SAP在地铁工程设计中应用示例
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四、计算模型因车站主体是一个狭长的建筑物,纵向很长,横向相对尺寸较小。
主体计算取延米结构,作为平面应变问题来近似处理,考虑地层与结构的共同作用,采用荷载-结构模型平面杆系有限元单元法。
计算模型为支承在弹性地基上对称的平面框架结构,框架结构底板下用土弹簧模拟土体抗力,车站结构考虑水平及竖向荷载。
按荷载情况、施工方法,模拟开挖、回筑和使用阶段不同的受力状况,按最不利内力进行计算。
中柱根据等效EA 原则换算墙厚。
本站围护桩与主体结构之间设置柔性防水层,按重合墙考虑,即围护结构与内衬墙之间只传递径向压力而不传递切向剪力,SAP 计算时,采用二力杆单元来模拟围护桩与内衬墙的这种作用。
车站断面的计算模型如图2-1-1所示。
图2-1-1 车站断面计算模型五、荷载组合与分项系数5.1、荷载分类荷载类荷载名称 荷载取值 永久 荷载结构自重按实际重量 覆土重 土容重按18~20kN/m 3侧水、土压力 施工阶段按主动侧土压力计算,使用阶段按静水浮力 按地质资料提供的稳定水位计算设备重量 设备区荷载按8kPa 计,当设备荷载大于8kPa 可变荷载基本可 变荷载 地面超载20kPa 均匀活载 地面超载引起的侧向土压力 按土压力侧向系数确定 人群荷载 公共区人群荷载按4kPa 计 地铁车辆荷载及其动力作用列车荷载按列车满载条件确定 其他可 温度变化影响5.2、荷载组合根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《建筑抗震设计规范》、《人民防空地下室设计规范》(GB 50038-94)和《地铁设计规范》(GB 50157-2003)的规定,按结构在施工阶段和使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合,各种荷载组合及分项系数见下表。
荷载组合表六车站结构断面计算6.1 结构主要尺寸车站标准段横断面盾构井段横断面主体外挂段横断面6.2标准段断面计算6.2.1 计算的钻孔资料计算采用钻孔M7Z3-SXSZ-013。
相应土层的地质参数如下:6.2.2 计算过程设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合,并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。
S A P在地铁工程设计中应用示例集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]《地下结构专业工作手册》系列之一——————————————————————————————————有限元分析软件sap84使用手册城交分院地下结构所二零零五年五月目录(SAP84)1 软件介绍软件概述SAP84是以有限元法为基础的结构分析软件,由北京大学力学系袁明武教授主持开发。
自1982年开发以来至今已有近二十多年的历史,目前SAP84版本已经推出。
为了考证有限元程序的正确性,SAP84对美国CSI公司产品SAP2000的大部分算例都进行了计算和对比。
SAP84软件是一个高度模块化的系统,它包括下列模块:a 平面模型图形输入系统PlanIn。
PlanIn能够处理平面框架、桁架、钢架、平面应力和平面应变问题,用荷载结构模型进行地下结构分析一般采用此模块。
b 结构设计图形后处理软件GPOST。
c 与现行规范配套的混凝土配筋模块REIN和钢结构校核模块SS88(2004年)。
d 功能强大的图形交互系统GIS。
GIS能够处理空间框架、桁架、网架、钢架、壳体和地下结构问题,对于空间效应明显的地下结构一般采用此模块分析。
e 桩基承载力分析模块GPILE。
f 独特的施工模拟分析模块XCONSTR。
g 二维有限元网格自动生成及建模程序AutoMESH 2D(其功能同时集成在GIS中)h 三维实体单元网格自动生成及建模程序AutoMESH 3D。
i 高层建筑专用前处理程序SAGS和后处理程序SAGSOUT。
SAP84各模块之间的关系如图所示。
图模块关系图软件安装用户在购买SAP84后即得到:一张软盘(含同加密狗配套的授权文件);一张光盘(含安装文件);一个加密插头。
用户可以启动光盘上的进行安装,然后按照SETUP的提示进行。
如果安装的是正式版,安装过程中需要把授权文件文件拷入SAP84安装目录。
项目名称:主体结构及楼梯计算计算:复核:一.计算原则1.主体结构构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求,分别进行承载能力的计算和稳定、变形及裂缝宽度验算;按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合,并取各自的最不利组合进行结构设计。
2.主体结构的安全等级定为一级,构件的重要性系数取1.1。
3.主体结构,受弯构件的最大挠度不应超过L0/400~L0/300,悬臂构件的允许挠度值取L0/200~L0/150。
4.结构构件的裂缝控制等级定为三级,即构件允许出现裂缝。
裂缝宽度限值根据构件所在周边环境决定:结构顶、底板及侧墙(及其梁、壁柱等)外侧(迎土侧),裂缝允许宽度不大于0.2mm,其它部位不大于0.3mm。
人防荷载工况裂缝不控制。
二.计算参数及荷载1.工程地质、水文条件(永久荷载):本计算地质资料是根据中冶集团武汉xx院有限公司提供的《武汉市xx场地岩土工程勘察报告书》(详层号岩土名称天然重度地基土承载力特征值基床系数渗透系数凝聚力(建议值)内摩擦角(建议值)泊松比静止侧压力系数垂直水平垂直水平γfak K V K X Kv K H c φv k0 kN/m3kPa MPa/m MPa/m m/d m/d kPa °——1-1 杂填土19.7 10 8 3.2 4.5 8 18 0.62 1-2 素填土19.5 110 15 13 0.15 0.30 14 12 0.60 6-1 粉质粘土19.5 150 24 23 0.0008 0.0008 26 14 0.50 7-2 粉质粘土19.8 360 52 50 0.0007 0.0007 37 17 0.4410-2 含碎石粘土19.9 400 58 57 0.05 0.20 39 18 0.3913-3 粉质粘土19.6 230 44 43 0.05 0.20 30 16 0.4120a-1 强风化砂岩20.4 45090(150)20(26)0.3020a-2 中风化砂岩22.4 1300100(200)24(27)0.1820a-3 微风化砂岩24.3 2100120(700)27(32)0.13层20a-1取0.3/(1-0.3)=0.43,中风化岩层20a-2取0.18/(1-0.18)*0.85=0.19,微风化岩层20a-3取0.13/(1-0.13)*0.65=0.1。
浅析在 SAP系统中轨道车辆修程的管理摘要:轨道车辆修程管理包括运用修和架大修,本文主要说明在SAP系统中轨道车辆运用维修管理方面的流程、功能以及结合实际的应用情况。
关键词:SAP系统轨道车辆运用修应用引言:根据轨道车辆全寿命周期管理需要,轨道车辆经一段时间运营后需要进行维保工作。
维保工作分为两部分:一是轨道车辆在车辆段进行日常的运用修即预防性检修;二是轨道车辆需要停运返厂或在用户现场进行大规模维修的架大修。
本文主要针对运用修进行详细说明。
一、运用修维修管理-业务框架运用修在SAP系统中的主要业务框架如下:二、运用修维修管理-车组主数据车组基础数据是针对某一车型的基础数据,主要指车组的层级结构,层级结点对应SAP物料号,技术参数包括车组设计参数、性能指标、编组情况、使用要求、质保条款等信息。
车组基础数据管理是通过SAP系统中的“设备主数据”功能实现,SAP系统中的“设备主数据”是指检修业务中的被维修对象。
车组主数据是在车组基础主数据的基础上得来,同样包含基础主数据的相关信息,指我们实际运营的车辆。
在运用修中,实体车主数据需要维护WBS元素,以确定维修订单中WBS元素,进而确定成本归集。
每一实体车只能维护对应的一个WBS元素,在一定的维护计划周期内生成的维修订单只能是同一个WBS元素,待成本归集完成后,可以修改实体车的WBS元素,重新规划维护计划周期,重新生成新的WBS元素的维修订单。
三、运用修维修管理-任务清单任务清单指的是修程管理过程中的检修工艺路线,它包含维修的具体执行工序、料件、工作中心、班组和计划工时等信息。
运用修一般任务清单搭建不需要填写组件信息和附加分类中的模型车设备号,需要明确工序信息,归集相应人工成本等。
一但建立了任务清单,就可以参照清单中的工艺和工作程序来建立维护订单,从而节省时间。
在采用维护任务清单的情况下,可简化对数据的维护。
四、运用修维修管理-维护计划维护计划是针对具体的设备,根据选择的维护策略(本文介绍按时间周期进行的策略)和任务清单在系统中建立的一定时间段内的维护计划。
SAP2000(2维)学习体会一、研究图纸,选取适当的断面进行2维计算。
构件的长度一般为每个构件中线到中线的距离。
二、绘制计算简图————————————————CAD建立几何模型在CAD中绘制平面框架计算简图,计算跨度、高度取构件中心间距,需要注意的有以下几项:1、将每跨度、高度范围内的构件绘制为一个线单元,在导入程序后会自动生成节点;2、不要在“0”图层绘制,需新建一图层进行绘制,图层名可自定义。
计算简图绘制完毕后另存为.dxf文件。
3.画图应以米为单位。
4.曲线,应分段为直线,再导入。
三、导入.dxf文件1、打开SAP2000程序,在导入.dxf文件之前,先将右下角的单位一栏里的默认单位制改为“KN,m,C”,否则导入文件后会造成节点处出错;2、选择“文件-导入-AutoCAD.dxf文件”菜单导入.dxf文件,在随之打开的菜单中选择坐标系向上方向为“Y”方向,由于上步已将单位制改为“KN,m,C”,此步中不需再做修改,直接确定;下一选框中frame应选中图层名称。
3、导入完成后点击“XZ”视角,即可看见计算简图。
4、也可以在SAP里面直接画图,点击“绘制特殊节点”先画出需要的节点,然后点击“绘制框架/索单元”,选择不同的截面连接框架。
四、定义材料点击“定义-材料”,在对话框中选择“CONC”(混凝土),点击“添加新材料”,在“材料属性数据”对话框中,填写各项参数如下:材料名称:C35 材料类型:各向同性密度:2.5 T/m3重度:25 KN/m3弹性模量:31500000 KN/㎡泊松比:0.2热膨胀系数:1.000E-05 剪切模量:13125000设计类型:Concrete(混凝土)fcuk:35000 KN/㎡(立方体抗压强度标准值)fyk;335000 KN/㎡ fyks:335000 KN/㎡C45除以下两项与C30不同外,其余均与C30相同:弹性模量:33500000 KN/㎡ fcuk:45000 KN/㎡五、定义框架截面点击“定义-框架截面”,在“框架属性”对话框中选择“Add Rectangular”(添加矩形截面),点击“添加新属性”,在弹出的对话框中定义截面名称、材料、深度、宽度:1、截面名称自定义,为方便好记,可取拼音定义,如顶板取名为“DINGBAN”;2、材料根据真实设计信息选择C30、C45或其它;3、深度即为构件的厚度,按真实设计信息填写。
S A在地铁工程设计中应用示例文档编制序号:[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]《地下结构专业工作手册》系列之一——————————————————————————————————有限元分析软件sap84使用手册城交分院地下结构所二零零五年五月目录(SAP84)1 软件介绍软件概述SAP84是以有限元法为基础的结构分析软件,由北京大学力学系袁明武教授主持开发。
自1982年开发以来至今已有近二十多年的历史,目前SAP84版本已经推出。
为了考证有限元程序的正确性,SAP84对美国CSI 公司产品SAP2000的大部分算例都进行了计算和对比。
SAP84软件是一个高度模块化的系统,它包括下列模块:a 平面模型图形输入系统PlanIn。
PlanIn能够处理平面框架、桁架、钢架、平面应力和平面应变问题,用荷载结构模型进行地下结构分析一般采用此模块。
b 结构设计图形后处理软件GPOST。
c 与现行规范配套的混凝土配筋模块REIN和钢结构校核模块SS88(2004年)。
d 功能强大的图形交互系统GIS。
GIS能够处理空间框架、桁架、网架、钢架、壳体和地下结构问题,对于空间效应明显的地下结构一般采用此模块分析。
e 桩基承载力分析模块GPILE。
f 独特的施工模拟分析模块XCONSTR。
g 二维有限元网格自动生成及建模程序AutoMESH 2D(其功能同时集成在GIS中)h 三维实体单元网格自动生成及建模程序AutoMESH 3D。
i 高层建筑专用前处理程序SAGS和后处理程序SAGSOUT。
SAP84各模块之间的关系如图所示。
图模块关系图软件安装用户在购买SAP84后即得到:一张软盘(含同加密狗配套的授权文件);一张光盘(含安装文件);一个加密插头。
用户可以启动光盘上的进行安装,然后按照SETUP的提示进行。
如果安装的是正式版,安装过程中需要把授权文件文件拷入SAP84安装目录。
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自1982年开发以来至今已有近二十多年的历史,目前SAP84版本已经推出。
为了考证有限元程序的正确性,SAP84对美国CSI公司产品SAP2000的大部分算例都进行了计算和对比。
SAP84软件是一个高度模块化的系统,它包括下列模块:a 平面模型图形输入系统PlanIn。
PlanIn能够处理平面框架、桁架、钢架、平面应力和平面应变问题,用荷载结构模型进行地下结构分析一般采用此模块。
b 结构设计图形后处理软件GPOST。
c 与现行规范配套的混凝土配筋模块REIN和钢结构校核模块SS88(2004年)。
d 功能强大的图形交互系统GIS。
GIS能够处理空间框架、桁架、网架、钢架、壳体和地下结构问题,对于空间效应明显的地下结构一般采用此模块分析。
e 桩基承载力分析模块GPILE。
f 独特的施工模拟分析模块XCONSTR。
g 二维有限元网格自动生成及建模程序AutoMESH 2D(其功能同时集成在GIS中)h 三维实体单元网格自动生成及建模程序AutoMESH 3D。
i 高层建筑专用前处理程序SAGS和后处理程序SAGSOUT。
SAP84各模块之间的关系如图所示。
图模块关系图软件安装用户在购买SAP84后即得到:一张软盘(含同加密狗配套的授权文件);一张光盘(含安装文件);一个加密插头。
用户可以启动光盘上的进行安装,然后按照SETUP的提示进行。
如果安装的是正式版,安装过程中需要把授权文件文件拷入SAP84安装目录。
如果用户系统为Windows NT或Windows 2000,并且是第一次安装SAP84,安装程序会要求安装并口驱动程序。
安装完成之后请将加密插头插到并行口LPT1上,然后就可以通过SAP84程序组启动SAP84集成环境系统SAPGUIDE。
获得帮助在学习或者应用软件过程中,如果遇到困难可以通过几种途径来解决:a 软件配有一套纸质说明书,以供阅读;b 在软件启动后,按F1键出现在线帮助;c “开始”→“程序”→“SAP84”可找到帮助系统文件夹和演示程序。
2 工程算例PlanIn是地下结构专业最常用的模块,这里主要介绍PlanIn的使用方法。
如果欲掌握建立空间模型的基本方法,可学习GIS帮助中建立半球壳的例子。
问题描述某地铁车站结构横断面如图所示,构件所用材料为C30钢筋混凝土。
地图永久荷载图图可变荷载图计算步骤根据已知条件,建立模型,计算该结构的内力和位移。
计算步骤如下:(1)启动软件,选取单位制,进行选项设置。
点击桌面图标启动SAP84,进入后点击,点击“文件”“新建”“保存”,文件名只可以英文字母命名。
点击“参数”“选取单位制”,选择“kN、m”,点击确定。
点击“参数”“选项设置”,确认选择了“考虑材料引起的自重”一项。
(2)生成节点和单元,建立几何模型。
点击“几何”“绝对坐标生成节点”,在界面底部输入表中节点坐标,生成6个节点。
点击“显示”“显示选项”,选中“节点号”一项,屏幕显示出节点编号,如图所示。
表节点坐标值节点号y z123456图点击“几何”“梁柱生成”,在“常用工具与按钮”中选择“直线生成”,用鼠标连续选择节点1和节点2,在屏幕出现的对话框中输入要生成的单元数目,生成车站结构的底板。
如此方法生成侧墙、顶板和中板,完整的车站结构如图所示。
图(3)设置构件材料和截面。
点击“参数”“管理材料库”“添加材料”,输入“C30”,“混凝土强度等级”中显示“30”,其余参数不需输入,软件将自动赋值。
点击“参数”“管理普通截面库”“添加截面”,输入“底板”,在“截面参数”中输入截面高()和截面宽()的数值,屏幕如图所示。
如此方法生成顶板(截面高和截面宽)、中板(截面高和截面宽)和侧墙(截面高和截面宽)的截面尺寸。
图点击“属性”“梁柱材料”,选择所有的梁柱单元,选中的单元会改变颜色。
单击鼠标右键,选择“应用选择对象”,所有单元被赋予了材料属性。
点击“属性”“梁柱截面”,确认截面参数显示为“底板”,选中所有底板单元。
单击鼠标右键,选择“应用选择对象”,所有底板单元被赋予了截面属性。
如此方法将截面属性分别赋予给顶板、中板和侧墙单元。
此时屏幕如图所示。
图(4)施加结构荷载,建立荷载工况,设置荷载组合。
点击“荷载”“梁柱荷载”“改变荷载参数”,选中“以插值的方式确定梁柱荷载”。
输入插值点1(-66)和插值点2(-66)的“荷载线密度值”,点击“退出然后捕捉2个插值点”,选择节点5和节点4,再选择顶板梁柱单元。
单击鼠标右键,选择“应用选择对象”,选中单元被施加了相应荷载。
如此方法施加中板荷载(-8)。
点击“改变荷载参数”,选中“以插值的方式确定梁柱荷载”。
选择“荷载作用方向”为整体坐标Y方向,输入插值点1()和插值点2()的“荷载线密度值”,点击“退出然后捕捉2个插值点”,选择节点5和节点1,再选择左侧侧墙梁柱单元。
单击鼠标右键,选择“应用选择对象”,选中单元被施加了相应荷载。
如此方法施加右侧侧墙荷载(,)。
此时屏幕如图所示。
图点击“常用工具与按钮”,“工况1”,输入“2”,进入工况2,施加结构承受的活荷载。
方法如上所述,顶板施加荷载(-20,-20),左侧侧墙施加荷载(,),右侧侧墙施加荷载(,)。
此时屏幕如图所示。
图点击“荷载”,“荷载组合”,“添加”,“+”,“工况号”中输入“1”,“荷载系数”中输入“”。
“+”,“工况号”中输入“2”,“荷载系数”中输入“”,点击“确定”。
“添加”,“+”,“工况号”中输入“1”,“荷载系数”中输入“”。
“+”,“工况号”中输入“2”,“荷载系数”中输入“”,点击“确定”。
点击“确定”。
点击“荷载”,“位移组合”,“添加”,“+”,“工况号”中输入“1”,“荷载系数”中输入“”。
“+”,“工况号”中输入“2”,“荷载系数”中输入“”,点击“确定”。
点击“确定”。
(5)施加结构约束条件。
点击“节点”,“接地弹簧刚度”,在“Dz”中输入“-1”,在“弹簧刚度”中输入“37000”,选择“只能受压”,用鼠标选择节点1和节点2,点击右键,选择“应用选择对象”,节点1和节点2处显示设置了受压弹簧。
如此方法设置表所列节点处的弹簧,结果如图所示。
表弹簧刚度值节点号Kz 节点号节点号Ky1 37000 5 4 240007 74000 27 19 480008 74000 28 18 480009 74000 29 17 4800010 74000 6 3 5800011 74000 30 16 6800012 74000 31 15 6800013 74000 32 14 680002 37000 1 2 34000图(6)检查数据和删除无用数据。
点击“文件”,“数据检查”,软件警告“结构在UY UZ方向的自由度没有约束”,由于设置了弹簧,结构是静定的,点击“确定”,忽略软件警告。
点击“文件”,“删除无用数据”,软件显示“完成无用信息的删除”。
(7)计算和结果查看。
点击“其他模块”,“计算与分析”,出现“SAP84分析选项对话框”,选择“确定”,软件开始计算。
计算完毕后,点击“其他模块”,“后处理SAPOUT”,进入SAP84后处理模块。
将“当前公共参数”中的荷载组合选择为“1”,点击“内力与应力”,“一维单元的内力图”,选择“1-2平面内的弯矩”,点击“确定”,屏幕显示结构在荷载组合1作用下的1-2平面内的弯矩图,如图所示。
如此方法,能够得到荷载组合1作用下结构的轴力图和剪力图和荷载组合2作用下的结构内力图。
得到结构内力图即可对结构截面进行验算和配筋。
图将“当前公共参数”中的位移组合选择为“1”,点击“位移”,“节点位移的数值显示”,选择“当前位移组合的位移”,和“Z方向平动位移”,点击“确定”,屏幕显示结构在位移组合1作用下的竖直方向的位移图,如图所示。
如此方法,能够得到荷载组合1作用下结构在其他方向的位移。
图3 注意事项建立计算模型计算模型是对实际结构的抽象和简化,计算模型应该能够正确、准确地反映主要构件的主要特征。
SAP84提供了很多单元类型用于模拟不同的构件,单元类型的选择主要取决于构件的受力特点。
一般说来,承受轴力和弯矩并且一个方向的尺度比另外两个方向要大得多的构件可以用梁柱单元来模拟,而一个方向的尺度比另外两个方向要小得多的构件可以用板壳单元或墙单元来模拟。
如果板壳主要承受面内的轴力,面外弯矩可以忽略的话可以采用板壳单元中的膜模式,如果板壳主要承受面外弯矩,面内的轴力可以忽略的话则可以采用板壳单元中的板模式,其它情况则可以用壳模式来模拟。
如果三个方向的尺度相近,则需要用三维实体单元来模拟。
同样一根梁单元,如果把它放在整个结构中考虑,可以用梁柱单元模拟,但是有时候如果需要单独考虑这根梁单元的详细受力状况,这时可以用三维实体单元来模拟,然后把整体计算中的内力结果施加到三维实体单元上。
有时如果需要考虑构件衔接部位的受力状况,可以先进行整体计算(忽略衔接处的影响),然后采用三维实体元计算该衔接部位,同时把整体计算中的内力结果加上。
选取单位制GIS和PlanIn不限制使用何种单位制,用户可以根据习惯自己选择。
目前,软件提供给用户的单位制选项见图。
根据工程习惯,建议选用kN和m单位制。
需要注意的是:重量和质量是两个不同的概念,二者有一定的换算关系。
图关于自重“选项设置”提供了一些常见选项的输入与控制,部分选项对于计算结果非常关键。
如果在填写各单元的材料参数时输入了材料的重度(包括由混凝土强度等级得到的查询值),并且选中了此选项,SAP84分析程序将自动考虑由材料重度产生的自重,并且把它放在工况1下。
但是,如果没有选中此项,SAP84在计算时将不会考虑由材料重度产生的自重。
缺省情况下该项是被选中的。
关于材料参数在输入材料参数时,如果只输入混凝土强度等级,而其它材料参数保持为零,SAP84分析程序将自动查询该混凝土强度等级对应的弹性模量E、剪切模量G、泊松比v、密度、重度以及热膨胀系数。
材料数据对话框如图所示。
一般弹性模量、剪切模量和泊松比之间的转换公式为:G=E/2(1+v)。
如果没有输入混凝土强度等级,而输入了其它材料参数,则材料由这些输入的参数决定。
如果同时输入了混凝土强度等级和其它材料参数,输入的材料参数将覆盖混凝土强度等级对应的参数。