MIDAS FEA 教程有实例

线性静力 – 预应力钢筋锚固区详细分析midas FEA Case Study Series[锚固区配筋示意] [底板外部锚固块的正面和侧面示意图] [模型形状]1. 概要预应力钢筋的锚座位置，由锚具局部压力引起的应力非常复杂，在靠近垫板处会产生横向压应力，在其它部位会产生横向拉应力。

在较大张力作用下有可能引起构件纵向开裂，较大的主拉应力也可能造成斜向裂缝。

鉴于近年预应力混凝土梁桥出现的一些纵向或斜裂缝，公路规范对锚固区要求进行局部应力分析(公路规范5.7.3条)并对端块提出了构造要求。

有些国家的规范提出了简化计算方法、拉压杆模型(Strut-and-Tie Model)以及有限元分析方法。

本例题将介绍预应力钢筋锚固区的三维有限元分析方法，确认锚固区的应力状态并进行配筋。

1.1 预应力钢筋锚固区配筋预应力钢筋锚固区的受力状况如下：①. 锚固区背面Z 方向上的剥离力(Spalling Force) T1 ②. 锚固区背面Y 方向上的破裂力(Bursting Force) T2 ③. 锚固区前和箱形混凝土翼缘上的张力 T3 ④. 锚固区下部张力 T4⑤. 因为预应力钢筋的偏心布置引起的弯矩张力 T5 ⑥. 钢筋弯起位置的张力 T6根据锚固区的张力分布，一般按下图方式配筋。

①. F1：针对T1的配筋②. F2：针对T2和T3的配筋 ③. F3：针对T4和T5的配筋 ④. F4：针对T6的配筋2. 结构信息2.1 几何信息分析对象是矮塔斜拉桥预应力箱梁的预应力钢筋锚固区，锚固区的顶板有斜拉索的锚固区，底板有内部和外部钢束的锚固区。

本模型对底板的外部锚固块进行了三维仿真有限元分析。

底板外部锚固块的正面和侧面图如下：2.2 使用材料混凝土材料强度为40Mpa ，普通钢筋采用了HRB335，预应力钢筋采用了1*7Φ15.2mm 钢铰线。

3. 模型3.1 模型形状三维实体单元模型包含了锚固块、一部分腹板和底板并考虑了对称效果。

midasFEA适用工程及高端分析指南midaFEACaeStudySerie施工阶段1.概要矮塔斜拉桥详细分析通过矮塔斜拉桥的实体单元模型分析，查看支座反力的横向分布情况、腹板的剪力及加劲梁沿纵向的轴力分布情况。

矮塔斜拉桥的受力特点为：所有的荷载均通过斜拉索传递到主塔上。

故主塔内部将出现应力集中现象，加劲梁的支座部分、斜拉索与加劲梁的连接部分均会出现应力集中现象。

根据上述受力特点，对结构进行实体单元详细分析，查看如下详细分析结果。

支座反力的横向分布情况腹板的剪应力分布情况腹板以及顶板的轴力传递情况 2.桥梁信息2.1桥梁几何信息(1)本例题桥梁基本信息如下。

主梁类型：桥梁跨径：桥梁宽度：斜交角度：三跨连续PSC箱梁L=85.0+155.0+85.0=325.0mB=23.900m90(直桥)[施工过程]3.模型对建模部分进行简要说明。

3.1分析模型(1)本例题仅对主梁合拢前、后阶段的结构进行施工阶段分析。

共分为三个施工阶段，合拢前阶段、边跨合拢阶段、中跨跨中合拢阶段。

(2)主梁截面为单箱三室截面，桥面宽度23.9m，主塔处以及边跨桥台处主梁横向布置四个支座（如下图所示）。

主塔处内侧两支座为固定支座，边跨桥台处内侧两支座为纵向滑动支座，其余均为双向滑动支座。

合拢前阶段边跨合拢阶段中跨跨中合拢阶段[施工阶段][桥梁横、纵断面图](2)利用midaFEA程序中的几何建模功能以及自动网格划分功能建立模型。

为了减少整体结构的分析时间，只建立全桥1/4的模型。

混凝土部分2.2施工方法本例题桥梁的施工过程如下图所示，边跨两端采用FSM（满堂支架法）施工方法，其余主梁段采用FCM（悬臂法）施工方法。

本例题简化了详细的施工过程，仅对主梁合拢段的合拢前、后阶段进行建模分析。

采用四面体单元生成实体网格，斜拉索采用桁架单元，预应力钢束采用植入式钢筋模拟。

1midaFEACaeStudySerie矮塔斜拉桥详细分析网格线显示透明显示[钢束特性值]3.3边界条件及荷载虚拟移动显示[生成网格]模型边界条件如下图所示。

midas FEA Case Study Series材料非线性–桥梁冗余度评价1. 概要本例题介绍了使用midas FEA对双梁桥进行冗余(redundancy)评价的方法。

梁桥的冗余是指梁出现比较严重的损伤后上部结构抵抗坍塌的能力。

国内外设计规范中对双梁桥的冗余没有定量的规定，只有美国公路合作研究计划NCHRP 319(National Cooperative Highway Research Program)以及国内外一些论文中提出了一些定量分析的方法。

本例题中通过材料非线性分析，分析了桥梁的极限状态与规范规定的容许应力相比所具有的刚度和韧性，并针对双梁桥中一根主梁已经发生破坏的情况下对桥梁的应力发展趋势以及桥梁变形趋势做了分析。

2. 桥梁信息2.1 桥梁几何信息(1) 本例题中使用的双梁桥信息如下：结构形式: 三跨连续双梁桥桥梁跨度: L = 50.0+57.5+ 50.0 = 157.5 m桥宽: B = 21.000 m(2) 主梁间距为11m，横向联系梁间距为4m。

2.2 材料强度主梁、横向联系梁、纵梁采用Q370qC，桥面板混凝土抗压强度为35MPa。

3. 模型本例题对建模方法仅做简要介绍，详细方法请参照培训例题。

3.1 建模(1) 本例题是对桥梁损伤前后的桥梁冗余进行分析，损伤前的模型如下图所示在边跨跨中施加了压力荷载。

为了计算使结构达到极限状态的荷载(2) 假设桥梁损伤发生在一根主梁的中跨跨中位置，损伤情况是下翼缘板和腹板发生了撕裂。

建模时将撕裂位置的模型节点分离，荷载加载在中跨[ 损伤前桥梁-在边跨跨中加均布荷载][ 损伤前桥梁-在中跨跨中加均布荷载][ 横截面图][ 网格划分]大小，先施加了单位均布荷载(大小为1MPa)并进行了线性静力分析。

确认线性分析中发生的最大应力，并与构件的容许应力和屈服应力进行比较，预测使结构达到极限状态的荷载大小，并重新做非线性分析。

3.2 材料和截面(1) 钢材的非线性模型选用了范梅塞斯(Von Mises)本构模型，没有考虑应变硬化，假设材料是完全塑性材料。

midas FEA Case Study Series材料非线性–桥梁冗余度评价1. 概要本例题介绍了使用midas FEA对双梁桥进行冗余(redundancy评价的方法。

梁桥的冗余是指梁出现比较严重的损伤后上部结构抵抗坍塌的能力。

国内外设计规范中对双梁桥的冗余没有定量的规定,只有美国公路合作研究计划N CHRP 319(National Cooperative Highway Research Program以及国内外一些论文中提出了一些定量分析的方法。

本例题中通过材料非线性分析,分析了桥梁的极限状态与规范规定的容许应力相比所具有的刚度和韧性,并针对双梁桥中一根主梁已经发生破坏的情况下对桥梁的应力发展趋势以及桥梁变形趋势做了分析。

2. 桥梁信息2.1 桥梁几何信息(1 本例题中使用的双梁桥信息如下:结构形式: 三跨连续双梁桥桥梁跨度: L = 50.0+57.5+ 50.0 = 157.5 m桥宽: B = 21.000 m(2 主梁间距为11m,横向联系梁间距为4m。

2.2 材料强度主梁、横向联系梁、纵梁采用Q370qC,桥面板混凝土抗压强度为35MPa。

3. 模型本例题对建模方法仅做简要介绍,详细方法请参照培训例题。

3.1 建模(1 本例题是对桥梁损伤前后的桥梁冗余进行分析,损伤前的模型如下图所示在边跨跨中施加了压力荷载。

为了计算使结构达到极限状态的荷载(2 假设桥梁损伤发生在一根主梁的中跨跨中位置,损伤情况是下翼缘板和腹板发生了撕裂。

建模时将撕裂位置的模型节点分离,荷载加载在中跨[ 损伤前桥梁-在边跨跨中加均布荷载][ 损伤前桥梁-在中跨跨中加均布荷载][ 横截面图][ 网格划分]大小,先施加了单位均布荷载(大小为1MPa并进行了线性静力分析。

确认线性分析中发生的最大应力,并与构件的容许应力和屈服应力进行比较,预测使结构达到极限状态的荷载大小,并重新做非线性分析。

3.2 材料和截面(1 钢材的非线性模型选用了范梅塞斯(Von Mises本构模型,没有考虑应变硬化,假设材料是完全塑性材料。

m i d a s F E AWe Analyze and Design the Future2FEA 操作指南 |m i d a s F E A打开文件运行FEA 程序后打开一个简单的模型文件。

1. 双击桌面的FEA 程序快捷键。

2. 在主菜单里选择文件 > 打开…后，打开‘Dive into FEA.feb’。

操作指南-13We Analyze and Design the Future| FEA 操作指南m i d a s F E A设定操作环境设定的操作环境会自动保存到注册表中，所以即使退出程序之后重新运行，仍会保留已设定的操作环境。

3. 在主菜单里选择文件> 首选项…。

4. 一般 > 自动保存 设置为‘False’。

操作指南-2m i d a s F E A5We Analyze and Design the Future| FEA 操作指南m i d a s F E A为了能够顺利进行布尔运算等各种几何计算，建议将保持C1－连续和分割转动体选项设定为True 。

操作指南-3利用分割旋转体功能将圆柱以90度的间隔分割5. 设置首选项结束后点击，然后再点击按钮关闭对话框。

6. 在窗口右下角的状态栏中的单位系框中，将荷载单位和长度单位各指定为‘tonf’和‘m’。

操作指南-4在状态栏中的单位体系框中可以指定程序的单位体系。

温度单位不需单独指定，统一单位坐标系后直接输入值即可。

弯矩、应力、弹性模量等单位体系自动根据用户所选的单位体系组合使用。

7. 选择视图 > 显示选项。

8. 选择一般表单。

9. 反走样指定为‘False’。

10. 点击按钮，再点击关闭显示选项对话框。

通过显示选项可设置模型窗口的颜色、栅格的形状、几何体的基本颜色、网格的视图状态、是否显示节点以及荷载/边界条件标注形状的大小和颜色。

关于显示选项的仔细说明请参考在线帮助。

We Analyze and Design the Future6FEA 操作指南 |m i d a s F E AGCS 与WCS 、基准与工作平面在FEA 里使用的坐标系有整体坐标系（GCS ）、工作坐标系（WCS ）、用户定义坐标系。

附件：算例与验证《大体积混凝土温度应力与温度控制》（朱伯芳著，中国电力出版社）是温控分析方面的权威教材，该书中有大量的算例，为了验证MIDAS 软件计算结果的准确性，我们对该书中的很多算例进行了验证。

第19章第13节中的例子是一个典型的算例，该例题如下：该算例的模型为：在基岩上单层混凝土浇注块，长度L=25m ，厚度h ＝1、2、3m ，表面与空气接触。

混凝土导温系数20.0040/a m h =，导热系数10.0/()kJ m h c λ=，表面放热系数260.0/()kJ m h c β=，0.167/m βλ=，热胀系数1a =×5110c --，混凝土初温00C T =,气温0a T C =，混凝土绝热温升为()25.0/(4.5)θτττ=+ 式中τ以天计，混凝土弹性模量为0.34)]()30000[1exp(0.40E ττ=-- ()MPa混凝土的徐变度0.450.30()0.450.0050()0.230.52(19.2)[1](1 1.7)[1]3000030000(,)t t e e C t τττττ------+-++-=混凝土的泊松比为1/6μ=。

岩基弹性模量为30000f MPa E =，泊松比为0.2fμ=，热胀系数1a =×5110c --。

导温系数20.0040/a m h =，绝热温升()0θτ=。

教材中按照平面应变问题求解；在我们的计算中，按照三维空间问题求解。

我们给出h=3m 的情况，图附1和图附2是所建的模型的正视图和斜视图。

附1 模型网格的正视图附2 模型网格的斜视图对结果，给出中央断面在不同时刻的温度及其应力的分布。

（1）中央断面在不同时刻沿高程的温度分布见图附3、附4和图附5：温度（C）高程y(m)附3 中央断面在不同时刻沿高程的温度分布1温度C高程y(m)附4 中央断面在不同时刻沿高程的温度分布2温度C高程y(m)附5 中央断面在不同时刻沿高程的温度分布3中间断面的最大温度见表附1：表附1 中间断面的最大温度值表CC以上12条曲线，与朱伯芳书中给出的12条曲线，吻合相当好，经过反复比较，τ=，内部温度达到最大值，MIDAS软件计算结果为最大误差不超过2％。

Step00目录钢筋混凝土梁裂缝分析▪混凝土裂缝模型介绍▪模型概要- 单位: kN, m- 各向同性非线性材料- 钢筋单元- 实体单元▪荷载和边界条件- 自重- 恒载- 约束- 分析工况▪输出结果-变形- 钢筋应力•裂缝模型(1)分离式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，混凝土开裂，单元将在节点两侧分离，裂缝成为单元与单元之间的边界。

分析过程需要不断调整单元的网格划分；可以模拟裂缝的开展及计算裂缝的宽度。

多用于分析只有一条或几条关键裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构。

132钢筋混凝土梁裂缝分析•裂缝模型（2）弥散式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，则垂直于拉应力的方向生成若干条裂缝。

通过修改材料本构模型来考虑裂缝的影响；无需修改单元网格，易于有限元程序实现，应用广泛。

对正常配筋构件，该裂缝模型结果更接近工程实际。

•裂缝模型（3）断裂力学模型：研究带裂缝构件在各种条件下裂缝的扩展、失稳和断裂规律；主要集中于单个裂缝的应力应变场分布问题；对于裂缝间相互影响问题，研究还不成熟。

•裂缝数值分析方法（1）分解应变模型总应变=材料应变+裂缝应变；材料应变：弹性应变，塑性应变，徐变，热应变；（2）总应变模型不分离各种应变，含裂缝的受拉受压分析中使用同一个本构关系；易于定义非线性特性，易于理解和应用。

钢筋混凝土梁裂缝分析133•总应变模型（1）固定裂缝模型混凝土开裂后，裂缝方向保持不变（2）转动裂缝模型裂缝方向始终保持与主拉应变方向垂直，因而随主拉应变方向变化钢筋混凝土梁裂缝分析 •刚度矩阵（1）开裂前 （2）开裂后⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧xz yz xy z y x 665544333231232221131211xz yz xy z y x D 000000D 000000D 000000D D D 000D D D 000D D D γγγεεετττσσσ)1(2E D D D )21)(1(E D D D )21)(1()1(E D D D c 665544c 231312c 332211υυυυυυυ+===-+===-+-===根据混凝土受拉、受压、受剪本构关系，考虑开裂影响，对刚度矩阵进行更新 134•刚度矩阵（1）切线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到切线方向的弹性模量，计算刚度矩阵（2）割线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到割线方向的弹性模量，计算刚度矩阵江见鲸《钢筋混凝土结构非线性有限元分析》应力应变关系采用全量形式时，弹性模量应采用割线模量，即采用割线刚度矩阵应力应变关系采用增量形式时，弹性模量应采用切线模量，即采用切线刚度矩阵FEA分析与计算原理切线刚度矩阵：局部裂缝或裂缝扩展分析；割线刚度矩阵：裂缝呈分布状态的钢筋混凝土结构；不考虑各方向泊松比；钢筋混凝土梁裂缝分析•混凝土受压本构关系135•混凝土受拉本构关系G I f: I型断裂能（形成断裂面所需消耗的能量）（1976） A.hillerborg 裂缝尖端应力达到抗拉强度，开始出现裂缝，裂缝张开时，应力并不马上降低为0，而是随着裂缝宽度的增加而降低。

1We Analyze and Design the Future| 基本例题5m i d a s F E A基本例题5. 零号块-后处理图1 零号块-后处理例题模型熟悉FEA 提供的后处理功能。

这里使用操作例题4-零号块-前处理模型。

基本例题5 零号块-后处理We Analyze and Design the Future2零号块-后处理m i d a s F E A查看结果位移云图 / 表格查看在某荷载工况下的结构变形情况。

1. 在工作目录树中选择结果标签。

2.在工作目录树中双击结构线性静态 > Linear(1) > 位移 > TDtXYZ(V)。

3. 选择TDtXYZ(V)后点击鼠标右键。

4. 选择表格。

5.在激活记录对话框中点击。

图2 位移云图3We Analyze and Design the Future| 基本例题5m i d a s F E A图3 位移表格We Analyze and Design the Future4零号块-后处理m i d a s F E A云图类型了解云图的各种类型。

1. 在工具栏中选择后处理样式标签。

2. 点击边类型后选择无线。

3. 在特性窗口中选择等值线。

4. 将等值线显示指定为True 。

5. 在特性窗口中点击。

6.将彩色类型指定为重复两种类型。

7. 在特性窗口中点击 。

8. 将彩色类型指定为灰色。

9.在特性窗口中点击。

10. 将等值线显示指定为False 。

11. 将彩色类型指定为RGB 。

12. 在特性窗口中点击 。

13. 点击等值线类型后选择渐变。

5We Analyze and Design the Future| 基本例题5m i d a s F E A云图——网格线 云图——无边云图——等值面线 云图——重复两种颜色云图——灰色 云图——渐变图4 云图类型We Analyze and Design the Future6零号块-后处理m i d a s F E A变形1.在工具栏中选择结果标签。

midas FEA 空间结构节点分析案例——弹性计算1.提取计算软件杆件信息，例如下图的带局部坐标系的杆件模型
2.在CAD中生成杆件截面,节点中心移动至原点，并输出为IGES格式
3.导入FEA，选择高级几何，IGES格式
4.生成实体——几何-——生成几何体——扩展
5.布尔运算——差集和并集
6.分析——材料定义，创建材料，一般情况选用数据库
7.网格划分——自动网格划分——自动实体网格（可选择六面体主导）
8.划分过程需选择材料特性
9.定义截面约束——分析-——边界条件
10.定义截面加载点——网格——节点——创建新节点
在CAD文件量取节点坐标值，输入FEA中
11.面节点（node）耦合至加载点——网格——单元——创建刚性连接单元
12.建立杆端局部坐标系——分析——内力——坐标系——三点坐标，在CAD文件量取局部坐标系对应的坐标值，注意：a.CAD文件量取时，应以杆件局部坐标系;b.定义杆件对应坐标名称，方便多种组合重复加载
13.输入荷载值——分析——内力或力矩——选择局部坐标系输入
注意：a.输入一项后，可在表格中输;b.并注意输入单位;c.表格输入时注意节点号和局部坐标系对应。

14.加载点节点编号显示方法——树形菜单——连接单元——显示节点号
15.计算——分析——分析工况——添加——输入荷载组名称——左侧相应荷载拖入右侧荷载列表。

注意：a.同一组合的荷载放入一个荷载组
16.计算——分析——求解
17.验算结果查看——树形菜单。