一位移全过程分析的参数设置

（1）“P-△”已够，不需“P-△和大位移”

P4一平衡方程考虑部分结构的变形形状。此时，结构中存在较大应力，以初始的和校小变形后的几何形状来形成的平衡方程都会存在很大差异。其中，拉力趋向于抵抗单元的转动和使结构刚化，压力趋向于增加单元的转动和使结构失稳。

大位移—所有平衡方程以结构变形后的形状建立。此时，结构经历大变形，常规的工程应力和应变不再适用，必须使用变形后的几何形状形成平衡方程。SAP2000中的大变形效应只包括大的平动和转动效应，假定所有单元内的应变较小。

对于多数结构，P△选项是足够的。但对于变形显著的索结构或膜结 构，需要使用大位移选项。索结构常用框架/索单元来模拟，膜结构常用壳单元（或平面应力单元）来模拟。当进行大位移分析时，需将索膜分割至足够小的单元，来保证每一单元内的相对转动较小。

（2）只能“耦合位移”（使用“监测位移”无曲线）。

▏共轭位移控制

若分析收敛困难，用户可选择使程序使用共轭位移控制。共轭位移控制是结构中所有位移的加权平均值，每个位移自由度按施加其上的荷载加权。换种说法，这是所施加荷载作的功。

当监测到结构的变形模式发生重要改变时，例如出现较屈服或者卸载，共轭位移控制方法会自动调整，找到一个单调増加位移分量来米进行控制。此项仅用于带有或大变形的框架单元模型。

若用户选择抒使用共轭位移来进行荷控観、其将被使用来决定是否荷载应被増加或减少。所指定的监控位移将用来设置位移目标，即结构应移动多远，然而此目标可能不十分准确。

（3）结果需要“多步保存”，保存的步数与“每阶段最大总步数”相协调。

▏最少和最多保存步数

最少和最多保存步数提供了对分析中实际保存的步数的控制。若最小保存的步数太小，则用户可能没有足够的点来完整的代表 Pushover曲线。若最小和最多保存的步数太多，则分析可能占用大量的磁空间，且可能消耗过多的时间来显示结果。

▏只保存正增量

此选项主要对在位移控制下的 Pushover分析有意义。在极端非线性的情况，特别是当框架铰卸载时，当结构试图从一失效构件重新分配力时， Pushover曲线可能在监测位移上显示负增量。

用户可选择是否要只保存有正增量的步。负增量经常使 Pushover曲线看起来令人糊涂。但是，观察这些曲线可提供分析和结构性能的内幕。

对于多数情况，除了收敛困难的分析，用户可选择只保存正增量。

每阶段最大总步数一一总的计算步数

▏最大总步数

这是分析中允许的最多步数。它可以包含保存的步和结果末被保存的中间子步，设置此值的目的是给用户对分析时间的控制。

以一个较小值开始，得到分析所用时间的认识。如果用户的分析在最大总步数里没有达到它的日标荷载或位移，用户能以比较大数目的步数再一次运行它，运行一次非线性静力分析的时间大致和总步数成正比。

每阶段最大空步数一能够容忍的最大计算不收敛的步数。

▏最大空（零）步数

在非性求解过程中，空（零）步发生于：

◆一个框架铰较试图卸载

◆一个事件（屈服、卸载等）引发另一事件

◆送代不收敛和尝试了一较小的步

  过多的空步数可能表示，由灾难性的失效或数值敏感而导致求解停止。

  用户可设置最多空（零）步数，这样若收敛困难，求解将结束。若用户不希望分析由于空步而结東，则设置此值等于最多总步数。

迭代收敛容差—一般不动，可以尝试

▏迭代收敛容差

送代用来确保在分析的每一步建立平衡。用户可设置相对收敛容差，来比较作用在结构上的力值和它的误差。

对于大变形问题，用户可能需要使用比其他非线性类型小得多的收敛容差值，以得到好的结果。尝试减小此值，直至用户得到一致的结果。

每步最大 Newton- Raphson迭代数......一般默认

每步最大 Constant- Stiff迭代数...........一般默认

计算时， Newton- Raphson法为主并辅以 Constant-Stiff其突出优点是收敛速度快，结果较真实，设置容差的目的在于在一定的授权下微小的差异不会引起收敛性的变化，较小的容差能够增加计算精度，但是需要付出更多的计算时间。

保存状态的最小数量：最大数量一计算50步，就都保存下来

仅保存正位移增量一可勾选。

▏只保存正增量

此选项主要对在位移控制下的 Pushover分析有意义。在极端非线性的情况，特别是当框架铰卸载时，当结构试图从一失效构件重新分配力时， Pushover曲线可能在监测位移上显示负增量。

用户可选择是否要只保存有正增量的步。负增量经常使 Pushover曲线看起来令人糊涂。但是，观察这些曲线可提供分析和结构性能的内幕。

对于多数情况，除了收敛困难的分析，用户可选择只保存正增量。

18、分析结果查询

（1）显示一绘图函数一定义绘图函数一节点位移/力ー 添加绘图函数一 joint ID填写“82”ー位移分量UZ。

（2）双击新定义的绘图函数，将其加入右侧“垂直函数”中一单击“显示”一鼠标放置在转折点

横坐标一步数一第50.77步（即第50步，或第51步）

纵坐标— 节点位移— -429.31(即此时节点位移为-429.31mm)

结构在此处发生失稳。