توضیحات مقدماتی طراحی سازه ها به کمک نرم افزار SAP2000 و SAFE
SAP2000 یک نرم افزار همه منظوره از دوره مهندسی عمران است که برای تحلیل و طراحی هر نوع سیستم سازه ای ایده آل است. سیستمهای پایه و پیشرفته، از دو بعدی تا سه بعدی، از هندسه ساده تا پیچیده، ممکن است با استفاده از یک محیط مدلسازی مبتنی بر شیء عملی و شهودی که فرآیند مهندسی را ساده میکند، مدلسازی، تحلیل، طراحی و بهینهسازی شوند. موتور تجزیه و تحلیل SAPFire یکپارچه SAP2000 یک روش پیچیده تحلیل المان محدود را هدایت می کند. همچنین مجموعه دیگری از ویژگیهای تجزیه و تحلیل پیشرفته برای کاربرانی که بهعنوان تکنیکهای پیشرفته و غیرخطی و پویا درگیر هستند، در دسترس است. SAP2000 که توسط مهندسان برای مهندسی موثر ایجاد شده است، ابزار نرم افزاری ایده آل برای کاربران با هر سطح تجربه ای است که هر سیستم سازه ای را طراحی می کنند.
قالبهای مدلسازی یکپارچه، تکالیف بارگذاری مبتنی بر کد، گزینههای تحلیل پیشرفته، رویههای بهینهسازی طراحی، و گزارشهای خروجی قابل تنظیم همگی در یک پلتفرم قدرتمند هماهنگ میشوند تا SAP2000 را بهویژه برای حرفهایهای حرفهای مفید کنند. SAP2000 همچنین یک رسانه عالی برای آموزش است.
ویژگی های مهم SAP2000
- مش بندی داخلی و خارجی پوسته
- کاربرد محدودیت های خطوط لبه
- ویرایش تعاملی پایگاه داده با استفاده از مایکروسافت اکسل
- مدلسازی مبتنی بر شی با استفاده از الگوها
- تجزیه و تحلیل بار باد به روی سازه
- تجزیه و تحلیل پویا و طیف پاسخ
- بردار ویژه و تحلیل ریتز
- عناصر قاب منحنی
- مدلسازی و بهینه سازی خرپا
- طراحی قاب فولادی
- بهینه سازی دریفت قاب فولادی
- تجزیه و تحلیل پل
- خطوط و سطوح نفوذ
- استفاده از تاندون های پیش تنیده
- ویژگی های تکرار
- ویژگی اکسترود خطوط به مناطق
- نسل رمپ گاراژی پارکینگ مستقیم و مارپیچ
- ترسیم ارتفاعات توسعه یافته
- ایجاد نماهای OpenGL
امکانات نرم افزار SAP2000
ویرایش تعاملی پایگاه داده
از فرم ویرایش پایگاه داده تعاملی می توان برای ایجاد هرگونه اضافه، حذف یا اصلاح در جداول انتخاب شده با استفاده از فرم انتخاب جداول برای ویرایش تعاملی استفاده کرد. سپس تغییرات را می توان روی مدل اعمال کرد و در قسمت نمایش پنجره SAP2000 نشان داد. فرم ویرایش پایگاه داده تعاملی دارای یک ناحیه نمایش و گزینه ها و دکمه های مختلف منو است که می تواند برای افزودن یا حذف رکوردها به جدول نشان داده شده در ناحیه نمایش، کپی رکوردها، جابجایی رکوردها و یافتن جایگزینی مشخص شده توسط کاربر استفاده شود.
محدودیت لبه خودکار
می توانید یک مش خاص را به عناصر ناحیه در زیر Assign>Area>Generate Edge Constraints اختصاص دهید. در تحلیل المان محدود معمولی، عناصر پوسته فقط در نقاط گوشه به عناصر دیگر متصل می شوند و هیچ ارتباطی بین عنصر و عنصر پوسته وجود ندارد؛ در واقع یک عنصر در نقطه گوشه یک عنصر پوسته قاب نمیشود و در لبه عنصر پوسته قرار میگیرد،. SAP2000 قادر به انجام آنالیز به این روش و استفاده از محدودیت لبه خودکار است. ویژگی محدودیت لبه خودکار SAP2000 به شما امکان می دهد تعیین کنید که عناصر قاب بندی شده در لبه یک عنصر پوسته به عنصر پوسته متصل شوند.
از اتصال بین عناصر با محدود کردن نقاطی که در امتداد لبه عنصر پوسته قرار دارند برای حرکت با آن لبه عنصر مراقبت می کند.
بردار ویژه و تحلیل ریتز
تحقیقات نشان دادهاند که شکلهای حالت ارتعاش آزاد طبیعی بهترین مبنا برای تحلیل مود برهمنهی سازههای تحت بارهای دینامیکی نیستند. نشان داده شده است که تحلیل های دینامیکی مبتنی بر بردارهای ریتز وابسته به بار، نتایج دقیق تری نسبت به استفاده از همان تعداد شکل حالت طبیعی به دست می دهند.
بردارهای ریتز نتایج عالی به دست میدهند زیرا با در نظر گرفتن توزیع فضایی بارگذاری دینامیکی تولید میشوند، در حالی که استفاده مستقیم از اشکال حالت طبیعی این اطلاعات بسیار مهم را نادیده میگیرد.
علاوه بر این، الگوریتم بردار ریتز به طور خودکار شامل مزایای تکنیک های عددی ثابت شده تراکم استاتیک و تصحیح استاتیک به دلیل برش در حالت بالاتر است.
برای مشاهده و تغییر تعریف یک مورد تجزیه و تحلیل مودال از فرم تجزیه و تحلیل موردی داده ها استفاده می شود. تحلیل مودال همیشه خطی است. بین انواع تحلیل باید مودال بردار ویژه یا بردار ریتز انتخاب کرد. تجزیه و تحلیل بردار ویژه، شکلها و فرکانسهای حالت ارتعاش آزاد بدون میرایی سیستم را تعیین میکند. این حالت های طبیعی تحلیلی عالی از رفتار سازه ارائه می دهند. تحلیل برداری ریتز به دنبال یافتن حالت هایی است که توسط یک بارگذاری خاص برانگیخته می شوند. بردارهای ریتز وقتی برای تحلیلهای طیف پاسخ یا تاریخچه زمانی استفاده میشوند که مبتنی بر برهم نهی مودال هستند، میتوانند مبنای بهتری نسبت به بردارهای ویژه ارائه دهند.
لیست های انتخاب خودکار (بهینه سازی خرپا)
لیست بخش های انتخاب خودکار لیستی از مقاطع فولادی که قبلاً تعریف شده اند (از جمله فولاد با شکل سرد) هستند. هنگامی که یک لیست بخش انتخاب خودکار به یک عضو قاب اختصاص داده می شود، برنامه می تواند به طور خودکار مقرون به صرفه ترین و کافی ترین بخش را از لیست بخش انتخاب خودکار هنگام طراحی عضو انتخاب کند. لیست های انتخاب خودکار در طراحی قاب فولادی، قاب آلومینیومی و قاب فولادی با شکل سرد استفاده می شود. قبل از اینکه بتوانید لیست بخش انتخاب خودکار را تعریف کنید، باید حداقل دو بخش قاب فولادی تعریف شود.
کنترل اندازه جابجایی سازه
برای بهینهسازی جابجایی، SAP2000 پیشبینی میکند که کدام اعضا باید در اندازه افزایش یابند تا جابجاییها بر اساس انرژی در واحد حجم در اعضا کنترل شود. اعضایی که انرژی بیشتری در واحد حجم دارند نسبت به اعضایی که انرژی کمتری در واحد حجم دارند نسبت به اعضایی که انرژی کمتری دارند درصد بیشتری از نظر اندازه افزایش می یابند. برخی از اعضای با انرژی کم در واحد حجم در صورتی که هنوز برای ملاحظات قدرت قابل قبول باشند، ممکن است اندازه آنها کاهش یابد.
فهرستهای انتخاب خودکار باید به عناصر قاب اختصاص داده شوند تا بهینهسازی جابجایی کار کند. هنگامی که SAP2000 اندازه یک بخش را افزایش یا کاهش می دهد، از اندازه های موجود در لیست انتخاب خودکار استفاده می کند. اگر بخشهای مناسب در لیستهای انتخاب خودکار گنجانده نشده باشد، ممکن است هرگز با اجرای مجدد تجزیه و تحلیل و طراحی، به هدف جابهجایی خود نرسید.
نرم افزار SAFE
SAFE یکی دیگر از نرم افزار های طراحی سازه آموزشگاه فنی است که همه جنبه های فرآیند طراحی مهندسی را از طرح بندی قاب گرفته تا تولید طراحی جزئیات را در یک محیط آسان و بصری ادغام می کند. SAFE با ترکیب منحصر به فرد قدرت، قابلیتهای جامع و سهولت استفاده، بهرهوری بینظیر را برای یک مهندس فراهم میکند.
SAFE طیف گسترده ای از ویژگی های طراحی مبتنی بر کد را برای بتن مسلح و تیرهای PT، طراحی دال و تیرهای فولادی مرکب ارائه می دهد.
SAFE شامل توانایی تعریف پس کشش در اسلب ها به عنوان تاندون های نواری یا توزیع شده است. یک ویرایشگر تاندون تعاملی کار قرار دادن پروفایل های تاندون را ساده می کند. طرح بندی تاندون همچنین می تواند بر اساس موقعیت و جهت نوار به صورت خودکار انجام شود.
حل کننده های CSI بیش از 45 سال است که توسط صنعت آزمایش شده اند. موتور تجزیه و تحلیل SAPFire می تواند چندین حل کننده 64 بیتی را برای بهینه سازی تجزیه و تحلیل پشتیبانی کند و می تواند هم تجزیه و تحلیل Eigen و هم تجزیه و تحلیل Ritz را انجام دهد. به علاوه گزینه های موازی سازی برای استفاده از چندین پردازنده در دسترس هستند.
SAFE نرم افزاری ایده آل برای مدل سازی پایه ها ، زیرزمین ها و تکیهگاه های خاک و مدل های خاک بدون تنش با آنالیز برآمدگی است. تخصیص مساحت تکیه گاه های خاک بر اساس مدول زیر سطح است و هر زمان که مش تغییر کند به طور خودکار تنظیم می شود. مدل های فونداسیون Basemat می توانند علاوه بر محوطه فونداسیون شامل پایه ها، دیوارها، ستون ها، تیرها و شمع ها باشند.
از نوارهای طراحی برای تعیین نحوه محاسبه نیازهای تقویتی استفاده می شود. SAFE می تواند به طور خودکار نوارها را برای شما تعریف کند یا می توانید خودتان آنها را تعریف کنید.
SAFE طیف گسترده ای از ویژگی های طراحی مبتنی بر کد را برای بتن مسلح و تیرهای PT، طراحی دال و تیرهای فولادی مرکب ارائه می دهد.
با استفاده از این نرم افزار هندسه تغییر شکل یافته را می توان پس از اجرای تحلیل نشان داد. زمانی که ماوس را بر روی مدل قرار می دهید، مقادیر به صورت آنی نمایش داده می شوند. هندسه تغییر شکل یافته را می توان به صورت نمودارهای خطوط پر شده یا خطی نمایش داد.
در این مطلب به نحوه طراحی سازه با استفاده از SAP2000 واهیم پرداخت و امکانات و ویژگی های SAFE را در مطلبی جداگانه توضیح خواهیم داد.
نحوه طراحی سازه در نرم افزار SAP2000
طراحی سازه در نرم افزار SAP2000 با رعایت ضوابط مدیریت پروژه شامل 12 مرحله زیر میشود که کاربر باید مطابق با آن اقدام کند.
1. تعریف خطوط سازه یا چیدمان
2. بخش های عرشه
3. تعریف تکیه گاه ها
4. تعریف خم
5. دیافراگم
6. لولا
7. تغییرات پارامتریک
8. تعاریف اجزای سازه
9. به روز رسانی مدل
10. خطوط
11. وسایل نقلیه/ کلاس های خودرو
12. موارد تجزیه و تحلیل
برای رویکرد اختصاری، SAP2000 ویژگی های پیش فرض تکیه گاه، خم شدن، لولا و دیافراگم را اعمال می کند. در صورت لزوم می توان از مراحل 3، 4، 5 و 6 این ویزارد برای تغییر آن تعاریف پیش فرض استفاده کرد. علاوه بر این، تاندون های پیش تنیده را می توان به عنوان بخشی از تعریف شی پل اضافه کرد
مرحله 1: خطوط چیدمان
اولین قدم در ایجاد یک سازه، تعریف خطوط طراحی است. خطوط چیدمان به عنوان خطوط مرجع برای تعریف چیدمان عمودی و افقی اشیاء و خطوط سازه استفاده می شود.
خطوط چیدمان بر حسب ایستگاه ها، بلبرینگ ها و درجه ها تعریف می شوند. خطوط ممکن است هم در سطح افقی و هم در سطح عمودی مستقیم، خمیده یا منحنی باشند. منحنی های افقی دایره ای (در صورت لزوم با مارپیچ) و منحنی های عمودی سهمی هستند.
با استفاده از پیش فرض های نرم افزار می توان از گزینه های شروع سریع برای تعریف سریع یک خط طرح استفاده کرد. انتخاب های زیادی را برای منحنی های افقی و عمودی در این پیش فرض ها موجود است.
مرحله 2: تعریف بخش های عرشه
بخشهای پارامتریک عرشه برای استفاده در تعریف سازه موجود است. آنها شامل تیرهای جعبه بتنی، تیرهای بتنی و تیرهای فولادی هستند. بعد از اینکه یک بخش عرشه تعریف شد، می توان آن را به یک دهانه به عنوان بخشی از تعریف شی سازه اختصاص داد
مرحله 3: تعریف تکیه گاه ها
تعاریف تکیه گاه شرایط تکیه گاه در انتهای سازه را مشخص می کند. تعریف تکیه گاه یا اباتمنت می تواند یک ویژگی Link/Support مشخص باشد یا می تواند یک شرط پشتیبانی تعریف شده توسط کاربر باشد. شرایط پشتیبانی کاربر اجازه می دهد تا هر یک از شش درجه آزادی در تکیه گاه به عنوان ثابت، آزاد یا تا حدی مهار شده با یک ثابت فنر مشخص مشخص شود.
تعریف اباتمنت همچنین اجازه می دهد تا محل افقی تکیه گاه ها مشخص شود. یک تکیه گاه را می توان در محل خط مرجع قرار داد یا تکیه گاه های متعدد را می توان در هر یک از تیرها و یا به طور مساوی در عرض پل قرار داد. هنگامی که چندین مکان مشخص می شود، ویژگی های پشتیبانی تکیه گاه مشخص شده در هر مکان پشتیبانی ارائه می شود.
همچنین می توان مشخص کرد که یک بسته (دیافراگم عمودی) با ضخامتی در محل تکیه گاه ایجاد شود. این بسته شدن فقط برای مدلهای شی منطقه و جسم جامد قابل استفاده است.
مرحله 4: تعریف خم
تعاریف خمیده، هندسه و ویژگی های مقطع تیر کلاهک خم شده و ستون های خم شده را مشخص می کند. همچنین وضعیت پشتیبانی پایه ستون های خم شده را مشخص می کنند.
شرایط پشتیبانی پایه مشخص شده برای ستون خم شده می تواند ثابت، پین شده یا پشتیبانی ستون تعریف شده توسط کاربر باشد. پشتیبانی ستون تعریف شده توسط کاربر می تواند یک ویژگی Link/Support مشخص باشد یا می تواند یک شرط پشتیبانی تعریف شده توسط کاربر باشد. شرایط پشتیبانی کاربر اجازه می دهد تا هر یک از شش درجه آزادی در پایه ستون به عنوان ثابت، آزاد یا تا حدی مهار شده با یک ثابت فنر مشخص شود. بلازم به ذکر است تکیه گاه ستون تعریف شده توسط کاربر جدا از خم تعریف می شود. همچنین می توان تعیین کرد که یک دیافراگم عمودی در محل خم شده ارائه شود. پس از تعریف یک خم، می توان آن را به عنوان بخشی از تعریف سازه اختصاص داد.
مرحله 5: تعریف دیافراگم
تعاریف دیافراگم ویژگیهای دیافراگمهای عمودی را مشخص میکند که بر روی سازه قرار دارند. خاصیت دیافراگمی می تواند بتن جامد مهاربندی فولادی X، V یا K؛ یا یک تیر فولادی باشد.لازم به ذکر است که خواص دیافراگم بتن جامد فقط برای سازه های بتنی و خواص دیافراگم فولادی فقط برای بخش های سازه های فولادی قابل استفاده است.
پس از ایجاد تعریف دیافراگم، می توان آن را به یک یا چند دهانه در سازه اختصاص داد.
قبل از تعریف سازه، نیازی به تعریف خاصیت دیافراگم نیست. اگر زمانی که یک دیافراگم برای اولین بار به یک شی سازه اضافه می شود، هیچ دیافراگمی تعریف نشده باشد، برنامه به طور خودکار یک ویژگی دیافراگم پیش فرض ایجاد می کند.
مرحله 6: تعریف لولا
تعاریف لولا ویژگی های لولا (مفاصل انبساط) و مهار کننده ها را مشخص می کند. یک ویژگی لولا می تواند یک ویژگی Link/Support مشخص شده باشد یا می تواند یک فنر تعریف شده توسط کاربر باشد. فنر به کاربر اجازه می دهد تا هر یک از شش درجه آزادی در لولا به عنوان ثابت، آزاد یا تا حدی مهار شده با یک ثابت فنر مشخص شود.
یک ویژگی بازدارنده می تواند یک ویژگی Link/Support مشخص باشد یا می تواند یک مهار کننده تعریف شده توسط کاربر باشد. مهار کننده کاربر با طول، مساحت و مدول الاستیسیته مشخص می شود.
تعریف لولا همچنین اجازه می دهد تا محل افقی فنرهای لولا و مهار کننده ها مشخص شود. یک فنر لولا و یا مهار کننده می تواند در محل خط مرجع قرار گیرد یا چندین فنر لولا و مهار کننده ها می توانند در هر تیرچه قرار گیرند یا به طور مساوی در عرض سازه قرار گیرند. هنگامی که چندین مکان مشخص می شود، ویژگی های فنر و مهار کننده مشخص شده در هر مکان پشتیبانی ارائه می شود.
همچنین می توان تعیین کرد که یک دیافراگم عمودی در محل لولا ارائه شود. دیافراگم مشخص شده در هر طرف لولا فقط برای مدل های شی منطقه و جسم جامد قابل استفاده است.
پس از ایجاد تعریف لولا، می توان آن را به یک یا چند دهانه در اجزای سازه اختصاص داد.
قبل از تعریف اجزای سازه، نیازی به تعریف خاصیت لولا نیست. اگر زمانی که لولا برای اولین بار به یک جز سازه اضافه می شود، هیچ لولای تعریف نشده باشد، برنامه به طور خودکار یک لولای پیش فرض ایجاد می کند.
مرحله 7: تعریف تغییرات پارامتریک
تغییرات پارامتری تغییرات در بخش عرشه در طول سازه را تعریف می کند. هر پارامتری که در تعریف پارامتری بخش عرشه استفاده می شود می تواند متفاوت باشد. یک یا چند پارامتر می تواند به طور همزمان متفاوت باشد. هر پارامتر متغیر می تواند تنوع منحصر به فرد خود را داشته باشد.
نمونه ای از کاربردهای تغییرات پارامتریک شامل تغییر عمق سازه و ضخامت تیرها و دال ها در طول سازه است. تغییرات ممکن است خطی، سهمی یا دایره ای باشد.
پس از تعریف یک تغییر، می توان آن را به دهانه های جز سازه اختصاص داد. هنگامی که یک تغییر تعریف می شود، باید با همان طول دهانه سازه که به آن اختصاص داده شده است، تعریف شود.
مرحله 8: تعریف اجزا سازه
اجزا قلب مدل سازه است. موارد زیر در تعریف اجزای سازه باید رعایت شود:
- دهانه های سازه باید تعریف شده باشد.
- خصوصیات بخش عرشه به هر دهانه اختصاص داده شود.
- تغییرات بخش پارامتریک عرشه ممکن است به هر دهانه اختصاص داده شود.
- خصوصیات تکیه گاه و چولگی ها اختصاص داده شود.
- خم ها و چولگی ها اختصاص داده شود.
- موقعیتهای لولا، خواص و چولگیها اختصاص داده شود.
- تاندون های پیش تنیده تعریف شوند.
هر زمان که تعریف اجزای سازه اصلاح می شود، مدل پیوند داده شده باید به روز شود تا تغییرات در مدل SAP2000 ظاهر شوند.
گزینه های راه اندازی سریع تاندون پیش تنیده امکان طراحی سریع و آسان تاندون های پیش تنیده را فراهم می کند. ماشین حساب سهموی تاندون پیش تنیده، طرح تاندون های پارابولیک را به سرعت انجام می دهد.
مرحله 9: بروز رسانی مدل
دستور مدل مرتبط با به روز رسانی، مدل مبتنی بر شی SAP2000 را از تعریف اجزای سازه ایجاد می کند. اگر یک مدل مبتنی بر جز ازاجزای پل از قبل وجود داشته باشد، زمانی که مدل مبتنی بر شی جدید با استفاده از تمام آخرین تغییرات در تعریف اجزای پل ایجاد شود، حذف خواهد شد.
مدلهای شی منطقه و مدلهای جسم جامد سازه را میتوان با بهروزرسانی مدل پیوندی ایجاد کرد. نوع مدل مبتنی بر شی ایجاد شده از تعریف اجزای سازه می تواند در هر زمان تغییر کند.
مرحله 10: تعریف خط
اگر می خواهید سازه خود را برای بارهای زنده وسیله نقلیه تجزیه و تحلیل کنید، خطوط باید مشخص شوند.
خطوط را می توان با اشاره به خطوط چیدمان یا اشیاء قاب موجود تعریف کرد. یک خط منفرد به یک یا چند خط چیدمان یا یک یا چند شی قاب ارجاع داده می شود اما ترکیبی از خطوط طرح و اشیاء قاب نیست. در صورت تمایل می توان خطوط را با عرض تعریف کرد. خطوط در تعریف موارد آنالیز نوع بار متحرک و در موارد بار نوع Moving Load استفاده می شود که می تواند در موارد تحلیل چند مرحله ای استاتیکی و دینامیکی استفاده شود.
مرحله 11: تعریف وسیله نقلیه
اگر می خواهید سازه خود را برای بارهای زنده وسیله نقلیه تجزیه و تحلیل کنید، وسایل نقلیه باید تعریف شوند. در SAP2000 بارها از طریق خطوط به سازه اعمال می شود.
اگر قصد دارید از یک مورد تحلیل نوع بار متحرک استفاده کنید، باید یک یا چند کلاس خودرو را نیز تعریف کنید. یک کلاس وسیله نقلیه به سادگی گروهی از یک یا چند وسیله نقلیه است که برای آن تحلیل بار متحرک انجام می شود.
تعاریف متعددی از وسایل نقلیه استاندارد در برنامه تعبیه شده است. علاوه بر این، از ویژگی General Vehicle می توان برای ایجاد تعریف وسیله نقلیه خود استفاده کرد. هر تعریف وسیله نقلیه شامل یک یا چند بار متمرکز و یا یکنواخت است.
مرحله 12: موارد تجزیه و تحلیل
اگرچه هر نوع مورد تحلیلی را می توان در هنگام تجزیه و تحلیل سازه مورد استفاده قرار داد، چندین گزینه تجزیه و تحلیل وجود دارد که برای تجزیه و تحلیل بارهای زنده وسیله نقلیه تخصصی هستند.
موارد تحلیل بار متحرک خطوط تأثیر را برای کمیت های مختلف محاسبه می کند و همه جایگشت های بارگذاری خط را برای به دست آوردن حداکثر و حداقل کمیت پاسخ حل می کند.
موارد تجزیه و تحلیل پویا چند مرحله ای استاتیک و چند مرحله ای را می توان برای تجزیه و تحلیل یک یا چند وسیله نقلیه در حال حرکت روی پل با هر سرعتی استفاده کرد. این موارد تجزیه و تحلیل چند مرحله ای با استفاده از موارد بار متحرک خاص تعریف می شوند که جهت، زمان شروع و سرعت وسایل نقلیه در حال حرکت در خطوط را مشخص می کنند.