跟MIDAS学结构力学框架分析

目录4.框架分析概述查看下面框架结构的内力和沉降现象。材料弹性模量:1.0kip/ft2截面截面面积(Area):1.0ft2截面惯性矩(Iyy):1.0ft4荷载1.给模型的横梁施加1.5kips/ft的均布荷载2.节点2和12施加(+)X方向的集中荷载25kips图4.1分析模型本例题是全构件刚体连接的模型1和单元的中间设置铰接的模型2两个模型。查看有无铰接条件两个框架的内力和变形形状的差异。图4.2分析模型设定基本环境打开新文件,以‘框架.mgb’为名存档。文件/新文件文件/保存(框架)模型1模型2设定单位体系和结构类型。工具/单位体系长度ft;力kips图4.3设定单位体系在分析2维平面的结构的时候，就要约束平面以外的所有自由度。比如X-Z平面结构,就要约束所有节点的Dy,Rx,Rz自由度。这种节点约束条件，我们可以把分析范围局限在2维平面上,自动约束平面以外的约束条件。为了便于X-Z平面结构的建模，把X-Z平面定义为用户坐标系(UCS)x-y平面。模型/结构类型结构类型X-Z平面模型/定义用户坐标系/X-Z平面坐标原点(0,0,0)旋转角度角度(0)捕捉轴线(关),正面(开)图4.4设定用户坐标系参照在线帮助的“用户坐标系和栅格”部分在用户坐标系(UCS)x-y平面布置1ft间隔的点栅格(pointgrid)。模型/定义轴网/定义点格栅格间距dx,dy(1,1)图4.5设定点栅格定义材料和截面输入材料和截面。为了便于分析用‘用户定义类型’和‘数据类型’。模型/特性/材料一般名称(材料);类型用户定义用户定义规范无分析数据弹性模量(1)模型/特性/截面数值截面号(1);名称(截面);截面形状实腹长方形截面截面特性值面积(1);Iyy(1)图4.6定义材料图4.7定义截面建立节点和单元用捕捉点栅格建立节点和梁单元(beamelement)。用鼠标编辑功能依次点击UCS坐标系的坐标(0,0,0)和(0,30,0)建立单元1。参照点的坐标值可以在画面下端的状态栏上查看(图4.8의○1)。节点号,单元号模型/单元/建立单元单元类型一般梁/变截面梁材料1:材料;截面1:截面交叉分割节点(开);单元(开);节点连接(1,2)图4.8建立单元1点击显示选项，可以调节label的大小和字体打开捕捉点功能的话，可用鼠标点击画面上的任意点栅格(gridpoint)来建立节点.U(0,0,0)U(0,30,0)○1U(0,30,0)U(0,0,0)用鼠标编辑功能依次指定用户坐标系的坐标(30,0,0),(30,30,0)和(0,30,0),(30,30,0)建立单元2和单元3(图4.9)。被捕捉的用户坐标系(UCS)、整体坐标系(GCS)的坐标值显示在画面下端的状态条里。图4.9建立单元2,3为了在已建立的单元中央输入铰支点,用分割单元功能把单元1、2、3等分。只在模型2中输入铰接条件。模型/单元/分割单元点格(关),捕捉点(关),全选分割单元类型线单元;等距离x方向分割数量2图4.10分割单元输入边界条件完成了结构建模,给两个柱的下端部输入固定支承条件。对应的节点以刚体条件约束自由度来反应固定支撑。模型/边界条件/一般支承自动对齐单选(节点:1,3)选择添加;支承条件类型Dx,Dz,Ry(开)图4.11输入支承条件支撑条件标志的右上的三角形指节点局部坐标系（节点局部坐标系未指定时为整体坐标系）X轴方向的平移自由度，顺时针依次为Y、Z轴方向的平移自由度，绕X、Y、Z轴方向的旋转自由度。参照用户手册的“自由度约束条件”输入荷载定义荷载工况为输入均布荷载和节点荷载，首先定义荷载工况。荷载/静力荷载工况名称(荷载1);类型用户定义的荷载名称(荷载2);类型用户定义的荷载图4.12输入荷载工况输入静力荷载给梁单元、节点输入均布荷载、节点荷载(图4.1)。荷载/梁单元荷载(单元)单选(单元:3,6)荷载工况名称荷载1;选择添加荷载类型均布荷载;方向整体坐标系ZV数值W(-1.5)荷载/节点荷载单选(节点:2)荷载工况名称荷载2;选择添加节点荷载FX(25)图4.13输入荷载建立模型2为了比较全部刚体连接的模型1和使用3个铰接的模型2的分析结果，建立模型2。用复制和移动功能向右复制模型1来建立模型2。(图4.14)模型/单元/复制和移动全选形式复制;移动和复制等间距dx,dy,dz(40,0,0);复制次数(1)复制节点属性,复制单元属性(开)复制节点属性边界条件一般支承(开)静力荷载节点荷载(开)复制单元属性静力荷载梁单元荷载(开)图4.14建立模型2可以同时复制输入在复制对象的边界条件和荷载。40ft输入内部铰支给模型2输入内部铰接。激活模型2，输入边界条件(BeamEndRelease).模型/边界条件/释放梁端约束选择最新建立的个体，激活单选(单元:7,8,9)选择添加/替换选择类型释放比率i-节点My,Mz(关)图4.15输入铰接点运行结构分析完成所有框架结构,边界条件以及荷载,运行结构分析.全部激活分析/运行分析查看分析结果查看变形图查看重力方向荷载(荷载1)下结构变形图(deformedshape)。模型2的梁中间的铰接点上发生了与悬臂梁相似的大变形。结果/位移/位移形状荷载工况/荷载组合ST:荷载1;成分DXZ显示类型变形前(开)变形变形图的比率(1.5);变形的表现方式实际变形使用于选择确认时(关)图4.16重力方向荷载引起的的变形图(deformedshape)查看横向力(荷载2)作用下的结构变形图(deformedshape)。可以看到模型2的柱中间铰接点为基准，结构急剧变化的变形形状。交接点上部的横向荷载以剪力传达到交接点下部，上部构件不能约束下部构件的旋转自由度。变形情况如同下部固定、上部自由的柱受横向力的结构的变形。结果/变形/变形形状荷载工况/荷载组合ST:荷载2;成分DXZ显示类型变形前(开)变形变形图的比率(1.5);变形的表现方式实际变形图4.17横向荷载产生的变形(deformedshape)查看内力查看重力方向荷载(荷载1)作用下的结构内力图。在模型2中重力荷载引起的上部柱上的弯矩为168.75kipsft。铰接点产生的剪力为11.25(=168.75/15)kips。（式中的15为上半柱的长度）结果/内力/梁单元内力图荷载工况/荷载组合ST:荷载1;内力Fz显示选项精确解;线涂色;系数(2)显示类型等值线(关);变形(关)数值小数点以下位数(2)适用于选择确认时(关)输出位置绝对最大(开)图4.18梁单元内力图(shearforcediagram)查看弯矩查看重力方向荷载作用下产生的弯矩。由于模型2的柱中间为铰接，柱的弯矩图与悬臂梁相同。结果/内力/梁单元内力图荷载工况/荷载组合ST:荷载1;内力My显示选择精确解;线涂色;系数(1)显示类型等值线(关);数值(开)输出位置绝对最大(开)图4.19重力方向荷载产生的弯矩图(bendingmomentdiagram)查看横向力作用下的弯矩。结果/内力/梁单元内力图荷载工况/荷载组合ST:荷载2;内力My显示选择精确解;线涂色;系数(2)显示类型等值线(关);数值(开)输出位置绝对最大(开)图4.20横向力作用下的弯矩图(bendingmomentdiagram)习题1.对如下图结构进行分析，作剪力、弯矩、轴力图，显示沉降形状图形。图4.21分析模型