MIDAS连续梁桥建模详细介绍

该过程是将三垮桥的运营状态进行有限元分析，下面介绍了本人在对模型模拟的主要步骤，若中间出现的错误，请读者朋友们指出修改。注：“，”表示下一个过程“（）”该过程中需做的内容一．结构1.单元及节点建立的主桁：因为桥面具有一定纵坡，故将《桥跨布置》图的桥面线复制到《节段划分》图对应桥跨位置，然后进行单元划分，将该线段存入新的图层，以便下步导入，将文件保存为.dxf格式文件。2.打开midas运行程序，将程序里的单位设置成《节段划分》图的单位，这里为cm。导入上步的.dxf文件。将节点表格中的z坐标与y坐标交换位置（midas中的z与cad中的y对应）。结构建立完成。模型如图：二．特性值1.材料的定义：在特性里面定义C50的混凝土及Strand1860(添加预应力钢筋使用)2.截面的赋予：1).在《截面尺寸》和《预应力束锚固》图里，做出截面轮廓文件，保存为.dxf文件2).运行midas，工具，截面特性计算器，统一单位cm。导入上步的.dxf文件先后运行generate，calculateproperty，保存文件为.sec文件，截面文件完成3)运行midas，特性，截面，添加，psc，导入.sec文件。根据图例，将各项特性值填入;验算扭转厚度为截面腹板之和；剪切验算，勾选自动；偏心，中上部4)变截面的添加：进入添加截面界面，变截面，对应单元导入i端和j端（i为左，j为右）；偏心，中上部；命名(注：各个截面的截面号不能相同)5）变截面赋予单元：进入模型窗口，将做好的变截面拖给对应的单元。注：1.建模资料所给的《预应力束锚固图》的0-0和14-14截面与《节段划分》图有出入，这里采用《截面尺寸》做这两个截面，其余截面按照《预应力束锚固图》做2.定义材料先定义混凝土，程序自动将C50赋予所建单元（C50是定义的第一个材料，程序将自动赋予给所建单元）三．边界条件1.打开《断面》图，根据I、II断面可知，支座设置位置。根据途中所给数据，在模型窗口中建立支座节点（12点）2.点击节点，输入对应坐标，建立12个支座节点3.建立弹性连接：模型，边界条件，弹性连接，连接类型（刚性），两点（分别点击支座点与桥面节点）共12个弹性连接4.边界约束：中间桥墩，约束Dx,Dz；Dx，Dy，Dz；Dx,Dz,两边桥墩，约束Rx，Dz；Rx，Dy，Dz；Rx，Dz如表节点DxDyDzRxRyRz200100030110005001000200010002101100023001000491010005011100052101000670010006801100070001000四．添加预应力钢筋1.定义钢束特性：打开《预应力筋布置及材料表》、《预应力束几何要素》。荷载，预应力荷载，钢束特性值，根据材料表中钢筋的规格及根数填入相关数据（松弛系数：0.3；导管直径：10cm）2.钢束布置形状：荷载，预应力荷载，钢束布置形状，以T1为例：1）打开《预应力束几何要素》，建立以中心点为原点的局部坐标系，为方便，在excel里建立好关键点的坐标，2）钢束布置形状（钢束特性值：钢束1；分配给单元：15to18；输入类型：3-D；标准钢束：6束；无应力场长度：自动计算；布置形状：将建好的局部坐标复制在表格中，生成对称钢束；钢束布置插入点：在模型窗口拾取对应点）如图五．静力荷载1.荷载命名：荷载，静力荷载工况（名称：结构自重；类型：恒荷载，名称：桥面铺装层；类型：恒荷载，名称：钢筋张拉值；类型：预应力，名称：整体升温；类型：温度荷载，名称：整体降温；类型：温度荷载，名称：正温梯；类型：温度梯度，名称：负温梯；类型：温度梯度，名称：横隔板；类型：恒荷载）如图2.自重：荷载，自重（自重系数，z：-1.04，添加）3.桥面铺装层：荷载，梁单元荷载（荷载工况名称：桥面铺装层，(数值：x1:0,x2:1,w:-25.92kn/m)）,全选，适用4.钢筋张拉值：荷载，预应力荷载，钢束预应力荷载（荷载工况名称：钢筋张拉值，将预应力钢束除TK外拖入到已选钢束栏目里，张拉力：应力、两端张拉、13952/Nmm,注浆：0），添加，如表钢束名称荷载工况张拉类型张拉位置结束点应力（KN/CM2）开始点应力（KN/CM2）B1钢筋张拉值应力两端13950001395000N1钢筋张拉值应力两端13950001395000N1'钢筋张拉值应力两端13950001395000T1钢筋张拉值应力两端13950001395000T1'钢筋张拉值应力两端13950001395000W1钢筋张应力两端13950001395000拉值W1'钢筋张拉值应力两端139500013950005.整体升温：荷载，温度荷载，系统温度（荷载工况名称：整体升温；最终温度：30；添加）6整体降温：荷载，温度荷载，系统温度（荷载工况名称：整体降温；最终温度：-20；添加）7.正温梯：荷载，温度荷载，梁截面温度（荷载工况名称：正温梯，参考位置：+边（顶），填入相应的B、H1、T1、H2、T2）全选，适用。如图：8负温梯：荷载，温度荷载，梁截面温度（荷载工况名称：负温梯，参考位置：+边（顶），填入相应的B、H1、T1、H2、T2）全选，适用9.横隔板：荷载，节点荷载（荷载工况名称：横隔板，FZ:-311.8KN），选中横隔板节点位置，适用。如图六.移动荷载分析1.荷载，移动荷载分析数据，移动荷载规范2.车辆荷载：荷载，移动荷载分析数据，车辆（添加标准车辆），规范名称：公路工程技术标准，车辆荷载类型：CH-CD，确认3.人群荷载：荷载，移动荷载分析数据，车辆（添加标准车辆），规范名称：公路工程技术标准，车辆荷载类型：CH-RQ，确认4.车道添加：以车道1为例，荷载，移动荷载分析数据，车道（添加），（名称：cd1，偏心距离：-280cm，桥梁跨度：18332cm，选择，全选，添加），确认5.荷载，移动荷载分析数据，移动荷载工况（添加），（荷载工况名称：移动荷载，组合选项：单独，添加（车辆组：CH-CD，系数：1，加载最少车道数和加载最多车道数：2，将车道拖入选择车道栏目里，适用），添加（车辆组：CH-CD，系数：0.78，加载最少车道数和加载最多车道数：3，将车道拖入选择车道栏目里，适用），添加（车辆组：CH-RQ，系数：1，加载最少车道数和加载最多车道数：1，将车道拖入选择车道栏目里，适用））如图：（两车道的操作）七．支座沉降分析1.支座沉降量：荷载，支座沉降分析数据，支座沉降组（组名称：1沉降量：1cm，节点：1桥墩的3支座节点，如图：组名称：2沉降量：1cm，节点：2桥墩的3支座节点组名称：3沉降量：1cm，节点：3桥墩的3支座节点组名称：4沉降量：1cm，节点：4桥墩的3支座节点），添加2.支座荷载工况：荷载，支座沉降分析数据，支座沉降荷载工况（荷载工况名称：支座沉降，选择沉降组：4组全选，Smin：1，Smax：3），添加八.分析控制数据1.将荷载转化为质量：模型，质量，将荷载转化为质量（添加桥面铺装层、钢筋张拉值、横隔板），确认如右图：2.将自重转化为质量：模型，结构类型（按集中质量转化）确认如图：2.特性值分析控制：分析，特性值分析控制（振型数量：50），确认。3.运行4.查看质量参与值：结果，周期与振型（点击自振模态右的三点），查看模型参与质量，尽可能多的让模型参与若参与量较少，将第2步的振型数量加大，来满足要求（本人取到150次）5.查看频率值：结果，周期与振型（显示类型，图例，适用），查看频率：1.3319196.完成移动荷载分析：分析，移动荷载分析控制（计算位置：板和杆系单元，内力（中心+节点）、应力规范类型：JTGD60-2004，f1.331919ZH），确认九．荷载组合结果，荷载组合，混凝土设计，自动生成十．分析结果对结构荷载进行组合1）1.在组合CLCB44（弹性阶段应力验算组合:1.0D+1.0PS+1.0SM[1]+1.0M+1.0T[2]+1.0TPG[2]）作用下，如图：2.结构最大反力如图可知，结构最大反力在结构支座处，符合实际情况，在施工阶段应注意支座的承载力3.结构内力①轴力②剪力Z向如图可知，剪力最大值分布在桥墩位置。③弯矩最大弯矩在跨中位置，注意跨中的设计弯矩抵抗值④扭矩4.结构变形5.结构应力2）1.在clCB8组合（基本组合:1.2D+1.2PS+0.5SM[1]+1.4M+1.12T[1]+1.12TPG[2]）2.结构最大反力如表可知，结构最大反力在结构支座处，符合实际情况，在施工阶段应注意支座的承载力3.结构内力①轴力②剪力Z向如图可知，剪力最大值分布在桥墩位置。③弯矩Y向最大弯矩在跨中位置，注意跨中的设计弯矩抵抗值④扭矩4.结构变形5.结构应力3）1.在clCB35组合（长期组合:1.0D+1.0PS+1.0SM[1]+0.4/(1+mu)M+1.0T[2]+0.8TPG[2]）2.结构最大反力如表可知，结构最大反力在结构支座处，符合实际情况，在施工阶段应注意支座的承载力3.结构内力①轴力②剪力Z向如图可知，剪力最大值分布在桥墩位置。③弯矩Y向④扭矩4.结构变形5.结构应力4）1.在clCB29组合（短期组合:1.0D+1.0PS+1.0SM[1]+0.7/(1+mu)M+1.0T[2]+0.8TPG[1]2.结构最大反力如表可知，结构最大反力在结构支座处，符合实际情况，在施工阶段应注意支座的承载力3.结构内力①轴力②剪力Z向如图可知，剪力最大值分布在桥墩位置。③弯矩Y向④扭矩4.结构变形5.结构应力根据以上各种不同的荷载组合，midas分析出不同的内力、应力、变形、反力。可以看出该桥在运营状态下的受力情况，但在该模型中没有考虑偶然荷载。在选取的几个组合中，Dx方向的变形主要是由于张拉钢筋、温度荷载引起。若仅在自重、移动荷载、横隔板、桥面铺装层作用下，则Dx方向变形微弱。如图：结构变形：心得体会：从建立节点到模拟运行，从生疏到熟练，经过一学期对midas的学习，我基本熟悉midas的相关操作。在建立三跨桥的实际例子中，我懂得了建立模型的一般步骤以及相关注意事项，在建立过程中，在老师的帮助和指导下，从错误本身出发，找到错误根源，从原理上，尽可能去学习建立模型每一步的根源，由于时间关系，这里只做了成桥运营状态下的分析。虽然到现在，还是有些操作不知具体依据，但我相信通过继续对midas的学习和研究，那些问题也会迎刃而解。在建立模型的过程中，我同时也学习到了一种桥建立的基本步骤，了解了建桥所用的材料等等，这对本人以后从事桥梁工程打下了一定基础，而自己对桥梁事业的兴趣也越来越浓厚。