midas支座的模拟方法.docx
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midas支座的模拟方法
MIDAS中支座的模拟
弹性连接刚性与刚性连接的区别
1、概念解释：
1）弹性连接是一种具有6个自由度，类似于梁单元的弹簧单元，弹性连接由两个节点构成，两节点的相对变形由弹性连接的刚度决定，其刚性连接的刚度为模型中最大刚度的100000倍，此时如果模型中人为定义了刚度很大的刚臂单元，则可能会因为弹性连接的刚度过大，导致计算奇异。
2）刚性连接是一种纯粹的边界条件，是节点自由度耦合的一种方式，一个刚性连接是由一个主节点，一个或多个从节点构成，从节点的约束内容与主节点相同，主从节点的相对位移由刚性连接的约束内容决定，如果约束内容只有平动自由度，则主从节点间无相对位移，如果约束内容既有平动自由度也有转动自由度，则主从节点因发生相同的转动位移而导致主从节点有相对的平动位移。
2、弹性连接定义多支座反力：
注：
如图所示，可以把端横梁定义成弹性连接的刚性，这样端部刚度越大，分配下部的支反力越均匀，如左边显示，三个支座反力均相等；而右边的单梁多支座的定义，计算结果就偏离实际情况，求出的中间支反力最大，这样的结果是错误，建议选用刚性连接的方法来定义单梁多支座。
3、刚性连接定义多支座反力：
注：
定义多支座反力，尽量选用刚性连接来做。
还有一个问题，用弹性连接的刚性容易出错，因为弹性连接的刚性取的是整个模型中最大刚度的10的5次方倍，如模型中有较大截面时，如承台截面时，在主梁与主塔之间连接，容易造成计算结果奇异；
4、建议：
1）对于普通模型，用两种方法模拟刚臂均可，对于模型中有大截面或者有大刚度单元时，建议采用刚性连接来处理，防止计算奇异。
2）弹性连接刚性，形象说就是一根“杆”，两者是由一根有形的杆相连接；刚性连接就是两个节点之间有“磁铁”左右，两者之间无刚度约束，而是自由度耦合的方式。
3）弹性连接在施工过程中可以任意激活钝化，刚性连接在施工过程中只能激活，不能钝化。
4）在利用midas做分析的时候，如果模拟满堂支架，建议刚度在10的6次方KN/m，如果定义支座轴向刚度，大概在106~107次KN/m左右。
对于空间结构而言，墩柱与梁体连接条件，支座刚度的模拟至关重要。
在我们做的“多支座节点模拟”技术资料里，重点说明了多支座模拟的过程。
首先“在支座下端建立节点，并将所有的支座节点按固结约束”，这是一种模拟实际情况的建模方法。
意思是：
在墩顶处结构是全约束的，在各个方向都不可能有位移和转角。
然后“复制支座节点到梁底标高位置生成支座顶部节点，并将支座节点与复制生成的顶部节点用“弹性连接”中的“一般类型”进行连接，并按实际支座刚度定义一般弹性连接的刚度”，这句话的意思是相当于建立一个支座单元，它的三个方向的刚度值则是由实际工程中支座的类型和尺寸来提供。
然后再建立支座顶部节点与主梁节点之间的联系。
此时将利用Civil提供的“刚性连接”，以主梁节点作为主节点，支座顶部单元作为从节点，将其连接起来。
这样做的意思是：
将主梁节点与支座顶部节点形成一个受力的整体，目的也是为了真实模拟其受力情况。
在MIDAS中，在使用“弹性连接”中的一般类型时，会要求输入您说到的SDX，SDY，SDZ这三个值，它们分别是指：
SDx：
单元局部坐标系x轴方向的刚度。
SDy：
单元局部坐标系y轴方向的刚度。
SDz：
单元局部坐标系z轴方向的刚度。
另外，在弯桥中需要定义支座节点的局部坐标系和BETA角。
这三个值是由由实际桥梁工程使用的橡胶支座类型决定的，也就是说与支座的刚度系数指标有关。
在桥梁工程中，一般使用较多的是板式支座和盆式支座。
其中大桥盆式支座使用相对较多，在输入这种类型支座的刚度值时，一般要么很大，要么取0；中小桥多用板式支座，在输入刚度值时可以根据支座橡胶层厚度来计算即可。
具体的计算式如下：
板式橡胶支座的刚度计算式：
单元局部坐标系X轴方向刚度：
SDx=EA/L
单元局部坐标系y,z轴方向刚度：
SDy=SDz=GA/L
单元局部坐标系x轴方向转动刚度：
SRx=GIp/L
单元局部坐标系y.轴方向转动刚度：
SRy=EIy/L
单元局部坐标系y.轴方向转动刚度：
SRz=EIz/L
式中：
E、G为板式橡胶支座抗压、抗剪弹性模量；A为支座承压面积；Iy,Iz为支座承压面对局部坐标轴y、z的抗弯惯性矩；Ip为支座抗扭惯性矩；L为支座净高。
固定盆式支座以较大的刚度约束板体的位移而放松对转动的约束，因此模拟在墩顶设置一个横、纵、竖二维抗压、抗剪的大值，各方向抗弯的小值.即SDx=SDy=SDz=无穷大，而SRx=SRy=SRz=0的一个弹性连接
五．支座〔边界条件〕
1.几中常用边界条件
a.桥墩底部固接
在模型>边界条件>一般支承中将六个自由度全部选中。
b.主梁支座
只约束竖向：
在模型>边界条件>一般支承中仅选择Dz。
约束竖向和纵向：
在模型>边界条件>一般支承中选择Dz和Dx。
约束竖向和横向：
在模型>边界条件>一般支承中选择Dz和Dy。
约束竖向、纵向和横向：
在模型>边界条件>一般支承中选择Dz、Dx、Dz。
c.主梁与桥墩的连接
一般来说在主梁的建模点和主梁底〔也需要建立一个节点〕之间用刚性连接连接〔使用模型>边界条件>刚性连接功能，主节点可选择为主梁建模点〕。
桥墩的顶点与主梁底的连接可用弹性连接连接，弹性连接的刚度可按厂家提供的支座产品说明书上的竖向和水平向刚度。
只约束竖向：
在模型>边界条件>弹性连接中仅输入SDx。
约束竖向和纵向：
在模型>边界条件>弹性连接中仅输入SDx和SDz〔或SDz〕。
约束竖向和横向：
在模型>边界条件>弹性连接中仅输入SDx和SDyz〔或SDy〕。
约束竖向、纵向和横向：
在模型>边界条件>弹性连接中输入SDz、SDx、SDz。
注意：
a.可在显示中选择显示弹性连接坐标轴查看要约束方向的坐标轴。
b.当用户希望使用单向〔只〕受压支座时，可在弹性连接中选择“只受压”。
一般来说不推荐用户使用只受压支座，当用户担心产生负反力时，可先用既能受压又能受拉的弹性连接先分析一次，查看弹性连解是否受拉，如有受拉的情况，通过结果>移动荷载追踪器查出发生负反力时的移动荷载布置，然后按静力荷载加载且把弹性连接修改为只受压后重新分析即可。
c.释放梁端部约束
当梁与其他构件铰接时，可使用边界条件>释放梁端部约束功能释放弯曲约束。
注意：
不能释放一个节点周边所有梁单元在此节点上的弯曲约束，否则产生奇异。
1.边界定义中应注意的问题
a.在弯桥中一般沿着径向和切向约束，此时应事先给节点定义节点局部坐标轴，这样在一般支承中定义的桥墩底部固结支座和主梁支座会沿着局部坐标轴方向约束，输出的反力也是局部坐标轴方向的。
b.弯桥中双支座的模拟，可在实际支座位置〔实际支座位置在径向时，可通过复制主梁节点，复制方向选择圆心和主梁节点即可。
〕建立两个节点，节点与主梁建模点用刚性连接连接，主节点选用主梁建模点。
将这两个节点向下复制，距离为支座高度+梁高〔梁截面以顶对齐时〕，复制生成的点与对应的点用弹性连接连接，刚度参考厂家产品介绍。
当弹性连接的下部没有模拟桥墩时，按固接处理；下部模拟了桥墩时，则连接桥墩相应的点。
c.一定要注意支座节点的位置，特别是用板单元建立斜桥时，支座位置一定要设置在板下。
此时可在板的建模点支座位置节点向下复制半个板厚的距离，用刚性连接将其连接起来，然后再向下复制相当于支座高度的距离，用弹性连接将其连接起来，将弹簧下面点固结，这样才能正确地计算出是否产生负反力。
d.当用户自行输入弹性连接的刚度值不要输的过大，一般来说模拟近似刚性时可使用“刚性”或输入10e5～10e10之间值。
e.当用户用虚拟梁单元模拟刚臂时，虚拟梁单元的刚度也不应过大，可输入10e5～10e10之间值，但当虚拟梁单元的材料中弹性模量值也输入的相当大时，也会发生警告。
此虚拟梁单元的弹性模量可用一般材料的值，容重可设为0。
f.虚拟梁单元的刚度过小或过大分析时均会出现警告，将会影响自振周期结果，当虚拟梁单元的刚度过小时，可能会影响屈曲分析的结果〔在外力很小的情况下会发生屈曲〕。
g.刚性连接与弹性连接的“刚性”，两者分析结果应接近〔会有精度差异〕。
刚性连接是通过强制将两个点的位移设置为相同来计算的，弹性连接的“刚性”是将两点间的连接弹簧的刚度设置为很大来计算的。
h.非线性弹性连接特性值中的非线性特性仅适用于动力分析。
静力分析时将使用其在线性弹性支承中输入的值计算。
误区1.在支座位置建立节点，并将所有的支座节点与主梁节点刚性连接，荷载会按照就近原则分配，导致离主梁越近的支座反力越大。
误区2.当用弹性连接的一般类型模拟单支座时，如果没有定义转角刚度，相当于一个具有平动刚度而没有旋转刚度的梁单元，这样的约束情况当然有可能发生奇异。
3.所有的支座反力都相等的问题，当放在弹性地基上的梁的刚度很大而地基的弹簧系数又相同时，上部荷载会均匀地传递到下部弹簧上，弹簧的反力是相同的。
同样的道理，当对支座间的联系梁刚度的模拟（目前他用的是弹性连接的一般连接，弹簧系数很大而又相同时），地基的反力会相同。
在不模拟下部结构的情况下多支座模拟的正确的方法：
1.在所有支座的下端建立多个节点，所有的节点按固结约束（D-ALL，R-all）；
2.复制支座底部节点到梁底标高位置生成支座顶部节点，将支座底部节点和顶部节点使用弹性连接的一般类型建立连接，并按实际支座刚度定义一般弹性连接的刚度，输入轴向和另外一个或两个方向的弹簧系数。
如果是弯桥，要通过调整弹性连接的beta角来调整弹性连接的y向和z向（即保证弹性连接的约束方向为沿主梁的切向约束和径向约束方向）
注：
调整角度是为了保证支座的约束方向与该点主梁的径向和切向一致，Sdx等为弹簧的刚度。
3.将支座上部节点和主梁节点用刚性连接连接起来，选择主梁节点为主节点，支座顶节点为从属节点。
要注意的是，其中第三步是将梁在端部的横向联系视为刚性杆模拟的，当荷载和结构对称时，所有反力将相等。
荷载偏载时（比如活荷载偏载布置）时，支座反力会不相等。
此时可查看是否有负反力。
如果用户准确知道横向联系的刚度，可输入实际的横向联系的刚度建立梁格模型，横向联系的刚度越小，各支座的反力之间的差别会越大。
方法一：
《公路桥梁板式橡胶支座（JT/T4——2004）》规定如下：
支座抗压弹性模量
矩形支座
圆形支座
——支座抗压弹性模量，MPa；
——支座抗剪弹性模量，MPa；
——支座形状系数；
——矩形支座加劲钢板短边尺寸，mm；
——矩形支座加劲钢板长边尺寸，mm；
——支座中间单层橡胶片厚度，mm；
——圆形支座加劲钢板直径，mm；
方法二：
“衡水前进工程橡胶有限公司”的《支座资料》
支座抗压弹性模量
——支座形状系数，由支座型号表格可直接查到；
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