SAP2000的特殊功能—截面切割与节点区

1、Buildi ng Structure专业软件讲座SAP2000的特殊功能一一截面切割与节点区李立张洪伟（北京金土木软件技术有限公司 100044）We lear n we go17We lear n we go#图1线单元模型跨中弯矩图3绘制截面切割结果显示框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，截面切割有三种使用方式：1）直接绘制；2）定义组 输出；3）定义四边形切割面。下面以一个算例来说明三种 方式的具体应用。如图1, 工字形截面的简支梁，线单元模型计算分析后 得到自重作用下的跨中弯矩为9.42kN.m。以面单元建立一个完全相同的模型，试通过截面切割的方

2、法求解跨中弯矩。方法1 :直接绘制显示应力云图，将3D视图（图2 上）调整为立面效果， 此时仍具备3D的投影关系（图2下），在此视图中，沿梁 的跨中位置绘制截面切割线，在弹岀的对话框中即可得到合 力结果。如图3，通过方法1计算得到的跨中弯矩为 9.69 kN.m 。3）当“角度”值为零时，合力1、2、Z轴代表整体坐标系的X、Y、Z。左、右侧分别代表截面切割线的两侧，左 右的区分与切割线的方向和“角度”相关。一般地，可以通 过合力值的正负号来判断左、右两侧会更加方便。本例中，首先进行了视图调整，这是由于“直接绘制” 法更适用于平面/立面显示的视图，或具有平面效果的3D视 图，这样才能准确地描述切

3、割的范围和对象。在一个任意方向显示的3D视图中绘制截面切割，通常是没有明确意义的。 此外，截面切割线不宜通过单元节点，这样会给合力统计带来问题。所以在绘制截面切割时要避开节点位置。方法2 :定义组输岀。选择位于跨中的面对象以及相应临近跨中一侧的节点（图4），将其定义为一组。再使用定义截面切割命令，选 择截面切割的定义来自于组（图5）。通过“显示表格”命令中“结构输出”一项中“ Section Cut Forces”表格即可查 看合力。如图6,通过方法2得到的跨中弯矩值为 9.70 kN.m。We lear n we go#图4选择面对象及节点定义到组璋面切割的I走义iSiB*成趙-凹趣切割面图

4、5定义截面切割来自于组在显示合力结果的对话框 （图3）中，需注意以下几点：1）截面切割线的起始点、结束点用于确定求和范围。其坐标值一般需要重新输入，以确保准确的切割位置。这里 需要输入点的X、Y坐标，对应屏幕上水平和竖直两个方向， 注意不要和模型整体坐标系的 X、Y方向混淆。2）合力点位置在默认情况下取起始、结束两点坐标的平均值，根据实际情况可人为修改。“角度”值为截面切割合力的1轴与整体坐标系 X轴的夹角，正值代表从上向下 看逆时针方向的夹角。因而“角度”就确立了合力1、2轴的方向。We lear n we go#专业软件讲座We lear n we go19We lear n we go#

5、£ikIhbi£u4 lluipidCra CmhTmmi11Ml-KN nscuri医师3 WEBS1帀花w257J 1图6组的合力结果输出该方法的关键是组的合理定义。 组中不仅包括求和的对 象，还应有对象在求和位置上的节点。例如本例中，选择跨 中附近的面对象及其靠近跨中一侧的节点（图4），SAP2000将在所选节点的位置进行求和。方法3:定义四边形切割面。在图5中可以看到，定义截面切割的另一种方式一一来 自四边形切割面。本例中，定义一个空间中位于跨中附近、 平行于Y、Z轴的切割面（如图7中四边形节点坐标值所示）。 同样通过“显示表格”命令可查看切割面切到的所有单元的 合

6、力。如图8,通过方法3得到的跨中弯矩值为 9.70 kNm当边电1P<wnt丫Z12船CL5俎T22.33-0.1心32990.1a?42S90.50.7图7定义切割面朋止1一盘L 命KUTZDEAD则吋氓 叱 1 斟3.W53EH31 嘶口己:应 Td 哼晦1 SSiE lCi图8切割面的合力输出注意，在定义切割面时，X坐标输入值为2.99m，而不 是跨中的X坐标3m。这是由于X= 3m处存在单元节点，而 切割面的空间位置不宜通过单元节点，故取相邻位置。方法2, 3都是通过命令“定义截面切割”来实现合力 计算，合力点的位置和合力方向在对话框中确定。 默认情况 下，合力点的位置是所有对象

7、点坐标的平均值， 合力方向（分 析内力）1、2、3轴与整体坐标的 X、Y、Z相对应。综上，绘制截面切割（方法 1）简单易行，但要注意选 择合适的显示视图；定义截面切割（方法2、3）使得求和对象明确，使用更灵活。当统计某个构件局部的内力或若干 构件共同承担的合力时，截面切割都是一个便捷的工具。2 节点区节点区在SAP2000中主要是用来模拟钢结构节点的非 刚性连接属性。在结构分析中，对于整体浇筑的混凝土结构， 假定节点区为刚性是符合实际的，但是对于钢结构，其节点 连接刚性普遍不如混凝土的刚性大，并且采用不同的连接形 式的节点，刚性差异也比较大，故钢结构的节点假定为刚体 是不符合实际的，为了真实地

8、模拟岀钢结构节点连接的这种 非刚性连接属性，需要对该节点进行节点区的指定。通过节 点区的指定可以定义相交杆件在节点位置刚性的主次关系 和刚度大小，输岀的结果也是按照两个节点分别输岀， 虽然 这两个节点在几何位置上是一个点， 但作为主、次杆件的两 个端点将分别得到内力和位移。图9定义节点区对话框（1）连接性的定义节点区的连接性定义节点区连接构件的属性，连接性区域中有两个选项：梁到其它对象、支撑到其它对象，即梁和 其它对象、支撑和其它对象的连接节点区。对于节点连接， SAP2000将产生两个分离的节点来模拟节点区，所有梁构件 与这两个节点中的一个相连， 而所有的柱构件与另一个节点 相连。这两个节点

9、通过与具有节点区指定属性的一个零长度 弹簧相连，该弹簧的属性可通过连接属性来定义。图10连接性示意图（2）连接属性的定义a. 来自柱的弹性属性。选择该项，相当于是把柱子的 主轴和次轴弯曲刚度赋值给节点区的零长度弹簧。b. 来自柱和叠合板的弹性属性。选择该项时，需要指 定一个叠合板的厚度，相当于是把柱的腹板厚度改为最初的 腹板厚度加上一个叠合板的厚 度，并计算这个修改后的截面 属性。程序会根据这个修改后 的主轴和次轴的弯曲刚度赋值 给节点区的零长度弹簧。c. 来自指定的弹簧属性。选择该项时，需要给节点区 的零长度弹簧赋 予主轴和次轴的弯曲刚 度，单 位为：kN.m/rad或者N.m/rad等，依

10、据主单位而定。该值的计算可 依据弯矩与曲率之间的关系：（下转11页）We lear n we go#图11节点位移输出专业软件讲座Buildi ng Structure? = M，并由此得到弯曲刚度为：El = M。El?d. 来自指定的连接属性。该选项主要是为节点区指定 一个连接单元属性，代替程序默认的零长度弹簧。首先要定 义一个连接单元才能激活该选项。注意对于前三项定义的节点区连接属性是针对梁、柱节点而言的，第四项不仅可以定义梁、柱节点的连接属性，还 可以定义支撑到其它对象的节点区的连接属性。(3) 节点区的输岀约定SAP2000可以输出节点区的位移、变形和内力分析结 果，SAP2000中对输出结果有确定的输出约定。a位移输岀约定。给节点指定节点区后，程序在节点区会产生两个节点(如前述的1、2节点)，这两个节点之间可以产生差异平移。因而 SAP2000中可以输出模型中节点 区两个节点全部6个自由度方向的位移。We lear n we go#We lear n we go#b.内部变形输岀约定。给节点指定节点区后，节点区内部分离岀来的两个节点之间会产生差动平移和旋转，使节点区产生内部变形。SAP2000可以输出节点区的内部变形。图12节点区变形输出We lear n we go#c节点区内力约定。节点区内力输出的意义在于：显示有多少不平衡的