SAP2k第6章彈性及彈塑性時(shí)程分析

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1、SAP2K程序第6章彈性及彈塑性時(shí)程分析第6章彈性及彈塑性時(shí)程分析6.1彈性及彈塑性時(shí)程分析簡介6.2SAP2K實(shí)現(xiàn)過程6.3彈性及彈塑性時(shí)程分析算例6.1彈性及彈塑性時(shí)程分析簡介2.1.1傳統(tǒng)有限元中單元與單元之間的關(guān)系通過節(jié)點(diǎn)直接連接通過單元連接（本質(zhì)上仍是節(jié)點(diǎn)連接）通過限制方程連接（如耦合、接觸等）2.1.2SAP2000中單元與單元之間的關(guān)系如果實(shí)際結(jié)構(gòu)變形連續(xù)，但兩相鄰單元并非以節(jié)點(diǎn)相連，而以邊相連或部分相連，不需定義耦合，只需指定自動(dòng)邊束縛即可。例：2.2SAP2K中的單元特點(diǎn)及分類線單元在結(jié)構(gòu)中用來模擬梁、柱、支撐、桁架、和索；SAP2000中單元共分四類：面單元主要

2、分為殼單元和二維實(shí)體單元，殼單元細(xì)分為板、膜、薄殼、厚殼，在建筑結(jié)構(gòu)中用來模擬墻、樓板、筏板基礎(chǔ)等。體單元主要用于細(xì)部分析。點(diǎn)單元也稱連接單元，可在兩節(jié)點(diǎn)之間繪制，也可在一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置繪制，單節(jié)點(diǎn)連接單元默認(rèn)為一個(gè)節(jié)點(diǎn)接地。2.3單元類型介紹——線單元（框架單元）線單元-主要包括框架單元、索單元和預(yù)應(yīng)力/束單元。框架單元使用一般的三維梁－柱公式，包括雙軸彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向變形、雙軸剪切變形等效應(yīng)。局部坐標(biāo)系：每一個(gè)框架單元都有自己的單元局部坐標(biāo)系，用來定義截面屬性、荷載和輸出。其局部坐標(biāo)軸用1、2、3代表，1軸代表單元長度方向，2、3軸代表與長度相垂直的平面內(nèi)。自由度與釋放：框架單元激活了

3、6個(gè)自由度，用戶可根據(jù)需要釋放不需要的自由度。截面：每一個(gè)框架單元應(yīng)賦予截面，可來自截面庫或采用截面編輯器定義。截面可等截面也可變截面。2.3單元類型介紹——框架單元截面屬性修正：根據(jù)模擬對(duì)象不同，可對(duì)截面特性進(jìn)行修正，如索不能抗彎，則截面抗彎剛度需調(diào)整為零?？紤]樓板作用的梁，其截面特性也需修改，等。剛性區(qū)：梁、柱節(jié)點(diǎn)連接處，可對(duì)相關(guān)單元端部偏移。端部剛性系數(shù)：基于框架單元中線至中線的分析，可能會(huì)過多估計(jì)某些結(jié)構(gòu)的變形。這是由于在連接處截面重疊導(dǎo)致的剛性效應(yīng)。在混凝土結(jié)構(gòu)中比在鋼結(jié)構(gòu)中會(huì)更顯著。用戶可使用參數(shù)rigid來指定一個(gè)端部剛性系數(shù)，它給出了假定為剛性彎曲和剪切變形的端部偏移的

4、百分比。從節(jié)點(diǎn)i的rigid·ioff長度，被假設(shè)為剛性的。單元的柔性長度Lf如下：2.3單元類型介紹——框架單元?jiǎng)傆蚱撇粫?huì)影響軸向變形和扭轉(zhuǎn)變形。rigid的默認(rèn)值為0。最大值1代表端部偏移是完全剛性的。一般的，rigid值不超過0.5。2.3單元類型介紹——面單元面單元-主要包括膜單元、板單元和殼單元。膜單元：具有平面內(nèi)的剛度，承受膜力，建筑結(jié)構(gòu)中樓板通常采用膜單元模擬。板單元：只具有平面外的剛度，承受彎曲力，建筑結(jié)構(gòu)中可模擬扁梁或地基梁。殼單元：其力學(xué)行為是膜單元同板單元之和?？筛鶕?jù)中面的形狀劃分，如中面為平面，則殼的薄膜應(yīng)力與彎曲應(yīng)力不耦合，如殼的中面為曲面，則薄膜應(yīng)力與彎曲

5、應(yīng)力耦合。2.3單元類型介紹——?dú)卧獨(dú)卧òㄆ矫鎲卧┯袃煞N形狀，一種為四節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的四邊形，一種為三節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的三角形。2.3.1殼單元形狀及質(zhì)量評(píng)價(jià)2.3單元類型介紹——?dú)卧粋€(gè)單元的特征系數(shù)不應(yīng)太大。對(duì)于三角形，這是最長邊與最短邊的比值；對(duì)于四邊形，這是對(duì)邊中點(diǎn)間較長的距離與較短距離的比值。對(duì)于特征系數(shù)為1，將得到最佳結(jié)果，或至少小于4。特征系數(shù)不得超過10。用傾斜角表示單元偏離直角四邊形的程度。傾斜角不要超過45度，四邊形所有內(nèi)角應(yīng)在45-135度之間。四邊形單元的四個(gè)節(jié)點(diǎn)偏離同一平面的程度稱為翹曲。對(duì)于四邊形，4個(gè)節(jié)點(diǎn)不必在同一面內(nèi)。程序可以考慮在單元內(nèi)的少量扭轉(zhuǎn)。在角點(diǎn)

6、法線間的角度可用來衡量扭轉(zhuǎn)程度。2.3單元類型介紹——?dú)卧杂啥龋簹卧傇诿總€(gè)連接點(diǎn)激活所有6個(gè)自由度。當(dāng)單元被作為純膜來使用時(shí)，用戶必須確保約束或其他支座提供法向平動(dòng)和彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。當(dāng)一個(gè)單元被當(dāng)作一個(gè)純面來使用時(shí)，用戶必須確保約束或其他支座提供面內(nèi)平動(dòng)和關(guān)于法向軸的動(dòng)自由度。局部坐標(biāo)系：每個(gè)殼單元具有自己的單元局部坐標(biāo)系，來定義材料屬性、荷載和輸出。此局部坐標(biāo)系的軸用1，2，3來代表。前兩個(gè)軸在單元平面內(nèi)，其朝向由用戶指定；第3個(gè)軸為法向。2.3單元類型介紹——?dú)卧孛妫好總€(gè)截面有一個(gè)恒定的膜厚度和一個(gè)恒定的彎曲厚度。※完全殼和純膜截面的膜剛度?！鶈卧灾睾唾|(zhì)量計(jì)算所使用的

7、單元體積。彎曲厚度thb用來計(jì)算：膜厚度th用來計(jì)算：※對(duì)完全殼和純板截面的板－彎曲和橫向－剪切剛度※※※一般地，這兩個(gè)厚度是相同的，且用戶只需指定th。厚板（Mindlin/Reissner）公式：包括了橫向剪切變形效應(yīng)；薄板（Kirchhoff）形式：忽略了橫向剪切變形；2.3單元類型介紹——?dú)卧孛婧穸裙剑寒?dāng)厚度大于其跨度的1/10或1/5時(shí)，剪切變形趨向于重要。雖然對(duì)薄板彎曲問題，剪切變形確實(shí)可以忽略，但厚板公式趨向于更準(zhǔn)確，雖然比