8midas桥梁实例分析1

例题1单层两跨三维框架MMMIIIDDDAAASSS///CCCiiivvviiilll例题1.单层两跨三维框架概要1分析模型和荷载条件/2打开文件与设定基本操作环境3单位系/3菜单系统/4坐标系和栅格/6输入构件材料及截面数据8使用节点和单元进行建模10输入结构的支承条件16输入各种荷载18设定荷载条件/18输入荷载/19输入楼面荷载/20输入节点荷载/21输入均布荷载/22进行结构分析26查看分析结果27模式/27荷载组合/28查看反力/30查看变形与位移/33查看构件内力/37剪力图及弯矩图/38查看构件应力及动画的处理/42梁单元细部分析/471例题1.单层两跨三维框架概要此例题是针对初次接触MIDAS/Civil的用户。对于一个简单的单层两跨三维框架介绍了从建模到分析以及结果校核等全部过程，以便用户能够容易地跟随操作。按照本章的提示亲自使用一次程序的话可以在短时间内对MIDAS/Civil的环境及其使用方法得到理解。在InstallCD中提供有包含此例题所有建模、分析和结果确认过程的动画及解说。通过动画及解说先对整个分析过程获得一定了解的话，可以进一步提高跟随操作的效果。此例题所介绍的各阶段的分析步骤与一般实际工作中的分析过程基本相同。其具体内容如下。1.打开文件并设定操作的基本环境2.输入构件的材料及截面的数据3.使用节点和单元进行建模4.输入建筑物的支承条件5.输入各种荷载6.进行结构分析7.对结果进行校核和分析例题分析模型与荷载条件单层两跨三维框架的结构形态及使用的构件如图1所示。为使问题简单化，荷载条件考虑了以下3种条件。荷载条件1:模型的自重及在2层楼面按重力方向施加5kN/m2的恒荷载荷载条件2:在2层楼面施加2.5kN/m2的活荷载荷载条件3:在○1轴上端按(+)X方向施加100kN的集中荷载荷载条件4:在○A轴的所有构件按(+)Y方向施加10kN/m的均布荷载图1.单层两跨三维框架3mXYZ1tonf/m1tonf/m1tonf/m10tonf기둥단면:H200x200x8/12보단면:H400x200x8/1336m2.5m2.5m2.5m2.5m바닥하중10tonf21BA전체좌표계원점楼板荷载全局坐标系的原点柱截面：HW200x200x8/12梁截面：HN400x200x8/13100kN100kN10kN/m10kN/m10kN/m单层两跨三维框架3打开文件和设定基本操作环境首先将显示桌面上或相应目录中的MIDAS/Civil的图标连击两次以打开程序。通过选择画面上端的文件新项目(或者)打开新文件，之后选择文件保存菜单(或者)输入文件名并保存。单位系MIDAS/Civil可以同时使用多种单位(units)，因此在操作过程中既可以采用单一单位系(例如:m、N、kg、Pa等SI单位系)，也可以采用复合单位系(例如:m、kN、lb、kgf/mm2等)。另外，由于可以根据所输入数据的特点任意改变单位，所以在输入位置时可以使用‘m’，而在输入截面时可以通过画面下端的单位变换窗口(或主菜单的工具单位体系)将其该为‘mm’，还可将进行分析时所使用的‘kN’、‘m’改为应力单位‘N/mm2’。图2.MIDAS/Civil的初始画面在工作树中支持拖放(Drag&Drop)方式的菜单系统。模型窗口工具条主菜单树形菜单信息窗口状态条例题由于所使用的单位系可以自动变换而显示于画面下端(Statusbar的单位变换窗口-图2的)和数据的输入栏中，故可以简单地操作而不致混淆。这里我们将‘m’和‘kN’作为使用单位。1.在主菜单选择工具条单位体系。2.在长度（Length）选择栏选择‘m’。3.在力（质量)选择栏选择‘kN’。4.点击键。菜单系统MIDAS/Civil为构成最佳的操作环境，提供以下4种菜单系统以便可以简捷迅速地导入各种功能。主菜单树形菜单图标菜单关联菜单主菜单是windows体系中普遍采用的菜单，可以通过画面上端的主菜单选择各从属菜单。树形菜单处于模型窗口的左侧，是将实际进行结构分析和设计过程中的一套功能按顺序整理而成的树形结构。因此，即使是初学者也可以按照树形菜单的顺序较为容易地完成分析工作。在树形菜单的“工作”表单中将到现在为止所输入的事项按阶层结构显示出来以便可以一目了然地对其进行确认。利用其中各项通过拖&放功能可以对模型数据进行输入或修改，或有效地对选择和激活功能予以利用。图标菜单是为了提高用户的操作效率将经常使用的功能(各种模型视图功能或者选择功能等)以图标进行提供的菜单系统。ToggleonIcon的Toggleon状况随初始值的设定而不同。在跟随例题进行操作时，最好按所提示的Toggleon状态相同设置以免出现错误。单层两跨三维框架5关联菜单是为了能够在画面上最少地移动鼠标而设计的。用户只要在模型窗口上简单地点击鼠标的右键，就可以方便地导入各种经常使用的功能菜单。本例题主要使用树形菜单和图标菜单。在MIDAS/Civil中可以按用户的喜好对Icon的排列任意进行变更。除了初始画面上所排列的工具条(图2)以外，还可以添加节点、单元、结果、特性值及查询工具条等画面。在节点或单元的输入阶段若将节点和单元及特性工具条等添加到所需位置的话会非常方便。1.在主菜单选择工具用户制定工具条2.在工具条目录将节点、单元及特性表示为‘’。3.对单元工具条上的蓝色部分用鼠标指定后可以拉放到自己所需的位置4.使用相同的方法可以排列节点工具条和特性工具条5.点击工具条对话窗口的结束键()图3.工具条的排列例题坐标系和栅格MIDAS/Civil除了提供全局坐标系(GCS,GlobalCoordinateSystem)和单元坐标系(ECS,ElementCoordinateSystem)以外，还为了输入的方便提供节点坐标系(NCS,NodelocalCoordinateSystem)和用户坐标系统(UCS,UserCoordinateSystem)。GCS是用户在定义建筑物的总体几何模型时所使用的基本坐标系。ECS是反映单元的特性并为确认分析结果地方便而对各个单元所赋予的坐标系。NCS是对与桁架单元、只受拉单元、只受压单元或梁单元相连节的任意节点按特定方向赋予边界条件(LocalBoundaryCondition)或强制变形时所使用的坐标系。UCS是指用户考虑建筑物的特殊形状和排列，为了更方便地建模而在GCS上另外设定的坐标系。输入的节点、栅格及鼠标位置的坐标分别以UCS和GCS在状态条(图2的)中显示出来。由于一般在实际操作中所接触的建筑物大都具有复杂的立体形状，所以在输入基本形状数据的初期阶段，将操作环境设置为2维平面会较为便利。特别是对于含有复杂平面的建筑物，若将相应平面设置为UCS的x-y平面，排列点各或轴线并利用捕捉功能的话会极为方便。本例题中的建筑物由于其形状简单，尽管可以不利用栅格进行建模，但为了加深对用户坐标系统和栅格概念的理解还是使用了这些功能。为了输入位于建筑物○A列(参考图1)的3个柱和2个梁，先利用X-Z(或树形菜单的菜单表单几何模型用户坐标系统X-Z平面)功能将○A平面(GCSX-Z平面)设定为UCS的x-y平面。在所有对话窗口，GCS用大写(X,Y,Z),UCS和ECS用小写(x,y,z)表示。在MIDAS/Civil中若未对UCS作另行设置，则UCS和GCS是一致的。栅格会自动排列于UCS的x-y平面上。单层两跨三维框架71.在图标菜单点击X-Z2.在原点输入栏输入‘0,0,0’3.在角度输入栏输入‘0’4.点击键图4.指定用户坐标系统为建模的方便通过以下的操作在UCSx-y平面上排列1m间距的点格。1.在图标菜单点击设置点栅格2.在dx,dy输入栏输入‘1,1’3.点击键图5.设定点栅格Toggleon点击键可将所指定的用户坐标系统保存起来以便可以在需要的时候重新导入。在对几个UCS来回使用时，此功能特别方便。例题由于当前画面的视点被设定为标准视图，所以为输入的方便将其转换为正面视图(或树形菜单的视图视点正面(-Y))以使点格的横竖方向与模型窗口一致。另外，使用捕捉点格以使鼠标的击点可以自动移到邻近的轴网上。1.在图标菜单点击（正面视图）2.在图标菜单点击捕捉点格(Toggleon)3.点击捕捉轴线、全部(Toggleoff)输入构件的材料和截面数据例题模型所使用构件的材料和截面假定如下。材料编号1:Grade3截面编号1:HW2002008/12–柱2:HN4002008/13–梁1.在树形菜单的菜单表单选择几何模型特性值材料2.点击图6的键3.在一般的材料号输入栏中确认‘1’(参考图7)4.在类型栏中确认‘钢材5.在钢材规范中确认‘GB(S)’6.在数据库选择栏中选择‘Grade3’7.点击键8.选择特性对话窗口上方(图6的)的截面单元9.点击键10.确认截面对话窗口上方(图8的)的数据库/用户表单11.在截面号选择栏中确认‘1’12.在截面形状输入栏中确认‘工字型截面’13.在数据库选择栏中确认‘GB-YB’MIDAS/Civil在最初状态中为用户方便已经将栅格捕捉功能设为了Toggleon状态，因此可以不必另行点击。截面数据还可以通过主菜单的模型材料和截面特性截面来输入。单层两跨三维框架914.在截面名称选择栏选择‘HW2002008/12’15.点击键16.在截面号选择栏确认‘2’17.在截面名称选择栏通过键盘输入‘HN4002008/13’18.点击19.在图6的截面特性对话窗口点击图6.截面特性对话窗口图8.输入截面数据图7.输入材料数据选择键可以对相应截面的刚度数据进行确认。点击键可完成输入的指令并关闭对话窗口，而点击键可完成输入指令但对话窗口处于打开的状态以便可以继续输入其它截面数据。例题使用节点和单元进行建模在输入结构构件之前为了对输入的状况进行确认可以使用显示截面形状的隐藏面(或主菜单的视图隐藏面)功能。如果隐藏面处于Toggleoff状态，则构件只会被显示成一条单线(WireFrame)而非具体的形状。若要确认所建立的节点和单元的编号，可以选择节点号和单元号。1.在图标菜单点击隐藏面(Toggleon)2.在图标菜单点击显示后分别在节点表单和单元表单的节点号和单元号前表示‘’(或者在图标菜单点击节点号、单元号(Toggleon))3.点击利用梁单元(BeamElement)输入位于○A列(参考图1)的柱和梁。1.在树形菜单的目录表单选择几何模型单元新建2.在单元类型选择栏中确认‘一般梁/变截面梁’3.在材料名选择栏中确认‘1:Grade3’4.在截面名选择栏中确认‘1:HW2002008/12’5.在Beta角选择栏中选择‘90’(参考说明1)6.参考画面下端(StatusBar)的UCS坐标顺次点击(0,0,0)和(0,3,0)两点建立单元17.以UCS为准顺次点击(5,0,0)和(5,3,0)两点建立单元28.以UCS为准顺次点击(10,0,0)和(10,3,0)两点建立单元39.在图标单元点击对齐10.在截面名选择栏选择‘2:HN4002008/13’11.在Beta角选择栏选择‘0’在‘节点连接’输入栏输入坐标或距离时，可使用‘,’或‘’(Blank)区分节点编号来进行输入。点击图标菜单的显示属性可以调整轴l的大小和字。ToggleonReferencePointsReferencePointsBetaAngle柱梁单层两跨三维框架1112.在交叉分割选择栏的节点和单元前表示‘’13.用鼠标顺次点击节点2和6建立单元4、5说明1Beta角是指定梁单元或桁架单元截面排列方向的角度(Degree)。截面为H-截面时，对于柱子(与GCSZ轴平行的构件)的腹板方向程序中自动设定为与GCS的X轴相平行，故象本例题一样柱子的腹板方向与GCS的Y轴平行时需将其旋转90º。至于梁(除柱子以外的所有梁单元和桁架单元)