MIDAS-连续梁桥建模
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北京迈达斯技术有限公司目录概要 (2)设置操作环境........................................................................................................... 错误!未定义书签。
定义材料和截面....................................................................................................... 错误!未定义书签。
建立结构模型........................................................................................................... 错误!未定义书签。
PSC截面钢筋输入 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
输入荷载 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。
定义施工阶段. (59)输入移动荷载数据................................................................................................... 错误!未定义书签。
输入支座沉降........................................................................................................... 错误!未定义书签。
用MIDAS建连续刚构桥模型步骤:1.建立一个模型的第一步就就是要建立符合您需要的单位体系,一般用KN,M。
2.定义材料参数:混凝土材料参数,预应力钢筋材料参数。
在首先建立模型的时候,可以直接应用MIDAS给定的规范数据库中的材料来定义,但就是在实际的工程中,要根据实际的情况来设置一些参数,如泊松比、弹性模量、线膨胀系数等。
这个时候要用自定义材料参数来定义。
3.定义时间依存性材料特性:(我们通常说的混凝土的收缩徐变特性、混凝土强度随时间变化在程序里统称为时间依存材料特性)1)定义时间依存性特性函数(包括收缩徐变函数,强度发展函数,一般国内的规范里面不考虑强度发展函数)2)将定义的时间依存特性函数与相应的材料连接起来3)修改时间依存材料特性值(对于连续刚构桥一般就就是指修改构件的理论厚度)4.截面定义:截面定义有许多种方法,可以采用调用数据库中截面(标准型钢)、用户定义、采用直接输入截面特性值的数值形式、导入其她模型中已有截面。
针对连续刚构桥的截面定义,最好就是采用用户定义的方式输入截面参数,当然也可以采用在AutoCAD画好截面,采用MIDAS中的截面特性计算器计算出截面的特性值,保存为SEC文件的形式后,再导入MIDAS中这种数值形式来定义截面,但就是这种树脂形式定义的截面不能向用户输入那样直观的显示截面的三维效果,但就是其不影响整个模型的计算结果。
其中截面特性计算器有其相关的文件说明。
连续刚构桥的截面定义一般就是先建立PSC截面后,再建立变截面单元,等到建立好单元长度后,将变截面单元赋给相应的单元。
5.建立节点:首先要明白节点就是有限元模型最基本的单位,节点不代表任何的实际桥梁结构只就是用来确定构件的位置。
节点的建立可以采用捕捉栅格网、输入坐标、复制已有节点、分割已有节点等方法来建立新的节点,另外在复制单元的同时程序会自动生成构成单元的节点。
节点建立过程中可能会出现节点号不连续的情况,这就是可以通过对选择节点进行重新编号或紧凑节点编号来进行编辑。
4×30m连续梁结构分析对4*30m结构进行分析的第一步工作是对结构进行分析,确定结构的有限元离散,确定各项参数和结构的情况,并在此基础上进行建模和结构计算。
建立斜连续梁结构模型的详细步骤如下。
1. 设定建模环境2. 设置结构类型3. 定义材料和截面特性值4. 建立结构梁单元模型5. 定义结构组6. 定义边界组7.定义荷载组8.定义移动荷载9. 定义施工阶段10. 运行结构分析11. 查看结果12.psc设计13. 取一个单元做横向分析概要:在城市桥梁建设由于受到地形、美观等诸多方面的限制,连续梁结构成为其中应用的最多的桥梁形式。
同时,随着现代科技的发展,连续梁结构也变得越来越轻盈,更能满足城市对桥梁的景观要求。
本文中的例子采用一座4×30m的连续梁结构(如图1所示)。
1、桥梁基本数据桥梁跨径布置:4×30m=120;桥梁宽度:0.25m(栏杆)+2.5m(人行道)+15.0m(机动车道)+2.5m(人行道)+0.25(栏杆)=20.5m;主梁高度:1.6m;支座处实体段为1.8m;行车道数:双向四车道+2人行道桥梁横坡:机动车道向外1.5%,人行道向内1.5%;施工方法:满堂支架施工;图1 1/2全桥立面图和1.6m标准断面2、主要材料及其参数2.1 混凝土各项力学指标见表1表12.2低松弛钢绞线(主要用于钢筋混凝土预应力构件)直径:15.24mm弹性模量:195000 MPa标准强度:1860 MPa抗拉强度设计值:1260 MPa抗压强度设计值: 390 MPa张拉控制应力:1395 MPa热膨胀系数:0.0000122.3普通钢筋采用R235、HRB335钢筋,直径:8~32mm弹性模量:R235 210000 MPa / HRB335 200000 MPa标准强度:R235 235 MPa / HRB335 335 MPa热膨胀系数:0.0000123、设计荷载取值:3.1恒载:一期恒载包括主梁材料重量,混凝土容重取25 KN/m 3。
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输入支座沉降........................................................................................................... 错误!未定义书签。
midas建模计算(预应力混凝土连续箱梁桥)midas建模计算(预应力混凝土连续箱梁桥)纵向计算模型的建立1.设置操作环境1.1打开新项目,输入文件名称,保存文件1.2在工具-单位体系中将单位体系设置为“m”,“KN”,“kj”和“摄氏”。
2.材料与截面定义2.1 材料定义右键-材料和截面特性-材料。
C50材料定义如下图所示。
需定义四种材料:主梁采用C50混凝土,立柱、盖梁及桥头搭板采用C30混凝土,基桩采用C25混凝土。
预应力钢绞线采用1860级高强低松弛s 15.24钢绞线。
钢绞线定义时,设计类型:钢材;规范:JTG04(S);数据库:strand 1860,名称:预应力钢筋2.2 截面定义2.2.1 利用SPC(截面特性值计算器)计算截面信息(1)在CAD中x-y平面内,以mm为单位绘制主梁所有的控制截面,以DXF 格式保存文件;绘图时注意每个截面必须是闭合的,不能存在重复的线段,并且对于组成变截面组的线段,其组成线段的个数应保持一致。
(2)在midas工具中打开截面特性计算器(SPC),在Tools-Setting中将单位设置为“KN”和“mm”;(3)从File-Import-Autocad DXF导入DXF截面;(4)从Model-Section-Generate中选择“Type-Plane”;不勾选“Merge Straight Lines”前面的复选框;Name-根据截面所在位置定义不同的截面名称从而生成截面信息;(5)在Property-Calculate Section Property 中设置划分网格的大小和精度,然后计算各截面特性;(6)从File-Export-MIDAS Section File导出截面特性文件,指定文件目录和名字,以备使用。
2.2.2 建立模型截面(1)右键-材料和截面特性-截面-添加-设计截面,选择设计用数值截面。
单击“截面数据”选择“从SPC导入”,选择刚导出的截面特性文件,并输入相应的设计参数。
本文该过程是将三垮桥的运营状态进行有限元分析,下面介绍了本人在对模型模拟的主要步骤,若中间出现的错误,请读者朋友们指出修改。
注:“,”表示下一个过程
“()”该过程中需做的容
一.结构
1.单元及节点建立的主桁:因为桥面具有一定纵坡,故将《桥跨布置》图的桥面线复制到《节段划分》图对应桥跨位置,然后进行单元划分,将该线段存入新的图层,以便下步导入,将文件保存为.dxf格式文件。
2.打开midas运行程序,将程序里的单位设置成《节段划分》图的单位,这里为cm。
导入上步的.dxf文件。
将节点表格中的z坐标与y坐标交换位置(midas中的z与cad中的y对应)。
结构建立完成。
模型如图:
二.特性值
1.材料的定义:在特性里面定义C50的混凝土及Strand1860(添加预应力钢筋使用)
2.截面的赋予:
1).在《截面尺寸》和《预应力束锚固》图里,做出截面轮廓文件,保存为.dxf 文件
2).运行midas,工具,截面特性计算器,统一单位cm。
导入上步的.dxf文件
先后运行generate,calculate property,保存文件为.sec文件,截面文件完成
3)运行midas,特性,截面,添加,psc,导入.sec文件。
根据图例,将各项特性值填入;验算扭转厚度为截面腹板之和;剪切验算,勾选自动;偏心,中上部4)变截面的添加:进入添加截面界面,变截面,对应单元导入i端和j端(i为左,j为右);偏心,中上部;命名(注:各个截面的截面号不能相同)
5)变截面赋予单元:进入模型窗口,将做好的变截面拖给对应的单元。
注:1.建模资料所给的《预应力束锚固图》的0-0和14-14截面与《节段划分》图有出入,这里采用《截面尺寸》做这两个截面,其余截面按照《预应力束锚固图》做
2.定义材料先定义混凝土,程序自动将C50赋予所建单元(C50是定义的第一个材料,程序将自动赋予给所建单元)
三.边界条件
1.打开《断面》图,根据I、II断面可知,支座设置位置。
根据途中所给数据,在模型窗口中建立支座节点(12点)
2.点击节点,输入对应坐标,建立12个支座节点
3.建立弹性连接:模型,边界条件,弹性连接,连接类型(刚性),两点(分别点击支座点与桥面节点)共12个弹性连接
4.边界约束:中间桥墩,约束Dx,Dz;Dx,Dy,Dz;Dx,Dz,
两边桥墩,约束Rx,Dz;Rx,Dy,Dz;Rx,Dz 如表
四.添加预应力钢筋
1.定义钢束特性:打开《预应力筋布置及材料表》、《预应力束几何要素》。
荷载,预应力荷载,钢束特性值,根据材料表中钢筋的规格及根数填入相关数据(松弛系数:0.3;导管直径:10cm)
2.钢束布置形状:荷载,预应力荷载,钢束布置形状,以T1为例:
1)打开《预应力束几何要素》,建立以中心点为原点的局部坐标系,为方便,在excel里建立好关键点的坐标,
2)钢束布置形状(钢束特性值:钢束1;分配给单元:15to18;输入类型:3-D;标准钢束:6束;无应力场长度:自动计算;布置形状:将建好的局部坐标复制在表格中,生成对称钢束;钢束布置插入点:在模型窗口拾取对应点)如图
五.静力荷载
1.荷载命名:荷载,静力荷载工况(名称:结构自重;类型:恒荷载,
名称:桥面铺装层;类型:恒荷载,
名称:钢筋拉值;类型:预应力,
名称:整体升温;类型:温度荷载,
名称:整体降温;类型:温度荷载,
名称:正温梯;类型:温度梯度,
名称:负温梯;类型:温度梯度,
名称:横隔板;类型:恒荷载)如图
2.自重:荷载,自重(自重系数,z:-1.04,添加)
3.桥面铺装层:荷载,梁单元荷载(荷载工况名称:桥面铺装层,(数值:x1:0,x2:1,w:-25.92kn/m)),全选,适用
4.钢筋拉值:荷载,预应力荷载,钢束预应力荷载(荷载工况名称:钢筋拉值,将预应力钢束除TK外拖入到已选钢束栏目里,拉力:应力、两端拉、13952
/
N mm,注浆:0),添加,如表
钢束名称荷载工
况
拉类型拉位置
结束点应力
(KN/CM2)
开始点应力
(KN/CM2)
B1 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
N1 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
N1' 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
T1 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
T1' 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
W1 钢筋拉应力两端1395000 1395000
值
W1' 钢筋拉
值
应力两端1395000 1395000
5. 整体升温:荷载,温度荷载,系统温度(荷载工况名称:整体升温;最终温度:30;添加)
6整体降温:荷载,温度荷载,系统温度(荷载工况名称:整体降温;最终温度:-20;添加)
7.正温梯:荷载,温度荷载,梁截面温度(荷载工况名称:正温梯,
参考位置:+边(顶),填入相应的B、H1、T1、H2、T2)全选,适用。
如图:
8负温梯:荷载,温度荷载,梁截面温度(荷载工况名称:负温梯,
参考位置:+边(顶),填入相应的B、H1、T1、H2、T2)全选,适用
9.横隔板:荷载,节点荷载(荷载工况名称:横隔板,FZ:-311.8KN),选中横隔板节点位置,适用。
如图
六.移动荷载分析
1.荷载,移动荷载分析数据,移动荷载规
2. 车辆荷载:荷载,移动荷载分析数据,车辆(添加标准车辆),规名称:公路工程技术标准,车辆荷载类型:CH-CD,确认
3.人群荷载:荷载,移动荷载分析数据,车辆(添加标准车辆),规名称:公路工程技术标准,车辆荷载类型:CH-RQ,确认
4.车道添加:以车道1为例,荷载,移动荷载分析数据,车道(添加),(名称:cd1,偏心距离:-280cm,桥梁跨度:18332cm,选择,全选,添加),确认
5. 荷载,移动荷载分析数据,移动荷载工况(添加),(荷载工况名称:移动荷载,组合选项:单独,添加(车辆组:CH-CD,系数:1,加载最少车道数和加载最多车道数:2,将车道拖入选择车道栏目里,适用),
添加(车辆组:CH-CD,系数:0.78,加载最少车道数和加载最多车道数:3,将车道拖入选择车道栏目里,适用),
添加(车辆组:CH-RQ,系数:1,加载最少车道数和加载最多车道数:1,将车道拖入选择车道栏目里,适用))如图:(两车道的操作)
七.支座沉降分析
1.支座沉降量:荷载,支座沉降分析数据,
支座沉降组(组名称:1沉降量:1cm,节点:1桥墩的3支座节点,如图:
组名称:2沉降量:1cm,节点:2桥墩的3支座节点
组名称:3沉降量:1cm,节点:3桥墩的3支座节点
组名称:4沉降量:1cm,节点:4桥墩的3支座节点),添加
2.支座荷载工况:荷载,支座沉降分析数据,支座沉降荷载工况(荷载工况名称:支座沉降,选择沉降组:4组全选,Smin:1,Smax:3),添加
八.分析控制数据
1.将荷载转化为质量:模型,质量,将荷载转化
为质量(添加桥面铺装层、钢筋拉值、横隔板),
确认
如右图:
2.将自重转化为质量:模型,结构类型(按集中
质量转化)确认如图:
2.特性值分析控制:分析,特性值分析控制(振型数量:50),确认。
3.运行
4.查看质量参与值:结果,周期与振型(点击自振模态右的三点),查看模型参与质量,尽可能多的让模型参与
若参与量较少,将第2步的振型数量加大,来满足要求(本人取到150次)
5.查看频率值:结果,周期与振型(显示类型,图例,适用),查看频率:1.331919
6.完成移动荷载分析:分析,移动荷载分析控制(计算位置:板和杆系单元,力(中心+节点)、应力
规类型:JTG D60-2004,[]f 1.331919Z H =),确认 九.荷载组合
结果,荷载组合,混凝土设计,自动生成
十.分析结果 对结构荷载进行组合 1)1.在组合CLCB44
(弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0PS+1.0SM[1]+1.0M+1.0T[2]+1.0TPG[2])作用下,如图:
2.结构最大反力
如图可知,结构最大反力在结构支座处,符合实际情况,在施工阶段应注意支座的承载力
3.结构力
①轴力
②剪力
Z向
如图可知,剪力最大值分布在桥墩位置。
③弯矩
最大弯矩在跨中位置,注意跨中的设计弯矩抵抗值。