midas高级分析

Midas高级分析整理一索单元施加预应力的几种方法索单元为只受拉的三维线性单元，只能传递轴向拉力，不能受压也不能受弯。可按如下方式定义索材料。[图1自定义索材料如图1所示，设计类型选择“用户定义”，而后分别输入各种参数。泊松比、线膨胀系数、容重与钢材相同，弹性模量需单独定义。线性分析时，索单元将被等效为桁架单元，其刚度由弹性刚度和下垂刚度两部分组成。因而，进行线性分析时，用索单元建模和用桁架单元建模其结果会有差异。由于采用索单元建模时，考虑了下垂刚度后，会对结构的刚度进行折减。因而采用索单元建模时，其位移结果要大于采用桁架单元建模的结果（如图2所示）。（a）索单元（b）桁架单元图2张弦梁恒载作用下线性分析结果非线性分析时，悬索结构的刚度并不是一次性计算得到。而是通过多次重复计算，使结构达到平衡状态得到的。在midasGen中，有四种施加预应力的方法。（1）建立单元同时定义预应力A．无应力索长LuLuL时：引入初拉力F=EA∙∆L/L（∆L=L-Lu）L为单元长度，EA分别为弹性模量和横截面积；LuL时：索下垂，折减刚度；B．初拉力：输入沿单元坐标系X轴方向的预应力荷载；C．水平力：输入沿水平方向的预应力荷载。说明：仅用于几何非线性分析，线性分析时将被忽略；如图3所示，在下方张弦梁中的324~332号索单元施加初拉力770KN，上方张弦梁中的索单元不施加初拉力。对两个模型进行线性分析，得到恒载作用下的位移结果相同，如图4所示。图3建立单元时施加初拉力图4恒载作用下位移结果§对所有荷载工况结果都有影响；§迭代计算时，第一步即产生初始刚度，该拉力对其它构件也有影响，如图6和图7所示。荷载静力荷载：如图5所示，定义一个空工况，在该工况下不定义任何荷载。用于查看施加预应力后平衡状态下的构件内力和位移。图5定义空工况图6索单元施加预应力后结构位移§张拉后，索中拉力不为定义时添加的初拉力，如图6所示。图7张拉后索单元内力（2）初拉力荷载荷载预应力荷载初拉力荷载为外荷载，对其它构件有影响；不产生初始刚度，因而分析可能不容易收敛。可以用几何刚度初始荷载对索单元添加一个较小的刚度。；需定义荷载工况，对该工况以外的其他荷载工况不起作用；用于线性分析和非线性分析；施工阶段分析时，可采用该方法对索分批张拉。（3）几何刚度初始荷载菜单：荷载-初始荷载-大位移-几何刚度初始荷载；§只产生刚度，对其它构件的内力和位移没有影响。如图8与图9所示，索单元外其余构件的内力和位移为很小值，接近于0.图8索单元外其余构件的内力图9结构位移§索在该初始荷载作用下内力为初始荷载值，如图10所示。图10索单元内力§对所有工况结果均有影响；§仅用于非线性分析；§如果工程中需要计算的是索张拉后结构在其它荷载工况下效应，并且不考虑预应力作用下其它构件中的内力时，可采用该方法。（4）初始单元内力，如图11所示。荷载初始荷载小位移初始单元内力图11初始单元内力表格荷载-初始荷载-小位移-初始荷载控制数据如图12所示。图12初始荷载控制数据§适用于线性分析和动力分析；§对所有工况都起作用，即各工况都会考虑初始单元内力引起的几何刚度；§初始单元内力会添加到指定的荷载工况中。如图11所示，勾选“给单元添加初始荷载”，并在荷载工况列表中选择“DL”，分析结束后查看索单元内力如图13所示，不勾选“给单元添加初始荷载”时，索单元内力如图14所示。图13索单元内力（添加初始荷载）图14索单元内力（不添加初始荷载）“给单元添加初始荷载”勾选与否，对于其它结果并无影响，如图15所示。（a）勾选（b）不勾选图15结构位移荷载初始荷载小位移初始荷载控制数据（图16所示）；图16选择初始内力组合该功能用于将某一工况的内力作为初始单元内力进行分析。初始单元内力值可通过结果-分析结果表格-初始单元内力（如图17所示）查看；图17初始单元内力表格表1列出了几种预应力方法下不同结果的数值比较表1几种预应力方法的比较表格施加方法建立索单元时施加预应力（1）几何刚度初始荷载（2）初拉力荷载（3）类型类似于外力内力外力荷载工况适用于所有工况适用于所有工况；但初始荷载仅添加到指定工况的内力中结构处于初始的平衡只属于某特定荷载工况状态，可以作为其他荷载工况的初始状态。空工况内力≠初拉力；为自重与初拉力平衡下的内力；有位移；内力=初始荷载；:Z0r)M)I:f5J5L无位移无初始刚度，分析不收敛。3F;R)[8m.N!W,m7~需在建立索单元时施加一比较小的预应力值，如1KN；优先级1，2同时考虑时1不起作用；其它情况共同作用。分析类型只适用于非线性分析，对线性分析不起作用大位移下几何刚度初始荷载用于非线性分析，而小位移下初始荷载用于线性分析或动力分析线性,非线性都起作用应用可用于找形分析可用于其他荷载工况的分析可用于施工阶段分析，如分批张拉等二冲击荷载施加方法具体问题在Gen中如何施加冲击荷载？问题解答冲击荷载，它的特点是加载时间短，荷载的大小在极短时间内有较大的变化，因此加速度及其变化都很剧烈，不易直接测定。冲击波或爆炸是冲击荷载的典型来源，工程中的冲击实例很多，例如汽锤锻造、落锤打桩、传动轴突然刹车等。在midasGen中，有两种方法可以模拟冲击荷载，分别为等效静力荷载和时程荷载，并且可以得到结构自身的动力响应。1.等效静力荷载冲击荷载等效为静力荷载乘以冲击系数，冲击系数需根据实际情况具体计算，可近似取为1.1~1.3。步骤一：定义静力荷载工况，如图1所示。0]$x2L;W$?*a'U+D3~图1定义冲击力荷载工况步骤二：施加节点荷载，如图2所示。图2施加冲击荷载2.时程荷载结构受冲击作用的响应问题和许多因素有关，比如冲击荷载的类型、冲击延续时间、峰值的大小、峰值的持续时间以及结构本身的性质等。鉴于大量的参考资料，考虑了峰值的持续时间，故采用梯形脉冲荷载。步骤一：定义时程荷载工况，如图3所示。图3定义时程荷载工况步骤二：定义时程荷载函数，如4所示。,y*D,s%W:M*?$e6a&F%}%H8}1C;}3b#m图4定义时程荷载函数步骤三：施加节点动力荷载，如图5所示。图5施加节点动力荷载步骤四：查看结果在midasGen中，分析完成后可以查看位移、内力、应力等结果，还可以查看收到冲击荷载后结构自身的动力响应，操作方法如下：定义时程结果函数：时程分析结果时程分析图形，如图6所示。图6定义时程结果函数查看时程分析图形：时程分析结果时程分析图形，如图7所示。所得到的加速度时程曲线如图2.8.8所示。图7时程分析图形对话框3d4C2K0S-i#P!?图8加速度函数图形三特征值分析方法特征值分析是计算结构的固有周期和振型形状的分析方法，是进行反应谱分析和振型分解法时程分析的基础。特征值分析的方程式为：o/W$o-M_1^%m(F%E(t结构的周期可通过如下公式进行计算-n7C9L%W.g0tw除周期与振型外，振型参与系数，振型参与质量以及方向因子也是我们比较关心的内容。结果-分析结果表格-周期与振型，如图1所示。:K$D#r?(?:R/}t#n3j2o'h$J图1特征值分析结果振型参与系数是反映结构各阶振型对总反应影响的参数。可用每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（模态质量）之比来表示。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中5.2.2条的条文说明中规定，振型个数一般可以取为振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。因而进行完特征值分析后，还应查看振型参与质量是否满足该要求，以确保反应谱分析结果的准确性。振型方向因子用于表征某一振型中各方向平动和各方向转动所占比重。在midasGen中计算了六个方向的振型方向因子。这六个方向的方向因子之和等于1。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.2.5条中规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85。振型是以扭转为主，还是以平动为主一般可以通过振型方向因子来判断。某一振型中，某一个方向的方向因子大于0.5，则认为该振型以该方向为主。从扭转为主和平动为主的振型中，找到周期最大的振型后按照高规规定判断结构是否满足平扭周期比的要求。在midasGen中提供的特征值计算方法包括：子空间迭代法、兰佐斯法以及利兹向量法。下面将对这三种方法做以说明。2.子空间迭代法操作方法如图2所示。子空间迭代法是将构成子空间的个向量通过迭代计算使其收敛于特征向量8y7K.S6R*P,n,P$E'HI'O6Z8T'[7x1f0?)Y1u!l7B+A/c图2子空间迭代法用户选择子空间迭代法进行特征值分析时，如果未修改子空间大小，则经常会出现如下错误提示。*SUBSPACEITERATIONNUMBER=30==========================================================WARNING:MAXIMUMNUMBEROFITERATIONHASBEENREACHEDCHECKTOLERANCEINTHEVIBRATIONRESULTTABLERECOMMENDATIONFORBETTERCONVERGENCE:INCREASETHESUBSPACEDIMENSIONGREATERTHANMIN(2Nf,Nf+8)(Nf=NUMBEROFFREQUENCIES)按照图2.10.2所示设置，程序计算时采用的子空间大小为max{1，min(2*80,80+8)}=88。根据该子空间计算时，未达到收敛误差限值要求。此时，则应增加子空间大小，一般取为结构振型数量的2~3倍，即可消除该警告。3S5r,@#m*`%u1p$|&E4V!t'J4N4E/N0lT6O2.10.3兰佐斯法4u8`6i-E5v#Y6h7z+{$\:O-}.p1H4.利兹向量法利兹向量方法是通过假定多自由度的振型形状来计算特征值的方法，相对于前两种方法计算效率要高，是对单自由度方法的Rayleigh-Ritz方法的改善。设置方法如图3所示。利兹向量分析方法的步骤如下：（1）首先选择初始荷载向量。假定虽然动力荷载随时间变化，但是各单自由度体系下的荷载分布形状与选择的初始荷载向量相似。（2）然后对选择的初始荷载向量进行静力分析，获得第一个初始利兹向量。（3）因为上述的静力分析中没有考虑惯性力的影响，所以需要通过迭代计算获得惯性力引起的位移。假设结构的加速度分布与第一次计算的利兹向量相似，所以加速度引起的惯性力可由利兹向量与质量向量相乘而得。然后将惯性力作为外力加载到结构上再次做静力分析。#_'h6})Q-O9A6j4~9r4F%c（4）将第二次计算所得的利兹向量同样视为只考虑了静力平衡状态，没有考虑加速度分布的影响，重复上述第3步骤直至结果收敛为止。用户可指定多个初始荷载向量，并可对各初始荷载向量分别指定所要生成的利兹向量数。但是总的利兹向量数不能超过结构实际具有的振型数量。另外对于已经生成的利兹向量，如果其存在线性依存关系，则程序内部将删除该利兹向量。此时，程序根据用户指定的初始荷载向量无法计算出与用户指定数量相等的线性独立的利兹向量。-@-q1W*~;T/r%_图3多重利兹向量法midasGen中用户可指定的初始荷载向量包括：沿整体坐标系X、Y和Z方向地面加速度引起的惯性力以及用户定义的所有静力荷载工况、非线性连接单元的内力向量。沿整体坐标系X、Y和Z方向的地面加速度引起的惯性力用于计算与地面加速度引起的位移相关的利兹向量。用户输入的静力荷载工况用于计算具有特殊分布要求的动力荷载对应的利兹向量。此时，可以直接选择恒荷载、活荷载、风荷载，或者由用户自定义的其它荷载。非线性连接单元的内力向量主要用于生成能够反映非线性连接单元内力对结构影响的利兹向量。不是说具有非线性连接单元的结构就一定要考虑非线性连接单元的内力向量，而是要根据具体情况选择能反映结构变形的荷载工况。利兹向量法的优点如下：