Posts tagged ‘SAP2000’

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符东龙 师弟 整理的SAP2000截面分析资料 !!! :-)  :-)   算例与博文《Sectional Modeling and Analysis Example of CAD to XTRACT Program [CAD to XTRACT 插件开洞截面建模与分析实例]》一致,以一个开洞截面为例,介绍在SAP2000上建模分析结构截面的过程包括弯矩曲率分析,PMM分析,还有一个十分具体的Step by Step过程。

1 开洞截面简介

如图所示的是一钢筋混凝土桥墩开洞截面,整个矩形截面尺寸为:10000×6000mm2,混凝土强度等级为C40,钢筋强度等级为HRB400,桥墩截面中间开有两个洞。图中红色点和绿色点为开洞截面中钢筋的分布。

2 用SAP2000进行截面建模

在SAP2000上进行建模,先进行材料的定义,然后在截面设计器对截面进行建模。

2.1 材料定义

打开SAP2000,新建模型后选择模板选择“空”。

新建模型后,在菜单栏的“定义”中选择“定义材料”,对组成开洞截面的材料C40和HRB400进行定义,如下图所示。

点击“添加新材料”,对混凝土C40和钢筋HRB400进行定义。

2.2 开洞洞口建模

SAP2000在“定义”中的“截面属性”对截面进行建模。选择“框架截面”,然后“添加新属性”,在类型选择“other”,在“截面设计器”中对截面进行构建。

2.2.1 混凝土截面建模

在基本材料选择C40,点击截面设计器。

直接在截面设计器上构建模型不方便,因此在SAP2000中采用导入数据的方式对截面建模。在右边纵向工具栏点击“Draw Polygon Shape”,先在截面设计器中随便画一个多边形混凝土截面,如下图所示:

点击“完成”,并把截面名称改为“开洞截面”,完成对截面的初次定义。返回SAP2000界面,在“编辑”中选择“交互式数据库编辑”。SAP2000中对模型的定义都可以在交互式数据库中查到,选择在截面设计器属性对截面的定义选项,如下图所示:

打开后,之前在截面设计器上随便定义的多边形截面信息都可以在这里查到,例如点的坐标,材料信息(C40),显示颜色(Blue)。因此,我们在这里修改相应的信息,对应到截面设计器也会对截面作相应的定义修改。在以此为例演示修改的过程,点击右侧的“到Execl”,在打开的Excel中修改定义为一正方形截面,再点击“从Excel”,并点击“应用到模型”,如果没有显示错误,点击“完成”后就可以在截面设计器中看到修改定义后的截面。

以上是一个导入数据设计截面的例子,类似的,开洞截面中的混凝土部分导入建模过程如下图所示:

2.2.2 钢筋建模(HRB400)

由上述导入数据建模得到,我们可以先在截面设计器中对想建的模块进行随意建模,然后在交互式编辑数据库中作相应的参数修改,即得截面对应模块的建模。因此对于钢筋建模,与混凝土类似,在右侧工具栏“Draw Reforcing Shape”选择“Single Bar”,在截面上建立钢筋点模型,接着在交互式编辑数据库编辑钢筋参数,增加钢筋点坐标、修改钢筋直径等等,最后得到钢筋在截面中的分布。

对于此开洞截面,钢筋有上千个,一一输入钢筋数据则效率低下,因此这里先在cad中导出钢筋数据Excel。Cad中,把图形中心移动到(0,0)。在“工具”中选择“数据提取”,打开后如下:

在“当前图形中选择对象”中框选全部钢筋。

选择后显示信息如下,圆指画钢筋的形状,表示框选正确。

接着在“选择特性”选择所需要的特性,即“几何图形”。

最后保存数据,并根据交互式编辑器格式修改参数,如下图所示:

导入到SAP2000,得到数据如下:

最后显示建模效果如下:

3 用SAP2000进行截面分析

在截面设计器中,在“显示”中“显示弯矩-曲率分析”,可以得到截面的弯矩截面分析结果。

在截面设计器中,在“显示”中“显示相关面”,可以得到截面的PMM分析结果。


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  • 资料整理人

符东龙  (华南理工大学 土木与交通学院

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采用Abaqus的Standard求解器做个弹性框架结构的地震时程分析小例子,框架模型取用前面博文《Modal analysis of a frame using Abaqus (Abaqus框架模态分析)》模态分析中的框架结构,如下图所示。

时程分析暂不讨论阻尼的作用,不考虑框架荷载和重力,输入单向地震波如下图所示,其中地震波按基底加速度进行输入。

提取Abaqus的顶点的位移时程结果,并与ETABS和SAP2000的分析结果进行对比。

与SAP2000对比结果:

与ETABS对比结果:

由以上的对比结果可见:ABAQUS和SAP2000的分析结果几乎没差异,ABAQUS和ETABS的分析结果在前20S吻合较好,后20s有些许差异。造成这个现象的主要原因是,ABAQUS和SAP2000分析时均采用的是基于Hilber-Hughes-Taylor(HHT)的直接积分方法, 而ETABS采用的模态时程分析方法。 :-)  :-)  :-)


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Abaqus的Standard模块中,重力通过指定材料的密度、定义静力加载步并施加重力加速度的方式来施加。

In Abaqus/Standard, gravity load are specified by three steps: define the density property of material, define static loading step and apply gravitational acceleration load to the whole model.

  • 例子 ( Example)

一个桁架的重力分析(A gravity load analysis of a truss)。

Truss

(1)定义材料的密度 (define the density property of material)

Material

(2)定义静力荷载步 并 施加重力加速度 (define static loading step and apply gravitational acceleration load)

GravityAcc

(3)结果(Analysis Results

Results

AbaqusDisplacement

1点的竖向位移为 -0.0599903 mm. ( The vertical displacement of node 1 is -0.0599903 mm.)

(4)SAP2000分析结果(SAP2000 Analysis Results

SAP2000Truss

SAP2000Results

SAP2000模型,1点的竖向位移为 -0.05997 mm,接近Abaqus的分析结。

( In SAP2000, the analyzed vertical displacement of node 1 is -0.05997 mm , which is closed to the analysis result provided by Abaqus.)

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ANSYS 影响线分析。(Influence line analysis using ANSYS)

  • 算例(Example

Influenceline_Blog

  • ANSYS有限元模拟(FEM Analysis with ANSYS

命令流:

FINISH
/CLEAR
/TITLE,Influence Line Analysis
/PREP7

!Element type
ET,1,BEAM3

!Material
MP,EX,1,25000
MP,PRXY,1,0.2

!Real for beam 200X500
!R,NO,AREA,IZZ,TKZ,SHEARZ
R,1,100000,2.083E+09,500,0

!Node
NMAX=41
DX=300

*DO,I,1,NMAX
N,I,(I-1)*DX,0,0
*ENDDO

!Beam element
REAL,1

*DO,I,1,(NMAX-1)
EN,I,I,I+1
*ENDDO

!Displacement boundary conditions
D,1,UY,0
D,1,UZ,0
D,1,ROTX,0
D,1,ROTY,0

D,11,UX,0
D,11,UY,0
D,11,UZ,0
D,11,ROTX,0
D,11,ROTY,0

D,31,UY,0
D,31,UZ,0
D,31,ROTX,0
D,31,ROTY,0

D,41,UY,0
D,41,UZ,0
D,41,ROTX,0
D,41,ROTY,0

FINISH

/SOLU
ALLSEL,ALL
ANTYPE,STATIC
*Do,I,1,NMAX
TIME,I
!delete force load on nodes
FDELE,ALL,ALL
F,I,FY,-1
SOLVE
*ENDDO

FINISH
/POST26
!node displacement
NSOL,2,20,U,Y
PLVAR,2
!element moment
ESOL,3,20,21,M,Z
PLVAR,3
!element shear force
ESOL,4,20,21,F,Y
PLVAR,4

输入以上命令流,运行分析,即可获得分析结果。

  • 查看分析结果(Check Results

Influence line of displacement:

ANSYS_displacement

Influence line of moment:

ANSYS_moment

Influence line of shear force:

ANSYS_shearforce

  • 与SAP2000分析结果对比(Comparison with SAP2000 results 

Influence line of displacement:

sap2000_displacement

Influence line of moment:

sap2000_moment

Influence line of shear force:

sap2000_shearforce

 

  • 注释 ( Comments )

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ANSYS 框架结构模态分析练习。(This is a small example to outline the steps required to do a simple modal analysis of a frame structure using ANSYS.)

  • 算例(Example

ProblemDescription_Blog

  • ANSYS有限元模拟(FEM Analysis with ANSYS

这个问题可以很简单的通过命令流的方式进行建模,如下给出具体的命令流:

FINISH
/CLEAR
/TITLE,Modal analysis of a frame
/PREP7

!Element type
ET,1,BEAM4

!Material
MP,EX,1,32500
MP,PRXY,1,0.2
MP,DENS,1,2.403E-09

!Real for beam 200X500
!R,NO,AREA,IZZ,IYY,TKZ,TKY,THETA
R,1,100000,3.333E+08,2.083E+09,500,200,
!ISTRAIN,IXX,SHEARZ,SHEARY
RMORE,0,9.981E+08,0,0

!Real for Column 600X600
!R,NO,AREA,IZZ,IYY,TKZ,TKY,THETA
R,2,360000,1.080E+10,1.080E+10,600,600,
!ISTRAIN,IXX,SHEARZ,SHEARY
RMORE,0,1.825E+10,0,0

!Nodes
N,1,-3000,-3000,0
N,2,-3000,-3000,3000
N,3,-3000,-3000,6000
N,4,-3000,-3000,9000
N,5,-3000,3000,0
N,6,-3000,3000,3000
N,7,-3000,3000,6000
N,8,-3000,3000,9000
N,9,3000,-3000,0
N,10,3000,-3000,3000
N,11,3000,-3000,6000
N,12,3000,-3000,9000
N,13,3000,3000,0
N,14,3000,3000,3000
N,15,3000,3000,6000
N,16,3000,3000,9000

!Direction Nodes
N,41,-3000,-3000,12000
N,161,3000,3000,12000
N,91,6000,-3000,0
N,131,6000,3000,0

!Column elements
REAL,2
EN,1,1,2,91
EN,2,2,3,91
EN,3,3,4,91
EN,4,5,6,131
EN,5,6,7,131
EN,6,7,8,131
EN,7,9,10,91
EN,8,10,11,91
EN,9,11,12,91
EN,10,13,14,131
EN,11,14,15,131
EN,12,15,16,131

!Beam elements
REAL,1
EN,13,2,10,41
EN,14,3,11,41
EN,15,4,12,41
EN,16,6,14,161
EN,17,7,15,161
EN,18,8,16,161
EN,19,2,6,41
EN,20,3,7,41
EN,21,4,8,41
EN,22,10,14,161
EN,23,11,15,161
EN,24,12,16,161

!Displacement boundary conditions
D,1,UX,0
D,1,UY,0
D,1,UZ,0
D,1,ROTX,0
D,1,ROTY,0
D,1,ROTZ,0

D,5,UX,0
D,5,UY,0
D,5,UZ,0
D,5,ROTX,0
D,5,ROTY,0
D,5,ROTZ,0

D,9,UX,0
D,9,UY,0
D,9,UZ,0
D,9,ROTX,0
D,9,ROTY,0
D,9,ROTZ,0

D,13,UX,0
D,13,UY,0
D,13,UZ,0
D,13,ROTX,0
D,13,ROTY,0
D,13,ROTZ,0

FINISH

!Analysis options
/SOLU
ANTYPE,2
MODOPT,LANB,12,,,,1
MXPAND,12,,,YES
LUMPM,ON

!Solve
SOLVE
FINISH

!Post process
/POST1
SET,LIST
SET,1,1
PLDISP,1

输入以上命令流,运行分析,即可获得分析结果。

  • 查看分析结果(Check Results

MODE1

MODE2

MODE3 ModeList

  • 与SAP2000分析结果对比(Comparison with SAP2000 results 

SAP2000中建立欧拉梁单元模型,参见博文 :《Modal analysis of a frame using Abaqus (Abaqus框架模态分析)

SAP2000分析结果:

SAP2000Freq

从以上对比可见,SAP2000的分析结果与ANSYS的分析结果一致。

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Abaqus框架结构模态分析练习。(This is a small example to outline the steps required to do a simple modal analysis of a frame structure using Abaqus.)

  • 算例(Example

ProblemDescription_Blog

  • Abaqus有限元模拟(FEM Analysis with Abaqus

利用Abaqus进行分析,具体步骤如下:

(1)设置工作路径并创建数据库(Set Work Directory and Create Model Database

(2)创建部件(Create Part

本例通过分别创建 梁的部件  和 柱的部件,然后在Assembly中通过编辑操作组合的方式,建立整个空间三维框架部件。

Beam Part
Beam_Part

Column Part

Column_Part

Frame Part ( Combine beam part and column part to generate the 3D Frame part in the Assembly Module)

Frame_Part

具体也可以创建部件的时候通过基准面的操作直接建立空间三维的部件。

(3)创建材料 (Create Material

新建材料,指定密度和弹性属性。Create material and fill out the Property of Density and Elastic.

Material

(4)创建截面并赋予截面 (Create Section and Assign Section in Property Module

创建截面轮廓 (Create section profile for beam and column section)

SectionProfileDefinition

创建截面(Create section with profile and material)

BeamSecion

ColumnSecion

指定梁的方向 (Assign Beam Rotation),赋予截面(Assign section to element)

Frame

(5)创建组件 (Create Assembly 

(6)创建模态分析步(Create Step for Modal Analysis 

分析步类型为线性摄动 (Linear perturbation),子类为频率分析(Frequency)

ModalAnalysisStep

(6)定义荷载和边界条件(Define load and boundary condition

支座固定约束。

Support

(7)布置种子和划分网格(Seed Part and Mesh

每个构件一个单元。(Seed part by number)

SeedPart

本例选用欧拉梁单元B33。

ElementType_B33

划分单元(Mesh)

ElementandNodeAfterMesh

(8)创建任务并提交分析(Create Job and submit to run analysis

(9)查看结果(Check Results

  • 查看分析结果(Check Results

Mode1

Mode2

Mode3

FreqResult

  • 与SAP2000结果对比(Comparison with SAP2000 results 

SAP2000中建立欧拉梁单元模型:

SAP2000MODEL

SAP2000 Results

SAP2000Freq

从以上对比可见,SAP2000的分析结果与ABAQUS的分析结果存在严重差异,尤其是高阶模态。

造成这种现象的原因是SAP2000使用节点集中质量(Nodal Mass),且仅仅考虑平动质量(Translational Mass),而ABAQUS中的B33梁单元使用的是一致质量(Consistent mass )。

  • 调整模型(Modify Model

将材料的密度设置为0,并通过Abaqus中的节点质量单元输入三个平动质量,并进行分析。

ZeroDensity

ModewithNodeMass

  • 调整后与SAP2000结果对比(Comparison with SAP2000 results after modification

调整后的Abaqus分析结果 (Abaqus results after modification):

FreqafterModification

调整后,两个软件分析结果完全一致。

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