SAP2000梁影响线绘制-结构分析有限元程序

以下结合例6-1明确采用SAP2000进行影响线绘制的基本步骤，其中各杆的材料均采用Q345，各杆为等截面的方钢管400×200×12。基本操作如下：

（1）打开SAP2000应用程序，在右下角选择计算单位为，即选用国际单位制N，m，C。

（2）建立几何计算模型：点击【文件】-【新模型】-【梁】，采用SAP2000内置的模板建立模型。按图6-4所示步骤1-2操作。

图6-4　新建模型操作

在弹出的小窗口中，点击【使用定制轴网间距和原点定位】-【编辑轴网】，输入各点坐标，点击【确定】，按图6-5所示步骤1-2-3-4操作。当多跨梁的各跨长度均一致时，可直接在模板中输入跨数（Number of Spans）和跨长（Span Length）。对于本例，由于各跨长度不等，因此结合SAP2000本身自带的网格线，将结构的构件位置与网格线保持一致，从而快捷地绘制出整体结构。在Ordinate中依次输入-11，-9，-7，-5，-4，-3，-2，1。

图6-5　编辑轴网操作

程序自动在每个节点位置均设置了活动铰支座，根据题目的设置，选择需要去掉多余约束的节点，点击【指定】-【节点】-【约束】，选择，点击【确定】，将相应位置的竖向链杆约束解除后，各单元的杆端按照刚节点设置。按图6-6所示步骤1-2-3-4-5操作。

图6-6　去掉多余约束操作

选择需要改变约束形式的节点，点击【指定】-【约束】，选择，点击【确定】，将活动铰支座更改为固定铰支座。按图6-7所示1-2-3-4-5步骤操作。

图6-7　修改节点约束操作

释放需要铰接的梁段的端部约束弯矩：首先选择需要释放端部弯矩的梁段，选择主菜单栏的【指定】-【框架】-【释放/部分固定（R）…】，在弹出的小窗口中勾选梁段终点或起点主轴和次轴的弯矩，点击【确定】。当需要将刚节点更改为铰节点时，其操作步骤与桁架结构的建模方式一致，均是采用释放杆端转角约束的方法，对于平面的杆系结构，仅释放Moment3-3即可，其他Torsion表示扭矩，Moment2-2对于空间杆系结构可有选择地进行释放，按图6-8所示步骤1-2-3-4-5-6操作。

图6-8　释放杆端弯矩操作

（3）定义单元的材料特性：选择【定义】，点击【材料】，选择材料列表中的【Steel】，然后在弹出的窗口地区一栏中选择中国，选择Material Type为Steel，Standard为GB，Grade为Q345，最后点击ok，表明材料采用的是中国的钢结构规范中的Q345的钢材。最后点击【确定】，按图6-9所示步骤1-2-3-4-5操作。

图6-9　定义单元材料特性操作

（4）定义单元的截面特性：点击【定义】-【截面特性】-【框架截面】-【添加新属性】，按图6-10所示步骤操作。在弹出的小窗口中把界面定义为“TUBE”，采用方钢管截面，并依次输入截面尺寸，其中t3表示截面的总高度、t2表示截面的总宽度、tf表示与3轴平行的两段钢管的壁厚、tw表示与2轴平行的两段钢管的壁厚。按照题目给定的截面尺寸，分别输入：t3=0.4，t2=t2b=0.2，tf=tw=0.012。再次点击ok，截面的尺寸就定义好了。

选择钢材材料为Q345，最后点击【确定】，按图6-11所示步骤操作。

图6-11　输入截面数据操作

（5）指定单元截面：选择全部梁段单元，点击【指定】-【框架】-【框架截面】，在弹出的小窗口中选定截面TUBE，点击【确定】，将各杆段均赋予tube截面，按图6-12所示1-2-3-4-5步骤操作。

图6-12　指定单元截面操作

（6）定义车道：【定义】-【桥梁荷载】-【轨道】-【从框架添加已定义的新车道】，按图6-13所示1-2-3-4步骤操作。

图6-13　定义车道操作

点【添加（A）】，将框架下的1改为2；点【添加（A）】，再将框架下的2改为3；点【添加（A）】，如此下去直到框架下的编号为8，点【确定】，按图6-14所示1-2-3步骤操作。车道的定义是以单元为基础的，因此在定义车道之前应首先明确各单元的单元号，从而确定移动荷载的运动范围都包括哪些单元。同时，车道定义好以后，定义的车道单元会以其他颜色区别显示。

图6-14　添加车道操作

（7）定义车辆：【定义】-【桥梁荷载】-【车辆】，在弹出的小窗口中点击【添加车辆】，车辆可以理解为移动荷载，按图6-15所示步骤1-2-3-4操作。

图6-15　定义车辆操作1

将【轮轴荷载】处改为1，表示添加的移动荷载为单位荷载，点【添加（A）】-【确定】-【确定】，按图6-16所示1-2-3步骤操作。当添加其他的列车或汽车移动荷载时，可根据荷载形式，自行定义。

图6-16　定义车辆操作2

（8）定义车辆类别：【定义】-【桥梁荷载】-【车辆等级】-【确定】，按图6-17所示步骤操作。

图6-17　定义车辆类别操作

（9）定义输出影响量。【定义】-【桥梁荷载】-【移动荷载工况结果保存】，取消如图6-18所示步骤4所框选的项目，点击【确定】，按图6-18所示步骤操作。(www.xing528.com)

图6-18　定义输出影响量操作

（10）定义分析工况：【定义】-【荷载工况】，在弹出的定义荷载工况窗口中点击【添加新荷载工况】；在弹出的荷载工况数据新窗口中修改荷载工况名为INF，在荷载工况类型中选择Moving Load。SAP2000程序默认的有两个计算工况，分别为静力计算和模态计算。移动荷载计算不同于以上两个计算工况，因此需要新建一个计算工况。在移动荷载计算工况的定义中，本示例中仅有一个车辆组，选择该车辆组VEH1即可。当定义了多组车辆组时，可根据需要设定工况定义中的Scale Factor参与系数。同时车道选择前述所定义的车道即可。点击【添加】-【确定】，按图6-19所示1-2-3-4-5-6-7步骤操作。

图6-19　定义分析工况操作

（11）执行分析计算：点【分析】-【选择运行工况】，在弹出的小窗口中选择Dead和　Modal，点击【运行/不运行工况】-【现在运行】，按图6-20所示步骤1-2-3-4-5操作。

图6-20　执行分析操作

（12）显示指定量值的影响线（例如MF的影响线）：【显示】-【显示影响线/面】，按图6-21的步骤1-2-3-4-5-6-7操作。影响线的结果显示在单独的<显示影响线>模块，其中步骤3中的Frame表示以单元为基础进行影响线的绘制。Frame Label表示所要绘制量值影响线所在的单元，Relative Distance表示距离起点的距离（当不清楚单元的方向时，可以将单元的局部坐标系打开，从而明确单元的起点以及终点），Compnent表示绘制量值的类型，如图6-21表示绘制的是单元2中点处的弯矩影响线。

图6-21　显示指定量值影响线操作

分别选择不同的单元，采用前述的方法，依次绘制出的影响线，计算结果如图6-22～图6-27。

图6-22　静定梁FRA影响线

图6-23　静定梁FRC影响线

图6-24　静定梁影响线

图6-25　静定梁影响线

图6-26　静定梁MF影响线

图6-27　静定梁FQF影响线

与前述的静力法计算结果进行比较，可以看出结果是一致的。

将上述多跨静定梁铰接点H、I改为刚节点，如图6-28所示，此结构变为超静定结构。对于超静定结构，其影响线呈曲线形式，因此需要计算承载杆上较多位置的影响纵距。当采用手算时，无论是用静力法或机动法确定纵距，均需要运用超静定问题的各种分析方法：力法、位移法以及渐近法等。当采用软件计算时，其计算都用SAP2000对该超静定梁进行分析，得到和MF，FQF的影响线结果如图6-29～图6-34所示。

图6-28　超静定梁

图6-29　超静定梁FRA影响线

图6-30　超静定梁FRC影响线

图6-31　超静定梁影响线

图6-32　超静定梁影响线

图6-33　超静定梁MF影响线

图6-34　超静定梁FQF影响线

由上述可以看出该多跨梁由静定结构转换为超静定结构后，相同量值的影响线也发生了变化：影响线的形状发生了变化，所有的影响线均由直线转换为曲线；影响线的量值也发生了变化，超静定结构的量值明显小于静定结构的量值。