迈达斯中弯桥模型的建立.doc

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1、钢筋混凝土板桥（弯桥）概述这个例题介绍使用MIDAS/Civil模拟钢筋混凝土板桥并进行结构分析的方法。具体步骤如下。1. 打开文件和设定操作环境2. 定义材料和截面3. 使用节点和单元建模4. 输入边界条件5. 输入车辆移动荷载和静荷载6. 运行结构分析7. 查看分析结果结构概况钢筋混凝土板桥的结构概况如图3.1、3.2所示。图 3.1 板桥的模型单位：mmA1P1P2A21,40031,900=5,7001,400CLof Road整体坐标系的原点1,950单位 : mm: 约束 Dx, Dy, Dz : 约束 Dz : 约束Dx, Dz : 约束 Dy, Dz 边界条件遵循节点坐标系 (

2、a) 立面图450单位 : mm1,100沥青砼铺装 t = 80桥面板4506,1001,500CLof Road8,5001,000 (b) 横截面图3.2 板桥的尺寸桥台以及桥墩处的边界条件如图3.3所示。支座点的可移动方向与该点处弯桥的切线方向一致。 图3.3 支承条件设计要求如下：区分:内容桥梁形式 :钢筋混凝土板桥桥梁长度 :15.0 + 20.0 + 15.0 = 50.0 m桥梁宽度 :8.5 m 铺装 :沥青混凝土铺装 (t=8cm)桥面板 :钢筋混凝土板 (t=100cm)设计车道 :2车道弯曲半径 :R=130.0m荷载工况 :恒荷载活荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道

3、荷载)支座沉降 材料 :30号混凝土 容重 :混凝土 沥青混凝土Wc = 2.5t/m3Wp = 2.3t/m3 荷载组合 :根据规范定义荷载的详细情况如下。 恒荷载1. 桥面板的自重: 使用程序的自重输入功能2. 铺装: 给板单元输入压力荷载 (2.3t/m30.8 = 1.84t/m2)3. 栏杆: 给板单元输入压力荷载(1.859t/m2)对栏杆荷载(图 3.4)的计算方式如下表所示。450单位 : mm1,080沥青混凝土铺装 t = 80桥面板1,0003023070120700175205 图 3.4 栏杆的细部尺寸号码计算式线荷载(t/m)0.230.72.50.40250.07

4、0.72.5/20.06130.30.1752.50.13130.120.1752.5/20.02630.420.2052.50.2153合计0.8367面荷载(t/m2)= 0.8367/0.45 = 1.8593 活荷载桥宽 : 8.5 m桥面净宽 : Wc = 7.6 m设计车道宽度: 3.6 m 给2车道施加车辆移动荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道荷载) 冲击系数 L 5m, i = 0.3L 45m, i = 0单位：mmC-AD(20)C-AL图3.5 活荷载的加载支座沉降这里把因地基沉降而引起的支座沉降量假设为1cm。程序提供如图3.6所示的各种沉降组合的计算结果。1015,

5、00020,00015,000单位： : mm 图 3.6 支座沉降利用节点和单元的建模首先建立新项目(), 以板为名保存()。 在画面下端的状态栏上点击单位选择键 ()把单位设定为 N和mm。 这个单位体系可根据输入的数据随时变更。本例题主要用图标菜单来建模。 为了使用图标菜单，用户可根据需要将所需工具调出，其方法如下。 1. 在主菜单选择工具用户制定工具条 2. 在工具条选择钩选全部 (图 3.7)3. 点击 图 3.7 工具条编辑窗口将调出的工具条拖放到用户方便的位置（图3.8）。 移动新调出的工具条时，可通过用鼠标拖动工具条名称(图 3.8 (a)的)来完成, 对于已有的工具条则可通过

6、拖动图 3.8 (a)的 来移动。（a） 调整工具条位置之前 查询节点单元结果激活影响线/影响面特性查询轴线和捕捉(b) 调整工具条位置之后图 3.8 排列工具条 定义材料以及截面定义材料如下： 材料1 : 30 板考虑在支座处板的厚度变化按下图来定义不同的厚度(图 3.9)。 厚度(Thickness) 1 : 1000- 板 (跨中) 2 : 1050- 板 (支座1)3 : 1150- 板 (支座2)4 : 1250- 板 (支座3)5 : 1300- 板 (支座4)10001050115012501300支座单位 : mm图 3.9 支座的厚度变化定义材料和厚度的方法如下。 图 3.1

7、0 输入材料对话框 图 3.11 输入材料数据 1. 点击 材料特性2. 点击（图 3.10） 3. 确认材料号为1 (图 3.11)4. 在类型 中选择 混凝土 5. 在混凝土的规范中选择GB-Civil(RC) 6. 在数据库 中选择30 7. 点击 图 3.12 输入截面数据1. 在特性值对话框(图 3.10)选择 厚度(在特性值工具条选择 厚度)2. 点击 3. 厚度号为 1 (图 3.12)4. 面内和面外 1000 5. 点击 6. 按相同的步骤，输入厚度 24 (参考图3.9)7. 确认厚度号为5 8. 面内和面外 1300 9. 点击 10. 点击 为了建模把单位 mm 改为

8、m。11. 在规范中点击()把 mm改为m输入节点和单元使用扩展单元功能建立梁单元。1. 点击点格和 捕捉点 (关)2. 点击 建立点3. 在坐标(x, y, z) 栏上输入0, -1.95, 0 4. 点击 5. 点击 复制和移动6. 点击 全选7. 确认形式为复制 8. 在复制和移动中选择任意间距 9. 在方向中选择y 10. 在间距中输入0.45, 0.95, 0.55, 1.35, 50.95, 0.45 11. 点击 12. 点击自动对齐13. 点击 顶面14. 点击 节点号(开)15. 点击 建立单元16. 连接节点1和11图 3.13 建立梁单元用扩展单元功能建立桥台A1 上的板

9、单元。1. 点击 全选2. 点击 扩展单元3. 在扩展类型上选择线单元平面单元 4. 确认删除为 5. 在单元属性中确认单元类型为板单元6. 确认材料为1 : 30 7. 确认厚度为1 : 1.000 8. 确认类型为厚板 9. 在生成形式中选择旋转 10. 在旋转的复制次数中输入 2 11. 在旋转角度里输入-0.5*360/2/pi/131.95 12. 在旋转轴里选择 z轴 13. 在第一点里输入曲线中心点0, -131.95, 0 14. 点击 图 3.14 建立桥台 A1 上的板单元输入临时梁来建立1m长的板单元。 1. 点击建立单元 2. 连接节点23和33来建立临时梁3. 点击扩

10、展单元 4. 点击 选择最新建立的个体5. 在扩展类型里选择线单元板单元6. 确认删除为7. 在单元属性里确认单元类型为板单元8. 确认材料为1 : 309. 确认厚度为1 : 1.00010. 确认类型为厚板11. 在生成形式里选择旋转12. 确认旋转的复制次数为113. 在旋转角度里输入-360/2/pi/131.9514. 在旋转轴里选择 z轴15. 在第一点里输入 0, -131.95, 016. 点击 图 3.15 建立1m长的板单元复制建立第一跨的桥面。 1. 点击旋转单元 2. 点击 选择最新建立的个体3. 确认形式为 复制4. 在旋转的复制次数里输入105. 在旋转角度里输入-

11、360/2/pi/131.956. 在旋转轴里选择 绕z轴7. 在第一点里输入0, -131.95, 08. 点击 9. 点击节点号 (关)a图 3.16 完成第1间距用桥墩P1上的板单元复制桥台A1上的单元(图 3.16的 a 部分) 1. 点击多边形选择来选择 图 3.16的 a 部分2. 在旋转单元里确认 形式为复制3. 在旋转的复制次数里输入14. 在旋转角度里输入-11.5*360/2/pi/131.955. 确认旋转轴为绕z轴6. 确认第一点为0, -131.95, 07. 点击 图 3.17 复制板单元利用新建立的板单元在桥墩P1的左侧建立厚度从1m变化到1.3m的板单元。 1.

12、 在旋转单元里确认 形式为复制2. 点击 选择最新建立的个体3. 在旋转的复制次数里输入44. 在旋转角度里输入-0.5*360/2/pi/131.95 5. 确认旋转轴为绕z轴6. 确认第一点为0, -131.95, 0 选择厚度号增幅非常有用于复制输入厚度渐变的结构。详细内容参照On-line Manual 7. 在厚度号增幅里输入1，确认重复为8. 点击 图 3.18 在桥墩P1的左侧建立板单元建立1.3m厚的板单元。1. 在旋转单元里确认 形式为复制2. 点击多边形选择 （选择图 3.18的a）3. 在旋转的复制次数里输入34. 在旋转角度里输入-0.5*360/2/pi/131.95

13、5. 确认旋转轴为绕z轴6. 确认第一点为0, -131.95, 07. 在厚度号增幅里输入0，解除重复左侧的 8. 点击 图 3.19 建立1.3m厚的板单元选择图 3.19的 a，在桥墩 P1 的右侧建立厚度从 1.3m变化到1m的板单元。1. 在旋转单元里确认 形式为复制2. 点击多边形选择，选择 图 3.19的 a3. 在旋转的复制次数里输入4 4. 在旋转角度里输入-0.5*360/2/pi/131.955. 确认旋转轴为绕z轴6. 确认第一点为0, -131.95, 07. 在厚度号增幅里输入-1，确认 重复的左侧为 8. 点击 图 3.20 在桥墩P1的右侧建立板单元选择图3.2

14、0的a来建立第2跨的板单元。1. 在旋转单元里确认 形式为复制2. 点击 多边形选择，选择 图 3.20的 a3. 在旋转的复制次数里输入14. 在旋转角度里输入-17*360/2/pi/131.955. 确认旋转轴为绕z轴6. 确认第一点为0, -131.95, 07. 在厚度号增幅里输入0，解除重复左侧的8. 点击 352363354352图 3.21 建立第2跨的板单元到目前为止建立了整个弯桥的1/2模型。对于另外1/2，可使用对称复制（镜像）来完成。首先需要设定用户坐标系(UCS)。这里使用定义三个点的功能来设定UCS，即输入用户坐标系的原点和x,y方向的节点。1. 点击 三个点(图

15、3.21的 a) 2. 连续指定节点 354, 363, 3523. 点击 图 3.22 由三个点设定 UCS 由新设定的UCS对 x-z 平面对称复制所有单元。1. 点击镜像单元2. 点击全选3. 确认形式 为复制4. 在镜像平面 里选择 z-x 平面，在被选中单元中沿y 方向的外围节点中任意选择一点。 利用单元镜像功能时为了不必另外再统一单元坐标系，选择反转单元坐标系。 5. 确认反转单元坐标系为(6. 点击 1421221421621822316202518575579581564369377381368577373图 3.23 完成结构模型输入边界条件建模结束以后输入边界条件(参照图3

16、.3、3.23)。因为弯桥支座的可移动方向与曲线的切线方向一致，所以需要先定义该支座节点的局部坐标系，然后再输入边界条件。首先为了显示所输入的边界条件和节点坐标系，在 “显示”里面进行相关设定。1. 点击显示2. 边界- 一般支承为 3. 节点- 节点局部坐标轴为 4. 点击 下面定义各支座的节点坐标系。1. 在模型里选择边界条件，选择节点局部坐标轴。2. 确认选择为 添加/替换3. 在定义局部坐标轴的输入方法里选择 3 点 4. 点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点 14, 25, 16 5. 用 单选指定节点 14, 16, 18, 206. 点击 7. 点击P0输入栏变成绿色以后连续指

17、定节点 212, 223, 2148. 用单选指定节点212, 214, 216, 2189. 点击10. 点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点 575, 564, 57711. 用单选指定节点575, 577, 579, 58112. 点击13. 点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点369, 368, 37314. 用单选指定节点369, 373, 377, 38115. 点击图 3.24 定义节点坐标系利用输入完的节点坐标系输入边界条件 (参考图 3.3 )1. 在边界条件里选择 一般支承2. 确认选择为 添加3. 点击单选 4. 选择节点14, 16, 20, 212, 214, 2

18、18, 369, 373, 381在Dz右侧标 5. 点击 6. 选择节点18, 216, 377在Dy, Dz右侧标 7. 点击8. 选择节点575, 577, 581在Dx, Dz右侧标 9. 点击 10. 选择节点579在D-All左侧标 11. 点击 图 3.25 输入边界条件输入完边界条件以后取消前面在“显示”中所做的相关设定。1. 点击显示2. 在边界条件里删除一般支承左侧的 3. 在节点里删除节点局部坐标轴左侧的 4. 点击 输入荷载定义静力荷载工况在输入荷载之前须定义荷载工况 1. 在树形菜单里选择“荷载”2. 点击荷载工况名称右侧的 3. 在静力荷载工况的名称里输入恒荷载（图

19、 3.26）4. 在类型里选择 恒荷载5. 点击 6. 点击 图 3.26 荷载工况输入窗口输入恒荷载输入因桥面板的自重、铺装、栏杆而引起的自重。桥面板的自重程序内部可以自行计算，因铺装和栏杆而引起的自重是以作用在板单元上的压力荷载的形式来定义的。为了便于输入荷载，将相应的结构定义为若干“结构组”。1. 点击组 2. 点击多边形选择来选择 图3.27的a部分3. 在组里的结构组上点击右键，在 上选择新建.4. 在名称里输入栏杆(图3.27 )5. 点击6. 点击全选7. 在画面左侧双击栏杆8. 按照34输入 铺装9. 点击 10. 按照34输入影响面包括单元11. 点击 多边形选择来选择图3.

20、27的 c 部分12. 点击ac图 3. 图3.27 定义结构组输入二期荷载 1. 在左侧的组里双击栏杆 2. 在主菜单选择 荷载压力荷载3. 确认荷载工况名称为恒荷载 4. 确认选项为 添加 5. 确认单元类型为板/平面应力单元 选择单元上的压力荷载时先在 显示的单元里确认局部坐标轴的方向以后再输入方向。 6. 确认单元上的压力荷载的方向为 局部坐标系 z7. 确认荷载为 均布 8. 在P1 里输入 1.8599. 点击 10. 点击 组 11. 在左侧的组里双击铺装12. 在主菜单选择 荷载压力荷载13. 确认荷载工况名称为恒荷载14. 确认选择为添加 15. 确认单元上的压力荷载的方向为

21、 局部坐标系z16. 确认荷载为均布 17. 在P1栏上输入 1.8418. 点击 输入自重 1. 在荷载的荷载里选择自重 2. 确认荷载工况名称为恒荷载3. 在自重系数的 Z 栏里输入-1 4. 点击操作的 图 3.28 定义自重 输入支座沉降组 1. 在主菜单 荷载支座沉降分析数据支座沉降组2. 在支座沉降组的组名称里输入 桥台 1 3. 在沉降量里输入-0.014. 在节点列表里输入14to20by25. 点击操作的 6. 在支座沉降组的组名称里输入桥墩 1 7. 在沉降量里输入-0.018. 在节点列表里输入212to218by29. 点击操作的 10. 在支座沉降组的组名称里输入桥墩

22、 211. 在沉降量里输入-0.0112. 在节点列表里输入575to581by213. 点击操作的 14. 在支座沉降组的组名称里输入桥台 215. 在沉降量里输入-0.0116. 在节点列表里输入369to381by417. 点击操作的 图 3.29 输入支座沉降定义支座沉降荷载工况1. 在支座沉降分析数据里选择支座沉降荷载工况2. 荷载工况名称里输入 支座沉降3. 选择支座沉降组里的桥台1、桥墩1、桥墩 2、桥台 2, 点击 移动到已选组里面4. 确认Smin为 15. Smax 里输入46. 点击操作的 图 3.30 定义支座沉降荷载工况定义车辆移动荷载首先定义车道面 (图 3.31)

23、1. 在树型菜单选择移动荷载分析车道面2. 在车道面对话框里点击 3. 车道面名称里输入车道面1 4. 车道宽度里输入35. 与车道基准线的偏心距离输入0.35 桥梁跨度是为计算冲击系数而输入的，相邻两跨跨度不同时，对于中间的节点，可取两跨的平均值来输入，这里为了简便取小跨的值计算。参考图3.2输入相应跨度。6. 桥梁跨度输入157. 在选择里选择节点号 8. 节点号里输入5to214by119. 点击操作的 10. 桥梁跨度输入2011. 节点号里输入225to357by11, 709to588by-1112. 点击操作的 13. 桥梁跨度输入1514. 节点号里输入577to390by-1

24、1, 373, 37215. 点击操作的 16. 点击 图 3.31 定义车道面11. 点击车道面对话框的 2. 车道面名称里输入车道面 23. 车道宽度里输入34. 与车道基准线的偏心距离输入-0.45. 桥梁跨度输入156. 在选择里选择节点号7. 节点号里输入8to217by118. 点击操作的 9. 桥梁跨度输入2010. 节点号里输入228to360by11, 712to591by-1111. 点击操作的 12. 桥梁跨度输入1513. 节点号里输入580to393by-11, 379, 37814. 点击操作的 (图 3.32)15. 点击 16. 点击17. 点击 重画 图3.3

25、2 定义车道面2 定义城市车道荷载C-AD(20)和车辆荷载C-AL(图 3.33)。 1. 在树型菜单 移动荷载分析车辆2. 点击3. 确认规范名称为中国城市桥梁荷载(CJJ 77-98)4. 确认车辆荷载类型为C-AD(20) 5. 点击 6. 在车辆荷载类型里选择C-AL7. 点击 8. 点击 图 3.33 车辆定义对话框 定义移动荷载工况. (图 3.34 )1. 在树型菜单 移动荷载分析移动荷载工况2. 点击 3. 荷载工况名称里输入C-AD4. 点击子荷载工况的 5. 确认荷载工况数据的车辆组为 VL:C-AD(20)6. 确认系数为1 7. 确认可以加载的最少车道数为18. 确认

26、可以加载的最大车道数为 29. 选择车道列表 里的车道面 1,车道面 2, 点击 移动到选择的车道10. 点击子荷载工况对话框的 11. 点击移动荷载工框的 12. 荷载工况名称里输入C-AL13. 双击子荷载工况中的VL:C-AD(20)14. 确认荷载工况数据的车辆组为VL:C-AL15. 确认系数栏为1 16. 确认可以加载的最少车道数为117. 确认可以加载的最大车道数为 218. 点击子荷载工况对话框的 19. 点击移动荷载工况的 20. 点击 图 3.34 定义移动荷载工况进行影响面分析时，当需要了解车道面范围以外的其他板单元的影响面分析结果时，选择相应板单元。因为影响面分析的数据

27、庞大，在MIDAS/CIVIL中默认提供的影响面分析结果为车道面内的板单元。但如果用户想输出车道面外的板单元的影响面分析结果，可选择相应板单元。 1. 点击 组2. 双击影响面包括单元3. 在树型菜单选择 移动荷载分析用于影响面的板单元4. 点击 图 3.35 选择影响面分析时所要包含的单元设定移动荷载分析控制数据. 请参考联机帮助的说明1. 在主菜单选择 分析移动荷载分析控制 (图 3.36)2. 选择加载点为最不利点 3. 确认冲击系数的桥梁形式为城市桥梁4. 点击 图 3.36移动荷载分析控制数据对话框运行结构分析运行结构分析。点击 分析查看分析结果荷载组合下面使用程序提供的根据规范自动

28、生成荷载组合的功能，将3种荷载工况(恒荷载、支座沉降、活荷载)进行荷载组合。具体操作步骤如下： 图 3.37 荷载组合对话框在主菜单选择 结果荷载组合。 (图3.37) 1. 在主菜单选择 结果荷载组合，表单选择“一般”2. 点击下方的，在弹出的选择荷载组合对话框中钩选“添加包络”3. 规范选择“混凝土”和“CJJ 77-98”4. 点击“确认”5. 点击查看变形查看结构变形 (图3.38)1. 点击 标准视图 2. 点击结果里的 变形形状(图 3.38的a) 3. 在荷载工况/荷载组合 里选择 CBmin: RC ENV_STR4. 确认位移为DXYZ5. 显示类型的变形前, 图例前标 6.

29、 点击显示类型里 变形右侧的 7. 在变形的表现方式栏里选择 实际变形8. 适用于选择确认时前标9. 点击 图 3.38 变形图(Deformed Shape)查看影响面分析结果 关于影响面的详细说明 参照On-line Manual的 “结构分析功能先查看支座反力的影响面。(图 3.39)是节点212的分析结果。1. 点击影响线/面工具里的 反力(图 3.39的 a) 选择LANE all表示所有输入在影响面板单元中的结果。2. 确认影响线/影响面 为LANE all 3. 确认节点号为212 4. 确认放大系数为2.0 考虑前面已定义的节点局部坐标系，选择局部（如果有以定义的）项目。. 5

30、. 选择 FZ, 局部 (如果有已定义的)6. 确认显示类型为 图例7. 点击 图 3.39 支座反力的影响线支座沉降的影响面分析结果。1. 在影响线/影响面面工具栏里点击 位移 (图 3.40的 a) 2. 确认影响线/影响面为 LANE all 3. 确认节点号为336 4. 放大系数为2.0 5. 位移为 DZ6. 显示类型里在图例,3D 等值线前标a7. 点击 图 3.40 支座沉降影响面板单元弯矩的影响面.1. 在影响线/面工具栏里点击 板单元内力 (图 3.41的a) 2. 确认影响线/影响面 为LANE all 3. 确认单元号为326 4. 放大系数里输入 1.05. 确认位置

31、为 中心 6. 确认位移为Mxx7. 显示类型里在图例, 3D 等值线前标a8. 点击 图 3.41 弯矩影响面查看板单元的弯矩时一般先查看整个结构的计算结果之后再查看任意截面的结果。1. 在结果栏中点击 板单元内力/弯矩 (图3.42的 a) 2. 确认荷载工况/荷载组合为CBmin: RC ENV-STR 3. 在板单元内力选项里选择节点平均值4. 确认位移栏为Mxx 5. 在显示类型选择 变形, 变形前, 图例6. 点击 图 3.42 查看弯矩确认单元坐标系的 x-z 平面和 y-z 平面的弯矩图。 对于实体单元或板单元,使用 “以定义的;平面”功能对相应平面输出内力的功能。1. 确认载荷工况/载荷组合为CBmin: RC ENV-STR2. 在板单元内力选项里选择节点平均值3. 确认位移为Mxx4. 在显示类型选择 剖断面图5. 点击剖断面图右侧的 6. 在板剖断面图里选择剖断面7. 在已定义的平面里选择 用户坐标系 x-z 平面, 用户坐标系y-z平面8. 在定义选择面里选择已定义的平面 ，在折板连续输出结果前标9. 放大系数里输入 1，在数值和仅输出最大/最小值的左侧标10. 点击 (图 3.43)11. 点击板剖断面图 对话框右侧的 图 3.43 单元坐标系 x-z, y-z 平面的弯矩图