结构分析有限元程序应用

SAP2000为面向对象的有限元软件。在建立SAP2000模型时，实际结构单元用对象来体现。其建模过程为：用图形界面画出对象的几何分布，通过指定荷载和属性到对象，程序再自动转换到单元上以建立分析模型。程序的对象主要包括以下四种：

（1）点对象，包含两类。

①节点对象。在下面介绍的线对象、面对象、实体对象角部或端部自动建立，也可以显示加入支座或局部特征中。

②对地（单点）连接对象。用来模拟特殊支座特性，例如分离器、阻尼、缝隙、分段线性构件等。

（2）线对象，包含两类。

①框架/索对象：用来模拟梁、柱、支撑、桁架和索构件。

②连接（两点）对象：用来模拟特殊构件形式，例如分离器、阻尼、缝隙、分段线性弹簧等，与框架/索对象不同，连接对象可以具有零长度。

（3）面对象：用来模拟墙、楼板和其他薄壁构件，也可以模拟二维固体（平面应力、平面应变、轴对称固体）。

（4）实体对象：用来模拟三维实体。

其他常用的有限元软件如ANSYS和ABAQUS等，是把模型划分为细分的单元进行分析。采用面向对象技术的SAP2000则不需要进行此步骤，对象在分析计算时，由SAP2000自动转换为FEM（有限单元网格），也就是把由各种对象构成的模型转换成有限元模型。(www.xing528.com)

任何有限元模拟的第一步都是用一个有限单元的集合来离散结构的实际几何形状，每一个单元代表着结构的一个离散部分。这些单元通过共用节点连接依次连接组成了结构。模型中所有单元和节点的集合即为网格。通常，网格是实际结构几何形状的近似表达。本章主要介绍常用单元的特点和使用。

同传统的有限元程序如ANSYS、ABAQUS等相类似，SAP2000中具有框架单元、壳单元、实体单元、连接单元等，这些单元组合起来可模拟复杂的结构。与上述程序不一样的是，工程师可以认为SAP2000中各单元节点的自由度都为6个（U1，U2，U3，R1，R2，R3），只不过不同的单元激活的自由度是不相同的。例如框架单元的节点自由度有6个：3个平动自由度和3个转动自由度，而实体单元节点只具有3个平动自由度。与传统有限元软件相比，这么做便于模拟特殊的力学行为，方便模拟平面受力。

在SAP2000中，单元一共分为4类。

（1）线单元：在结构物中用来模拟梁、柱、支撑、桁架和索的单元；

（2）面单元：主要分为壳单元和二维实体单元，在单元形状及构成上，都属于面对象。壳单元细分为板、膜、薄壳、厚壳，在建筑模型中用来模拟墙、楼板、筏板基础等。

（3）体单元：此单元多用于细部分析。

（4）点单元：SAP2000中称为连接单元，连接单元可以在两节点之间绘制，也可以在一个节点位置处绘制，单节点的连接单元默认为一节点接地。图3-1为SAP2000中按对象类型归类的单元分类树状图。

图3-1　SAP 2000单元分类