MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析.docx

1、MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析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MIDA

2、S/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. 1 64m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.

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3.2 MIDAS/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X

4、N.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

5、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)

6、 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 H B1(B) tw tf1(tf) B2 tf2 C 1 下弦杆E0E2 用户 H型截面 0.4

7、6 0.46 0.01 0.012 0.46 0.012 2 下弦杆E2E4 用户 H型截面 0.46 0.46 0.012 0.02 0.46 0.02 3 上弦杆A1A3 用户 H型截面 0.46 0.46 0.012 0.02 0.46 0.02 4 上弦杆A3A3 用户 H型截面 0.46 0.46 0.02 0.024 0.46 0.024 5 斜杆E0A1 用户 H型截面 0.46 0.6 0.012 0.02 0.6 0.02 6 斜杆A1E2 用户 H型截面 0.46 0.44 0.01 0.012 0.44 0.012 7 斜杆E2A3 用户 H型截面 0.46 0.46 0

8、.01 0.016 0.46 0.016 8 斜杆A3E4 用户 H型截面 0.46 0.44 0.01 0.012 0.44 0.012 9 竖杆 用户 H型截面 0.46 0.26 0.01 0.012 0.26 0.012 10 横梁 用户 H型截面 0.012 0.024 0.24 0.024 1.29 0.24 11 纵梁 用户 H型截面 1.29 0.24 0.01 0.016 0.24 0.016 12 下平纵联斜杆 用户 T型截面*1 0.16 0.18 0.01 0.01 13 桥门架上下横撑和短斜撑 用户 双角钢截面*10.08 0.125 0.01 0.01 0.01 1

9、4 桥门架长斜撑 用户 双角钢截面*10.1 0.16 0.01 0.01 0.01 15 横联上横撑 用户 双角钢截面*10.1 0.1 0.01 0.01 0.01 16 横联下横撑和斜杆 用户 双角钢截面*10.08 0.125 0.01 0.01 0.01 17 上平纵联斜杆 用户 T型截面*1 0252 0.24 0.012 0.012 18 纵梁间水平斜杆 用户 角钢*1 0.1 0.1 0.01 0.01 19 纵梁间横向连接 用户 角钢*1 0.09 0.09 0.009 0.009 20 制动撑架 用户 T型截面*1 0.16 0.18 0.01 0.01 注 标注*1截面

10、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2 20 其截面

11、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(0 0 0) 复制次数(8) 距离(8 0 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

12、 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E0E2 Beta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

13、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 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 下弦杆单元坐标系角 90 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

14、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28)。 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

15、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28节点 两个选择方向均 可。 (a) (b) 图XN.11 MIDAS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(0 0 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

16、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A1A3 Beta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

17、择按钮 选择单元1518。 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

18、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 下弦杆单元坐标系角 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

19、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 0 0)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

20、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

21、 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(0 0 0.645) 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

22、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(0 5.75 0) 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(0 5.75 0) 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

23、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

24、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(0 1.875 0) 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(0 2 0) 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

25、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(8 0 0) 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

26、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)

27、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

28、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(0 0 0.645) 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(0 0 -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)

29、 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(8 0 0) 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