SAP2000考虑初始缺陷

2018-11-12 20:43

近日分析一个跨度100m出头的体育馆屋盖,采用网壳结构形式,平面正圆形。 网壳规范要求验算结构整体稳定性,同时要考虑结构的初始几何缺陷, 请问在sap2000中如何考虑初始几何缺陷的问题?

1. 做完善结构的线弹性屈曲分析,得到第一阶屈曲模态;

2. 引入初始缺陷:在其它软件中可直接根据第一阶屈曲模态指定缺陷的最大值更新模型,不知SAP2000中是否可以这样做,如果不能,那么可以采用另一个较繁琐的方法: (a)输出SAP2000模型的各个节点坐标到EXCEL; (b)输出第一阶屈曲模态下各个节点的位移到EXCEL; (c)计算出规范规定的要施加的最大初始缺陷值L/300;

(d)将(b)中最对应的第一阶屈曲模态,对其正则化,取L/300为峰值,作为结构的初始几何缺陷,具体操作:将最大位移1指定为最大初始缺陷值L/300,其它各点初始缺陷值根据与最大位移的比例系数乘以L/300;

(e)将(a)中结构各点原始坐标和(d)中得到的初始缺陷值迭加,得到新的节点坐标,重新输入SAP2000模型即得到有了初始缺陷的结构。 说得很罗嗦,做起来挺简单的,呵呵

不知道各位做过这方面的例子没有,我按照2楼的方法对某网壳做屈曲分析,有一些疑惑,在(e)中,结构各点原始坐标和(d)中得到的初始缺陷值迭加后重新输入SAP2000模型中,尽管结构产生了初始缺陷,但在SAP2000中结构并没有产生应力和应变,和实际情况是否一致?如果在(e)中不叠加初始缺陷的位移而是将该位移作为一个工况施加到结构(如何施加)中,不知道可不可以?

1)给结构施加初始缺陷,按网壳规范有规定,最新的SAP2000v 11可以自动根据结构的一阶模态调整结构的几何形状,方便了不少 2)进行几何非线性分析,求出解开始发散时的临界荷载

3)按网壳规程,临界荷载需除以安全系数5才能作为工程上可用的稳定承载力

在sap里面如何对桁架结构进行稳定性分析,具体如何操作啊? 答:

(1)SAP2000并不能真正解决象类似桁架结构的整体稳定问题。对于局部构件的稳定问题则有点类似PKPM,套规范公式求应力比解决,而不是在有限元的层次上解决。SAP2000虽有BUCKLING分析,但仍不能解决整体稳定问题。BUCKLING分析最多只能得到一个整体稳定的理论上限值(相当于分岔屈曲中的欧拉值),而不能考虑包含了初始缺陷及材料塑性在内的极值稳定问题。我现在也没搞明白SAP2000中的BUCKLING分析具体的作用在哪里。我想是否顶多看一下前几阶模态是否正常,是否出现了局部稳定提前于整体稳定发生的情况以及看一个理论上的上限值(事实上这并没有意义)。在这一点上可以对比一下SAP2000和ANSYAS, ANSYS中BUCKLING的分析结果是要继续为下面的非线性分析提供初始缺陷用的,而SAP2000却到此为止了。因为初学,我不熟悉PUSH-OVER这样的分析,不知道

PUSH-OVER是否可以解决整体稳定问题,估计也不行。以上愚见,仅供参考。 yxs_li

(2)这个问题主要分两类来讨论,bucking分析相当于我们理解中的第一类稳定,这在实际应用中可以作为参考。真正的极值点失稳在sap中可以考虑的,根据沈教授写的网壳稳定分析中的一句话:结构的稳定性可以从荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。那么我们也可以这么理解,只要sap能做出这条曲线那么就可以解决问题,于是就利用到了sap基于位移控制的非线性分析~!sap分析参考中是这么叙述的:

当用户知道所期望的结构位移,但不知道施加多少荷载时,选择位移控制。这对于在分析过程中可能失去承载力而失稳的结构,是十分有用的。标准的应用包括静力 pushover 或 snap-though 屈曲分析。当使用位移控制时,用户必须选择一个位移分量来监控。这可以是节点的单个自由度,或一个用户以前定义的广义位移。

基于sap本身的功能,可以做理想情况下的几何非线性的稳定分析,而且也可以得到相当准确的理想极值点失稳的曲线。但是问题:

一个是sap极值点分析的初始条件(即初始缺陷的处理)不好弄,比如网架规范要求考虑第一模态。但是sap无法象ansys那样将考虑的模态位移做为初始缺陷。 另一个是无法准确的考虑材料非线性,目前常用的是采用非线性link单元和塑性铰来模拟,当然在某些情况下,比如只考虑几何非线性的稳定分析,这也足够了。 ocean2000(编辑)

(3)因为SAP2000不能给结构附加一个初始的缺陷,所以不能从本质上分析复杂空间桁架的整体稳定性。虽然可以跟踪荷载-变形曲线,但我们无从判断这条曲线得到的极值点是否是所有可能的分析中最小的。举个例子说,一个鸡蛋可以一把抓过来捏碎,也可以两个手指捏碎,也可以两个手挤碎,总之方法有多种,这个破碎力的大小因施加荷载的方式和位置的变化而变化。同样对于一个复杂结构而言,如果不知道加核的方式和位置,即使得到了一条荷载-变形曲线,得到的那个最小值或许比另一条曲线得到的最小值要大。但BUCKLING分析也部分提供了加载的参考位置。所以基本上SAP2000还是以构件的局部稳定来确保结构的整体稳定,这好像是个缺陷。 yxs_li

(4)楼上yxs_li 兄的说法也不尽然,sap里可以选择初始状态,所以你可以用某一次非线性分析所得到的各类结果,作为我们所要分析工况的的初始状态,这可以用来模拟大部分的初始缺陷。只是不能利用模态分析的结果来考虑初始缺陷而已。 ocean2000 (5)

(a)整体结构的初始缺陷与结构的形式有很大关系,绝大不部分结构不是缺陷敏感结构,一般空间桁架都不是缺陷敏感结构,所以在分析整体稳定的时候可以

不考虑初始缺陷的影响。最典型的缺陷敏感结构为单层球壳,一般双层结构对缺陷都不敏感。

(b)平时我们所说的初始缺陷均指几何初始缺陷,还有材料初始缺陷时程序、软件很难考虑的,所以即使我们考虑初始缺陷,也只是考虑了部分缺陷。这个设计者心理应该明白。我的意思只是我们没有必要刻意去寻求初始缺陷的完美解决,应该从整体上把握结构的形式。

(c)至于加什么模式的初始缺陷也是一个值的探讨的问题,原则上是寻求一种最不利的缺陷模式,但是不同的结构有不同的最不利的初始缺陷模态。这就需要设计者的经验、试算比较。

(d) 如果说我们一定要用SAP来解决初始的问题,也是可以的,以文本的格式输出节点的初始坐标,和模态的振型(节点的相对变形坐标),再用常用的程序(fortan,c)把这些节点坐标和变形坐标读出来,经过简单的处理求得带初始缺陷的模型节点坐标,再输入到SAP即可。这可能有点难度,但是还是可以实现的,这就需要熟悉SAP文本文件的格式。 Qianhl


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