TUTORIAL SAP 2000-Structura metalica in cadre cu contravantuiri excentrice si centrice-

1.Bibliografie Recomandata(1)Sectiunea Help din SAP2000(2) Tutoriale Video de pe pagina web

http://www.csiamerica.com/sap2000/watch-and-learn#page=page-1

(3) Iolanda Gabrial Craifaleanu- Introducere in calculul structural cu programul SAP2000(In aceasta carte pot fi gasite si modurile de setare a programului conforme cu normativele romanesti P100-)

2.Scurta prezentare a programului SAP2000Programul SAP200 este unul dintre cele mai performante programe de calcul structural

existente la momentul de fata. Initial programul a fost creat de profesorul Edward L. Wilson de la Universitatea California din Berkley, ulterior acesta fiind preluata de firma Computers and Structures Inc. Acest program este utilizat pe o scara larga de catre inginerii structuristi atat pe plan national cat si pe plan mondial.

Asa cum spune si numele, Structural Analysis Programe, SAP200 este un program de calcul structural complex care poate fi folosit pentru modelarea si calculul structurilor civile, industriale si agricole cat si pentru realizarea lucrarilor de arte ingineresti.

Programul exista in 4 variante, care au diferite caracteristici. In varianta sa de baza (Basic), programul efectueaza principalele tipuri de calcule necesare pentru activitatea curenta deproiectare. Totusi utilizarea incarcarilor mobile (Moving loads) nu este posibila. Elementele disponibile sunt cele de tip bara (Frame) si de tip placa (Shell). Este de mentionat insa ca modelul este limitat la existenta a 1500 de noduri (Joints).

In variantele mai avansate ale programului Plus si Advanced pot fi efectuate si calcule mai sofisticate decat in varianta Basic. Aceste calcule include: calculul dinamic de tip time-history,calculul pentru incarcari mobile aplicate pe elemente de tip bara, calculul de flambaj, diferite tipuri de calcul static neliniar etc. Pe langa capacitatea de efectuare a unor calcule mai specializate aceste variante ale programului permit si realizarea unor modele fara niciun fel de restrictii pentru numarul elementelor si a nodurilor prezente in program, dar si utilizarea elementelor de tip solid in stare spatiala de eforturi.

Ultima varianta a programului, care se numeste Ultimate, reprezinta varianta completa a programului.

Este de subliniat ca programul SAP2000 pe langa capacitatea sa de calcul dispune si de un modul de proiectare (Design) pentru structurile din beton si/sau otel, bazate pe prescriptiile mai

1

multor normative aflate in vigoare. Printre normativele incorporate in program se afla si Eurocodurile, dar si anumite Anexe Nationale ale acestora.

Un atu important al programului este posibilitatea de preluare, respectiv de exportare, a modelului din AutoCAD, Tekla Structures si diferite alte formate cum ar fi IFC, CIS/2 etc. De asemenea programul face posibil prelucrarea rezultatelor in forma tabelara cu ajutorul programelor Microsoft Excel si/sau Microsoft Access.

3.Interfata de lucru a programului SAP2000

Fig.

1 In

terf

ata

de lu

cru

a pr

ogra

mul

ui S

AP20

00

2

4.Realizarea modelului structurii metalice in cadre cu contravantuiri centrice si excentrice

Fig.2 Modelul structural propus

4.1. Etapele definirii modelului

In mod uzual etapele pentru realizarea unui model in programul SAP2000 sunt urmatoarele:

1. Specificarea datelor generale ale modelului: a) Unitati de masura (de baza) in care se lucreaza

b) Definirea axelor structurii

c) Definirea proprietatilor materialelor din care este alcatuita structura

d) Definirea caracteristicilor sectiunilor elementelor structurale (bare, placi etc)

2. Crearea modelului structural 3. Specificarea conditiilor de rezemare pe teren a structurii 4. Specificarea legaturilor interioare ale structurii

a) Tipul conexiunii barelor la noduri (articulatie, incastrare etc)

b) Definirea legaturilor interioare speciale ( diafragme rigide de planseu etc)

3

5. Specificarea datelor privind actiunile asupra structurii a) Definirea tipurilor si a cazurilor de incarcare

b) Aplicarea incarcarilor statice pe constructie

c) Definirea datelor pentru calculul dinamic: mase la noduri, sursele de masa pentru structura in sine, spectre de calcul, functii pentru calculul dinamic liniar.

d) Cazuri de calcul dinamic

e) Combinatii (Grupari) de incarcari

6. Specificarea optiunilor de calcul si a altor optiuni auxiliare a) Selectarea optiunilor de calcul (calcul plan/spatial, parametri de calcul etc.)

b) Definirea optinilor auxiliare privind gruparea elementelor, structura fisierelor de rezultate etc.

Parcurgerea tuturor etapelor mai sus amintite nu este obligatoriu in toate cazurile. Etapele parcurse pentru realizarea calculului structural cu ajutorul programului SAP2000 pot varia in functie de particularitatile proiectului realizat in program.

4.1.1 Specificarea datelor generale ale modelului Definirea unitatilor de masura utilizate pentru crearea proiectului

Aceasta operatiune este de o importanta majora. Din aceasta cauza se recomanda ca selectarea unitatilor de masura pentru modelul structural sa fie obligatoriu prima operatiune efectuata dupa lansarea programului. Definirea unitatilor de masura se va face dincoltul din dreapta jos a ecranului (Fig. 1). Dupa cum se vede si in figura de mai jos pentru realizarea modelului propus din bara alaturata se va selecta optiunea KN,m,C (Prima valoare reprezinta unitate de baza pentru forte, a doua valoare reprezinta unitatea de masura pentru lungimi, iar ultima variabila reprezinta unitatea de masura pentru temperatura)

Fig.3 Selectarea unitatilor de masura pentru proiectDupa selectia sistemului de axe se poate crea modelul dand click pe File/New Model sau

4

utilizand combinatia de taste Ctrl+N. Dupa selectia acestei optiuni va aparea fereastra din Fig.4 care prezinta mai multe optiuni.

Fig.4 Fereastra Model nou (New Model) Definirea axelor structurii

Programul SAP2000 dispune de 2 tipuri de sisteme de coordonate:

Sisteme de coordonate fixe (globale) care sunt valabile pentru modelul in ansamblul sau

Sisteme de coordonate locale care se utilizeaza pentru parti ale modelului structural (noduri, elemente, legaturi etc.)

Sistemul de coordonate global este acea in care este definita implicit intreaga structura. Astfel orice punct de pe structura noastra poate fi identificat printr-un set de coordonate X, Y si Z. Programul SAP2000 considera implicit ca axa Z a sistemului de coordonate global este orientata de jos in sus. Sistemul de coordonate global al programului poate fi definit atat prin folosirea coordonatelor carteziene, cat si prin utilizarea coordonatelor cilindrice, respectiv polare.

Sistemul de coordonate local se refera la elementele introduse. Axele locale sunt notate cu 1, 2 si 3. Pozitia si orientarea acestora este definita implicit de programul SAP2000 si este acea precizata in [1],[3]. Pentru modificarea pozitiei axelor locale se selecteaza elementul respectiv si se va utiliza una dintre optinile urmatoare in functie de tipul elementului selectat:

-pentru noduri (Joints) Assign/ Joint/ Local Axes-pentru bare (Frames) Assign/ Frame/ Local Axes-pentru elemente de suprafata (Area) Assign/ Area/ Local Axes

5

Pentru definirea sistemului de coordonate global pot fi folosite urmatoarele metode:

Crearea modelului definit doar printr-un sistem de axe (Grid Only) conform figurii de mai jos.

Pentru realizarea modelului curent se vor folosi coordonatele carteziene ale axelor conformFig 5.

Fig.5 Definirea sistemului de coordonate global pentru o structura

Crearea unui model gol (Blank)

Dupa ce s-a creat modelul gol pentru definirea sistemului de coordonate global se va utilizaoptiunea Define/Coordonate Systems/Grids... . In fereastra care va aparea se va selecta sistemul de axe care se doreste modificat si se apasa pe butonul Modify/Show System. In fereastra care va aparea se vor introduce pozitiile exacte ale axelor pe cele 3 directii (X,Y,Z).

6

Fig.6 Definirea sistemului de coordonate global in mod manual

Definirea proprietatilor materialelor din care este alcatuita structura

Selectarea caracteristicilor materialelor utilizate pentru realizarea modelului se va face utilizand sectiunea Define/Materials. Programul SAP2000 dispune de caracteristicile anumitor materiale mai uzuale, iar in cazul folosirii unor materiale ce nu poate fi gasit printre acestea se varecurge la introducerea manuala a caracteristicilor materialului respectiv. Este de notat faptul ca datele introduse pentru definirea caracteristicilor de material trebuie corelate cu sistemul de unitati selectate.

7

Fig.7 Definirea caracteristicilor de material

Definirea caracteristicilor sectiunilor elementelor structurale (bare, placi etc)

Aceasta operatiune se face utilizand comanda Define/Section Properties/tip element.

8

Fig.8 Definirea caracteristicilor sectionale pentru elemente tip bara (Frames)

Fig.9 Definirea caracteristicilor sectionale pentru elementele de tip suprafata

4.1.2. Crearea modelului structural Dupa parcurgerea etapei 1. conform celor precizate in capitolul precedent se va trece la

crearea modelului structural. Pentru acestea se vor folosi elemente de tip bara (Frames) -Grinzi si

9

Stalpi- , respectiv elemente de tip suprafata (Shells) -pentru plansee.

Crearea elementelor tip bara se poate face utilizand comanda Draw/Draw Frame/Cable/Tendon sau selectand iconita corespunzatoare din zona instrumentelor de modelare.

Ca si alternativa modelul structural poate fi creat si selectand tipul structural 3D Frames din fereastra Model Nou (Fig. 4).

Fig.10 Crearea modelului structural utilizand optiunea 3D Frames

4.1.3.Specificarea conditiilor de rezemare pe terenCrearea reazemelor structurii se face selectand toate nodurile structurii in care se doreste

definirea unor rezemari si utilizand comanda Assign/Joint/Restraints sau iconita corespunzatoare din bara de instrumente 1 .

10

Fig.11 Definirea conditiilor de rezemare a structurii

4.1.4.Specificarea legaturilor interioare ale structuriiDefinirea modului in care barele vor fi interconectate se face cu ajutorul comenzii

Assign/Frame/Releases/Partial Fixity. Pentru definirea legaturilor interioare speciale (de ex. nodurile de tip diafragma orizontala) se va folosi functia Assign/Joint/Constraints.

11

A BFig.12 Definirea legaturilor interioare ale structurii:

A-Definirea tipului de legatura interioara intre bare; B-Definirea legaturilor interioarespeciale;

4.1.5. Specificarea datelor privind actiunile asupra structurii Definirea tipurilor si cazurilor de incarcare pentru model

Tipurile de incarcare pot fi definite utilizand comanda Define/Load Patterns. Programul dispune si de o serie larga de tipuri de incarcari ce pot fi definite in mod automat si care sunt in concordanta cu o serie larga de coduri de proiectare ( de ex: incarcarea automata din vant -Auto Wind Load-).

In mod curent fiecarui tip de incarcare (Load Pattern) ii corespunde un caz de incarcare (Load Case) care va avea aceasi nume ca si tipul de incarcare definit in prealabil. Editarea/ Crearea cazurilor de incarcare se face utilizand comanda Define/Load Cases.

Fig.13 Definirea tipurilor de incarcari

12

Fig.14 Definirea cazurilor de incarcari

13

Definirea datelor pentru calculul dinamic: mase la noduri, sursele de masa pentru structura in sine, spectre de calcul, functii pentru calculul dinamic liniar.

Definirea surselor de masa pentru modelul de calcul se face utilizand comande Define/Mass Source. Masele aplicate in noduri se definesc in mod similar cu incarcarile aplicatein nodurile structurii.

Functiile de tipul time-history sau de tipul spectrelor de raspuns pot fi create utilizand comanda Define/ Functions/...La definirea functiilor exista atat posibilitatea de a introduce datele in mai multe moduri, printre care exista si posibilitate importarii datelor din fisiere .txt.

Fig.15 Definirea surselor de masa pentru calculul dinamic

Aplicarea incarcarilor pe structura

Incarcarile aplicate pe structura sunt urmatoarele:

Greutatea permanenta a elementelor structurale: Nu trebuie aplicate sub formaunor incarcari statice deoare programul ia in considerare valoarea acestora in mod implicit!

Cvasipermanente (greutatea sapei, invelitorii etc): Se alege in functie de configuratia structurii.

Utila :Conform normativelor

Utila in sah: Dispunerea in sah a incarcarii Utile

Zapada:Conform normativelor

14

Vant: Conform normativelor

Cazurile de calcul dinamic

Acestea se creaza selectand tipul de incarcare specific din partea dreapta sus a ferestrei de definire a cazurilor de incarcare -Load Case Type- (Fig. 14).

Gruparile de incarcari

Combinatiile incarcarilor introduse se creaza utilizand comanda Define/ Load Combinations. Combinatiile de incarcare se vor introduce in conformitate cu prevederile normativelor in vigoare. Pentru crearea combinatiilor de incarcare in zona de Scale Factor din Fig 16 se va introduce valoare coeficientului partial de siguranta aferent pentru fiecare incarcare

in parte.

Fig.16 Definirea gruparilor de incarcari

4.1.6. Specificarea optiunilor de calcul si a altor optiuni auxiliareInainte de a rula analiza modelului structural se vor seta proprietatile modelului si se va

selecta tipul de analiza dorita, respectiv cazurile de incarcare pentru care rezultatele vor fi calculate. Selectarea tipului de analiza se poate face prin optiunea Analyze/Set Analysis Options.

15

Fig.17 Selectarea tipului de analiza dorit

4.2. Vizualizarea rezultatelor, Dimensionarea si Verificarea elementelor, Intocmirea Breviarului de calcul Controlul rezultatelor furnizate de program este de importanta vitala. Din aceasta cauze se

recomanda ca ori de cate ori se face o analiza structurala, indiferent de programul de calcul cu elemente finite folosite, sa se faca varificarea/ validarea rezultatelor furnizate de program ori prinintermediul utilizarii unui alt program de calcul cu elemente finite ori printr-un calcul manual (preferabil varianta a 2-a).

4.2.1. Vizualizarea rezultatelorDupa rularea analizei rezultatele analizei structurale pot fi vizualizate atat sub forma grafica

cat si in forma tabelara.

Pentru vizualizarea formei deformate a structurii pentru un caz anumit de incarcare se va utiliza comanda Display/Show Deformed Shape sau alternativ se apasa pe butonul F6 ori pe iconita corespunzatoare.

Pentru vizualizarea eforturilor sectionale se poate utiliza una dintre optinile comandei Display/Show Forces/Stresses/...

Orice rezultat furnizat de programul de calcul poate fi vizualizat si sub forma tabelara selectand tabelele dorite din fereastra de selectare a tabelelor ce poate fi accesat utilizand comanda Display/ Show Tables sau prin combinatia de taste Ctrl+T. Datele sub forma tabelara pot fi exportate pentru prelucrare in Microsoft Excell. O alta optiune de prelucrare a datelor tabelare este acea de a utiliza functiunile oferite de editorul de tabele incorporat in program.

16

Fig.18 Fereastra de selectie a tabelelor

4.2.2. Dimensionarea si verificarea elementelor cu ajutorul programuluiSe face utilizand modulul de dimensionare (Design) incorporat in program. Rezultatele

sunt puse la dispozitia utilizatorului programului atat prin cale grafica (sub forma unui cod de culori in functie de gradul de utilizare a elementelor), cat si sub forma tabelara.

Inainte de rulare modulul de Design se seteaza conform prevederilor normativelor aflate in vigoare, apoi se selecteaza gruparile de incarcari pentru care se doreste efectuarea verificarilor.

Setarea modulului de Design se face prin comanda Design/ Steel Frame Design(Concrete Frame Design)/View/Revise Preferences sau prin click pe sageate de langa iconita coraspunzatoare si selectand optiunea View/Revise Preferences.

Selectarea combinatiilor de incarcari pentru care se doreste efectuarea verificarilor se face utilizand comanda Design/ Steel Frame Design(Concrete Frame Design)/Select Design Combos sau prin click pe sageate de langa iconita coraspunzatoare si selectand optiunea Select Design Combos.

17

Fig.19 Setarea modulului de Design

Fig.20 Selectarea combinatiilor de dimensionare

18

Fig.21 Rezultatele furnizate de modulul Design sub forma grafica

4.2.3. Intocmirea Breviarului de calculProgramul SAP2000 dispune de optiunea realizarii unui breviar de calcul pentru structura

modelata. Acest breviar poate fi salvat sub diferite formate (de ex: .html, .RTF etc).

Intocmirea breviarului de calcul va avea loc dupa completarea analizei structurale. Inainte de a crea breviarul de calcul trebuie setate tipul datelor furnizate in breviarul de calcul. Acest lucru poate fi indeplinit utilizand comanda File/Report Setup, respectiv File/Advanced Report Writer (dupa caz).Breviarul in sine poate fi creat utilizand comanda File/Create Report sau combinatia de taste Ctrl+Shift+R.

In cazul utilizarii optiunii Advanced Report Writer exista posibilitatea inserarii imaginilor create de catre utilizator. Imaginile pot fi create ori utilizand comanda Print Screen(butonul prt sc) ori cu ajutorul optinunii File/ Capture Picture.

19

1.Bibliografie Recomandata2.Scurta prezentare a programului SAP20003.Interfata de lucru a programului SAP20004.Realizarea modelului structurii metalice in cadre cu contravantuiri centrice si excentriceFig.2 Modelul structural propus4.1. Etapele definirii modelului4.1.1 Specificarea datelor generale ale modelului4.1.2. Crearea modelului structural4.1.3.Specificarea conditiilor de rezemare pe teren4.1.4.Specificarea legaturilor interioare ale structurii4.1.5. Specificarea datelor privind actiunile asupra structurii4.1.6. Specificarea optiunilor de calcul si a altor optiuni auxiliare4.2. Vizualizarea rezultatelor, Dimensionarea si Verificarea elementelor, Intocmirea Breviarului de calcul4.2.1. Vizualizarea rezultatelor4.2.2. Dimensionarea si verificarea elementelor cu ajutorul programului4.2.3. Intocmirea Breviarului de calcul