09第08章_特殊功能指定_郑毅
- 格式：doc
- 大小：673.50 KB
- 文档页数：38
第8章特殊功能指定第七章介绍了SAP2000中提供的荷载工况定义以及分析工况定义。
某些荷载工况和分析工况的定义是基于SAP2000中特殊功能指定的，例如风荷载工况的定义是基于刚性隔板的定义。
建模过程中也需要对结构对象中的一些属性设置进行修正。
这些属性包括结构底部支座、结构刚性隔板假定等结构性能，即节点支座约束、对节点的各种限值、偏心、线对象节点刚域、局部坐标轴、拉压比和单元剖分指定等对象属性。
在SAP2000中，这些属性可以非常简便地指定给选中的某个或者某些构件。
本章将分别介绍以上涉及到的各类特殊功能的指定和构件属性修正方法。
8.1 节点约束（restraint）在结构模型的建立过程中，SAP2000对于利用模板建立的模型，例如建筑结构首层的柱、墙、支撑等构件与结构底部默认生成铰接连接；对于绘制的各种构件不生成连接。
实际工程的连接情况不一定和默认的形式相同，这就需要对底部支座的属性进行修改，这是通过节点约束的指定实现的。
SAP2000的支座指定并不局限于模型底部，在模型各节点处，可以按需要非常简便灵活地设置节点约束。
首先，选中需要指定节点约束的节点，然后点击指定>节点>约束命令，将弹出节点支座对话框（图8-1）。
图8-1 节点支座对话框该对话框分为两个主要的区域，上面的区域显示了全局方向约束，这个区域列出一个点对象存在的6个自由度，包括3个方向的平动自由度和3个方向的旋转自由度。
在选择框中勾选某项表示对该自由度方向施加约束，任意数量任意形式的自由度约束组合都可形成一种支座形式。
通过这一区域我们可以形成任意形式的支座。
在实际工程中用到的常用支座形式只有几种，对话框中的第二部分快速指定约束列出了几种常用的支座形式：固定支座、铰接支座、滑移支座和自由无约束端。
通过点击对应的四个按钮可以快速设定约束：1）固定支座：点击该按钮，约束所有6个自由度。
2）铰接支座：点击该按钮，约束所有3个平动自由度，3个旋转自由度无约束。
3）滑移支座：点击该按钮，约束Z向平移自由度，其它自由度无约束。
4）无约束端：点击该按钮，释放所有约束的自由度，即所有自由度均无约束。
当在快速指定约束区域指定支座时，全局方向约束区域将即时显示该支座的约束情况，在点击快速指定约束区域内按钮后，仍可以在全局方向约束区域内修改约束状态。
例如在快速指定约束区域内点击滑移支座，对话框将显示如图8-2(a)的状态。
这就是XY平面内的滑移支座，如果需要的仅是X方向的滑移支座，再在全局方向约束区域内勾选Y轴平移即可实现我们所需要的支座形式，如图8-2(b)所示。
（a）（b）图8-2 快速指定滑移支座对节点指定支座约束后，点击视图>设置显示选项命令，弹出激活窗口选项对话框，在节点一栏勾选约束选项，在模型视图中显示节点支座形式如图8-3所示图8-3 节点约束视图图8-3中从左到右依次为固定支座、铰接支座、XY滑移支座和自由无约束点。
对于某个方向的显示，矩形表示固定约束，三角形表示铰接约束，圆形表示滑移约束，无图形表示无约束点。
对于结构支座，还有两点需要阐明：首先，SAP2000中约束是通过节点指定的，并不是结构楼层的整体特性，这一方面不同于国内常用的一些程序。
这样可以灵活设置底层不同构件同基础的连接形式，可以简便地实现底部某些铰接，某些固接的结构形式。
对于某些约束部位不在底层的结构可以很轻易的实现，只需选中该点指定约束即可。
另外对于山坡建筑，底部支座可能不在同一楼层，甚至不在楼层内，使用SAP2000很容易实现，如图8-4所示约束形式。
图8-4 斜坡支座指定第二，具有地下室的结构在建模中做节点约束指定时的注意事项。
在SAP2000中约束是节点的属性，不是结构楼层属性，程序不能指定某一楼层进行嵌固指定。
当有地下室结构时，需要在首层结构与土向连接位置通过节点指定约束。
当指定固定约束时，采用的是土侧向刚度无限大的假设。
但实际上土的侧向刚度并非无限大，建议采用节点弹簧和面弹簧模拟土和结构间的作用，通过调整弹簧刚度确定土的弹性状况。
注意：这时指定的弹簧只应指定到地下室部分与土直接接触的结构节点和挡土墙上。
8.2 节点束缚（constraint）在建筑结构分析时，对于一般平面布置规则、楼板没有过大面积开洞的结构体系中，规范允许假定结构平面内的刚度无限大，即允许采用刚性隔板假定，并且这种假定是符合精度要求的。
这样做的目的在于减少结构自由度缩短结构分析使用时间。
在SAP2000中可以通过对节点指定节点束缚（constraint）的方式，指定刚性隔板给节点，实现结构平面内无限刚的假定。
国内某些程序的楼板处理，在默认情况下为完全刚性板（刚性隔板），若要作弹性楼板分析需要作特殊指定，并且是基于某些特殊假定的基础上。
而在有限元的分析中考虑楼板的实际弹性是一般情况，而刚性隔板只是特殊假定。
SAP2000紧紧依照有限元分析原理，楼板在默认情况下即为弹性楼板，并提供了刚性隔板的设置功能――即给节点指定节点束缚。
用SAP2000的节点束缚功能，指定刚性隔板给结构，实现规范中的结构平面无限刚性的假定，只是节点束缚众多功能之一，运用节点束缚的一种类型。
节点束缚功能给工程师提供了多种节点束缚类型，本节对节点束缚的类型和指定，以及刚性隔板的意义作一介绍。
1. 节点束缚的基本意义使用节点束缚的基本功效是限值了结构中某些节点之间的相对自由度，因此减少了系统中需要求解的方程数量，通常将提高计算的效率。
大多数束缚类型必须相对某个固定的坐标系来定义。
坐标系可以是整体坐标系或附加坐标系，或其可从被束缚的节点位置自动定义。
局部约束不使用固定坐标系，而是使用节点局部坐标系。
拼接用来连接模型中分别定义的不同部分。
每一拼接由一组可能被连接的节点组成。
程序在每一拼接中搜寻在空间共享一个位置的节点，并限制它们使其像一个节点作用。
2. 节点束缚的定义和指定点击菜单定义>节点束缚命令弹出定义束缚对话框，如图8-5所示。
图8-5 定义束缚对话框在选择添加束缚类型下拉菜单中选定束缚类型后，点击添加新束缚按钮，即弹出具体束缚定义对话框，根据束缚类型的不同有相应的差别（具体的定义将在下面介绍）。
具体参数定义完毕回到定义束缚对话框，点击确定按钮，完成节点束缚的定义。
定义完毕节点束缚后，选中需要指定束缚的节点，点击菜单指定>节点>节点束缚命令，弹出指定/定义束缚对话框（如图8-6），选中需要指定给已选节点的束缚名称，点击确定按钮，将节点束缚指定给选中节点。
在此对话框中同样可以定义节点束缚，定义的操作和节点束缚类型同定义束缚对话框中的内容完全一致。
图8-6 指定/定义束缚对话框3. 节点束缚的分类SAP2000中共有9种节点束缚的类型：Body（体）、Diaphragm（隔板）、Plate（板）、Rod （杆）、Beam（梁）、Weld（拼接）、Equal（对等）、Local（局部轴）、Line（线）。
这9种节点束缚分为三大类：刚体类型、对等类型和插值类型。
（1）刚体类型：束缚将所有节点按同一类型刚体一起运动。
会耦合旋转和平动自由度。
所有的束缚节点是刚体行为，被限制的节点一起平动和转动，好像被刚性连接所连接。
刚体类型包括：Body（体）、Diaphragm（隔板）、Plate（板）、Rod（杆）、Beam（梁）五种束缚类型：（2）对等类型：不同节点的各独立自由度相同，约束节点的平动和转动是相等的。
一般用于连接和对称情况。
对等类型包括：Equal（对等）、Local（局部轴）两种类型。
（3）插值类型：将一个节点自由度通过其它节点自由度插值得到。
一般用于连接不协调的单元。
即为Line （线）类型的节点束缚。
4. 下面详细介绍这9种节点束缚的含义、定义方法和应用：（1）Body（刚体束缚）Body（刚体束缚）将其所有自由度按照一个三维刚体一起运动。
所有受限节点通过刚性连接与其它节点向连接。
默认地，在每一连接节点的所有自由度都参与束缚。
然而，工程师可选择一个被限制的子集，即选择任意的自由度组合进行束缚。
该束缚用于：1）任意尺寸和类型的模型刚体。
2）模型刚性连接，例如几个梁和/或柱框架连接之处。
对于连接有偏心处，该束缚格外有效。
3）将使用不同剖分的结构模型的不同部分连接起来。
必须为各组束缚节点定义独立的束缚。
如果工程师需要建立大量的这种连接，考虑可使用拼接束缚。
注意：体束缚将空间中任意位置的多个节点连接在一起。
这些节点可在空间任意位置。
点击对话框右上角的选择添加束缚类型下拉菜单，选择Body，点击添加新束缚按钮，弹出体束缚详细定义对话框如图8-7所示。
图8-7 体束缚定义对话框（2）Diaphragm（隔板束缚）Diaphragm（隔板束缚）即用来指定给节点，实现结构平面内无限刚性的假定。
隔板束缚使所有被其限制的节点作为一个刚性（相对于膜的变形）的平面板来一起移动。
所有限制节点被平面内刚性连接件连接在一起，但是不影响平面（板）外的变形。
该束缚用于：1）模拟建筑结构混凝土楼板或混凝土填充板。
这种板有很大的平面内刚度。
2）模拟桥梁上部结构的隔板（这些楼板一般具有很大的面内刚度）。
注意：隔板束缚的节点必须在一个平面内，否则，该束缚将会有效地束缚节点面外弯曲，这将使结构变刚，与实际不符，这将不真实地使结构变刚。
如果指定隔板束缚的点不在同一平面内，则在分析结果中报告的束缚力可能不是平衡的。
对于建筑结构使用刚性隔板，避免了由于将较大平面的楼板用膜单元模拟（楼板的刚度模拟为膜刚度）所产生的数值准确性问题。
这在建筑结构的侧向（水平）动力分析中是十分有用的，因为其显著减少了所求解特征值问题的计算用时。
点击对话框右上角的选择添加束缚类型下拉菜单，选择Diaphragm，点击添加新束缚按钮，弹出隔板束缚详细定义对话框如图8-8所示。
图8-8 隔板束缚定义对话框（3）Plate（板束缚）板束缚使其所有被限制的节点作为相对于弯曲变形刚度为刚性的平板一起移动。
此种束缚使所有受限节点通过一个板面外抗弯刚性的连接与其它节点连接在一起，但是不影响平面内变形。
该束缚用于：1）将固体类型单元（平面，轴对称固体和实体）与结构类型单元（框架和壳）相连。
可通过该束缚将结构单元中的旋转转化为固体单元中的一组对等和相反的平动。
2）实现梁弯曲建模时的板截面保持“平截面”的性质假定。
注意：要产生作用，该束缚中必须具有至少两个节点。
它一般用于位于一个平面内的一组节点。
但是，即使节点不在一个平面内，该束缚也不会对模型产生任何不利影响。
点击对话框右上角的选择添加束缚类型下拉菜单，选择Plate，点击添加新束缚按钮，弹出板束缚详细定义对话框如图8-9所示。
图8-9 板束缚定义对话框（4）Rod（杆束缚）杆束缚使所有被限制的节点作为刚性的（相对于轴向变形）杆一起移动。
