sap2000做索结构分析小结

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1、HiStruct曾于05年的时候写过一篇用sap2000来做索结构分析设计的小文章，那时候主要还是应用sap2000v8,9版本，如今sap2000程序已经升级到了v12版本，sap2000软件升级好快。今天帮一位朋友解决一个空间索结构的分析计算问题，于是重翻旧文，顺便做一些更正和补充。正文如下：一，sap2000中索单元的通用模拟方法1．可以用hook单元来模拟hook的属性应该很容易理解，它就是一个只拉的杆件单元，可以用它来模拟一些受力情况类似的索单元，比如可以忽略索自重引起的挠度变形的情况，这里强调的是用hook的时候，相关参数的设置比较重要，不过没有什么特殊要注

2、意的，根据实际情况来就可以了。2．可以用frame来模拟索索单元与sap2000采用的frame单元，存在一些属性上的差距，但是可以通过sap2000的属性修改功能来弥补。首先分析一下索的特性：比较柔，相当于不承受弯矩，可以设置截面的抗弯刚度为0来实现（这是sap参考推荐的桁架模拟方式，此时不需要释放单元两端弯矩），也有一些人推荐采用设置抗弯刚度有极小值的方式来模拟，原理类似。空间索结构在实际操作中经常出现解无法收敛的情况，曾经有位朋友找我帮忙计算一个很难收敛的大型桅塔结构，后来经过大量测试在设置frame单元的抗弯刚度为0，非线性参数自定义时，得到合理的，收敛的分析结

3、果。其实，只要结构模型建得正确合理，frame单元的抗弯刚度对于计算结果的影响可以忽略。至于索的其他参数，比如弹性模量，等效截面面积和直径等，根据实际情况来就可以了。注：这种方法近似模拟出来的索结构在自重不可忽略的情况下，还是有弯矩存在的。3．  在v9.0的版本以后，索单元已经独立出来了，即cable单元，使用cable单元最重要的就是要理解cableGeometry的意义，如图1所示，这里非常重要的一个概念就是deformedgeometry是什么意思，它是指通过解析法，理论计算出来的索的垂度，默认的荷载为索的自重状态，当然用户可以增加或者减小，一般来说deform

4、edgeometry来建立模型的话就不需要在模型中计算恒载的局部垂度了，但是对于空间结构而言，建议采用undeformedgeometry，并且分析恒载。有人对tendon单元比较疑惑，其实tendon单元就是以前版本中的prestress的升级，主要用于混凝土结构或者钢结构体外预应力时的预应力筋的模拟。图1cableGeometry二，其它几个问题1．  预应力的模拟对于所有的sap2000版本通常可采用降温的方法，道理很简单。首先，杆件的弹性模量E和应变比ε有如下关系：N＝ε*E*A其中ε＝△L/L，温度和应变比也有如下关系：△L＝α*L*△T即△L/L＝α*△T；

5、联立上两式，得N=α*E*A*T。举例如：已知需要预加给索的内力N，求△T。因为△T＝N/（α*E*A），只要按已知的N算出来的温度值给杆件加上，计算后就可以在杆件内产生大小一样的N。对于对于v9版本以后可以用温度和初始应变来模拟初始预应力，而且可以考虑了预应力的损失。关于温度，轴力和初始应变之间的转换关系，可以用HiStruct以前的这张表格计算。注，v12以前可能有某些版本中有p-delta力，这个可以参考sap2000的分析参考，不过一般不推荐采用。2．  非线性分析工况的设置索结构通常要用到大变形，而且按照sap2000中推荐的做法，最好各种非线性分析工况要采用

6、相同的非线性参数设置，比如都用p-delta和大变形等。而其他的荷载工况最好是在预应力非线性工况的基础上做分析，因为预应力形成结构刚度有利于其他分析工况的收敛。举个例子：比如一个简单的索结构，荷载：Dead,live,wind,temp(用来模拟预应力)。那么在分析工况里，应该是先设置temp为非线性，从0初始状态开始，设置大变形等，接着其它非线性工况的刚度可以从temp开始，设置大变形等，Sap2000特别提示不仅是刚度，前一种分析工况的荷载将也会自动被包含在当前分析工况中，所以最后一个分析工况里包含了前面分析的所有结果，基于这个原因，HiStruct建议将非线性分析

7、的荷载组合，在分析工况中采用接龙的方式定义，但是要注意荷载组合和分项系数。其他非线性分析的参数涉及到一些理论知识，在非线性计算无法完成或者不收敛的时候，需要通过修改它们来实现计算收敛，得到合理结果，这里就不具体展开了。3．  关于索结构的解很多朋友和我一开始学sap的时候一样总是不太注意查看分析过程，这是很重要的，因为对于非线性分析来说不收敛的解就是错误的，等于无解，通常遇到这种情况的时候，首先要检查的是结构的模型，其次是各种单元，节点的模拟，比如铰接的模拟是否合适，然后是调整总步数，子步大小等非线性分析参数。