第十五章 结构力学问题的计算机求解
§ 1 Sap2000软件简介
一、SAP2000简介
SAP2000程序是由Edwards Wilson创始的SAP(Structure Analysis Program)
系列程序发展而来的，至今已经有许多版本面世。SAP2000(SAP90的替代品)是这些新一代程序中最新也是最成熟的产品。集成化的通用结构分析与设计软件自从三十年前SAP诞生以来，它已经成为最新分析方法的代名词。
SAP2000是通用的结构分析设计软件，具有极强的功能，如建模功能(二维模型、三维模型等)、编辑功能(增加模型、增减单元、复制删除等)、分析功能(时程分析、动力反应分析、push-over分析等)、荷载功能(节点荷载、杆件荷载、板荷载、温度荷载等)、自定义功能、以及设计功能等等。SAP2000计算分析包括以下内容：
? 静力（线性和非线性）分析； ? 动力地震分析和Pushover分析；
? 移动荷载作用下的分析（影响线绘制﹑最不利荷载位置确定及最大值的
计算）；桥梁车辆活荷载分析；
? 几何非线性，包括P-Delta和大变形效应； ? 阶段（增量）施工； ? 徐变﹑收缩和老化效应； ? 弹性屈曲分析；
? 稳态和功能谱密度分析；
? 基础隔震与减震分析。
SAP2000适用范围很广，主要适用于模型比较复杂的结构，如桥梁，体育场，大坝，海洋平台，工业建筑，发电站，输电塔，网架等结构形式，当然高层等民用建筑也能很方便的用SAP建模、分析和设计。
SAP2000 中文版是由北京金土木软件技术有限公司、中国建筑标准设计研究院与美国Computers and Structures， Inc（CSI）公司共同研制开发的通用结构分析与设计软件，它是一个有完整功能的程序，可用于最简单和最复杂的项目。 SAP2000引入中国后，添加了中国的建筑及桥梁设计规范，使得SAP2000更易于被中国工程界广泛应用，从而推动中国工程领域的发展。SAP2000中文版2004年11月正式发布，经过近10年的发展，SAP2000中文版的用户已经遍及全国各个省市及香港、台湾地区。 SAP2000中文版软件正在中国基础设施建设发挥着越来越重要的作用，SAP2000为各地的标志性建筑提供了强大的分析动力。
二、SAP2000操作基本过程
在SAP2000中模型的操作过程主要分为三大步骤，即建立模型、模型分析、模型设计。下面以一个流程图表示典型模型的基本过程。建立模型：模型分析：模型设计： 模型初始化（设置单位制)模板建模设置轴网定义材料定义框架截面定义实体截面定义质量源绘制模型施加支座约束定义荷载工况定义设计荷载组合指定构件特殊属性及荷载运行结构分析分析结果输出设置设计首选项运行结构设计交互式结构构件设计数据图形、表格打印输出 典型模型基本操作流程图 § 2 静定结构的内力图与变形曲线 一、连续梁的内力图与变形曲线 例【15-1】 试用SAP2000求解图15-1所示多跨连续梁的内力图与变形曲线。 10kN/mm20kNAECGBFD2m2m2m2m2m2m 图 15-1 第一步：运行SAP2000，进行初始化设置。 10kN
图 15-2
运行SAP2000程序，打开程序界面，如图15-2所示。点击界面左上角工具条中【新建模型】按钮
，或依次点击【文件】>
【新模型】，弹出新模型对话框，将单位制下拉列表的初始化单位制设置为“KN，m，C”，如图15-3所示。
图15-3
第二步：建立模型
可按六跨、每跨2m的连续梁建立模型。
选择梁模板，弹出梁对话框，填写跨数6，跨长2，截面属性默认即可，如图15-4所示。
需要说明的是，用SAP2000求解结构力学问题时，静定结构的内力与杆件的刚度无关，超静定结构的内力只与结构的相对刚度有关，故截面属性可不定义而采用默认值即可。还需要注意的是，杆件的变形与杆件的绝对刚度有关，因此，杆件的变形值需要再乘上与刚度有关的量值，当然也可按照实际情况定义截面形状。有关超静定结构的求解问题详见下节内容。
图 15-4
点击工具栏上设置显示选项按钮
，弹出激活窗口选项对话框，如图15-5
所示，勾选节点标签、框架/索/钢束标签，点击【确定】，会显示节点编号和单元编号。
图 15-5
选择2、4、6三节点，点击【指定】>【节点】>【约束】，弹出节点约束对话框，如图15-6所示，点击按钮
，去掉节点2、4、6处的支座。同样的步
骤，设置节点1约束为固定端，如图15-7所示。
图15-6 图15-7
选择杆件1、3、5，点击【指定】>【框架】>【释放/部分固定】，弹出指定框架释放对话框，释放杆件右端弯矩，如图15-8所示。同样的步骤，释放杆件2、4、6，杆件的左端弯矩，如图15-9所示。
指定约束、释放约束时，需要注意杆件局部坐标系的方向。在SAP2000中，局部坐标系的规定如下：红色—1轴、白色—2轴、蓝色—3轴；1轴为轴向，从i点到j点；当杆件为水平时，2轴的方向与整体坐标系的z轴正向一致；而当杆件为竖直时，2轴方向与整体坐标系X轴正向一致，3轴为右手螺旋规则，依据1、2轴而定。再释放约束之前，也可以激活窗口选项对话框（图15-5）中勾选节点局部坐标轴在视图中显示杆件局部坐标，再根据坐标轴的颜色来判断坐标轴。
图15-8 图15-9