[Dino公开课]桁架构件的基本设计

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[小 记]这是Dino结构笔记的第4个公开课 OpenCourse，(普通话)。 录制时间大约控制在40分钟以内，尽量做到一月一更新(我只能说尽量)，有时侯会采用板书，有时会采用电脑软件截屏，主要讲述以下的内容：有限元，弹塑 性，动力学，结构力学，工程问题，编程，抗震抗风等。主要就是这些内容。

第4部课，主要讲桁架构件的设计及采用ETABS对截面的优化设计

（1）桁架的基本概念
（2）ETABS对桁架的建模
（3）ETABS导入截面
（4）ETABS的优化设计，
（5）OPENSEES桁架程序的开发

这就是最简单的钢结构分析的过程

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ETABS模型资料下载地址：点击下载此文件: ETABS.RAR

大家对我以后讲课的内容有要求的话，请发邮件到我邮箱：dinochen1983@qq.com

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最近埋头于研究宏观单元与有限元程序的编程，长时间没有写博客，对不住各位网友啦！在研究生几年写了几个自已比较满意的前后处理程序，解决的很多工程问题，但是学术价值不高，只是学习的有限元软件的应用。后来，我明白的一个道理，学习有限元最好的方法之一就是编程把它实现，而且，在长期的学习OPENSEES与PERFORM-3D的过程中发现，看到国内外这个方面的差异。“国人应当自强！”，OPENSEES发展迅速，这也让人担忧，因为国内外这个差距会越来越大。于是我想我的博士论文的一个内容就是开发一个属于自已的有限元平台MESAP（Macro Element Structure Analysis Program），译意为：基于宏观单元的结构分析程序，“ME”又表达了是“自已”的东西，双重含义。
软件基于类来编写。可不断扩展单元库与材料本构库，配有图形化的前后处理，图形界面如图所示。算例结果如图所示。


现在的单元库已经有三种梁柱单元基于柔度法纤维单元，基于刚度法法纤维单元及基于柔度法的塑性铰单元。MESAP还具有两种剪力墙单元模型：三弹簧模型（TVLEM）与多竖向弹簧模型（MVLEM），MESAP的材料库具有多种材料模型，包括Kent-Park混凝土本构模型、Pinto钢筋本构模型，其滞回曲线与OpenSEES的对比如图所示，还有一些简单的塑性铰本构如修正Clough模型等。

近期对剪力墙与梁柱等宏单元进行充分的研究与对比，将写成系统的宏观单元研究论文发表至抗震相关的期刊，希望能发表成功。国内研究宏观单元现阶段大部分还是基于DRAIN，OPENSEES，CANNY，PERFORM-3D的等软件，自主研发的软件比较少，希望我在基于MESAP平台可以开发出更好更新的宏观单元，说实话，在OPENSEES里面开发单元实在太难了，在MESAP，自已的地盘很多约定简单，所以开发单元容易呀，呵呵。不过OPENSEES实在是太好的，还是有很多地方值得学习！
开发MESAP还需要发挥我开发前后处理的功夫，把界面与功能做完善，是目前我比OPENSEES先进的其中一点，呵呵（自吹自擂了），举个例子，在OPENSEES进行低周往复，位移控制流非常难写，我在MESAP就把位移控制加载所有重要因素写在一个界面里，只要这个界面输入完整，就可以完成一系列的位移加载，改动的话也很容易，这是我自已最喜欢的设计之一，界面如图所示。

继续努力，开发MESAP，这是第一阶段，未来的路还很长！！
期待MESAP的论文发表！！

点击下载文件：[论文]基于人群行走仿真的楼板振动分析方法及反应谱公式推导

【英文篇名】	Research on Analysis Method for Floor Vibration and Formula Derivation of Response Spectra Based on Simulation of Crowd Walking
【中文篇名】	基于人群行走仿真的楼板振动分析方法及反应谱公式推导
【作者】	韩小雷; 陈学伟; 毛贵牛; 郑宜; 季静;
【英文作者】	HAN Xiao-lei~（1; 2）; CHEN Xue-wei~1; MAO Gui-niu~1; ZHENG Yi~1; JI Jing~（1; 2）（1.Tall Building Structure Research Institute; South China University of Technology; Guangzhou 510640; China; 2.Key Laboratory of Subtropics Architecture of Ministry of Education; China）;
【作者单位】	华南理工大学高层建筑结构研究所; 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室;
【文献出处】	建筑科学 , Building Science, 编辑部邮箱 2009年 05期   期刊荣誉：中文核心期刊要目总览  ASPT来源刊  CJFD收录刊
【中文关键词】	楼板振动; 时程分析; 人行荷载仿真; 加速度反应谱;
【英文关键词】	floor vibrations; time-history analysis; crowd walking stimulation; acceleration response spectra;
【摘要】	楼板在人群行走振动下的加速度成为评价楼板结构适用性的重要指标。欧美规程对楼板振动问题采用单自由度的稳态响应分析方法,该方法过于简化,理论公式适用性不强。本文编制了可与有限元分析软件接口的人行荷载时程生成程序FVAP。基于多自由度楼板模型,实现人群行走致使楼板振动的时程分析方法,对特定边界条件、跨度及阻尼的楼板体系进行时程分析,并将计算结果与楼板人行荷载试验进行对比,表明该时程分析方法能较精确反映楼板人致振动的特性。本文还应用此方法对不同跨度、厚度及不同阻尼比的楼板结构进行算例分析,回归得出基于多自由度模型的楼板振动加速度反应谱计算公式。该公式适用于房屋建筑的楼板舒适度的评估,为实际工程中大跨度楼板的舒适度评估提出了具有工程意义的计算方法。
【英文摘要】	Occupant comfort,when large-span floor systems are subjected to crowd-induced vibrations,has become an important index to evaluate serviceability of structures.Harmonic vibration analysis procedure which takes floor system as a simply-supported single-degree of freedom system is introduced in European and American codes to deal with floor vibrations,which is oversimplified and inapplicable in many situations.This paper proposes a program FVAP(Floor Vibration Analysis Program) for the generation of load indu...
【DOI】	CNKI:SUN:JZKX.0.2009-05-003
【更新日期】	2009-06-05
【分类号】	TU311.3
【正文快照】	0研究背景楼板振动问题是人体工程学与结构工程学的交叉课题,国内研究工作较少。美国、日本、欧洲等一些国家对此进行过一些研究并发布过有关设计指南,如英国混凝土协会发布的《Critical review ofguidelines for checking vibration serviceability of post-tensioned concret

点击下载文件[论文]基于SAP2000 的复杂筏板基础分析与设计

基于SAP2000 的复杂筏板基础分析与设计
陈学伟 林生逸

PKPM具有建模快捷方便、分析功能齐全等优点，目前是国内应用最多的结构设计软件。SAP2000是世界范围内广泛应用的通用有限元软件之一，可以模拟线性、非线性结构分析，其对结构的线弹性分析结果有较好的可靠性，且计算效率较高，但其在建模方面有一定的局限性。为了实现快速建模，SAP2000做了与其他程序（如AutoCAD等）的接口，并能借助Excel等进行交互式数据编辑。利用PKPM程序导出的STRU.SAT模型记录文件，编制程序并借助Excel的批量处理功能生成SAP2000的s2k模型记录文件，再导入到SAP2000中实现复杂筏板模型的建模。并编制程序提取PKPM分析的底层内力文件WNL1.OUT中的内力组合用于SAP2000中进行结构分析。
某工程筏板基础概述
某工程筏板基础底板面标高-7.5m，筏板基础混凝土强度等级和抗渗等级分别为C35，0.8MPa，基础受力钢筋等级为HRB400。筏板基础下设置厚度为0.1m 的混凝土垫层。底板基础保护层厚度取40mm。塔楼筏板厚度为1600mm，塔楼外筏板厚度有400，700mm 两种，墙柱平面布置如图1所示。SAP2000 分析中计算沉降采用荷载的准永久组合（D+0.5L），用于配筋计算时采用荷载基本组合。

在韩老师的建议下，我开始深入地去学习结构的宏观单元的弹塑性分析方法，主要通过阅读资料及编制程序，进行电算试验来学习。其实，编程是最好的学习方法，因为有限元本身就是属于计算机的一门学科。现在着手搭建自已的有限元程序，可以为以后研究服务的。暂且名叫DINOSAP，DINOSAP v1.0在我本科的时候已经编过了，弹性的二维杆系分析软件，有点像结构求解器。现在把他的功能扩充一下，变成弹塑性分析程序。CST，QUAD4等单元都编过，加入进去是没有问题的，现加入纤维单元需要一点时间。最近的进度还不错。今天好开心，做出来第一个PUSHOVER曲线。如图所示。基本的混凝土与钢筋的本构也编好了，现在集中精力实现纤维模型的混凝土的滞回分析！
（界面是SAP2000的山寨版，呵呵）

Program: SAP IV

Donwload: Sap4 Source Code

Title: Static and Dynamic Response of Linear Systems

Developer:  K-J. Bathe, E.L. Wilson and F. E. Peterson,
Department of Civil Engineering, University of California,
Berkeley 1973

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DinoPTESAP v1.0 常应力(应变)单元有限元程序的开发

DinoPTESAP v1.0 这是我本科时候的作品，与Dino Sap v1.0 一样通过编程的方法去了解及体会静力学有限元方法的基本原理，通过一些美术功底与前后处理技术，并参考美国的SAP4源程序（我认为学生有限元的学生一定要看的源代码）开发的第二个有限元程序，当然第一个是DINOSAP，这两个程序是练手之作来的。常应变(应力)三角形单元CST的原理在有限元法一书（王勖成）或弹性力学（徐芝纶）一书都有介绍，原理与编制过程我就不详细阐述，学习有限元的学生通过编写这个程序会基本了解弹性静力学有限元的基本过程。在sap2000，ANSYS等程序中，都已经没有CST单元了，基本上最小阶次的单元都是二次元，教师在用ANSYS教学有限元时，往往不能SHOW一下常应变(应力)三角形单元的不足之处。这个程序就可以能过图形直观了体现常应变(应力)单元的性态了。

结构有限元模型采用3DSMAX建模后导入，3DSMAX有部分插件是可以实现网格划分的。导入后，在DINO PTESAP中建立约束，荷载，厚度弹性模量等信息后进行静力分析，最后结果可以显示变形及应力（应变）云图。

点击下载Dino PteSap v1.0

程序界面图（结构变形图）

结构应力 stress-y 图

DinoSap v1.0 算例2

算例2：《结构力学教程(I)》例题8-4,试求图所示吊桥结构的内力图，吊桥的EA等于横梁EI的1/20m-2

图 吊桥结构图

①打开DinoSap V1.0程序,点击按钮 打开显示控制对话框,在Userinterface选择Paper_Style;Grid_Size选5.0,Pressure_Dens填2.0,Force-Length 填50;如图所示选择;

图 显示设置

②这时每个单元格代表5m×5m,点击 增加结点,按结构形状增加6个结点;
③点击增加材料按扭如图,增加两种材料一种是梁,一种是拉杆,梁E=1,I=20,A=-1,拉杆E=1,I=-1,A=1;(-1代表无穷大);

图 修改材料属性

④点击增加单元按钮,修改两端约束与材料,点击始点与终点,建立模型;
⑤点击增加支座按钮增加拉杆的支座,再点击 增加梁端固接支座;
⑥点击增加线性荷载 ,增加桥面的10kN/m均布荷载
最终结构计算简图如图所示;
点击绘制内力图的三个按钮 得到全部内力图

 
弯矩图(kNm)

剪力图(kN)

轴力图(kN)

结果与课本手算是一致的。可见软件计算精确性。DINOSAP V1.0具有一个非常实用的功能是在同一个界面可以建出几个独立的结构模型，计算内力做比较。如图所示。

DinoSap v1.0 结构力学求解器

平面杆系结构分析程序DINOSAP V1.0是用基于面向对象(OOP)的编程软件Borland Delphi7.0开发的一个高度图形化操作的基于Windows XP平台的应用软件,如图所示.(此项目为2005年华南理工大学百步梯攀登计划科研支助项目)

由于它的图形化功能很强大，易用性强，使用者能方便使用，它能为学生,教师,工程设计人员提供很多设计便利,主要功能包括：
 学生进行结构分析后，对结构进行验算；
 学生进行课程设计，如门式刚架的设计，进行内力分析；
 学生在设计结构时，对结构进行试算，优化设计；
 教师在课堂显于结构分析的过程；
 工程人员进行简单的平面杆系内力分析；
 方便的输出内力图，不用再经过手工重画，内力图美观、实用

算例1：钢桁架的建模

已知条件，所有杆件的抗压模量相等EA=1,桁架跨度18m,分六跨，高度为3m,在顶部结点作用水平力P=10kN，求钢桁架轴力。结构简图如图。
 

图 钢桁架计算简图(DinoSap v1.0生成)

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