MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析.docx

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MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析

第三章MIDAS/CIVIL钢桁梁桥建模及分析3.1概述易学易用能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计是MIDAS的独到之处。

MIDAS/Civil是针对土木结构特别是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁

结构形式同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、

动力弹塑性分析。

本教程手把手教你如何使用MIDAS/Civil以64m下承式铁路简支钢桁梁桥为例详细

介绍设定操作环境、建立模型、定制分析选项和查找计算结果的完整过程旨在引导初学者

快速熟悉和掌握MIDAS/Civil的基本操作和使用注意事项。

本教程使用软件版本为2006

该教程在尽可能多的地方给出了菜单和工具栏两种操作为了适应不同习惯的读者

方式为

了使读者快速全面地掌握MIDAS的实际操作本教程对同样的操作功能在不同的地方给出

了尽可能多的实现方法如对不同选择方式的操作。

本教程中64m下承式铁路简支钢桁梁桥共8个节间节间长度8m主桁高11m基本

尺寸如图3.1所示。

图3.164m下承式铁路简支钢桁梁桥结构的基本尺寸3.2设定操作环境3.2.1启动MIDAS/Civil

安装完成后双击桌面上或相应目录中的MIDAS/Civil的图标打开程序启动界面如

图3.2所示分为主菜单、图标菜单、树形菜单、工具条、主窗口、信息窗口、状态条等部

分。

图3.2MIDAS/Civil的启动界面3.2.2创建新项目

通过选择主菜单的文件?

新项目（或者点击工具条

按钮）创建新项目之后选择文件?

保存菜单（或者）设置路径保存项目。

3.2.3定制工具条

图3.3定制菜单对话框选择主菜单的工具?

用户定制?

用户定制…调出如图3.3所示定制工具条对话框在

Toolbars选项卡下通过勾选复选框可以定制符合自己风格的工具条该教程采用默认选项

点击按钮关闭对话框。

3.2.4设置单位体系

（1）在主菜单中选择工具?

单位体系打开单位体系设置对话框如图XN.4所示。

（2）在长度栏中选择“m”。

（3）在力（质量）栏中选择“kN”。

（4）在热度栏中默认选择“kJ”。

（5）在温度栏中默认选择“Celsius”。

（6）点击按钮。

图3.4单位体系设置对话框图

图3.5显示选项对话框图※提示MIDAS在建模和查看计算结果过程中可以随时

更改长度和力的单位以方便输入和查看。

3.2.5设定建模环境

（1）在屏幕左上角图标菜单中选择常用?

确保捕捉节点和捕捉单元功能图标呈现

暗红色处于被选中状态。

（2）在图标菜单中点击常用?

确保消隐功能图标呈现淡蓝色不被选中。

（3）在图标菜单中选择UCS/GCS?

确保全局坐标系功能处于被选中状态。

（4）在图标菜单中选择视图控制?

显示选项调出显示选项对话框在颜色选项卡下

点击按钮如图3.5所示点击按钮关闭对话框。

※提示这里使用白色背景是为了抓图方便实际操作中

建议使用黑色背景。

（5）在屏幕右侧工具条点击

正面显示主窗口。

3.3建立模型3.3.1输入构件的材料数据

（1）在主菜单中选择模型?

材料和截面特性?

材料或在图标菜单中选择特性?

按

钮调出图XN.6（a）所示对话框。

（2）点击按钮调出材料数据对话框如图XN.6（b）所示。

（3）在一般的材料号输入栏中确认“1”。

（4）在设计类型选择栏确认“钢材”。

（5）在钢材的规范栏选择“GB（S）”。

（6）在数据库选择栏选择“16Mnq”。

（7）点击按钮添加新材料后的材料数据对话框如图XN.6（c）所示。

（a）

（c）

（b）图XN.6添加材料

3.3.2输入构件的截面数据

（1）在材料和截面对话框中选择截面选项卡（或在图标菜单中选择特性?

截面）调出

如图XN.7（a）所示添加截面对话框。

（2）点击按钮打开如图XN.7（b）所示。

（a）（b）图XN.7添加截面对话框

表XN.1截面特性值表杆号名称类型截面形状

HB1（B）twtf1（tf）B2tf2C

下弦杆E0E2用户H型截面

0.460.460.010.0120.460.012

下弦杆E2E4用户H型截面

0.460.460.0120.020.460.02

上弦杆A1A3用户H型截面

0.460.460.0120.020.460.02

上弦杆A3A3’用户H型截面

0.460.460.020.0240.460.024

斜杆E0A1用户H型截面

0.460.60.0120.020.60.02

斜杆A1E2用户H型截面

0.460.440.010.0120.440.012

斜杆E2A3‎‎用户H型截面

0.460.460.010.0160.460.016

斜杆A3E4用户H型截面

0.460.440.010.0120.440.012

竖杆用户H型截面

0.460.260.010.0120.260.012

横梁用户H型截面

0.0120.0240.240.0241.290.24

纵梁用户H型截面

1.290.240.010.0160.240.016

下平纵联斜杆用户T型截面*1

0.160.180.010.01

桥门架上下横撑和短斜撑用户双角钢截面*10.080.1250.010.010.01

桥门架长斜撑用户双角钢截面*10.10.160.010.010.01

横联上横撑用户双角钢截面*10.10.10.010.010.01

横联下横撑和斜杆用户双角钢截面*10.080.1250.010.010.01

上平纵联斜杆用户T型截面*1

02520.240.0120.012

纵梁间水平斜杆用户角钢*1

0.10.10.010.01

纵梁间横向连接用户角钢*1

0.090.090.0090.009

制动撑架用户T型截面*1

0.160.180.010.01注标注*1截面修改偏心为“中上部”（3）在数据库/用户选

项卡的截面号输入栏确认“1”。

（4）在名称输入栏输入“下弦杆E0E2”。

（5）在截面形状中选择“工字形截面”。

（6）在用户和数据库中选择“用户”。

（7）在H对应文本框中输入“0.46”。

（8）在B1对应文本框中输入“0.46”。

（9）在tw对应文本框中输入“0.01”。

（10）在tf1对应文本框中输入“0.012”。

（11）在B2对应文本框中输入“0.46”。

（12）在tf2对应文本框中输入“0.012”。

（13）其它保持默认设置点击按钮。

（14）参考

（2）（13）的步骤依次输入截面220其截面特性数据详见表XN.1。

（15）对话框中会显示刚增加截面的编号、名称、类型及其形状添加截面后对话框如图

XN.8所示点击材料和截面对话框中的按钮

图XN.8添加完截面后的对话框

3.3.3建立主桁架

3.3.3.1建立下弦杆

（1）在图标菜单中选择视图控制?

在主窗口中显示节点号和单元号。

（2）在屏幕右侧工具条点击打开自动对其功能。

（3）选择主菜单

模型?

节点?

建立节点（或者选择图标菜单节点?

）。

（4）在屏幕左侧文本框填写如图XN.9（a）所示坐标（000）复制次数（8）距离（80

0）点击按钮。

※提示数学建模形成自己的惯用整体坐标系是个好习

惯本实例采用纵向为X轴横向为Y轴竖

向为Z轴。

（5）选择主菜单模型?

单元?

建立（或者选择图标菜单单元?

）。

（6）在屏幕左侧设置如图XN.9（b）所示单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择1:

16Mnq截面名称选择1:

下弦杆E0E2Beta角选择90选中交叉分隔中的

节点和单元复选框用鼠标依次拾取节点1和3。

（7）更改截面号为2名称为2:

下

弦杆E2E4用鼠标依次拾取节点3和5。

（8）在工具条中点击全选图标按钮

选择主菜单模型?

单元?

镜像（或者选择图标菜

单单元?

）。

设置如图XN.9（c）所示形式为复制镜像平面为y-z平面x:

32m其它默认

点击

按钮。

（a）（b）（c）

图XN.9建立下弦杆※提示在MIDAS软件中为了便于用户理解和输入

引进了构件β角的概念。

当梁单元的单元坐标

系x轴和整体坐标系的X轴平行时单元的β

角为整体坐标系Z轴和单元坐标系z轴的夹角

夹角的符号由绕单元坐标系x轴旋转的右手法

则决定。

下弦杆β角计算如图XN.10所示。

Y整体坐标系横向

Z整体坐标系竖向

y单元坐标系横向

z单元坐标系竖向

β下弦杆单元坐标系β角

角计算

XN.10下弦杆※提示在用镜像功能填写镜象平面坐标的时候可以通

过两种方式来完成

（1）点击所需镜像平面对应

的文本框直接填写对称平面坐标数值

（2）点

击所需镜像平面对应的文本框后在主窗口结

构中挪动鼠标文本框中的数值会随着鼠标处

节点坐标的变化而变化点击对称平面上任一

点的即可得到所需坐标值这样就省去了计算

坐标值的麻烦。

3.3.3.2建立上弦杆

（1）在工具条中点击窗口选择按钮

选取中间7个节点（节点号为2~8）。

※提示在用窗口选择方式选取对象的时候

需要用鼠标

点击对角线的两点确定一个矩形框点取一点

后先放开鼠标键再去确定下一点。

MIDAS中

选择方向不一样所选取对象会所有不同

（1）

从左往右选择选择区域以边界矩形框和两条对

角线表示见图XN.11（a）全部被包围的对象才

会被选中与矩形框相交的对象不会选中

（2）

从右往左选择选择区域仅以边界矩形框表示

见图XN.11（b）被包围在矩形框内以及与矩形

框相交的对象都会被选中。

该处选择的是节点

只求选择区域包围2~8节点两个选择方向均

可。

（a）

（b）

图XN.11MIDAS的窗口选择方式

（2）选择主菜单模型?

节点?

复制和移动（或者选择图标菜单节点?

）复制节点

在主窗口左侧出现复制节点设置选项如图XN.12所示设置如下形式选择复制

等间距

设置为（00

11）复制次数为

（1）其它默认点击按钮。

图XN.12复制节点设置选项

（3）选择主菜单模型?

单元?

建立（或者选择图标菜单单元?

）。

（4）参考图XN.9（b）单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择1:

16Mnq截面名称选择3:

上弦杆A1A3Beta角选择90选中交叉分隔中的节点和单元复选框在主窗口中用鼠标依次拾取节点10和12拾取节点14和16。

（5）截面名称选择4:

上弦杆A3A3’用鼠标依次拾取节点12和14。

3.3.3.3建立斜杆

（1）截面名称选择5:

斜杆E0A1用鼠标依次拾取节点1和10。

（2）截面名称选择6:

斜杆A1E2用鼠标依次拾取节点10和3。

（3）截面名称选择7:

斜杆E2A3用鼠标依次拾取节点3和12。

（4）截面名称选择8:

斜杆A3E4用鼠标依次拾取节点12和5。

（5）在工具条中点击交叉线选择按钮

选择单元15~18。

※提示用交叉线选择方式选取单元的时候在主窗口中

用鼠标连续画出的任意线与该线相交的单元均

被选择。

起点和中间折点需要单击鼠标确定最

后一点通过双击鼠标完成。

选择斜杆单元如图

XN.13所示为演示交叉线选择的丰富功能图

中使用的折线路径实际操作上只需要从起始点

到终点画一直线即可被选中的单元将以红色线

条显示。

图XN.13交叉线选择单元

（6）选择主菜单模型?

单元?

镜像（或者选择图标菜单单元?

）。

（7）设置参考图XN.9（c）形式选择复制镜像平面为y-z平面x:

32m其它默认

点击

按钮。

3.3.3.4建立竖杆

（1）选择主菜单模型?

单元?

建立（或者选择图标菜单单元?

）。

※提示当梁单元的单元坐标系x轴和整体坐标系的Z轴平行时单元的β角

为整体坐标系X轴和单

元坐标系z轴的夹角夹角的符号由绕单元坐标

系x轴旋转的右手法则决定。

竖杆β角计算如

图XN.14所示。

Y整体坐标系横向

Z整体坐标系竖向

y单元坐标系横向

z单元坐标系竖向

β下弦杆单元坐标系β角

90图XN.14竖杆角计算

（2）参考图XN.9（b）截面名称选择9:

竖杆Beta角选择90其它默认在主窗口中用

鼠标依次拾取

节点2和10。

（3）在工具条中点击单选按钮

选择刚刚建立的竖杆单元23。

（4）选择主菜单模型?

单元?

复制和移动（或者选择图标菜单单元?

）。

（5）在主窗口左侧控制对话框中设置下等间距dx,dy,dz（8复制次00）数（6）

其它默认点击按钮。

※提示步骤（3）（4）（5）目的是建立其它竖杆为了展示

MIDAS/CIVIL的灵活建模方式使用了复制单

元的方式。

读者也可以逐个建立用鼠标依次拾

取

节点3和11拾取节点4和12拾取节点5

和13拾取节点6和14拾取节点7和15拾

取节点8和16。

（6）已经建完单片主桁杆件主窗口中模型显示如图XN.15（a）所

示。

（7）在图标菜单中选择视图控制?

在主窗口中取消节点号和单元号显示选择显示按钮调出显示对话框在特

性选项卡中选中特征值名称前的复选框在主窗口模

型中显示单元的特征值名称如图XN.15（b）所示核对杆件截面是否正确。

（a）（b）

图XN.15建立完毕的单片主桁架模型

（8）取消特征值名称显示恢复显示节点和单元号在工具条中单击标准视图按钮

在图标菜单中选择视图控制?

消隐单击工具条中的窗口缩放功能按钮

查看主桁消

隐模型放大主桁节点如图XN.16所示查看杆件方向是否正确。

图XN.16主桁架局部消隐效果

3.3.3.5设置主桁架与横梁的连接点

（1）在图标菜单中选择视图控制?

取消消隐在工具条中单击正面显示按钮和对齐按钮。

（2）在工具条中点击

窗口选择按钮

选择下弦杆中间7个节点。

（3）选择主菜单模型?

节点?

复制和移动（或者选择图标菜单节点?

）复制节点

在主窗口左侧复制节点设置选项如下形式选择复制等间距设置为（000.645）复制次

数为

（2）选中

在交叉点分割单元前的复选框点击按钮。

（4）在工具条中点击

窗口选择按钮

选择下弦杆两个端节点。

（5）选择图标菜单节点?

复制次数

（1）其它设置同（3）点击按钮。

※提示实例中铁路纵、横梁高度为

1.29m其截面形

心到上下翼缘的距离为0.645m。

在（3）中以交叉

点分割的方式复制下弦中间节点两次目的是为

了建立横梁和竖杆连接的中心点以及横梁上翼

缘点端横梁处没‎‎有竖杆在（5）中仅需要复制

一次得到横梁截面中心点位置即可。

3.3.3.6复制主桁

（1）在工具条中点击全选按钮

第一片主桁的节点和单元被全部选中单元以红色线

条显示节点以较大高亮点显示。

（2）选择图标菜单

节点?

在主窗口左侧节点复制设置选项如下形式选择

复制等

间距设置为（05.750）复制次数为

（1）其它默认点击

按钮。

（3）点击全选按钮

点击图标菜单单元?

复制和移动设置选项如下形式选择复制等间距设置

为（05.750）复制次数为

（1）其它默认点击按钮。

※提示两片主桁已经

建完可以及时欣赏一下自己的劳

动成果。

取消显示节点号和单元号以消隐方式显示模型在工具条中点击动态旋

转按钮

在主窗口中按住鼠标左键并移动鼠标你就会

得到不同视角的模型主桁消隐效果如图

XN.17所示。

图XN.17主桁架消隐显示模型

3.3.4建立桥面系

3.3.4.1建立

横梁

在工具条中单击

（1）

标准视图按钮

在图标菜单中选择

视图控制?

取消消隐

在图标菜单中选择视图控制?

在主窗口中显示节点号和单元号。

（2）点击窗口缩放按钮

选择两片主桁下弦左端放大显示点击图标菜单单元?

建立单元。

（3）参考图XN.9（b）单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择1:

16Mnq截面

名

称选择10:

横梁Beta角选择0选中交叉分隔中的节点和单元复选框在主窗口中

用鼠标依次拾取节点31和63。

（4）在工具条中点击窗口选择按钮

选择节点31。

（5）选择图标菜单节点?

设置选项如下形式选择复制等间距设置为（01.8750）复制次数为

（1）

选中在交叉点分割单元前的复选框点击按钮。

（6）点击窗口选择按钮

选择刚刚建立的节点65。

（7）选择图标菜单

节点?

选项中等间距更改为（020）其它设置参考（5）点击

按钮。

※提示步骤（4）-（7）通过两次复制节点来分隔端横梁单

元建立纵、横梁的连接点去掉

单元号显示

打开

消隐功能建立的端横梁模型及其节点分布

如图XN.18所示检查端横梁的单元方向是否

正确。

图XN.18端横梁消隐模型及其节点编号

（8）取消消隐显示打开单元号显示点击窗口选择按钮

选择刚刚建立的端横梁（单

元87、88、89）。

（9）点击图标菜单

单元?

复制和移动形式选择复制等间距设置为（800）复

制次数为（8）其它默认点击按钮完成全部横梁的建立。

3.3.4.2建立

端节间纵梁

（1）在工具条中单击

顶面显示按钮

点击

窗口缩放按钮

选择左端一个节间放大

显示。

（2）点击图标菜单单元?

建立单元。

单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选

择1:

16Mnq截面名称选择11:

纵梁Beta角选择0其它默认在主窗口中用鼠标

依次拾

取节点65和67拾取节点66

和68。

※提示建模过程中要养成经常检查模型的好习惯。

完成

端节间纵梁建模去掉单元号显示打开消隐功

能单击标准视图按钮

点击窗口缩放按钮

局部放大检查纵梁的方向如图XN.19所示。

图XN.19纵、横梁消隐显示

3.3.4.3建立纵梁之间的联结系

（1）取消消隐显示单击顶面显示按钮

点击窗口缩放按钮放大显示左端一个

节间。

（2）选择刚刚建立的端节间纵梁（单元114、115）在图标菜单中选择常规?

激活

仅激活刚刚纵梁单元。

图XN.20单元分割设置图XN.21修改单元参数设置

（3）选择纵梁（

单元114、115）在图标菜单中选择单元?

对纵梁进行分割。

在主窗

口左侧单元分割‎‎设置如图XN.20所示单元类型选择

线单元分割方式为等间距x方向分

割数量（4）选中合并重复节点前的复选框点击

按钮。

（4）点击图标菜单单元?

建立端节间纵梁之间联结系水平面斜杆单元。

截面名称选

择18:

纵梁间水平斜杆‎‎Beta角选择0其它默认在主窗口中用鼠标依次拾取节点66

和83拾取节点83和87拾取节点87和85拾取节点85和68。

（5）截面名称选择19:

纵梁间横向连接建立纵联之间联结系顶层横撑用鼠标依

次拾取节点86和83拾取节点87

和84拾取节点88和85。

（6）显示单元号选择刚刚建立的纵梁之间联结系的7个杆件（单元122-128）点击

图

标菜单单元?

复制和移动形式选择移动等间距设置为（000.645）其它默

认点

击按钮移动至实际位置。

（7）选择单元127点击单元?

形式为复制等间距（00-1.29）复制次数

（1）

其它默认按按钮建立端节间纵梁之间联结系底层横撑。

（8）单击标准视图按钮

点击窗口缩放按钮放大节间中部选择刚刚建立的底

层横撑（单元129）点击图标菜单单元?

设置如图XN.21所示参数类修改单元参数

型选择单元坐标轴方向形式选择分配?

Beta角（180）[Deg]按

按钮调整底层横

撑角钢方向。

（9）点击图标菜单单元?

建立端节间纵梁之间联结系竖平面斜杆单元。

截面名称选

择19:

纵梁间横向连接Beta角选择0选中交叉分隔选项中的单元和节点复选框

在主窗口中用鼠标依次拾取节点91和98拾取节点97和95。

※提示在步骤（9）中确保交叉分割目的是通过竖平面

斜杆单元交叉相互分割而得到板铰的连接位置。

完成端节间纵梁见联结系建模去掉单元号显

示打开消隐功能点击对齐按钮

点击动态

旋转按钮

调整视图方向一边欣赏自己的劳

动果实一边检查杆件方向的正确性端部节间

纵梁及其联结系消隐显示如图XN.22所示。

图XN.22端部节间纵梁及其联结系

（10）点击全选按钮

点击图标菜单单元?

形式为复制等间距（800）复制

次数（7）其它默认按

按钮通过复制建立其它节间纵梁及其联结系。

取消

节点和单元号的显示点击图标菜单常规?

全部激活通过

动态旋转和窗口缩放功能可以

查看主桁架和桥面系杆件之间的位置关系如图XN.23所示。

图XN.23主桁架和桥面系局部模型

3.3.5建立下平纵联和制动撑架

3.3.5.1建立下平纵联

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