迈达斯桥梁建模

第1页共89页迈达斯桥梁建模01-材料的定义通过演示介绍在程序中材料定义的三种方法。1、通过调用数据库中已有材料数据定义——示范预应力钢筋材料定义。2、通过自定义方式来定义——示范混凝土材料定义。3、通过导入其他模型已经定义好的材料——示范钢材定义。无论采用何种方式来定义材料，操作顺序都可以按下列步骤来执行：选择设计材料类型（钢材、混凝土、组合材料、自定义）→选择的规范→选择相应规范数据库中材料。对于自定义材料，需要输入各种控制参数的数据，包括弹性模量、泊松比、线膨胀系数、容重等。钢材规范混凝土规范图1材料定义对话框第2页共89页02-时间依存材料特性定义我们通常所说的混凝土的收缩徐变特性、混凝土强度随时间变化特性在程序里统称为时间依存材料特性。定义混凝土时间依存材料特性分三步骤操作：1、定义时间依存特性函数（包括收缩徐变函数，强度发展函数）（图1，图2）；2、将定义的时间依存特性函数与相应的材料连接（图3）；3、修改时间依存材料特性值（构件理论厚度或体积与表面积比）（图4）；图1收缩徐变函数图2强度发展函数第3页共89页定义混凝土时间依存材料特性时注意事项：1）、定义时间依存特性函数时，混凝土的强度要输入混凝土的标号强度；2）、在定义收缩徐变函数时构件理论厚度可以仅输入一个非负数，在建立模型后通过程序自动计算来计算构件的真实理论厚度；3）、混凝土开始收缩时的材龄在收缩徐变函数定义中指定，加载时的混凝土材龄在施工阶段定义中指定（等于单元激活时材龄+荷载施加时间）；4）、修改单元时间依存材料特性值时要对所有考虑收缩徐变特性的混凝土构件修改其构件理论厚度计算值。计算公式中的a代表在空心截面在构件理论厚度计算时，空心部分截面周长对构件与大气接触的周边长度计算的影响系数；5）、当收缩徐变系数不按规范计算取值时，可以通过自定义收缩徐变函数来定义混凝土的收缩徐变特性；6）、如果在施工阶段荷载中定义了施工阶段徐变系数，那么在施工阶段分析中将按施工阶段荷载中定义的徐变系数来计算。图3时间依存材料特性连接图4时间依存材料特性值修改第4页共89页03-截面定义截面定义有多种方法，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、导入其他模型中已有截面（图1~图3）。在这个例题中分别采用这四种方式定义了几个截面，采用调用数据库中标准截面定义角钢截面；采用用户输入截面形状参数定义箱形截面；用户输入截面特性值定义矩形截面；通过导入其他模型中的PSC截面来形成当前模型中的两个新的截面。对于在截面数据库中没有的截面类型，还可以通过程序提供的截面特性计算器来生成截面数据，截面特性计算器的使用方法有相关文件说明，这里就不赘述。图1数据库/用户截面定义对话框调用数据库中标准截面输入截面控制参数定义截面图2数值型截面定义对话框图2数值型截面定义对话框第5页共89页04-建立节点节点是有限元模型最基本的单位，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。以上几个命令在语音资料中都将为大家一一演示。05-建立单元在MIDAS/Civil中可以通过多种方法来建立单元，包括连接已有节点建立单元、对已有单元进行分割建立新的单元、扩展已有节点或单元生成更高维数的单元、导入AUTOCAD的DXF文件来生成单元的方法等。对于复制单元、分割单元、扩展单元都可以执行等间距操作和任意间距操作。需要注意的是：使用镜像功能复制单元时，新生成的单元的局部坐标系方向与源单元的局部坐标系方向相反，因此需要调整单元的局部坐标系方向使得输出的单元内力方向统一。在导入AUTOCAD的DXF文件时，只要选择需要的图层中的图形文件就可以方便的建立整体结构模型，然后再对导入的单元赋予单元属性即可完成结构模型的建立。图3导入截面对话框第6页共89页06-定义边界条件MIDAS/Civil里包含多种边界表现形式。这里介绍的比较常用的一般支撑、节点弹性支撑、面弹性支撑、刚性连接等边界条件的定义方法。一般支撑是应用最广的边界条件，选择要施加一般支撑的节点，选择约束自由度方向即完成一般支撑的定义。节点弹性支撑的定义方法同一般支撑，不同的是在定义约束的自由度方向要输入约束刚度。面弹性支撑不仅可以针对板单元来定义弹性支撑条件，而且可以对梁单元、实体单元来定义面弹性支撑。这种支撑条件在模拟结构与土体的连接条件时应用比较广。需要输入的参数地基弹性模量，这个可以在地质勘查报告中查得。图1所示为面弹性支撑定义对话框。对于弹性连接和刚性连接涉及的都是两个节点间的连接情况。对于弹性连接选择连接的自由度方向和该方向的刚度参数就可以了，弹性连接的方向是按照连接的两个节点间的局部坐标系方向来定义的（如图2）！刚性连接是强制从属节点的某些自由度从属于主节点（如图3所示）。输入基床系数第7页共89页07-定义自重荷载MIDAS/Civil对结构的自重荷载可以通过程序来自动计算。程序计算自重的依据是材料的容重、截面面积、单元构件长度、自重系数来自动计算结构自重。在定义自重时，首先要定义自重荷载的荷载工况名称，并定义自重所属的荷载组，然后输入自重系数即可。对于荷载系数，通常在Z方向输入-1即可，因为通常考虑的模型的重力作用方向都是竖直向下，而程序默认的整体坐标系Z的正方向是竖直向上的。如果自重作用时考虑结构的容重与材料定义时的容重不同，这里自重系数只要输入计算自重时要考虑的容重与材料定义的容重之比就可以了。演示例题中以计算自重时混凝土自重按26KN/m3考虑。自重系数输入第8页共89页08-钢束预应力荷载钢束预应力荷载模拟的是预应力混凝土结构中张拉预应力钢束的作用。在程序中通过三个步骤来实现，首先要定义模型中采用的预应力钢束的性质，其次要定义预应力钢筋布置形状，然后对布置到结构中的预应力钢束输入张拉控制应力即可完成钢束预应力荷载的定义。1、钢束特性值定义定义钢束特性值时可以选择预应力张拉形式、单根预应力钢筋面积、后张法导管直径、松弛系数等与预应力钢筋应力计算参数。如果在分析中不考虑预应力损失，那么图1中标示图框的部分内容可以不输入或输入为0，那么钢束预应力因松弛、超张拉、摩擦、锚具变形引起的损失将不予考虑，对于预应力钢筋的其他两项损失：混凝土收缩徐变引起的损失和混凝土弹性压缩引起的损失在施工阶段分析控制中选择定义（图2）。2、钢束布置形状操作例题中参考的预应力钢筋布置形式如图3所示。预应力钢束布置可以通过二维或三维的输入方式来输入，通过输入钢束形状主要控制点坐标和预应力钢筋弯起半径，并输入插入点坐标即预应力钢筋坐标参考位置坐标即完成钢束布置定义（图4）。3、输入钢束张拉控制应力选择要张拉的钢束，输入张拉控制应力（或张拉控制内力），并输入注浆时间，即在哪个阶图1钢束特性值定义第9页共89页段开始考虑按换算截面来进行计算。如图5所示。图3钢束布置形状图4钢束布置定义对话框图5钢筋张拉应力对话框图2施工阶段分析控制选项第10页共89页09-温度荷载定义MIDAS/Civil可以考虑5种温度荷载的施加方式。这几种不同的温度荷载分别适用于不同的温度荷载定义。系统温度适用于整体结构的整体升温或整体降温。节点温度和单元温度适用于对选择节点或单元的整体升、降温作用。温度梯度适用于对梁或板沿截面高度和宽度方向考虑温度梯度作用。例如在梁高方向输入温度梯度5度（图2），梁截面实际温度荷载作用如图3所示。梁截面温度荷载适用于对梁截面施加折线形温度荷载。通过输入折线形温度荷载的每个线性温度作用的截面宽度，作用截面高度及该高度范围内的温度。需要注意的是对于空心截面，温度荷载实际作用宽度一定要扣除空心部分截面宽度影响。截面高度位置的温度值为实际温度值，不是相对于系统温度的相对值。当截面为联合截面或组合截面时，输入每段线性温度荷载时的材料特性应依据截面位置不同而输入不同的材料特性（图4）。对于结构的初始温度在模型—结构类型中指定，通常指定为0度即可。10-移动荷载定义移动荷载定义分四个步骤：图1温度荷载类型图2温度梯度荷载图3温度梯度5度时实际温度荷载图4梁截面温度荷载定义对话框第11页共89页1.定义车道（适用于梁单元）或车道面（适用于板单元）；2.定义车辆类型；3.定义移动荷载工况；4.定义移动荷载分析控制——选择移动荷载分析输出选项、冲击系数计算方法和计算参数。（一）、车道及车道面定义移动荷载的施加方法，对于不同的结构形式有不同的定义方法。对于梁单元，移动荷载定义采用的是车道加载；对于板单元，移动荷载定义采用的是车道面加载。对梁单元这里又分为单梁结构和有横向联系梁的梁结构，对于单梁结构移动荷载定义采用的是车道单元加载的方式，对于有横向联系梁的结构移动荷载定义采用的是横向联系梁加载的方式。对于单梁结构的移动荷载定义在PSC设计里边已经讲过了，这里介绍的是有横向联系梁结构的移动荷载定义以及板单元移动荷载定义。横向联系梁加载车道定义：在定义车道之前首先要定义横向联系梁组，选择横向联系梁，将其定义为一个结构组。车道定义中移动荷载布载方式选择横向联系梁布载（图1），然后选择车道分配单元、偏心距离、桥梁跨度后添加即可完成车道的定义。车道面定义（图2）：对于板单元建立的模型进行移动荷载分析时，首先需要建立车道面。输入车道宽度、车道偏心、桥梁跨度、车道面分配节点后添加即可完成车道面定义。（二）、车辆类型选择无论是梁单元还是板单元在进行移动荷载分析时，定义了车道或车道面后，需要选择车辆类型，车辆类型包括标准车辆和用户自定义车辆两种定义方式（图3）。图1采用横向联系梁布载时车道定义横向联系梁组定义第12页共89页（三）、移动荷载工况定义定义了车道和车辆荷载后，将车道与车辆荷载联系起来就是移动荷载定义。在移动荷载子工况中选择车辆类型和相应的车道，对于多个移动荷载子工况在移动荷载工况定义中选择作用方式（组合或单独），对于横向车道折减系数程序会自动考虑（图4）。（四）移动荷载分析控制在移动荷载分析控制选项中选择移动荷载加载位置、计算内容、桥梁等级、冲击系数计算方法及计算参数（图5）。图3车辆类型选择图2车道面定义子荷载工况定义各子荷载工况组合类型第13页共89页注意事项总结：1、车道面只能针对板单元定义，否则会提示“影响面数据错误”。2、车道定义中，当为多跨桥梁时，对应下面的车道单元应输入不同的桥梁跨度。该功能主要为了对不同跨度的桥梁段赋予不同的冲击系数。3、移动荷载工况定义中当考虑各子荷载工况的组合效果时，组合系数在各子荷载工况定义中的系数中定义。4、移动荷载分析控制选项中影响线加载点的数量越多在移动荷载追踪时荷载布置位置越精确；计算内容选项中如果不选择计算应力，那么在后处理中将不会显示由移动荷载引起的结构应力；当冲击系数不按基频来计算时，选择规范类型为其他规范，这里提供了多种常用的冲击系数计算方法（图6）。加载位置计算内容桥梁等级冲击系数计算方法和计算参数图4移动荷载工况定义图5移动荷载分析控制选项第14页共89页11-变截面及变截面组的定义通过对一个简支梁单元截面的定义来演示变截面和变截面组如何定义，及各自的适用范围。变截面是针对某个单元的截面形式；对于一组连续的单元，当截面类型相同、变化形式相同时，可以采用变截面组的功能。定义变截面时，只需在“截面—变截面”里定义即可。定义变截面组时，首先要先针对一组单元定义一个变截面，这个变截面的i端截面形式为这一组单元i端截面形式，这个图1采用相同变截面的一组单元第15页共89页变截面的j端截面形式采用的这一组单元j端的截面形式，然后将这个变截面赋予给这一组单元形成如图1所示的结构形式，然后再在模型—变截面组中定义变截面组数据，这里包括变截面组名称、变截面组包含的变截面单元、截面高度方向和截面宽度方向的变化形式，然后选择添加，即可将采用相同变截面的一组单元转变为适用于一组单元的变截面组，形成如图2所示的结构形式