midas拱分析实例

3. 拱结构分析概述
分析拱高度(H)和长度(L)之比(H:L)分别为1:4、1:5和1:7的拱结构，比较其产生的位移
和内力。

拱肋
吊杆
主梁
图 3.1 分析模型
材料
钢材类型 : 1: Grade3
截面
拱肋 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm
主梁 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm
吊杆 : 工字形截面500 × 200 × 10 /16 mm
荷载
均布荷载 : 10.0 tonf/m
设定基本环境
打开新文件，以‘拱.mgb’为名存档。

设定长度单位为‘m’, 力的单位为‘tonf’。

文件 / 新文件
文件 / 保存(拱)
工具 / 单位体系
长度 > m ; 力 > tonf↵
图 3.2 设定单位体系
设定结构类型为X-Z平面。

模型/ 结构类型
结构类型> X-Z 平面↵
定义材料和截面
定义材料为Grade3，定义各个构件的截面。

吊杆选择数据库中的工字形截面。

模型 / 特性 /
材料
类型>钢材 规范>GB(S) ; 数据库>Grade3 ↵
模型 / 特性 /
截面 截面数据
截面号 ( 1 ) ; 名称 ( 肋和梁 ) 截面形状>箱形截面 ; 用户
H ( 1 ) ; B ( 1 ) ; tw ( 0.02 ) ; tf1 ( 0.02 ) ↵
截面号( 2 ) ; 截面形状 >工字形截面 ; 数据库>GB-YB
名称 > HN 500×200×10/16
↵
图 3.3 定义材料 图 3.4 定义截面
在截面名称栏里可以
直接输入截面名称或者选择数据库栏里的所需截面。

选择截面后会自动输
入截面的主要数据和刚度数据。

点击
键可以查看刚度数
据。

建立节点和单元
用拱建模助手功能建立高度和长度的比为1:4的模型 1的拱肋。

梁单元 (beam element)是直线单元, 所以把拱曲线分为若干个直线 (segment)单元。

正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关)
捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动调节(开)
模型 / 结构建模助手 / 拱
输入/编辑
类型 > 抛物线形 1 ; 分割数量( 10 )
跨度( 50 ) ; 高度( 12.5 ) ; 边界条件>无
材料>1: Grade3 ; 截面>1: 拱肋和主梁
插入
插入点( 0, 0, 0 )
旋转> Alpha ( 0 ) ; Beta ( 0 ) ; Gamma ( 0 )
图 3.5 拱建模助手对话框
图 3.6 生成拱肋
用扩展单元功能来建立模型 1的吊杆。

模型 / 单元 / 扩展单元
节点号(开), 消隐(开),
观察缩小单元后的形状(开),
标准视图,
窗口选择 ( 节点 : 2 ~ 10 )
扩展类型>节点→线单元
单元属性>单元类型>梁单元
材料>1: Grade3 ; 截面>2: HN 500×200×10/16 Beta 角 ( 90 )
生成类型>投影 ; 投影形式>将节点投影在直线上
定义基准线
P1 ( 0, 0, 0 ), P2 ( 50, 0, 0 )
或 P1 ( 节点1 ), P2 ( 节点 11 )
方向>法向
模型 1
消隐是显示线单元的截面形象的功能。

在Beta 角输入90˚,
指吊杆的腹板面和桥
轴成直角。

对Beta角
的详细说明参照在线
帮助“建立单元”部
分
图 3.7 建立吊架
节点1和节点11之间输入主梁。

模型 / 单元 / 建立单元s
消隐(关),观察缩小单元后的形状(关), 正面单元类型>一般梁 / 变截面梁
材料>1: Grade3 ; 截面>1: 肋和梁 ; Beta 角( 0 )
交叉分割>节点 (开) ; 单元 (开)
节点连接( 1, 11 )
图 3.8 输入主梁
输入边界条件
约束模型 1左端(节点 1)的Dx、Dz方向自由度来输入铰支条件，约束右端(节点 11)的
Dz方向的自由度来输入滚动支座条件。

模型 / 边界条件 / 一般支承
单选 ( 节点 : 1 )
选择>添加 ; 支承条件类型>Dx, Dz, (开) ↵
单选 ( 节点 : 11 )
方向>添加 ; 支承条件类型>Dz (开) ↵
图 3.9 输入边界条件
吊杆的两端输入铰接条件。

模型 / 边界条件 / 释放梁端约束
节点号 (关),
单元号(开
)
交叉线选择 ( 单元 : 11 ~ 19 ) 方向>添加/替换 选择释放和约束比率>
图 3.10 吊架端部输入铰接条件
输入荷载
定义荷载工况
为输入荷载定义荷载工况。

荷载 / 静力荷载工况
名称 ( 均布荷载 ) ; 类型>用户定义的荷载（USER）
图 3.11 输入荷载工况
输入均布荷载
给拱的主梁输入均布荷载1tonf/m。

荷载 / 梁单元荷载(单元)
单元号 (关
)
窗口选择 ( 单元 : 图 3.12的①)
荷载工况名称>均布荷载 ; 选择>添加
荷载类型>均布荷载 ; 方向>整体坐标系 Z ; 投影>否数值>相对值
x1 ( 0 ), x2 ( 1 ), W ( -1)
图 3.12 输入均布荷载
①
建立模型 2和模型 3
复制模型1来建立模型2和模型3。

同时复制输入在模型 1的均布荷载和边界条件。

模型 / 单元 /
复制和移动
全选
形式>复制 ; 移动和复制>等距离
dx, dy, dz ( 0, 0, -15 ) ; 复制次数 ( 2 ) 复制节点属性 (开) ; 复制单元属性 (开)
图 3.13 复制单元
模型 1
模型2 模型3
用调整节点距离功能修改复制的拱(模型 2, 模型 3)的高度。

模型 / 节点 / 调整节点距离
节点号 (开
)
窗口选择( 节点 : 22 ~ 30 )
间距缩放系数>sfx ( 1.0 ) ; sfy ( 1.0 ) ; sfz ( 4/5 )
间距缩放参考点>用户设定( 25, 0, -15 )
; 选择类型>用户选择↵
窗口选择(节点: 42 ~ 50 )
间距缩放系数>sfx ( 1.0 ) ; sfy ( 1.0 ) ; sfz ( 4/7 )
间距缩放参考点>User( 25, 0, -30 )
; 选择类型>用户选择↵
图 3.14 修改拱的形状运行结构分析
对输入的结构运行结构分析.
分析 / 运行分析
查看分析结果
查看变形图
首先查看变形图。

DXZ=
2
2
DZ
DX
+。

结果 / 位移 /
位移形状
节点号 (关)
荷载工况/荷载组合>ST: 均布荷载 ; 成分>DXZ 显示类型>变形前(开) ↵
可以看出拱的高度越低，挠度就越大。

这说明对相同构件的拱结构来说，它的拱高度越小刚度也越小。

图 3.15 均布荷载产生的变形图
模型1
模型2
模型3
查看轴力
查看均布荷载产生的轴力。

拱的高度越低，在主梁和拱肋发生的轴力越大。

结果 / 内力 / 梁单元内力图
荷载工况/荷载组合> ST: 均布荷载 ; 内力 > Fx
显示选择> 5 点 ; 线涂色
显示类型 > 等值线(开)
模型1
模型2
模型3
图 3.16 均布荷载产生的轴力图
查看弯矩
查看均布荷载产生的弯矩。

拱的高度越低对主梁和拱肋作用的弯矩的绝对值越大，拱肋和主梁交接处的弯矩减少。

结果 / 内力 / 梁单元内力图
荷载工况/荷载组合>ST: 均布荷载 ; 内力>My
显示选择> 5 点 ; 线涂色
显示类型 > 等值线(开)
Model 1
Model 2
Model 3
图 3.17 均布荷载产生的弯矩图
习题
1.分析下面结构的拱肋和主梁截面的刚度差带来的影响。

截面：
单元：m。