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1、技术总结SAP软件的基本计算田国强地铁车站及区间施工时,须先开挖出相应的空间,然后在其中修筑衬砌。施工方法的选择,应以地质、地形、 埋深及周围环境条件为主要依据。不同地区主要影响因素不同,比如北京主要受周围环境影响,很多重要建筑、街 道等是不允许征用的,必须采用暗挖法施工;然而在天津,地质条件不好,水位过高则导致暗挖不好施工,车站都 采用明挖法施工。车站暗挖施工时,主要有两种方法:PBA法和CRD法;区间施工时笼统的分为:盾构法和矿山法。其中矿山 法又分为:台阶法、CD工法(跨度大)、CRD工法、双侧壁导坑法、联拱隧道中洞法等,区间采用矿山法施工时最 常用的是台阶法或CRD工法。在主体结构的设
2、计中,最主要的一部分就是配筋,配筋的大小如何计算、控制,这就用到我们在地铁的结构设 计中可以说最常用的软件一一SAP2000O在上述工法的计算中,PBA工法模型可以包括明挖法及CRD法的部分特 点,比如弧形结构的加载,普通框架结构刚域的添加或弯矩的折减等特点,故下面以PBA法为例,对sap2000的使 用进行了简单的总结。1.建立模型简单的模型可以直接在sap中进行建模,比如连续梁;复杂的平面模型则要在CAD中进行建模,保存为dxf文件,然后导入。采用CAD建模然后导入sap主要有以下几步:第一步,选择计算结构断面,将结 构图上尺寸标注、说明等多余内容删掉,只留主要框架的结构线,并确保 结构线
3、在同一图层(不能在0图层)。利用结构线画出各构件的中线,将除中线外的线条全部删除,并对各中线进 行剪切,确保无多余线头,形成框架结构。若有圆弧,必须将圆弧分段用直线表示出来,因为sap不认圆弧。将所 得框架结构缩小1000倍(sap中单位1代表1米)。将框架结构的最低中心点移至(0,0)点,确保各条线的y坐标不小于0。将CAD文件保存成.dxf格式文件。第二步:打开sap2000软件,点“文件”菜单下的“新模型”,如图所示,弹出“新模型对话框”,单位选择“KN,m,C”,模版选择“空”。然后点“文件”一“导入”一“AutoCad .dxf文件”,选择刚才建立的模型。然后根据弹出的对话框提示选择
4、全局方向为“Y”,图层选择刚才建模时框架结构所在图层框架通过几个按钮调整坐标平面,使框架平铺在窗口上。最初结构图及导入sap后图形如下:最原始结构图导入sap后图2定义构件属性第一步:定义材料属性定曳更)桥梁篷圈选:选择菜单栏中“定义”一“材料”即施材盹 二七弹出“定义材料”对话框,可以点击“快速添加 材料”,这样之间可以选择“C20、C30、C40”三种不同型号的混凝土,若混凝土不是这三种型号,比如C45,则需 要点击“添加新材料”,通过“材料属性数据”对话框自行输入材料属性数据,自己定义材料的属性。第二步:定义框架截面属性选择菜单栏中“定义”一“截面属性”一“框架截面”,如下图所示:弹出“
5、框架属性”对话框。点击“添加新属性”,在“添加框架截面属性”对话框里“框架截面属性类型”一栏选择混凝土,如图。再点击添加混凝土截面下的矩形截面,在弹出的“Rectangular Section”对话框中填好截面名称(以便后续制定框架截面),选择材料(此前定义的材料属性),输入对应构件的尺寸,宽度一般取1延米,高度则为各构件的厚度、宽度。求出柱子的等效宽度,注意:由于柱跟侧墙、顶板、中板、底板不同,是不连续的,故需将柱转化为等效的连续墙,利用等刚度代换, 填入尺寸中高度一栏。第三步:指定框架截面选中某一条结构线,比如中板,点菜单栏中“指定”一“框架”一“框架截面”指定(A)分析(N)显示(I)设
6、计您)选项 工具(X)帮助(H)|椎架(I).椎架截面1务),弹出“框架属性”对话框,如下图所示,选择“ZB”(假设前面定义框架属性时中板计为ZB),点“确定”即完成了中板的定义,依次定义好其余构件的截面属性。选项(Q) J,在里面“常规”选项下勾上定义完成后,可以点“设置显示选项”按钮,即右图中打勾的绿色按钮常规,然后通过调整窗口的视角,可以看到如右图所示的拉伸以后的框架r对象收缩p拉伸显示“拉伸显示”L由翁+古在,可以看截面宽度和高度定义的是否正确,若不正确及时进行调整。3.定义荷载工况和荷载组合第一步:点击菜单栏中“定义”一“荷载模式”,在“荷载名称”下输入荷载名称,类型里面,土压、水压
7、、人防等均为恒载即选“DEAD”,超载则属于活载需选“LIVE”,自重系数填0,填好一类荷载后点击右面的“添加新的荷载模式”,依次将本结构模型中存在的荷载全部添加完毕,如下图。定义荷载模式Ichaozai|liveI3DEADDEAD1tLlDEAD0cetuDEAD0shuiDEAD0renfangDEAD01 chaozaiLIVE0荷载模式荷载模式名称类型自重 乘数自动侧向 荷载模式确定第二步:点击菜单栏中“定义”一“荷载组合”在“定义荷载组合”对话框中点击“添加新组合”弹出“荷 载组合数据”对话框,输入荷载组合的名称,一般为三类“基本组合、标准组合、偶然组合”根据荷载组合表, 不同的荷
8、载组合下不同荷载对应的比例系数不同,比如基本组合下,土压、水压、自重比例系数为1.35,超载为 1.4;标准组合下所有荷载比例系数均为1。注意:基本组合下,比例系数一般都乘以结构重要性系数1.1,故实际 输入值应分别为1.485和1.54。以下分别为三种组合下应输入的不同荷载的比例系数图。4.加载荷载的施加时主要有三类:均布荷载、梯形荷载、拱部的“弧形荷载”。第一:均布荷载的施加选中需要加载的构件,点菜单栏中“指定”一“框架荷载”一“分布”弹出“框架分布荷载”对话框,选好 “荷载模式名称”“坐标系”“方向”,填好“均布荷载”下的荷载值点确定即可。第二:梯形荷载的施加同上,弹出“框架分布荷载”对
9、话框,“均布荷 在“梯形荷载”处,“距离”一栏依次输入“0,1”, 在“距离”一栏依次输入“0,xx,1”其中“xx”为 梯形荷载变值处距构件端头处的比值。在对应距离下 定”即可。载”处的荷载值填0, 如梯形荷载分两段,则 01之间的小数,代表 输入荷载值,点击“确第三:拱部弧形荷载的施加弧形荷载的施加需要借助sap的交互式数据库功能,与excel表格交互使用。首先,也是选中需要加载的构件(比如拱部),随意施加一个均布荷载。然后继续选中需要加载的构件,按 “Ctrl+C”复制选中构件的节点信息,打开已有的“sap2000分段梯形荷载”表格,在相应位置“Ctrl+V”,这样,需加载的构件的节点信
10、息就复制到excel表格中来了。其次,利用已编制的“sap2000分段梯形荷载”表格,选中最高点的Z值,即最大Z值,填到拱顶坐标一栏, 依次输入拱顶荷载、浮重度(水容重)、方向、侧向系数等,注意方向1为正,-1为负。利用excel表格的功能, 选中第一栏,向下拉,使所有行均用已编公式进行计算。选中前面TYPE类为LINE的黄色部分,即各条线段的长度、 A点荷载、B点荷载,复制(Ctrl+C)。选中“框架指定”。然后点击式”按钮,选择定。弹出“交互 框,点击“到 表,在最后三列 将刖面在最后,回到sap中,点“编辑”一“交互式数据库编辑”弹出“选择表进行交互式编辑”对话框,如图所示。点”下的“框
11、架荷载指右上角“选择荷载模要加载的荷载,点确式数据库编辑”对话Excel”,弹出 excel第一行处右击粘贴,即“sap2000分段梯形 荷载”表格中得到的值到这个表格。接着点击“从Excel”一 “应用到模型”,荷载则被施加到构件上。如果发现所 加荷载与实际的方向相反,则需再次打开交互式数据库模式,在荷载前加负号即可。5. 框架划分如果模型施加约束时需要加点弹簧,则必须在施加弹簧前对框架进行划分。若施加线弹簧则不需要加约束前划分,但由于计算之前,必须对框架划分,否则计算的结果不过准确、理想。因此,为了不至于遗忘、混淆,在施加 约束前对框架进行剖分。分割选择框架辑”一“编辑线”对话框中,选中断
12、。若需要施加其长度和需要分话框,选第一个先打断是为了保符合实际。定”一“框架”第一:选中所有框架,点菜单栏中“编 一“分割框架”,在弹出的“分割选择框架” 如右图下面的选项,让框架各线在相交处打 点弹簧,则选中一条已被打断的断线,根据 为几份(一般1米一份),再选择到右图的对 选项,可以根据需要将框架分为想要的份数。 证在交点有弹簧,不然计算结果不对称,不第二,选中所有框架,点菜单栏中“指 一“自动框架划分”,按右图所示,点中需要的,其中最大段长度一般填1即可,若结构比较小,可以适当调小, 视具体情况而定。完成后点“确定”即可完成框架的剖分。6. 施加约束梁这种简单的构件,点弹簧和线弹簧。Sa
13、p中施加的“约束”一般指弹簧,在特殊情况,比如连续 约束即我们通常讲的约束(固接,跤接等)。弹簧的施加有两种,首先,施加点弹簧时需选中所要施加的点,然后点菜单栏中“指定”一“节点”一“点弹簧”选择坐标系, 填入水平或垂直机床系数,点击确定。由于点弹簧施加的坐标系一般为GLOBAL,所以方向不同,水平和竖直的构件 上的点需要分开,多次施加。同一点若第二次施加点弹簧时,需要点“节点弹簧”对话框下面的“添加到现有弹簧”, 然后确定,否则会被替代。然后点菜单栏中“指 对象指定弹簧”对话 在弹簧支座一栏,必 以用整体坐标系,根 系比较简单。其次,施加线弹簧时选中所要施加的线, 定”一“框架”一“线弹簧”
14、,在“沿框架 框中,如右图所示填入弹簧的机床系数,注意: 须选择只受压。方向可以用局部坐标系,也可 据个人习惯和具体情况来定。一般用局部坐标7. 添加刚域量却为零的区域。选择 一“端部(长度)偏 系数内输入1,在I,J 位是墙与板,板与梁等 域时一定要考虑。例如 这部分弯矩其实是由 对于纵梁的计算将单刚域是指有刚度而无质量的区域,即刚度无限大质 好需加刚域的构件,点击菜单栏中“指定”一“框架” 移”,便会弹出“框架端部长度偏移”对话框,在刚域 端输入对应的长度。对于框架结构,需要添加刚域的部 的角部。虽然平面模型中未能建立梁的模型,但添加刚 顶板和顶纵梁的相交部位,就可看做一个刚域,理由是 梁
15、来抵抗的,而我们所建立的模型是为了计算顶板弯矩, 独建模。8.运行分析点菜单栏中“分析”一“设置分析选项”,框中,点“平面框架”,点“确定”。然后点“分或者点解锁后面的快捷键按钮一-在“分析选项”对话析”一“运行分析”,或者直接按F5,设置需要运行的工况,点开始运行,然后选择sap文件保存的位置下方的“显示力/计算的结果计算受力图”对话框,另外,加刚域是为了后续的配筋好配,一般在各角部的弯矩过大,配筋比较难配过去时才加刚域,或者直接按 构架的厚度的影响对弯矩值进行折减,这样都能起到减小弯矩的作用。若不加刚域角部的弯矩就不大,配筋很容易 过,则为了安全不需加刚域。运行完成后,点击“帮助”右9.结
16、果的输出即可。应力”后的小箭头,再点“框架/锁/钢束”,弹出“框架构件 选择需要查看的组合的弯矩或者轴力,点确定即可查看。自此,sap计算的部分就完成了,但后面还需要根据sap 配筋,出计算书等。以上就是结构计算中常用软件sap2000的大致计算过程、步骤,下面重点强调一下我认为在sap计算中必须要 注意及容易出错的问题。9.1 CAD建模时,必须保证所有结构线在同一图层(非0图层),或者干脆只有一个非0图层,必须是非0层。9.2 CAD建模时,必须把圆弧用直线段表示出来,sap不认圆弧。9.3 CAD建模时,必须把框架最低点移至(0,0)点,同时如果可能应保证结构关于Y轴对称。9.4 sap中新建一个模型时,必须记得将单位更改为“KN,m,C”,否则后续工作全部白做。9.5定义框架属性时,一定不能将高度和宽度弄反,这个可以在指定完框架截面后,通过拉伸框架截面,旋转 角度看一下,确保截面的高宽正确。9.6施加荷载时,若同一构件需要两次施加同一个荷载(比如拱部的垂直土压和侧向土压),第二次施加时, 必须注意选择“添加到现有荷载”,默认的是“替换现有荷载”。以上就是sap软件计算一般结构时的步骤及注意事项,由于时间仓促加上水平有限,有些不妥和错误之处,希 望大家能批评指正。