SAP2000的特殊功能—截面切割與節(jié)點(diǎn)區(qū)

1、Buildi ng Structure專業(yè)軟件講座SAP2000的特殊功能一一截面切割與節(jié)點(diǎn)區(qū)李立張洪偉（北京金土木軟件技術(shù)有限公司 100044）We lear n we go17We lear n we go#圖1線單元模型跨中彎矩圖3繪制截面切割結(jié)果顯示框1截面切割“截面切割”是SAP2000中用于求解合力的有效工具。 通常，截面切割有三種使用方式：1）直接繪制；2）定義組 輸出；3）定義四邊形切割面。下面以一個(gè)算例來說明三種 方式的具體應(yīng)用。如圖1, 工字形截面的簡支梁，線單元模型計(jì)算分析后 得到自重作用下的跨中彎矩為9.42kN.m。以面單元建立一個(gè)完全相同的模型，試通過截面切割的方

2、法求解跨中彎矩。方法1 :直接繪制顯示應(yīng)力云圖，將3D視圖（圖2 上）調(diào)整為立面效果， 此時(shí)仍具備3D的投影關(guān)系（圖2下），在此視圖中，沿梁 的跨中位置繪制截面切割線，在彈岀的對(duì)話框中即可得到合 力結(jié)果。如圖3，通過方法1計(jì)算得到的跨中彎矩為 9.69 kN.m 。3）當(dāng)“角度”值為零時(shí)，合力1、2、Z軸代表整體坐標(biāo)系的X、Y、Z。左、右側(cè)分別代表截面切割線的兩側(cè)，左 右的區(qū)分與切割線的方向和“角度”相關(guān)。一般地，可以通 過合力值的正負(fù)號(hào)來判斷左、右兩側(cè)會(huì)更加方便。本例中，首先進(jìn)行了視圖調(diào)整，這是由于“直接繪制” 法更適用于平面/立面顯示的視圖，或具有平面效果的3D視 圖，這樣才能準(zhǔn)確地描述切

3、割的范圍和對(duì)象。在一個(gè)任意方向顯示的3D視圖中繪制截面切割，通常是沒有明確意義的。 此外，截面切割線不宜通過單元節(jié)點(diǎn)，這樣會(huì)給合力統(tǒng)計(jì)帶來問題。所以在繪制截面切割時(shí)要避開節(jié)點(diǎn)位置。方法2 :定義組輸岀。選擇位于跨中的面對(duì)象以及相應(yīng)臨近跨中一側(cè)的節(jié)點(diǎn)（圖4），將其定義為一組。再使用定義截面切割命令，選 擇截面切割的定義來自于組（圖5）。通過“顯示表格”命令中“結(jié)構(gòu)輸出”一項(xiàng)中“ Section Cut Forces”表格即可查 看合力。如圖6,通過方法2得到的跨中彎矩值為 9.70 kN.m。We lear n we go#圖4選擇面對(duì)象及節(jié)點(diǎn)定義到組璋面切割的I走義iSiB*成趙-凹趣切割面圖

4、5定義截面切割來自于組在顯示合力結(jié)果的對(duì)話框 （圖3）中，需注意以下幾點(diǎn)：1）截面切割線的起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)用于確定求和范圍。其坐標(biāo)值一般需要重新輸入，以確保準(zhǔn)確的切割位置。這里 需要輸入點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)屏幕上水平和豎直兩個(gè)方向， 注意不要和模型整體坐標(biāo)系的 X、Y方向混淆。2）合力點(diǎn)位置在默認(rèn)情況下取起始、結(jié)束兩點(diǎn)坐標(biāo)的平均值，根據(jù)實(shí)際情況可人為修改?！敖嵌取敝禐榻孛媲懈詈狭Φ?軸與整體坐標(biāo)系 X軸的夾角，正值代表從上向下 看逆時(shí)針方向的夾角。因而“角度”就確立了合力1、2軸的方向。We lear n we go#專業(yè)軟件講座We lear n we go19We lear n we go#

5、£ikIhbi£u4 lluipidCra CmhTmmi11Ml-KN nscuri醫(yī)師3 WEBS1帀花w257J 1圖6組的合力結(jié)果輸出該方法的關(guān)鍵是組的合理定義。 組中不僅包括求和的對(duì) 象，還應(yīng)有對(duì)象在求和位置上的節(jié)點(diǎn)。例如本例中，選擇跨 中附近的面對(duì)象及其靠近跨中一側(cè)的節(jié)點(diǎn)（圖4），SAP2000將在所選節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行求和。方法3:定義四邊形切割面。在圖5中可以看到，定義截面切割的另一種方式一一來 自四邊形切割面。本例中，定義一個(gè)空間中位于跨中附近、 平行于Y、Z軸的切割面（如圖7中四邊形節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值所示）。 同樣通過“顯示表格”命令可查看切割面切到的所有單元的 合

6、力。如圖8,通過方法3得到的跨中彎矩值為 9.70 kNm當(dāng)邊電1P<wnt丫Z12船CL5俎T22.33-0.1心32990.1a?42S90.50.7圖7定義切割面朋止1一盤L 命KUTZDEAD則吋氓 叱 1 斟3.W53EH31 嘶口己:應(yīng) Td 哼晦1 SSiE lCi圖8切割面的合力輸出注意，在定義切割面時(shí)，X坐標(biāo)輸入值為2.99m，而不 是跨中的X坐標(biāo)3m。這是由于X= 3m處存在單元節(jié)點(diǎn)，而 切割面的空間位置不宜通過單元節(jié)點(diǎn)，故取相鄰位置。方法2, 3都是通過命令“定義截面切割”來實(shí)現(xiàn)合力 計(jì)算，合力點(diǎn)的位置和合力方向在對(duì)話框中確定。 默認(rèn)情況 下，合力點(diǎn)的位置是所有對(duì)象

7、點(diǎn)坐標(biāo)的平均值， 合力方向（分 析內(nèi)力）1、2、3軸與整體坐標(biāo)的 X、Y、Z相對(duì)應(yīng)。綜上，繪制截面切割（方法 1）簡單易行，但要注意選 擇合適的顯示視圖；定義截面切割（方法2、3）使得求和對(duì)象明確，使用更靈活。當(dāng)統(tǒng)計(jì)某個(gè)構(gòu)件局部的內(nèi)力或若干 構(gòu)件共同承擔(dān)的合力時(shí)，截面切割都是一個(gè)便捷的工具。2 節(jié)點(diǎn)區(qū)節(jié)點(diǎn)區(qū)在SAP2000中主要是用來模擬鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的非 剛性連接屬性。在結(jié)構(gòu)分析中，對(duì)于整體澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)， 假定節(jié)點(diǎn)區(qū)為剛性是符合實(shí)際的，但是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn) 連接剛性普遍不如混凝土的剛性大，并且采用不同的連接形 式的節(jié)點(diǎn)，剛性差異也比較大，故鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)假定為剛體 是不符合實(shí)際的，為了真實(shí)地

8、模擬岀鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接的這種 非剛性連接屬性，需要對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)區(qū)的指定。通過節(jié) 點(diǎn)區(qū)的指定可以定義相交桿件在節(jié)點(diǎn)位置剛性的主次關(guān)系 和剛度大小，輸岀的結(jié)果也是按照兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別輸岀， 雖然 這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在幾何位置上是一個(gè)點(diǎn)， 但作為主、次桿件的兩 個(gè)端點(diǎn)將分別得到內(nèi)力和位移。圖9定義節(jié)點(diǎn)區(qū)對(duì)話框（1）連接性的定義節(jié)點(diǎn)區(qū)的連接性定義節(jié)點(diǎn)區(qū)連接構(gòu)件的屬性，連接性區(qū)域中有兩個(gè)選項(xiàng)：梁到其它對(duì)象、支撐到其它對(duì)象，即梁和 其它對(duì)象、支撐和其它對(duì)象的連接節(jié)點(diǎn)區(qū)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接， SAP2000將產(chǎn)生兩個(gè)分離的節(jié)點(diǎn)來模擬節(jié)點(diǎn)區(qū)，所有梁構(gòu)件 與這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)相連， 而所有的柱構(gòu)件與另一個(gè)節(jié)點(diǎn) 相連。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)

9、通過與具有節(jié)點(diǎn)區(qū)指定屬性的一個(gè)零長度 彈簧相連，該彈簧的屬性可通過連接屬性來定義。圖10連接性示意圖（2）連接屬性的定義a. 來自柱的彈性屬性。選擇該項(xiàng)，相當(dāng)于是把柱子的 主軸和次軸彎曲剛度賦值給節(jié)點(diǎn)區(qū)的零長度彈簧。b. 來自柱和疊合板的彈性屬性。選擇該項(xiàng)時(shí)，需要指 定一個(gè)疊合板的厚度，相當(dāng)于是把柱的腹板厚度改為最初的 腹板厚度加上一個(gè)疊合板的厚 度，并計(jì)算這個(gè)修改后的截面 屬性。程序會(huì)根據(jù)這個(gè)修改后 的主軸和次軸的彎曲剛度賦值 給節(jié)點(diǎn)區(qū)的零長度彈簧。c. 來自指定的彈簧屬性。選擇該項(xiàng)時(shí)，需要給節(jié)點(diǎn)區(qū) 的零長度彈簧賦 予主軸和次軸的彎曲剛 度，單 位為：kN.m/rad或者N.m/rad等，依

10、據(jù)主單位而定。該值的計(jì)算可 依據(jù)彎矩與曲率之間的關(guān)系：（下轉(zhuǎn)11頁）We lear n we go#圖11節(jié)點(diǎn)位移輸出專業(yè)軟件講座Buildi ng Structure? = M，并由此得到彎曲剛度為：El = M。El?d. 來自指定的連接屬性。該選項(xiàng)主要是為節(jié)點(diǎn)區(qū)指定 一個(gè)連接單元屬性，代替程序默認(rèn)的零長度彈簧。首先要定 義一個(gè)連接單元才能激活該選項(xiàng)。注意對(duì)于前三項(xiàng)定義的節(jié)點(diǎn)區(qū)連接屬性是針對(duì)梁、柱節(jié)點(diǎn)而言的，第四項(xiàng)不僅可以定義梁、柱節(jié)點(diǎn)的連接屬性，還 可以定義支撐到其它對(duì)象的節(jié)點(diǎn)區(qū)的連接屬性。(3) 節(jié)點(diǎn)區(qū)的輸岀約定SAP2000可以輸出節(jié)點(diǎn)區(qū)的位移、變形和內(nèi)力分析結(jié) 果，SAP2000中對(duì)輸出結(jié)果有確定的輸出約定。a位移輸岀約定。給節(jié)點(diǎn)指定節(jié)點(diǎn)區(qū)后，程序在節(jié)點(diǎn)區(qū)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(如前述的1、2節(jié)點(diǎn))，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以產(chǎn)生差異平移。因而 SAP2000中可以輸出模型中節(jié)點(diǎn) 區(qū)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)全部6個(gè)自由度方向的位移。We lear n we go#We lear n we go#b.內(nèi)部變形輸岀約定。給節(jié)點(diǎn)指定節(jié)點(diǎn)區(qū)后，節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)部分離岀來的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)平移和旋轉(zhuǎn)，使節(jié)點(diǎn)區(qū)產(chǎn)生內(nèi)部變形。SAP2000可以輸出節(jié)點(diǎn)區(qū)的內(nèi)部變形。圖12節(jié)點(diǎn)區(qū)變形輸出We lear n we go#c節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)力約定。節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)力輸出的意義在于：顯示有多少不平衡的