Midas_ 桥墩计算(28页).doc

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1、-Midas_ 桥墩计算-第 25 页例题3T型桥墩MIDAS/Civil例题3. T型桥墩概要 1分析模型与荷载条件 / 1使用节点和单元进行建模 3设定基本功能及输入材料 / 3使用面单元形成桥墩平面 / 5输入荷载 24运行结构分析 29查看分析结果 29荷载组合 / 29确认变形 / 31确认应力 / 32例题3. T型桥墩概要此例题针对桥梁设计中比较常见的T型桥墩介绍了其从建模到结构分析的全部过程，以便于用户跟随操作。此例题也和“例题1”一样主要使用图标菜单。分析模型与荷载条件T型桥墩的结构形态和关于结构模型的大概内容如图1、2所示。图1. T型桥墩的模型 模型的原点P1 P1 P1

2、 P1 P1 P1 P1 P1P2P1单位 : m图2. T型桥墩的立面图和侧面图荷载条件考虑垂直荷载(P1)和地震荷载(P2)。 荷载条件1 : 垂直荷载 P1 = 430 kN 荷载条件2 : 地震荷载 P2 = 516 kN对于边界条件，假设桥墩的下部完全固定。 作为参考，此例题的目的是以介绍MIDAS/Civil的功能为主的，因此这里所作的假设有可能与实际情况不同。另外在这里省略了前面例题中对MIDAS/Civil的运作所需基本事项的介绍。使用节点和单元进行建模设定基本功能及输入材料 为建立桥墩的模型，先打开新文件(新项目)并以Pier为名保存(保存)。 所要使用的单位系通过在画面下端

3、的状态条中点击单位选择键()，将其设定为kN和m。此例题也与“例题2. 单跨拱桥”一样主要使用图标菜单来建模。将各种图标显示于画面上的方法请参考例题2。 桥墩的材料特性按以下输入。 图3. 输入材料的对话窗口 图4. 输入材料数据1. 点击 材料 2. 在图3中点击 3. 在一般的材料号 输入栏确认1 (参考图4)4. 在类型选择栏选择混凝土 5. 在混凝土的钢材选择栏中选择GB(RC) 6. 在数据库选择栏中选择25 7. 点击 键 8. 点击 键 本例题中不使用对桥墩直接利用实体单元建模的方法，而是主要采用将面单元按一定方向扩展(Extrude)来形成实体单元的功能。建模的步骤如下。 将基

4、础下端的平面按四边形面单元建模。此时对于即将扩展为柱子的部分，考虑柱子的形状将其建立为圆形面单元。 把所建立的下部平面(面单元)按桥墩基础部的厚度进行扩展来建立基础模型。 在下部平面中选择属于柱子部分的圆形平面并将其按柱子的高度进行扩展。 为建立桥墩帽的模型，将基础下部所输入的面单元中考虑为桥墩帽的部分移动到桥墩帽上端的位置。 将该面单元按领域区分分别垂直投影到桥墩帽下端的倾斜面上来形成桥墩帽模型。 利用面单元建立桥墩平面对于基础下部平面中圆形柱所处的位置利用板建模助手功能按以下步骤输入。 1. 在属性菜单的菜单表单选择几何模型结构建模助手板 2. 在 在Edit表单的Type 2 选择栏中选

5、择或的话，可以对圆形中存在方孔或圆孔的形状进行建模。输入表单的类型1选择栏中选择圆形()(参考图5 (a)3. 在R输入栏输入0.8 4. 在材料选择栏输入2 5. 在厚度选择栏输入1 6. 在编辑表单中选择分割数量 (参考图5 (b)7. 在m输入栏输入168. 在n输入栏输入4 9. 在插入表单的插入点 输入栏输入-4, 0, 0 10. 在旋转的Alpha输入栏输入-90(参考图5 (c)11. 在原点的显示号的左侧表示标记后，在右侧选择栏选择3(0.8, 0.8) (a) 输入 表单 (b) 编辑 表单 (c) 插入 表单 图5. 板建模助手输入窗口12. 点击 键 13. 点击 自动

6、对齐 14. 点击 顶面15. 点击 此例题中不使用Point Grid功能，故可将相关功能转为Toggle off状态。 点格， 捕捉点(Toggle off)为了以后将所生成的圆形利用扩展功能(Extrude)建立圆形柱子时选择的方便，事先将此部分利用 组定义为组。 1. 点击 组 2. 在结构组点击鼠标右键选择新建后，输入圆柱 3. 点击 全选 4. 将组表单的圆柱拉放(拖&放)到模型窗口的位置 拖 & 放 图6. 结构组的建立对连接圆柱部与四方形基础的部分按不规则四边形的面单元输入。1. 点击 建立节点 2. 在坐标(x, y, z) 输入栏输入-3, 0, 03. 在复制 选择栏的

7、复制次数 输入1 4. 在距离 (dx, dy, dz) 输入栏输入0, 1, 0 5. 点击 键 6. 在坐标 (x, y, z) 输入栏输入-4, 1, 0 7. 在复制 选择栏的 复制次数 输入0 8. 点击 键 9. 点击 分割单元 10. 确认 分割的等距离 11. 在方向分割数量 输入栏输入3 12. 点击 单元编号 (Toggle on)13. 在分割节点输入栏利用鼠标编辑器功能依次指定节点66和67，67和68。 14. 点击 建立单元15. 在单元类型 选择栏选择平面应力单元并确认4节点 16. 在类型 选择栏确认厚板 17. 在材料 选择栏的 No. 输入栏确认1 18.

8、在厚度 选择栏的 No. 输入栏确认119. 依次指定节点66、69、9、5来输入面单元6520. 依次指定节点69、70、13、9来输入面单元6621. 依次指定节点70、67、71、13来输入面单元6722. 依次指定节点13、71、72、17来输入面单元6823. 依次指定节点17、72、68、21来输入面单元69对于基础平面的剩余部分，可通过在输入边上的桁架单元后将其扩展成面单元来完成建模。(参考图7)1. 在建立单元对话况的单元类型选择栏选择 桁架单元 2. 在交叉分割 选择栏确认 节点左侧的标记3. 依次指定节点66和674. 点击 欲查看单元的情报时，可点击Query Eleme

9、nts选择相应单元，则画面下端的Message窗内就会显示出相关情报。或者可以将画面下端的 Fast Query(图7的u)转为Toggle on状态，并把鼠标移到相应单元,则画面上就会显示相关情报。 选择最新建立的个体 (选择桁架单元70、71、72)5. 点击 扩展单元 6. 在扩展类型选择栏选择线单元平面单元 7. 确认目标 选择栏删除 左侧的标记8. 在单元属性 选择栏的 单元类型 确认板单元 9. 在类型 选择栏确认厚板10. 在生成形式 选择栏确认投影 11. 在复制和移动 选择栏确认等间距 12. 在dx, dy, dz 输入栏输入0.5, 0, 0, 在复制次数 输入栏输入61

10、3. 点击 键 图7. 面单元的建立利用与上述类似的方法来形成基础宽度方向的面单元。 1. 点击 建立单元 2. 在单元类型 选择栏确认桁架单元 3. 在交叉分割 选择栏确认 节点左侧的标记4. 利用鼠标编辑器功能依次指定节点 68和96。5. 点击 节点编号 (Toggle off)6. 点击 选择最新建立的个体 7. 点击 扩展单元 8. 在扩展类型 选择栏选择线单元平面单元 9. 确认目标 选择栏删除 左侧的标记10. 在单元属性 选择栏的 单元类型 确认板单元11. 在复制和移动 选择栏确认等间距 12. 在dx, dy, dz 输入栏输入0.5, 0, 0, 在复制次数 输入栏输入5

11、13. 点击 键图8. 形成面单元利用对称复制功能完成基础模形的一半如下。 1. 点击 全选 2. 点击 组 3. 在画面左侧的结构组选择圆柱后，点击鼠标右键选择解除选择 4. 点击 镜像单元 5. 在形式 选择栏确认复制6. 在镜像平面 选择栏选择 z-x 平面, 在 y 输入栏确认0 7. 点击 键 8. 点击 前次的选择 9. 在镜像平面 选择栏选择 y-z 平面，并在 x 输入栏输入-4 10. 点击 键 11. 点击 选择最新建立的个体 12. 在镜像平面 选择栏选择 z-x 平面，在 y 输入栏确认0 13. 点击 键(参考图9) 图9. 完成基础下端的面单元利用扩展功能( 扩展单

12、元)将所形成的基础板扩展成相应部分(基础、圆柱、墩帽等)的实体单元时，为选择过程的方便需对相应扩展对象命名。参考图10按如下方法对各领域命名。 1. 点击 组 2. 在结构组点击鼠标右键，选择新后，在名称中输入墩帽, 在后缀中输入1 to 5 3. 点击 窗口选择，如图10选择相应单元4. 将组 表单的墩帽1拉放到模型窗口5. 如图选择相应单元，将墩帽2拉放到模型窗口6. 如图选择相应单元，将墩帽3拉放到模型窗口7. 如图选择相应单元，将墩帽4拉放到模型窗口8. 如图选择相应单元，将墩帽5拉放到模型窗口 墩帽 1墩帽 2墩帽 3墩帽 5墩帽4拖 & 放 图10. 定义组利用所输入的基础板使用

13、扩展单元 功能形成基础部。1. 点击 标准视图 2. 点击 全选 3. 点击 扩展单元 4. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 5. 确认 Source选择栏的Move是指使用Extrude Elements 功能时扩展前的单元自动移动到新建立单元的末端的功能。此功能在连续建立单元时十分有效。 目标 选择栏 移动 左侧的标记6. 在单元属性 选择栏的单元类型确认实体单元 7. 在材料 选择栏确认1 :C240 8. 在生成形式 选择栏确认复制和移动 9. 在复制和移动 选择栏确认等间距 10. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, 0.5, 在复制次数 输入栏输入411. 点击

14、键 图11. 完成基础选择以组 功能所指定的圆柱部分并按如下步骤将其扩展成实体单元。1. 点击 组 2. 在结构组选择并双击圆柱3. 点击 扩展单元 4. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 5. 在目标 选择栏解除删除左侧的标记6. 在单元属性 选择栏的 单元类型确认实体单元7. 在材料 选择栏确认1 :C240 8. 在生成形式 选择栏确认复制和移动 9. 在 Extrude方法中Translation的Thickness是将面单元向厚度方向(单元坐标系 z方向)扩展的功能。在扩展由曲面构成的面单元时十分有效。 复制和移动 选择栏选择厚度方向并确认等间距10. 在复制次数 输入栏输入1

15、2 11. 在厚度 输入栏输入0.5 12. 在方向选择栏确认+z 13. 点击 键 图12. 完成圆柱将欲扩展成墩帽的面单元移动到墩帽设计位置的上端。1. 点击 组 2. 在结构组双击墩帽13. 点击 移动/复制单元 4. 在形式 选择栏选择移动 5. 在移动和复制 选择栏确认等距离 6. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, 8.5 7. 点击 键 图13. 柱子的墩帽为建立桥梁墩帽的模型，激活图13中表示a的部分。1. 点击 窗口选择，选择图13的a部分 2. 点击 激活 274527682748269427062679图14. 墩帽上端的面单元为了将墩帽上端的面单元投影扩展到下

16、端的平面上来形成实体单元，对指定下端投影平面时所使用的节点可按以下方法复制输入。 1. 点击 移动/复制节点 2. 点击 单选 选择节点2768和2745 (参考图14)3. 在形式 选择栏确认复制4. 确认复制和移动的等间距 5. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, -1.5 6. 在复制次数 输入栏确认1 7. 点击 键 8. 点击 单选 选择节点2748和2694 (参考图14)9. 确认复制和移动的等间距 10. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, -2.5 11. 在复制次数 输入栏确认112. 点击 键 13. 点击 单选 选择节点2706和2679 (参考图1

17、4)14. 确认复制和移动的等间距 15. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, -216. 在复制次数 输入栏确认117. 点击 键 (参考图15)276927702772277127742773图15. 为墩帽建模而复制节点将墩帽上端的面单元按不同的区段投影扩展到墩帽下端。 1. 点击 组 2. 在结构组双击墩帽 23. 点击 扩展单元 4. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 5. 在目标 选择栏确认删除左侧的标记6. 在单元属性 选择栏的单元类型 确认实体单元7. 在材料 选择栏确认1 : C240 8. 在 单元 Extrude Translate, Rotate, Pr

18、oject , Translate Extrude , Rotate Extrude , Project line, plane, cylinder, cone, sphere, ellipsoid, element Extrude . 生成形式 选择栏选择投影9. 在投影形式 选择栏选择将节点投影在平面上 10. 在定义基准平面 输入栏利用鼠标编辑器 功能连续指定节点 2769、2770和2772 11. 在方向 选择栏选择向量方向在输入栏输入0, 0, -1 12. 选择分割 13. 在分割数量 输入栏输入514. 点击 键 15. 点击 组 16. 在结构组双击墩帽 317. 点击 扩展

19、单元 18. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 19. 在目标 选择栏确认删除左侧的标记20. 在单元类型 选择栏的单元类型 确认实体单元21. 在材料 选择栏确认1 : C24022. 在生成形式 选择栏确认复制和移动 23. 确认复制和移动的等间距 24. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, -0.5 25. 在复制次数 输入栏确认526. 点击 键 27. 点击 组 28. 在模型组列表双击墩帽 429. 点击 扩展单元 30. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 31. 在目标 选择栏确认删除左侧的标记32. 在单元属性 选择栏的单元类型 确认实体单元33. 在材料

20、 选择栏确认1 : C240 34. 在 对单元进行扩展(Ex- trude)的方法有Translate,Rotate, Project等3种。其中Translate是按直线方向扩展的方法，Rotate是按圆或螺旋模样的方向扩展，Project可将对称的对象如line,plane, cylinder,cone, sphere, ellipsoid,element等利用扩展功能来形成。 生成形式 选择栏选择投影35. 在投影形式 选择栏选择将节点投影在平面上 36. 在定义基准平面 输入栏利用鼠标编辑器 功能连续指定节点2771、2774和2773 37. 在方向 选择栏选择向量方向在输入栏输入

21、0, 0, -1 38. 选择分割 39. 在分割数量 输入栏输入540. 点击 键 41. 点击 组 42. 在模型组列表双击墩帽 543. 点击 扩展单元 44. 在扩展类型 选择栏选择平面单元实体单元 45. 在目标 选择栏确认删除左侧的标记46. 在单元属性 选择栏的单元类型 确认实体单元47. 在材料 选择栏确认1 : C24048. 在生成形式 选择栏确认复制和移动 49. 确认复制和移动的等间距 50. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 0, -0.4 51. 在复制次数 输入栏确认552. 点击 键 图16. 完成墩帽删除为利用扩展功能形成实体单元而输入的面单元，并利用

22、镜像单元功能对所有实体单元进行对称复制。1. 点击 全部激活 2. 点击 选择属性 3. 在选择栏选择平面4. 点击 键 5. 点击 键 6. 点击 Delete Elements 或键盘上的Delete 键拥有相同功能。但是 Delete Elements只能选择自由节点(Free node)来删除。 删除 7. 点击 镜像单元 8. 在形式 选择栏确认复制 9. 在景像平面 选择栏确认 y-z 平面，并在 x 输入栏确认0 10. 点击 全部选择 11. 点击 键 图17. 完成结构建模按照以下步骤来确认相邻单元间节点的连接状态。 对于建立单元过程中在同一位置生成两个以上重复单元的情况，或

23、者生成共享同一节点的相邻单元的情况等进行确认并予以删除。 Check and Remove Duplicate Elements 功能是确认是否在同一位置上有重叠的单元，若有重叠的单元，自动将其中的一个单元予以删除的功能。 1. 在主菜单选择 几何模型检查结构数据检查并删除重复的单元 2. 在主菜单选择 几何模型 检查结构数据显示自由边 (Toggle on) (参考图18)3. 在主菜单选择 几何模型 检查结构数据显示自由边 (Toggle off) Free Edge是对结构所使用的单元是否被合理输入进行确认的功能。如果单元间存在分离或重叠的部分，此功能会将该部分以其它颜色来显示以便确认。

24、 图18. 自由边处于Toggle on的状态输入荷载在输入荷载前，需先设定荷载工况(Load Cases)。1. 在Model Entity 表单选择 荷载 2. 点击荷载工况名称 选择栏右侧的 键 3. 如图19，在静力荷载工况 对话窗口的 名称 输入栏输入自重 4. 在类型 选择栏选择Dead Load 5. 点击 键 6. 在静力荷载工况 对话窗口输入剩余荷载工况(图19)7. 输入结束后点击 键 图19. 荷载工况对话窗口输入此例题所考虑的各项荷载。1. 在荷载工况名称 表单的功能目录表中确认Self Weight 2. 在荷载组名称 选择栏确认自重 3. 在 在Self Weigh

25、t Factor对Z方向输入-1的话就会按重力方向自动输入自重。 自重系数的 z 输入栏输入-14. 在操作 选择栏点击 键 为输入作用于上部的垂直荷载，只选择结构上部的节点并将其激活。1. 点击 平面选择 2. 在平面 表单选择XY 平面，选择墩帽上端的任意节点3. 点击 键 4. 点击 激活 5. 点击 顶面 P1 P2图20. 荷载作用位置垂直荷载与地震荷载的作用位置如图20所示。1. 点击 窗口选择，选择P1 荷载所输入的部分(图20所表示的部分)2. 在荷载 表单选择节点荷载 3. 在荷载工况名称 选择栏选择垂直荷载 4. 在选择 选择栏确认添加 5. 在节点荷载的FZ 输入栏输入-

26、430 6. 在节点荷载的其它输入栏确认0 7. 点击 键 8. 点击 窗口选择，选择P2荷载所输入的部分(图20所表示的部分)9. 在荷载工况名称 选择栏选择地震荷载 10. 在选择 选择栏确认添加 11. 在节点荷载的FX 输入栏输入516 12. 在节点荷载的其它输入栏确认0 13. 点击 键 14. 点击 标准视图 (参考图21)图21. 垂直荷载与地震荷载的输入状态输入边界条件。1. 点击 全部激活 2. 点击 平面选择 3. 在平面 表单选择XY 平面，并选择基础下端的任意节点4. 点击 键 5. 选择Model Entity 表单的边界条件，确认支撑条件 6. 确认选择的添加 7

27、. 在支撑条件类型(局部方向) 选择栏 D-ALL, R-ALL的左侧表示 8. 点击 键 图22. 结构建模完了状态运行结构分析根据所输入的荷载条件运行结构分析。 1. 选择主菜单的分析分析选项 2. 在静力分析求解器 选择栏确认Skyline 3. 点击 键4. 点击 运行分析图23. 选择分析方法查看分析结果荷载组合下面了解一下对于结构分析运行完了的3种荷载条件(自重、垂直荷载、地震荷载)进行线性组合(Linear Load Combination)的方法。此例题中只输入如下的一种简单的荷载组合条件来查看结果。这种荷载组合是任意确定的与实际情况无关。 荷载组合条件 1(LCB1) : 1

28、.0 (自重 + 垂直荷载 + 地震荷载)图24. 荷载组合条件的对话窗口荷载组合条件可通过主菜单的结果荷载组合打开荷载组合条件对话窗口后(参考图24)按以下步骤来输入。1. 在主菜单选择结果荷载组合 2. 在激活表示 3. 在荷载组合列表的 名称 输入栏输入LCB1 4. 在类型 选择栏确认添加 5. 用鼠标点击荷载工况 选择栏后，利用 键在选择栏选择自重(ST)，并在系数 输入栏确认1.0 6. 用鼠标点击第二个选择栏后，利用 键在选择栏选择垂直荷载(ST)，并在系数 输入栏确认1.0 7. 用鼠标点击第三个选择栏后，利用 键在选择栏选择地震荷载(ST)，并在系数 输入栏确认1.0 8.

29、点击 键 查看变形按照以下步骤来查看变形。 1. 在点击 位移等值线图 2. 在荷载工况 / 荷载组合选择栏选择CB: LCB1 3. 在内力组成 选择栏确认DXYZ 4. 在显示形式 选择栏的变形, 图例左侧表示5. 点击 键 图25 变形等高线图(Displacement Contour)查看应力 查看实体单元的最大主应力结果。 1. 在点击 实体应力 2. 在荷载工况/荷载组合 选择栏确认CB: LCB1 3. 在应力选项 选择栏确认全局坐标系, Avg. Nodal 4. 在内力成分 选择栏确认Sig-Pmax 5. 对显示形式的 图例在其左侧表示 6. 点击 键 图26. 最大主应力

30、结果对于应力结果，可以利用 动态缩放, 动态旋转, 渲染窗口, 透视图等功能在各种方位来选择画面。(参考图27)图27. 在桥墩下部仰视的画面下面来查看实体单元任意切面(Cutting Plane)上的应力分布状况。首先定义平面。 1. 在主菜单选择 几何模型已命名的平面 2. 在平面名称 输入栏输入平面 1 3. 在平面类型 选择栏选择Y-Z 平面 4. 在 利用Mouse Editor 功能可以在无数Y-Z平面中非常容易地指定所需的 Y-Z平面。 X 轴位置输入栏输入-45. 在容许误差 输入栏确认0.001 6. 在操作 选择栏点击 键(参考图28)图28. 定义平面 (Named Pl

31、ane)1. 点击 实体应力 2. 在荷载工况/荷载组合 选择栏确认CB:LCB1 3. 在应力选项 选择栏选择全局坐标系, Avg. Nodal 4. 在内力成分 选择栏确认Sig-Pmax 5. 对显示形式的变形, 切割面表示 6. 点击切割面 选择栏右侧的 键 (参考图29)7. 在已定义的切割面选择栏的平面 1和当前UCS x-z 平面左侧表示8. 选择自由面 9. 点击切断面的细部 窗的 (参考图29)来关闭窗口10. 点击 键 点击 键, 可选择显示应力结果动画的进行方向。 图29. 定义割断面的细部 对话窗口 选择Cutting Plane， 可以简单地对任意截面的应力结果进行查

32、看。 图30. 切断面应力结果 最后来查看 局部方向内力的合力 的结果。 Local Direction Force Sum是利用节点上的分析结果来显示特定面的构件内力的功能。在查看实体单元或面单元的构件内力时尤为有效。 首先定义UCS以使要查看的构件内力的平面处于UCS的 x-y 平面。本例题中查看结构右侧的墩帽和与柱相连接部分的构件内力。 1. 点击 初始画面 2. 点击 由三个点设定UCS（参考图30）3. 在坐标的原点 输入栏输入3, -1, 8 4. 在Pt. On x-Dir. 输入栏输入5, -1, 85. 在Pt. On x-y 输入栏输入5, -2, 8 6. 点击 键 7.

33、 点击 在选择结构右侧的墩帽和与柱相交的平面时，使用 Point Grid Snap 功能。 点格, 捕捉点 (Toggle on)8. 点击 正面 图31. 定义UCS的结构1. 点击 窗口选择，选择相应单元 (参考图31)2. 点击 激活 3. 点击 标准视图4. 在主菜单 选择 结果局部方向内的合力5. 在形式 选择栏选择用多边形选择实体表面 6. 在荷载工况 选择栏确认 CB: LCB1 在形成封闭多边形时，输入的方向会成为新建坐标系的 x 方向。 7. 在 输入坐标 输入栏利用 鼠标编辑器 功能将包含相应截面的封闭多边形按反时针方向进行输入8. 确认 z向量左侧的标记是否被解除9. 点击 解除 z Vector的 标记的话，封闭多边形的第一个角会被输入为 z 方向。不解除标记的话 可以在相应平面上另行定义 z 的方向。 键 图32. 墩帽和与柱连接部的构件内力