Midas-Civil软件应用——挂篮建模

MidasCivil软件应用——挂篮建模中铁七局武汉公司工程部李娜二0一三年五月常见临时结构设计及检算培训反力即为锚固荷载模板、模板横肋底模纵梁前、后下横梁后锚杆、前吊带前上横梁主桁节点计算反力即为底模纵梁荷载反力即为前、后下横梁荷载反力即为后锚杆、前吊带荷载反力即为前上横梁荷载反力即为主桁荷载挂篮计算组成1目录四、挂篮建模——主桁架三、挂篮建模——前下横梁二、挂篮建模——底模纵梁一、迈达斯建模一般步骤五、挂篮建模——模板六、挂篮细部计算2•建立新项目•定义单位体系•确定结构类型•定义截面•建立节点•定义材料•建立单元•建立支座•建立荷载工况•施加荷载•查看反力•查看位移•查看内力•查看应力•查看整体稳定一、迈达斯建模一般步骤31、设定操作环境（前处理）•1.1建立新项目：文件→新项目→另存为...•1.2定义单位体系：工具→单位体系•1.3确定结构类型：模型→结构类型•1.4定义材料：模型→材料和截面特性→材料•1.5定义截面：模型→材料和截面特性→截面4•1.6建立节点：模型→节点•1.7建立单元：模型→单元•1.8建立支座：模型→边界条件•1.9建立荷载工况/组合：荷载→静力荷载工况/荷载组合•1.10施加荷载：荷载→自重/节点荷载/梁单元荷载/压力荷载等•1.11分析：分析→屈曲分析控制/运行分析52、结果查看（后处理）•2.1查看反力：结果→反力•2.2查看位移：结果→位移•2.3查看内力：结果→内力•2.4查看应力：结果→应力•2.5查看整体稳定：结果→屈曲模态6挂篮正视图挂篮侧视图二、挂篮建模——底模纵梁71、设计荷载①、节段混凝土自重；、挂篮主桁(包括前、后上下横梁)、侧面模板、底模板系统重量（承重系统）；③、施工荷载（人员及机具荷载），取2.5kN/m2；④、倾倒及振捣砼时产生的冲击荷载，取2kN/m2；⑤、挂篮走行时，冲击附加系数0.3。8荷载组合表序号荷载组合说明Ⅰ1+2+3+4用于验算承重系统构强度、稳定性Ⅱ1+2用于结构变形计算Ⅲ2+3+5用于验算挂篮走行9•2、荷载组合（详见建筑结构荷载规范）•2.1按极限状态法设计时，应考虑荷载分项系数及有关规定所列荷载系数和调整系数：•构件和连接的强度计算和稳定性验算采用荷载效应的基本组合：•结构的变形验算采用荷载效应的标准组合：•2.2按容许应力法设计时，则不考虑荷载分项系数。QikGkdSSS4.12.110QikGkSSS•3、采用的应力计算公式：•3.1正应力计算公式：•3.2剪应力计算公式：式中:为型钢截面对中性轴的面积矩，为型钢截面的惯性矩，W为构件的截面抵抗矩，具体可根据钢结构设计手册查得。WMANzzbIQS**zSzI11•3.3采用极限状态法计算时，计算结果的比较其中：——材料的抗弯、抗剪强度设计值；•3.4采用容许应力法计算时，计算结果的比较其中：——材料的抗弯、抗剪容许应力。vff,vff,,w,w12挂篮荷载分解图134、以砼施工工况下为例的迈达斯建模计算：•4.1底模纵梁计算：•底模纵梁采用I36b工字钢，L=6.5m,•计算参数:单位重65.6kg/m，惯性矩I=16530cm4，W=919cm3,Sx=541.2cm3；•底模重2569.5kg，底模面积7×4.5m2。14•4.2取单位长度底模纵梁计算荷载：•每片纵梁承担砼重q1：q1=砼自重*分配到该片纵梁上的砼横截面积；•每片纵梁上的底模重q2：q2=底模总重量/底模面积*分配到该片纵梁上底模的宽度；•施工荷载q3(以2.5KN/m2计):q3：q3=2.5*分布宽度；•振捣砼时产生的冲击荷载q4（以2KN/m2计）:q4:q4=2*分布宽度。151#块施工各片纵梁上的荷载如下表：单位KN/m（注：表中q1为节段根部荷载，q1'为端部荷载，为计算简洁可假定荷载为较大的q1荷载）纵梁荷载I1I2I3I4I5I6I7I8q131.79925.3367.1268.0318.0317.6667.3017.301q1'28.31122.7196.4337.2287.2286.8996.5716.571q20.2450.3260.3870.4490.4490.4280.4080.408q30.7511.18751.3751.3751.31251.251.25q40.60.80.951.11.11.051116•取承受荷载最大的纵梁I1为例详细介绍迈达斯建模计算过程，I2-I8计算步骤与I1相同。•（梁受均布荷载算例）•计算简图如下：171、设定操作环境•1.1建立新项目：•文件→新项目→另存为...18•1.2定义单位体系：工具→单位体系→长度（m），力（KN）→确定。19•1.3确定结构类型•Midas/Civil是为分析三维空间结构而开发的，可以把空间结构简化为平面结构来计算，故对于二维平面内的结构不需要约束平面外的自由度。因此可通过选择结构类型简单化处理。•本例题的模型处于整体坐标系的X-Z平面，可将结构指定为二维结构(X-ZPlane)。X方向表示为杆系单元的长度方向，Z方向为竖直方向。20•模型→结构类型（X-Z平面）→确定。21•1.4定义材料：模型→材料和截面特性→材料→添加→设计类型（钢材），规范（GB03S),数据库（Q235）→确认。22•1.5定义截面：模型→材料和截面→截面→添加→名称（输入I36b）；截面（选择下拉菜单相应的工字钢截面）→确认。23•1.6输入节点和单元：模型→节点→建立→输入节点坐标（0,0,0）→适用→（0.5,0,0）→适用→（1.3,0,0）→适用→（4.8,0,0）→适用→（5.5,0,0）→适用→（6.5,0,0）→关闭。24•1.7模型→单元→建立→选择材料（Q235），截面（I36b）→关闭。•特别注意：当模型中出现多种材料及截面类型，在建立单元时要注意选择相应的材料号和截面号。25•1.8输入边界条件：模型→边界条件→一般支撑→支撑条件类型（2号节点Dz,Dx；3号节点Dz）→适用/关闭。•将节点2的Dx,Dz自由度约束，把节点3的Dz自由度约束,使其成为简支梁。•因为已将结构类型定义为了X-Z平面，故不需对Dy,Rx,Rz自由度再做约束。26MIDAS/CIVIL是三维空间结构分析程序，故每个节点有6个自由度(Dx,Dy,Dz,Rx,Ry,Rz)。这6个自由度在模型中是由6个三角形按顺序组成的6边形表现的，被约束的自由度其三角形颜色会变成绿色，以便区分。27•1.9建立荷载工况：荷载→静力荷载工况→名称（砼施工）,类型（用户定义的荷载）→添加→关闭。28•1.10施加荷载：荷载→自重→添加→确定。注：因为前面施加的均布荷载在分析时未考虑纵梁的自重，所以在添加荷载时要增加自重荷载，否则软件计算时会忽略自重。29•1.10施加荷载：荷载→梁单元荷载→荷载工况名称（砼施工）→方向（整体坐标系Z）→数值（相对值）→输入荷载值（-0.656）→选择需要施加荷载的梁单元→关闭。注：选中的梁单元及变成绿色；节点荷载的方向为Z轴的反方向，荷载的加载方向按‘+,-’号来输入。3031•1.11分析：运行结果分析：分析→运行分析。2、结果查看•2.1查看反力：荷载工况/荷载组合（砼施工）→反力（FXYZ）→数值→图例→适用。32•底模纵梁最大支座反力61.05KN，即为计算前、后下横梁时所受的集中力。33•2.2查看位移和变形：结果→位移→位移等值线→荷载工况/荷载组合（砼施工）→位移（DXYZ）→显示类型（数值、变形、图例）→适用。34•最大位移4.5mm。35•注：从变形图看出，此时的变形与实际变形有一定差距，说明梁单元的划分还不够细致，梁单元划分越细，结果与实际越符合，同时计算量也越大。•模式→前处理器•模型→单元→分割→x方向分割数量（5）→选择需要进行细化的梁单元（此模型选择中间段的梁单元）→适用。36•重新计算，分析→运行分析。•最大位移7.05mm，与规范规定的允许变形L/400相比较，得出刚度是否满足要求的结论。37•2.3查看内力：结果→内力→梁单元内力图→荷载工况/荷载组合（砼施工）→内力（My）→显示类型（数值、变形、图例）→适用。•注：My：绕y轴方向的弯矩，Fz：Z轴方向的剪力，Fx：X轴方向的轴力。38最大正弯矩95.1KN/m。39•2.4查看应力：结果→应力→梁单元应力图→荷载工况/荷载组合（砼施工）→应力（组合应力）→组合（最大值）→适用。40•应力选项框力几个数值的含义：•Sax：单元坐标系x轴方向的轴向应力；•Ssy,Ssz：单元坐标系y,z轴方向的剪切应力；•Sby,Sbz：单元坐标系y,z轴方向的弯曲应力；•组合应力，显示Sax±Sby±Sbz中的最大或最小值。41•最大组合应力103.3MPa，与规范规定的材料允许应力进行比较，得出强度是否满足要求的结论。42•2.5表格查看结果：结果→内力分析表格→梁单元→内力和应力→荷载工况/荷载组合（砼施工）→确认。•可以对所有分析结果通过表格来查看。•对于梁单元，程序会在5个位置(i,1/4,1/2,3/4,j)输出结果。4344挂篮前下横梁均采用双拼工字钢45b，总长9m。计算参数：I45b工字钢单位重87.4kg/m，惯性矩I=33760cm4，W=1500cm3，Sx=887.1cm3。•前下横梁计算简图如下：其中R1-R8的取值，即为上步计算中底模纵梁计算得到的支座反力。三、挂篮建模——前下横梁451、设定操作环境•1.1建立新项目：•文件→新项目→另存为...•1.2定义单位体系：工具→单位体系→长度（m），力（KN）→确定。46•1.3确定结构类型：模型→结构类型→选择（X-Z平面）→确定。47•1.4定义材料：模型→材料和截面特性→材料→添加→设计类型（钢材）；数据库（Q235）→确认。48•1.5定义截面：模型→材料和截面→截面→添加→名称（前下横梁或双拼工45b）；截面（选择下拉菜单相应截面）→确认。•注意：在双拼工字钢截面构件计算时，由于软件中不包含双拼工字钢截面类型，可采用：•、取一半构件计算，即构件取单根工字钢计算，构件上施加的荷载也要相应的取原计算结果的一半考虑；•、在型钢组合中考虑采用近似截面代替双拼工字钢；•、采用用户自定义截面计算。•本例中采用近似截面代替计算。49•截面→型钢组合→H型+板；•或截面→数值→箱形截面。50•1.6建立节点：模型→节点→建立→输入节点坐标→适用/关闭。•或模型→节点→复制或移动→形式（复制）→输入间距，输入次数→选择被复制节点→适用。51•输入节点：模型→节点→复制和移动→复制→（0.3,0,0）/（1.2,0,0）/（0.94,0,0）/（0.3,0,0）/（0.4,0,0）/（1,0,0）复制次数（5）/（0.4,0,0）/（0.3,0,0）/（0.94,0,0）/（1.2,0,0）→适用/关闭。•注意：每输完一个节点要点适用才可生成节点；复制时基准点的选择。可点取选择最新建立的个体即为上一步建立的点52•1.7建立单元：模型→单元→建立（材料Q235，截面双拼I45b）→适用/关闭。53•1.8输入边界条件：模型→边界条件→一般支撑→支撑条件类型（1号节点DZ,DX；4号节点DZ）→适用/关闭。•Dx代表节点坐标系x轴方向的位移自由度，并按顺时针方向分别代表y、z方向位移及绕x、y、z轴的转动位移。54•1.9建立荷载工况：荷载→静力荷载工况→名称（纵梁反力）类型（恒载）→关闭。55•1.10施加荷载：荷载→自重→添加→确定。56•1.11施加荷载：荷载→节点荷载→适用/关闭。•节点荷载的方向为Z轴的反方向，故在FZ输入栏中输入‘-1’。荷载的加载方向按‘+,-’号来输入。57•1.12运行结果分析：分析→运行分析。2、查看结果•2.1查看反力：结果→查看反力，最大反力147.7KN。58•2.2查看应力：结果→应力→梁单元应力图，最大组合应力13.8MPa，与允许应力相比较得出结论。59•2.3查看位移：