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midasCivil专题培训——梁格法建模桥梁部王亮桥梁结构通用有限元分析与设计软件培训提纲•梁格法基本原理-剪力-柔性梁格法-梁格的纵向抗弯及抗扭刚度-横梁刚度计算-单梁、梁格、实体模型比较•midasCivil梁格建模助手分析实例-模型介绍-梁格建模助手建模步骤-梁格模型修改-在自重、偏载作用下与FEA实体模型结果比较-用建模助手生成特殊桥型模型•后处理:结合现行规范的PSC设计-荷载组合与设计参数的设定-输出并查看设计结果-一键生成计算书•新《混规(征求意见稿)》精细化分析介绍-空间网格-折面梁格-七自由度单梁桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理概述单箱多室桥梁的弹性空间分析空间单梁法空间梁格法三维实体单元法•建模简单,计算简便•无法考虑横向效应•应用的桥梁宽跨比不宜过大薄壁箱梁法桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理概述•空间单梁法的改进•可考虑横向作用,如翘曲和畸变•模型复杂单箱多室桥梁的弹性空间分析空间单梁法空间梁格法三维实体单元法薄壁箱梁法桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理概述•目前设计常用方法•具有足够工程精度•可模拟横向受力特性•建模方便单箱多室桥梁的弹性空间分析空间单梁法空间梁格法三维实体单元法薄壁箱梁法桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理概述•精确度最高•提供细部分析结果•建模较复杂•分析复杂单箱多室桥梁的弹性空间分析空间单梁法空间梁格法三维实体单元法薄壁箱梁法桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理梁格网格的划分等宽正交板•横纵梁格应成直角•网格在受力较大或内力突变处加密斜交桥•与力的方向或结构配筋方向一致•网格小于20°采用斜交网格•桥面较窄斜交角较大时,垂直梁跨划分•桥台宽度大于跨度,按垂直支承划分弯桥•沿跨径方向布置•梁格在节点处方向最大误差值小于5°时,曲线梁与直线梁格的“曲线”模拟在性能上没有明显差别桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理梁格法•将上部结构用梁格等效•假定上部结构某区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内•实际结构纵(横)向刚度分别集中于纵(横)向梁格构件内梁格法的核心•承受相同荷载情况下,与实际结构具有相同挠曲•弯、剪、扭等内力等于所代表的实际构件部分内力剪力-柔性梁格法•布置梁格,使得原腹板剪力直接由横截面的同一点上的梁格剪力来等效•梁格网格足够密时,梁格随着挠曲形成柔性曲面•扭矩和扭率在正交方向上近似相等何为“剪力-柔性”桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理剪力-柔性梁格法纵向弯曲横向弯曲刚体扭转畸变扭转偏载时结构的变形与位移纵向弯曲纵向弯曲正应力+剪应力横向弯曲,扭转横向弯曲正应力+剪应力畸变?七自由度单元桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理梁格的纵向抗弯及抗扭刚度纵向梁格构件的弯曲刚度箱梁从顶、底板切开成工字梁1.保持中性轴与实际构件截面一致2.对中切开,并强制移轴2yyyyIIAd两种划分有何区别?()yEIE该工字梁构件截面对整体箱梁截面水平中性轴的惯性矩翼缘较宽或悬臂板较大时,需考虑截面有效宽度影响(剪力滞)桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理梁格的纵向抗弯及抗扭刚度纵向梁格构件的扭转刚度仅考虑刚体扭转情况,忽略扭转变形(畸变),刚体扭转时•环绕顶板、底板和腹板呈现剪力流网络•多数剪力流通过顶、底板及外腹板的闭合环,少量通过中腹板(a)受扭的上部结构;(b)梁格在截面上的扭力桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理梁格的纵向抗弯及抗扭刚度纵向梁格构件的扭转刚度仅考虑刚体扭转情况,忽略扭转变形(畸变),截面单位宽度内的扭转刚度(x)xGJG梁格代表的顶底板翼缘对中性轴的惯性矩22222()xGhddGJGhdhddd,ddh分别为顶、底板厚度顶底板中心距总扭矩=纵向构件扭矩+上部梁格构件两端的相反剪力截面受扭的剪力流梁格节点内力平衡截面受扭的剪力流TtTtTtStSt桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟横梁的刚度计算横向梁格构件的弯曲刚度(仅与顶、底板厚度及顶底板中心间距有关)•绕板的横向重心计算•若横向梁格包含横隔板,则应计入其对惯性矩的贡献•砼结构忽略泊松比造成的纵向弯矩对横向弯矩的影响(x)xEIE横向梁格所代表的截面对中性轴的惯性矩222xhddEIhdhddd思考:公式是否精确桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟横梁的刚度计算横向梁格构件的扭转刚度•与纵向梁格类似•单位宽度扭转刚度22222()xGhddGJGhdhddd(y)xGJG梁格代表的顶底板翼缘对中性轴的惯性矩桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟边构件虚拟边构件•箱梁挑臂较长,移动荷载车道可能布置在挑臂上,此时需要定义虚拟边构件,否则程序提示无法定义车道•虚拟边纵梁无法考虑收缩徐变效应,因此也可不建立虚拟边纵梁以消除收缩徐变带来的结构次内力虚拟边横梁示意图虚拟边横梁B桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟边构件3B212dIB弯曲刚度:3B26dC扭转刚度:B2Id剪切面积:312dI弯曲刚度:36dC扭转刚度:Id剪切厚度:•箱梁挑臂较长,移动荷载车道可能布置在挑臂上,此时需要定义虚拟边构件,否则程序提示无法定义车道•虚拟边纵梁无法考虑收缩徐变效应,因此也可不建立虚拟边纵梁以消除收缩徐变带来的结构次内力虚拟边构件虚拟边构件的刚度•虚拟边构件的纵向刚度:按悬臂截面宽度的一半•虚拟边构件的横向刚度(每单位宽度):仅考虑顶板桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟边构件虚拟边构件虚拟纵梁•H:取悬臂平均厚度•B:悬臂长度的一半虚拟横梁•H:取悬臂平均厚度•B:这根横梁距离它左边的横梁距离的一半+距离它右边的横梁距离的一半B虚拟边构件在梁格中的具体模拟桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理虚拟边构件虚拟边构件的数据输入桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格法基本原理单梁、梁格、多支座反力与实体模型结果比较与实体模型结果相比较,可得出在自重荷载作用下,单梁模型计算的多支座反力结果失真,而梁格模型结果较合理多支座实体模型多支座梁格模型多支座单梁模型桥梁结构通用有限元分析与设计软件模型介绍梁格建模助手分析实例本桥为29.97m+30m+29.97m三跨预应力混凝土连续梁桥,双向4车道设计,主梁为单箱3室结构,梁宽21.2m,桥梁采用满堂施工,一次落架,混凝土材料为C50,1860钢绞线梁格法作为桥梁空间分析的一种简化方法,虽然较板壳、实体有限元方法建模简单、求解方便,但前期截面特性计算量大,对于新手容易出错,建模过程耗时。midasCivil的梁格法建模助手可以帮助用户轻松实现上述功能。使用梁格法建模助手,可轻松生成单箱多室箱梁桥、斜交桥、曲线梁桥等复杂桥型的梁格分析模型通过本例题重点介绍midasCivil软件的梁格法建模助手功能以及结合规范进行设计29.97m30.00m29.97m桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤1:模型材料和截面特性材料定义虚拟中横梁(C50混凝土容重为0)定义钢束材料(1860钢绞线)定义混凝土纵梁材料(C50混凝土)定义虚拟边横梁(C50混凝土容重为0)桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤2:模型材料和截面特性截面设计截面定义跨中标准截面定义边墩截面定义中墩截面桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤3:荷载预应力荷载钢束特性值定义钢束特性值“15-5”定义钢束特性值“15-15”桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤4:模型梁格法建模助手打开建模助手数据文件悬臂单箱3室梁格.wzd桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤5:模型梁格法建模助手截面详解布置正交梁格斜交梁格梁格划分形式在与固定支座的连线上切向支座方向指定附注:为了方便布置钢束,跨度信息中边跨包含了边支点左右的横梁宽度,实际跨度为(29.97-0.47)=29.5m。逗号为英文半角状态下输入斜交梁桥:当斜交角度小于20度时,使用斜交梁格是非常方便的。但是当桥面较窄且斜交角较大时,根据它的荷载传递特性,建议选用正交梁格,而且配筋时也尽量向正交方向配筋。支座方向的指定桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤6:模型梁格法建模助手截面详解跨度桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤7:模型梁格法建模助手截面详解截面标准截面的注意事项:•支持的单元类型:单向多室、单向多室2、设计用数值截面•室的数量为2个或以上•室内部的顶底板处须有水平段桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤7:模型梁格法建模助手截面详解截面点击“显示刚度”可查看移轴前后的截面特性值数据桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤8:模型梁格法建模助手截面详解横桥向桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤8:模型梁格法建模助手截面详解横桥向•输入桥宽总宽度•注:对于变宽的箱梁,此处Sum值必须与“跨度”“截面分配”中的第一个截面的宽度一致,否则程序报错桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤9:模型梁格法建模助手截面详解荷载自动生成成桥支座沉降荷载工况,[注意正负号]定义车道荷载项亦可在生成模型之后添加•输入距离Di,快速定义梁格多车道位置•无须另行定义横向联系梁组桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤9:模型梁格法建模助手截面详解荷载自动生成成桥支座沉降荷载工况定义车道荷载项亦可在生成模型之后添加双向4车道偏载,缘何仅定义3组数据?•输入距离Di,快速定义梁格多车道位置•无须另行定义横向联系两组桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤10:模型梁格法建模助手截面详解钢束方便地快速生成钢束张拉力荷载自动生成:将对话框中输入的钢束信息,自动赋予给所有梁。x、z坐标不变,y坐标与每个梁格截面的型心相同可以通过输入偏心值来定义添加左右钢束建议用Excel准备好钢束坐标数据桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手建模步骤梁格建模助手分析实例步骤11:模型梁格法建模助手截面详解钢筋•输入整体截面的钢筋信息•分割截面自动生成钢筋信息•钢筋项亦可在生成模型之后添加单击右下角“确认”,程序将生成梁格模型桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格模型修改梁格建模助手分析实例建模助手生成的梁格模型自动生成容重为0的虚拟横梁材料为了方便布置钢束,跨度信息中边跨包含了边支点左右的横梁宽度,实际跨度为29.5m,因此需对端横梁做如下修改•桥梁左端横梁和左端支座节点选中,沿着X轴移动0.47m•桥梁右端横梁和右端支座节点选中,沿着X轴移动-0.47m•修改端横梁截面尺寸(桥台-1)概述桥梁结构通用有限元分析与设计软件梁格建模助手分析实例为了方便布置钢束,跨度信息中边跨包含了边支点左右的横梁宽度,实际跨度为29.5m,因此需对端横梁做如下修改•桥梁左端横梁和左端支座节点选中,沿着X轴移动0.47m•桥梁右端横梁和右端支座节点选中,沿着X轴移动-0.47m•修改端横梁截面尺寸(桥台-1)移动0.47m梁格模型修改概述为了方便布置钢束,跨度信息中边跨包含了边支点左右的横梁宽度,实际跨度为29.5m,因此需对端横梁做如下修改•桥梁左端横梁和左端支座节点选中,沿着X轴移动0.47m•桥梁右端横梁和右端支座节点选中,
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