mds单跨拱桥范例资料.doc

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1、例题 2. 单跨拱桥概要1分析模型与荷载条件 / 2打开文件与设定基本操作环境5输入构件材料及截面7使用节点和单元进行建模11建立拱肋 / 11建立吊杆 / 12形成拱的主梁并复制构架 / 14建立横系梁 / 16建立支撑 / 17输入结构的边界条件23输入梁单元连接部的边界条件 / 24建立虚设梁 / 26输入车辆移动荷载和静力荷载29设定荷载条件 / 29输入静力荷载 / 30输入车辆移动荷载 / 32进行结构分析39查看分析结果39荷载组合 / 39确认变形 / 41查看影响线结果 / 42剪力图与弯矩图 / 47概要2. 单跨拱桥概要本例题主要介绍如何对有车辆荷载作用的单跨拱桥进行建模

2、、结构分析及结果校核。在这里省略了3D 2-Bay Frame 例题中所说明了的MIDAS/CIVIL的基本功能，而主要使用Icon Menu。对MIDAS/CIVIL的功能或结构分析过程有不解之处请参考On-line Manual。在Install CD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分析步骤如下。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数据3. 使用节点和单元进行建模4. 输入建筑物的边界条件5. 输入车辆移动荷载和静力荷载6. 进行结构分析7.

3、 对结果进行校核和分析分析模型与荷载条件拱桥的模型如图1所示，其基本情况如下。 桥梁形式 : 拱桥 桥梁等级 : 1等桥梁 跨 距 : 50m 设计车道数 : 2条车道 桥 宽 : 14m 图1. 拱桥模型 结构的平面如下所示。(参考图2) 横系梁按5m间距排列 按桥轴方向设置纵向支撑 在中心线两端7m的位置设置主梁和拱肋边界条件 :B1 约束所有方向的位移B2 - 约束Y, Z方向的位移B3 约束X, Z方向的位移B4 - 约束Z方向的位移 (a) 平面图 (b) 立面图图2. 拱桥的平面图和立面图对于荷载条件，为了简化问题只考虑以下3种条件。 荷载条件 1 : 固定荷载 9.0 tonf/

4、m (只作用于主梁) 荷载条件 2 : 人行道荷载 0.62 tonf/m (只作用于主梁) 荷载条件 3 : 车辆移动荷载 (DB-24, DL-24)冲击系数 : 本例题的主要目的是为了介绍MIDAS/CIVIL的各项功能，因此有些条件会与实际情况有出入，请作参考。 47打开文件与设定基本操作环境打开文件预设定基本操作环境为建立桥梁模型打开新文件( New Project)，以Arch为名保存文件(Save)。在画面下端的Status Bar点击单位选择键()选择tonf和mm。该单位系可以根据输入数据的种类按用户方便任意进行变更。 在此例题中为了提高熟练度在建模过程中尽量不去使用Tree

5、 Menu或Main Menu而是以使用Icon Menu为主。 以下是为了有效地利用Icon Menu将操作所需的Icon在画面上给予显示的步骤。 1. 在Main Menu选择ToolsCustomizeToolbars 2. 在Toolbars选择栏的相应项目之前表示 (参考图3)3. 点击 键 图3. Toolbars 输入窗口ua) 排列Toolbar (a) 排列Toolbar前的画面 v 所添加的Toolbar可通过用鼠标按着Toolbar的 Title Bar(图4 (a)的u)将其拉到所需位置。对于已有的Toolbar可点击图4 (a)的v来移动。 ( (b) 将Toolba

6、r排列后的画图4. Toolbar的排列 输入构件材料及截面 输入构件材料及截面结构构件的材料及截面按以下的数据输入。 材料1 : SMA400 横系梁, 斜支撑 2 : SMA490 主梁, 拱肋, 吊杆3 : Dummy 虚设梁 截面 1 : B 210060010/10- 主梁 2 : H 154050014/27- 横系梁3 : B 60060016/14- 拱肋4 : H 60040012/16- 吊杆5 : B 60050010/14- 斜支撑和横向支撑6 : H 40040013/21- 水平斜支撑(包括纵梁)7 : Dummy Beam- 虚设梁截面15属于焊接制作的截面(Bu

7、ilt-up Section)故可使用User功能，而截面6则可使用程序中内存的KS标准截面DB。上面的虚设梁是为了指定车辆移动荷载而设的。其材料和截面可使用以下数据来输入。NameTypeData材料DummyUser DefinedE = 1e-10 tonf/mm3截面Dummy BeamValueIyy =1 mm4对虚设梁的材料和截面可输入任意的足够小的值以使其不致于对分析结果产生影响。 图5. 截面设定对话窗口 图6. 输入材料数据的对话窗口1. 在Property Toolbar点击 Material (参考图5)2. 点击 键 3. 在General的Material Numb

8、er输入栏确认1(参考图6)4. 在Type选择栏确认Steel 5. 在Steel的Standard选择栏选择KS-Civil(S) 6. 在DB选择栏选择SMA400 7. 点击 键8. 在General的Material Number输入栏确认2 9. 在Type选择栏确认Steel10. 在Steel的Standard选择栏确认KS-Civil(S) 11. 在DB选择栏选择SMA49012. 点击 键 13. 用同样的方法参考上表输入虚设梁的材料14. 点击 键 u图7. 截面数据的输入1. 在Properties对话窗口(图5)选择Section表单(或在Property Tool

9、bar选择 Section)2. 点击 键 3. 在DB/User表单的Section ID输入栏确认1 (参考图7)4. 在Name输入栏输入主梁 5. 在截面形状选择栏(图7的u)选择Box 6. 在User和DB中选择User 7. 在H 输入栏输入2100 8. 在B 输入栏输入600 9. 在tw 输入栏输入10 10. 在tf1 输入栏输入10 11. 点击 键12. 按311的步骤输入截面25 13. 在Section ID输入栏确认6 14. 在Name 输入栏输入水平斜支撑(包括纵向梁) 15. 在截面形状选择栏(图7的u)选择H-Section 16. 在User和DB中选

10、择DB，并在右侧的选择栏确认KS 输入Sect. Name时可以使用两种方法。 第一, 点击输入栏右侧的 键，利用Scroll Bar选择相应截面名称的方法。第二, 直接输入截面名称的方法。利用第二种方法时须将键盘转换为英文输入状态。 17. 用鼠标点击Sect. Name 输入栏，输入H 40040013/21或利用Scroll Bar进行选择18. 对于Dummy Beam，在Value表单只在Iyy输入1 19. 点击 键 20. 点击 键 21. 在Status Bar点击单位选择键()将mm改为m使用节点和单元进行建模使用节点和单元进行建模建立拱肋利用Arch Wizard功能建立拱

11、肋。(参考图8) 1. 在Tree Menu的Menu表单选择GeometryStructure WizardArch 2. 在 在Input & Edit 表单的Type选择栏可以对拱的形式(投影等间距抛物线、等间距抛物线、投影等间距椭圆、等间距椭圆)作选择。这里考虑吊杆的等间距排列，选择Parabola1 形式以使拱肋上的节点投影到连接两端的直线上时为等间距。(参考图8)Input & Edit 表单的Type 选择栏确认Parabola13. 在Number of Segments 输入栏确认10 4. 在L 输入栏输入50 5. 在H 输入栏确认10 6. 在Boundary Cond

12、ition 选择栏选择None 7. 在Show Element No.的左侧表示 8. 在Material 选择栏选择2 : SMA4909. 在Section 选择栏选择3 : 拱肋 10. 在Insert 表单的Insert Point 输入栏确认0, 0, 0 11. 点击 键 12. 点击 Auto Fitting13. 点击 Front View 图8. Arch Wizard 对话窗口及Parabola1 形式的概念建立吊杆利用Extrude Elements功能将拱肋上生成的节点按竖直下方投影延长以输入吊杆。(参考图9) Extrude Elements是将节点或单元向任意位置

13、移动并沿着相应的移动路径建立高维单元的功能。(如：节点线单元, 线单元面单元, 面单元实体单元)1. 在Element Toolbar点击 Extrude Elements(图9的u)2. 点击 Node Number (Toggle on)3. 点击 Select Window，选择为建立吊杆要进行投影延长的节点210 4. 在Extrude Type 选择栏确认NodeLine Element 5. 在Element Attribute 选择栏的Element Type确认Beam 6. 在Material 选择栏选择2 : SMA490 7. 在Section 选择栏选择4 : 吊杆 8

14、. 在Generation Type 选择栏选择Project 9. 在Projection Type 选择栏确认Project on a line10. 用鼠标点击 Base Line Definition是定义被投影直线(Line)的输入栏，可通过输入该直线上的任意两点来定义。Base Line Definition的P1 输入栏使其变为草绿色后指定节点1和节点1111. 在Direction 选择栏确认Normal 12. 点击 键 13. 点击 Change Element Parameters(图9的v) 14. 点击 Select Recent Entities(图9的w) 15.

15、 在 调整吊杆腹板轴的方向使其与桥轴的垂直方向一致。(参考图10, On-line Manual的“CIVIL的功能 ModelChange Element Parameters” )Parameter Type 选择栏选择Beta Angle16. 在Mode 选择栏确认Assign 17. 在Beta Angle 输入栏输入90 18. 点击 键 wvu 图9. 建立吊杆uvxzyxzyBeta Angle = 0Beta Angle = 90图10. 调整吊杆的排列角度(Beta Angle) 点击 Shrink(图10的u)和 Hidden(图11的v)(Toggle on)，可确认B

16、eta Angle的输入状况。确认输入状态后，点击 Shrink和 Hidden使其回到 Toggle off 状态。形成拱的主梁并复制构架连接构架的两端来输入拱的主梁，并将所完成的一侧构架复制到另一侧。 因本例题不使用Point Grid，故为避免使用鼠标指定时出错，将 Point Grid和 Point Grid Snap 功能设置为Toggle off状态。 1. 点击 Point Grid、 Point Grid Snap (Toggle off)2. 点击 Iso View 3. 在Element Toolbar点击 Create Elements 4. 在Element Type

17、选择栏确认General beam/Tapered beam 5. 在Material 选择栏选择2 : SMA490 6. 在Section 选择栏确认1 : 主梁 7. 在Orientation的Beta Angle 输入栏确认0 8. 在Intersect 选择栏确认Node左侧的9. 用鼠标点击Nodal Connectivity 输入栏使其变为草绿色后指定节点1和节点1110. 点击 Select All11. 在Element Toolbar点击 Translate Elements 12. 在Mode 选择栏确认Copy13. 在Translation 选择栏确认Equal Di

18、stance14. 在dx, dy, dz 输入栏输入0, 14, 0 15. 在Number of Times 输入栏确认116. 点击 键 (参考图11)图11. 主梁和拱的完成建立横系梁利用Extrude Elements功能将一侧主梁上的节点扩展到另一侧的主梁来建立横系梁。1. 点击 Extrude Elements2. 点击 Select Polygon(图12的u)并选择节点1和节点11203. 在Extrude Type 选择栏确认NodeLine Element 4. 在Element Type 选择栏确认Beam 5. 在Material 选择栏确认1 : SMA400 6.

19、 在Section 选择栏选择2 : 横系梁7. 在Generation Type 选择栏选择Project8. 在Projection Type 选择栏确认Project on a line9. 点击Base Line Definition的P1输入栏使其变为草绿色后指定节点21和节点3110. 在 Project功能的选择项目中， Direction是指单元投影的方向。Direction 选择栏确认Normal11. 点击 键 u图12. 建立横系梁 建立支撑仅对新建立的横系梁激活之后，利用Element Snap功能和Create Elements 功能来完成纵向支撑(加强肋，Strin

20、ger)。 1. 点击 Select Recent Entities 2. 点击 Active 3. 点击 Element Number (Toggle on)4. 点击 Create Elements 5. 在Element Type 选择栏确认General beam/Tapered beam6. 在Material 选择栏选择1 : SMA4007. 在Section 选择栏选择6 : 水平斜支撑(包括纵向支撑) 8. 在Orientation的Beta Angle 输入栏确认0 9. 在Intersect 选择栏确认 Elem左侧的10. 在画面下端的Status Bar，确认Elem

21、ent Snap的位置是否为1/2(参考图13u)11. 用鼠标点击Nodal Connectivity 输入栏使其变为草绿色之后依次指定单元59和60的中点12. 点击 Element Number (Toggle off) (参考图13)u图13. 完成纵向支撑 现在输入桥面的对角斜支撑。1. 在Create Elements Dialog Bar的Element Type选择栏确认General beam/Tapered beam2. 在Material 选择栏确认1 : SMA4003. 在Section 选择栏确认6 : 水平斜支撑(包括纵向支撑) 4. 用鼠标点击Nodal Con

22、nectivity 输入栏使其变为草绿色之后分别连接节点1和43以及节点43和21输入两个单元5. 点击 Translate Elements 6. 点击 Select Single并选择上面所生成的两个斜支撑单元7. 在Mode 选择栏确认Copy 8. 在Translation 选择栏确认Equal Distance9. 在dx, dy, dz 输入栏输入5, 0, 0 10. 在Number of Times 输入栏输入411. 点击 键 12. 点击 Mirror Elements 13. 点击 Select Previous、 Select Recent Entities选择所有对角

23、斜支撑单元14. 在Mode 选择栏确认Copy 15. 在Reflection选择y-z plane，点击x输入栏使其变为草绿色之后指定节点16或在x输入栏输入2516. 点击 键 (参考图14)图14. 完成桥面以拱肋的中央为准输入对称排列于两侧的支撑。 Inverse Active是将目前处于激活状态的节点和单元转换为钝化状态，而将处于钝化状态的节点和单元转换为激活状态的功能。 1. 点击 Inverse Active(图15的u) 2. 点击 Create Element 3. 在Material 选择栏确认1 : SMA400 4. 在Section 选择栏选择5 : 桥门斜支撑及横

24、向支撑 5. 在Beta Angle 输入栏确认0 6. 用鼠标点击Nodal Connectivity 输入栏使其变为草绿色之后，分别连接节点4和24、5和25、6和26、7和27、8和28(参考图15)。u图15. 完成桥门斜支撑1. 点击 Select Single，并选择5个桥门斜支撑单元 2. 点击 为建立拱中央的支撑，只选择与该单元相连的部分并将其激活。 Active3. 点击 Element Number (Toggle on)4. 在Create Elements Dialog Bar的Element Type 选择栏确认General beam/ Tapered beam 5

25、. 在Material 选择栏确认1 : SMA400 6. 在Section 选择栏选择6 : 水平斜支撑(包括纵向支撑)7. 在Orientation的Beta Angle 输入栏确认0 8. 在Intersect 选择栏确认Elem左侧的9. 点击 输入单元的过程中未能正确选择所需对象时，可使用键盘上的Esc键, 或点击鼠标的右键选择Context Menu下端的Cancel菜单来取消输入内容。 Nodal Connectivity输入栏使其变为草绿色之后，依次连接单元111115的中央来输入纵方向的斜支撑构件10. 点击 Element Number (Toggle off)11. 点

26、击Nodal Connectivity输入栏使其变为草绿色之后，依次指定节点4和53、24和53、5和54、25和54、54和7、54和27、55和8、55和28(参考图16) 图16. 完成拱的斜支撑输入结构的边界条件输入结构的边界条件 结构形状的输入工作完了后，即可输入边界条件(参考图2(a)的边界条件)。 1. 点击 Active All 2. 在Model Entity 表单选择Boundary确认Supports 3. 在Options 选择栏确认Add4. 点击 Select Single 5. 选择节点1，在D-ALL的左侧表示 6. 点击 键 7. 选择节点11，只在Dy, D

27、z的右侧表示 8. 点击 键 9. 选择节点21，只在Dx, Dz的右侧表示 10. 点击 键 11. 选择节点31，只在Dz的右侧表示 12. 点击 键 图17. 输入结构的边界条件输入梁单元连接部的边界条件 使用Beam End Release功能按如下步骤输入梁单元两端部的边界条件。(参考图18) 吊杆构件的两端 : 对单元坐标系z轴为铰接条件 支撑构件的两端 : 对单元坐标系y、z轴为铰接条件 与主梁相连接的横系梁两端 : 对单元坐标系y、z轴为铰接条件 1. 在Dialog Bar上部的功能目录表选择Beam End Release2. 在Options 选择栏确认Add/Repla

28、ce 对Filtering Selection的说明请参考On-line Manual或 Getting Started & Tutorials 3. 点击Filter 选择栏(图18的u)选择z4. 点击 Select All 欲确认单元坐标轴时可点击 Display选择 Element表单的Local Axis。 5. 在General Types and Partial Fixity 选择栏只对i-Node、j-Node的Mz表示6. 点击 键 7. 点击Filter 选择栏(图18的u)选择none8. 在 Select Identity-Elements 对话窗口的Section 选

29、择栏选择6 : 水平斜支撑(包括纵向支撑) 9. 点击 键 10. 在General Types and Partial Fixity 选择栏点击 键 (或在i-Node、j-Node的My、Mz选择)11. 点击 键12. 在Select Identity-Elements 对话窗口的Section 选择栏选择2 : 横系梁 13. 点击 键14. 在Select Identity-Elements 对话窗口点击选择 键15. 点击 Active 16. 点击 Element Number (Toggle on)17. 点击 Select Intersect是用鼠标任意画一直线来选择与该直线

30、相交的单元的功能。 Select Intersect选择单元5969 18. 在General Types and Partial Fixity 选择栏点击 键 19. 点击 键 20. 在单元选择输入窗口(图18的v)输入80to90并按键盘上的Enter键21. 在General Types and Partial Fixity 选择栏点击 键 22. 点击 键23. 点击 Element Number (Toggle off)24. 点击 Active All uv 图18. 输入Beam End Release 建立虚设梁为输入车辆移动荷载而建立虚设梁。1. 点击 Select Pla

31、ne 2. 选择XY Plane 3. 用鼠标选择节点1后，点击Select Plane 对话窗口的 键 4. 点击 Active 5. 点击 Top View 6. 选择 Translate Element 7. 点击 Select Single后，选择处于画面下方的横系梁(参考图19的u)8. 在Unequal Distance的Axis选择y，在Distances 输入栏输入4.5, 3.6 9. 点击 键 u图19. 建立虚设梁分割与建立的虚设梁相交的Y方向水平支撑。1. 点击 Node Number (Toggle off), 点击 Element Number (Toggle on

32、)2. 在Select Identity-Elements 输入窗口输入59to69后按键盘上的Enter 键3. 选择 Divide Elements 4. 在Element Type确认Frame 5. 选择Unequal Distance后，在x 输入栏输入4.5 6. 点击 键7. 使用相同的方法在Select Identity-Elements输入窗口输入80to90后按Enter 键8. 选择Unequal Distance后在x 输入栏输入1.1 9. 点击 键 10. 点击 键 11. 点击 Node Number (Toggle on), 点击 Element Number

33、(Toggle off)12. 选择Tree Menu的Works 表单 13. 利用 Select Single选择虚设梁(参考图20)14. 用鼠标选择Material的3:Dummy后，利用Drag & Drop功能指定材料15. 点击 Select Previous16. 用鼠标选择Section的7:Dummy Beam后，利用Drag & Drop功能指定截面17. 点击 Active All , Iso View 图20. 分割Y方向水平支撑图 21. 指定虚设梁的材料和截面 输入车辆移动荷载和静力荷载输入车辆移动荷载和静力荷载设定荷载条件 输入荷载之前先设定荷载条件(Load

34、Cases)。1. 在Load Menu选择Static Load Cases 2. 如图22，在Static Load Cases 对话窗口的 Name 输入栏输入恒荷载 3. 在Type 选择栏选择Dead Load 4. 点击 键 5. 在Name 输入栏输入人行道荷载 6. 在Type 选择栏选择Dead Load 7. 点击 键 8. 点击 键 图22. 荷载条件输入窗口输入静力荷载现在输入静力荷载(荷载条件 1、2)。为了简化问题，假定恒荷载和人行道荷载只作用于主梁之上。(参考图23)1. 点击 Select Identity-Elements 2. 点击 键左侧的选择Sectio

35、n 3. 在Section 选择栏选择1 : 主梁4. 点击 键 5. 在Select Identity-Elements 对话窗口点击 键 6. 在Load Menu选择Element Beam Loads 7. 在Load Case Name 选择栏确认恒荷载 8. 在Options 选择栏确认Add 9. 在Load Type 选择栏确认Uniform Loads 10. 在Direction 选择栏确认Global Z 11. 在Projection 选择栏确认No 12. 在Value 选择栏确认Relative 14. 在x1 输入栏输入0, x2 输入栏输入1, W 输入栏输入-

36、 9 15. 点击 键 16. 点击 Select Previous 17. 在Load Case Name 输入栏选择人行道荷载 18. 在Options 选择栏确认Add 19. 在Load Type 选择栏确认Uniform Loads 20. 在Direction 选择栏确认Global Z21. 在Projection 选择栏确认No 22. 在Value 选择栏确认Relative 23. 在x1 输入栏输入0, x2 输入栏输入1, W 输入栏输入-0.62 24. 点击 键 25. 点击 键 图23. 荷载输入状态输入车辆移动荷载 为定义车辆移动荷载，须熟知Analysis f

37、or Civil Structures的“对于桥梁的移动荷载分析”。首先定义车道。(参考图24) 1. 在Tree Menu的Menu 表单选择Moving Load AnalysisTraffic Line Lanes 2. 在Traffic Line Lanes 对话窗口点击 键 3. 在Lane Name 输入栏输入lane 14. 在Eccentricity 输入栏确认05. 在Impact Factor 输入栏输入0.1676. 在 车道为曲线或不连续而不方便以2 Points来输入时可选择Element Number，用键盘直接输入单元编号。 Selection by确认2 Poi

38、nts, 用鼠标点击右侧的输入栏使其变为草绿色后，指定节点57、67 7. 点击 键 8. 在Traffic Line Lanes 对话窗口点击 键 9. 在Lane Name 输入栏输入lane 2 10. 在Eccentricity 输入栏确认 011. 在Impact Factor 输入栏输入0.167 12. 在Selection by的2 Points、Picking及Element Number中选择2 Points, 用鼠标点击右侧的输入栏使其变为草绿色后，指定节点68、78 13. 点击 键 14. 点击 键 图24. 定义车道对话窗口下面来了解一下定义车辆移动荷载DB-24和

39、DL-24的方法。 (参考图25) MIDAS/CIVIL内藏有韩国道路桥标准规范、韩国标准火车荷载、AASHTO Standard、Caltrans Standard等标准车辆荷载。1. 在Tree Menu的Menu 表单选择Moving Load Analysis Vehicles 2. 在Vehicles 对话窗口点击 键 3. 在Standard 选择栏确认Korean Standard Load(Specification for Road way Bridges) 4. 在Vehicle Load Name 选择栏确认DB-24 5. 点击 键 6. 在Vehicle Load

40、Name 选择栏选择DL-247. 点击 键 8. 点击 键 图25. 定义标准车辆荷载定义车辆荷载群。 (参考图26) 利用Vehicle Classes 功能可定义车辆荷载群。若象本例题一样将DB-24和DL-24荷载定义为相同车辆荷载群的话，可在两种车辆荷载的分析结果中算出构件内力、变形、反力等的最大、最小值。1. 在Tree Menu的Menu 表单选择 Moving Load Analysis Vehicle Classes 2. 在Vehicle Classes 对话窗口点击 键 3. 在Vehicle Class Data 对话窗口的Vehicle Class Name 输入栏输入DB4. 选择Vehicle Load 项目中的DB-24后，点击键将其移动到Selected Load 项目5. 点击 键 6. 在Vehicle Class Name 输入栏输入DL7. 使用同样的方法在Selected Load项目中将DB-24换成DL-24后，点击 键 8. 点击 键