MIDAS用户手册-例题2：单跨拱桥

Midas建模专题单跨拱桥MMMIIIDDDAAASSS///CCCiiivvviiilll2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22输入梁单元连接部的边界条件/23建立虚设梁/25输入车辆移动荷载和静力荷载28设定荷载条件/28输入静力荷载/29输入车辆移动荷载/31进行结构分析38查看分析结果38荷载组合/38确认变形/40查看影响线结果/41剪力图与弯矩图/461例题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、结构分析及结果校核。在这里省略了例题1中所说明了的MIDAS/Civil的基本功能，而主要使用图标菜单。对MIDAS/Civil的功能或结构分析过程有不解之处请参考在线用户手册。在安装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.对结果进行校核和分析例题2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跨径:50m设计车道数:2条车道桥宽:14m图1.拱桥模型单跨拱桥3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(a)平面图(b)立面图图2.拱桥的平面图和立面图Y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方向的位移上部下部[单位:m]纵梁(Stringer)横系梁(CrossBeam)桥门支撑(Strut)对角斜支撑(Brace)模型原点拱肋(ArchRib)吊杆(Hanger)主梁(MainGirder)例题4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90kN/m(只作用于主梁)荷载条件2:人行道荷载6.2kN/m(只作用于主梁)荷载条件3:车辆移动荷载(C-AL,C-AD)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，仅作参考。单跨拱桥5打开文件与设定基本操作环境打开新文件(新项目)，以‘拱’为名保存文件(保存)来建立桥梁模型。在画面下端的状态条点击单位选择键()选择‘kN’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树形菜单或主菜单而是以使用图标菜单为主。以下是为了有效地利用图标菜单将操作所需的图标在画面上给予显示的步骤。1.在主菜单选择工具用户定制工具条2.在工具条选择栏的相应项目之前表示‘’(参考图3)3.点击键图3.工具条输入窗口例题6a)排列Toolbar(a)排列工具条前的画面((b)将Toolbar排列后的画面所添加的Toolbar可通过用鼠标按着Toolbar的TitleBar(图4(a)的)将其拉到所需位置。对于已有的Toolbar可点击图4(a)的来移动。单跨拱桥7图4.工具条的排列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:Grade3–横系梁,斜支撑，主梁,拱肋,吊杆2:Dummy–虚设梁截面1:B2100×600×10/10-主梁2:H1540×500×14/27-横系梁3:B600×600×16/14-拱肋4:H600×400×12/16-吊杆5:B600×500×10/14-斜支撑和横向支撑6:H400×400×13/21-水平斜支撑(包括纵梁)7:DummyBeam-虚设梁截面1~5属于焊接制作的截面(Built-upSection)故可使用User功能，而截面6则可使用程序中内存的GB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DummyUserDefinedE=1e-10tonf/mm3截面DummyBeamValueIyy=1mm4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。例题8图5.截面设定对话窗口图6.输入材料数据的对话窗口1.在材料和截面特性点击材料(参考图5)2.点击键3.在一般的材料号输入栏确认‘1’(参考图6)4.在类型选择栏确认‘钢材’5.在钢材的规范选择栏选择‘GB(S)’6.在数据库选择栏选择‘Grade3’7.点击键8.用同样的方法参考上表输入虚设梁的材料9.点击键单跨拱桥9图7.截面数据的输入1.在材料和截面特性对话窗口(图5)选择截面表单(或在特性工具条选择截面)2.点击键3.在数据库/用户表单的截面号输入栏确认‘1’(参考图7)4.在名称输入栏输入‘主梁’5.在截面形状选择栏(图7的)选择‘箱型截面’6.在拥护和数据库中选择‘用户’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例题1012.按3~11的步骤输入截面2~513.在截面号输入栏确认‘6’14.在名称输入栏输入‘水平斜支撑(包括纵向梁)’15.在截面形状选择栏(图7的)选择‘H-截面’16.在用户和数据库中选择‘数据库’，并在右侧的选择栏确认‘GB’17.用鼠标点击截面输入栏，输入‘H400×400×13/21’或利用滚动条进行选择18.对于DummyBeam，在数值表单只在Iyy输入‘1’19.点击键20.点击键21.在状态条点击单位选择键()将‘mm’改为‘m’输入截面名称时可以使用两种方法。第一,点击输入栏右侧的键，利用ScrollBar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。单跨拱桥11使用节点和单元进行建模建立拱肋利用建立拱助手功能建立拱肋。(参考图8)1.在树菜单的菜单表单选择模型结构建模助手拱2.在插入/编辑表单的类型选择栏确认‘抛物线形’3.在分割数量输入栏确认‘10’4.在L输入栏输入‘50’5.在H输入栏确认‘10’6.在边界条件选择栏选择‘无’7.在显示单元号.的左侧表示‘’8.在材料选择栏选择‘1:Grade3’9.在截面选择栏选择‘3:拱肋’10.在插入表单的插入点输入栏确认‘0,0,0’11.点击键12.点击自动调节缩放13.点击正面图8.建立拱助手对话窗口及抛物线形1形式的概念在输入&编辑表单的类型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)x방향으로등간격인포물선아치를형성하는절점포물선아치투영선投影线抛物线形拱X方向上的投影为等间距的抛物线形拱上的节点例题12建立吊杆利用扩展单元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)1.在单元工具条点击扩展单元(图9的)2.点击节点编号(Toggleon)3.点击用窗口选择，选择为建立吊杆要进行投影延长的节点2~104.在扩展类型选择栏确认‘节点→线单元’5.在单元属性选择栏的单元类型确认‘梁单元’6.在材料选择栏选择‘1:Grade3’7.在截面选择栏选择‘4:吊杆’8.在生成形式选择栏选择‘投影’9.在投影形式选择栏确认‘将节点投影在直线上’10.用鼠标点击定义基准线的P1输入栏使其变为草绿色后指定节点1和节点1111.在方向选择栏确认‘法向’12.点击键13.点击修改单元的参数(图9的)14.点击选择最新建立的个体(图9的)15.在参数类型选择栏选择‘Beta角’16.在形式选择栏确认‘分配’17.在Beta角输入栏输入‘90’18.点击键‘定义基准线’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。扩展单元是将节点或单元向任意位置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)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-lineManual的“Civil的功能模型修改单元参数”)单跨拱桥13图9.建立吊杆图10.调整吊杆的排列角度(Beta角)xzyxzyBeta角=0Beta角=90例题14点击收缩单元(图10的)和隐藏面(图11的)(Toggleon)，可确认‘Beta角’的输入状况。确认输入状态后，点击收缩单元和隐藏面使其回到Toggleoff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。1.点击点格、捕捉点(Toggleoff)2.点击标准视图3.在单元工具条点击建立单元4.在单元类型选择栏确认‘一般梁/变截面梁’5.在材料选择栏选择‘1:Grade3’6.在截面选择栏确认‘1:主梁’7.在方向的Beta角输入栏确认‘0’8.在交叉分割选择栏确认节点左侧的‘’9.用鼠标点击节点连接输入栏使其变为草绿色后指定节点1和节点1110.点击全选11.在单元工具条点击单元的复制和移动12.在形式选择栏确认‘复制’13.在移动和复制选择栏确认‘等间距’14.在dx,dy,dz输入栏输入‘0,14,0’15.在复制次数输入栏确认‘1’16.点击键(参考图11)因本例题不使用点格，故为避免使用鼠标指定时出错，将点格和捕捉点格功能设置为Toggleoff状态。单跨拱桥15图11.主梁和拱的完成例题16建立横系梁利用扩展单元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.点击扩展单元2.点击用多边形选择(图12的)并选择节点1和节点11~203.在扩展类型选择栏确认‘节点→线单元’4.在单元类型选择栏确认‘梁单元’5.在材料选择栏确认‘1:Grade3’6.在截面选择栏选择‘2:横系梁’7.在生成形式选择栏选择‘投影’8.在投影形式选择栏确认‘将节点投影在直线上’9.点击定义基准线的P1输入栏使其变为草绿色后指定节点21和节点3110.在方向选择栏确认‘法向’11.点击键图12.建立横系梁投影功能的选择项目中，方向是指单元投影的方向。单跨拱桥17建立支撑对新建立的横系梁激活之后，利用捕捉点功能和建立单元功能来完成纵向支撑(加强肋，Stringer)。1.点击选择最新建立的个体2.点击激活3.点击单元编号(Toggleon)4.点击建立单元5.在单元类型选择栏确认‘一般梁/变截面梁’6.在材料选择栏选择‘1:Grade3’7.在截面选择栏选择‘6:水平斜支撑(包括纵向支撑)’8.在方向的Beta角输入栏确认‘0’9.在交叉分割选择栏确认节点左侧的‘’10.在画面下端的状态条，确认捕捉点的位置是否为1/2(参考图13)11.用鼠标点击节点连接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.点击单元编号(Toggleoff)(参考图13)例题18图13.完成纵向支撑现在输入桥面的对角斜支撑。1.在建立单元DialogBar的单元类型选择栏确认‘一般梁/变截面梁’2.在材料选择栏确认‘1:Grade3’3.在截面选择栏确认‘6:水平斜支撑(包括纵向支撑)’4.用鼠标点击节点连接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.点击单元的移动和复制6.点击单选并选择上面所生成的两个斜支撑单元单跨拱桥197.在形式选择栏确认‘复制’8.在移动和复制选择栏确认‘等间距’9.在dx,dy,dz输入栏输入‘5,0,0’10.在复制次数输入栏输入‘4’11.点击键12.点击镜像单元13