邁達斯中彎橋模型的建立

1、鋼筋混凝土板橋（彎橋）概述這個例題介紹使用midas/civil模擬鋼筋混凝土板橋并進行結(jié)構(gòu)分析的方法。具體步驟如下。1. 打開文件和設定操作環(huán)境2. 定義材料和截面3. 使用節(jié)點和單元建模4. 輸入邊界條件5. 輸入車輛移動荷載和靜荷載6. 運行結(jié)構(gòu)分析7. 查看分析結(jié)果結(jié)構(gòu)概況鋼筋混凝土板橋的結(jié)構(gòu)概況如圖3.1、3.2所示。圖 3.1 板橋的模型單位：mma1p1p2a21,40031,900=5,7001,400clof road整體坐標系的原點1,950單位 : mm: 約束 dx, dy, dz : 約束 dz : 約束dx, dz : 約束 dy, dz 邊界條件遵循節(jié)點坐標系 (

2、a) 立面圖450單位 : mm1,100瀝青砼鋪裝 t = 80橋面板4506,1001,500clof road8,5001,000 (b) 橫截面圖3.2 板橋的尺寸橋臺以及橋墩處的邊界條件如圖3.3所示。支座點的可移動方向與該點處彎橋的切線方向一致。 圖3.3 支承條件設計要求如下：區(qū)分:內(nèi)容橋梁形式 :鋼筋混凝土板橋橋梁長度 :15.0 + 20.0 + 15.0 = 50.0 m橋梁寬度 :8.5 m 鋪裝 :瀝青混凝土鋪裝 (t=8cm)橋面板 :鋼筋混凝土板 (t=100cm)設計車道 :2車道彎曲半徑 :r=130.0m荷載工況 :恒荷載活荷載(城-a級車輛荷載、城-a級車道

3、荷載)支座沉降 材料 :30號混凝土 容重 :混凝土 瀝青混凝土wc = 2.5t/m3wp = 2.3t/m3 荷載組合 :根據(jù)規(guī)范定義荷載的詳細情況如下。 恒荷載1. 橋面板的自重: 使用程序的自重輸入功能2. 鋪裝: 給板單元輸入壓力荷載 (2.3t/m30.8 = 1.84t/m2)3. 欄桿: 給板單元輸入壓力荷載(1.859t/m2)對欄桿荷載(圖 3.4)的計算方式如下表所示。450單位 : mm1,080瀝青混凝土鋪裝 t = 80橋面板1,0003023070120700175205 圖 3.4 欄桿的細部尺寸號碼計算式線荷載(t/m)0.230.72.50.40250.07

4、0.72.5/20.06130.30.1752.50.13130.120.1752.5/20.02630.420.2052.50.2153合計0.8367面荷載(t/m2)= 0.8367/0.45 = 1.8593 活荷載橋?qū)?: 8.5 m橋面凈寬 : wc = 7.6 m設計車道寬度: 3.6 m 給2車道施加車輛移動荷載(城-a級車輛荷載、城-a級車道荷載) 沖擊系數(shù) l 5m, i = 0.3l 45m, i = 0單位：mmc-ad(20)c-al圖3.5 活荷載的加載支座沉降這里把因地基沉降而引起的支座沉降量假設為1cm。程序提供如圖3.6所示的各種沉降組合的計算結(jié)果。1015,

5、00020,00015,000單位： : mm 圖 3.6 支座沉降利用節(jié)點和單元的建模首先建立新項目(), 以板為名保存()。 在畫面下端的狀態(tài)欄上點擊單位選擇鍵 ()把單位設定為 n和mm。 這個單位體系可根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)隨時變更。本例題主要用圖標菜單來建模。 為了使用圖標菜單，用戶可根據(jù)需要將所需工具調(diào)出，其方法如下。 1. 在主菜單選擇工具用戶制定工具條 2. 在工具條選擇鉤選全部 (圖 3.7)3. 點擊 圖 3.7 工具條編輯窗口將調(diào)出的工具條拖放到用戶方便的位置（圖3.8）。 移動新調(diào)出的工具條時，可通過用鼠標拖動工具條名稱(圖 3.8 (a)的)來完成, 對于已有的工具條則可通過

6、拖動圖 3.8 (a)的 來移動。（a） 調(diào)整工具條位置之前 查詢節(jié)點單元結(jié)果激活影響線/影響面特性查詢軸線和捕捉(b) 調(diào)整工具條位置之后圖 3.8 排列工具條 定義材料以及截面定義材料如下： 材料1 : 30 板考慮在支座處板的厚度變化按下圖來定義不同的厚度(圖 3.9)。 厚度(thickness) 1 : 1000- 板 (跨中) 2 : 1050- 板 (支座1)3 : 1150- 板 (支座2)4 : 1250- 板 (支座3)5 : 1300- 板 (支座4)10001050115012501300支座單位 : mm圖 3.9 支座的厚度變化定義材料和厚度的方法如下。 圖 3.1

7、0 輸入材料對話框 圖 3.11 輸入材料數(shù)據(jù) 1. 點擊 材料特性2. 點擊（圖 3.10） 3. 確認材料號為1 (圖 3.11)4. 在類型 中選擇 混凝土 5. 在混凝土的規(guī)范中選擇gb-civil(rc) 6. 在數(shù)據(jù)庫 中選擇30 7. 點擊 圖 3.12 輸入截面數(shù)據(jù)1. 在特性值對話框(圖 3.10)選擇 厚度(在特性值工具條選擇 厚度)2. 點擊 3. 厚度號為 1 (圖 3.12)4. 面內(nèi)和面外 1000 5. 點擊 6. 按相同的步驟，輸入厚度 24 (參考圖3.9)7. 確認厚度號為5 8. 面內(nèi)和面外 1300 9. 點擊 10. 點擊 為了建模把單位 mm 改為

8、m。11. 在規(guī)范中點擊()把 mm改為m輸入節(jié)點和單元使用擴展單元功能建立梁單元。1. 點擊點格和 捕捉點 (關)2. 點擊 建立點3. 在坐標(x, y, z) 欄上輸入0, -1.95, 0 4. 點擊 5. 點擊 復制和移動6. 點擊 全選7. 確認形式為復制 8. 在復制和移動中選擇任意間距 9. 在方向中選擇y 10. 在間距中輸入0.45, 0.95, 0.55, 1.35, 50.95, 0.45 11. 點擊 12. 點擊自動對齊13. 點擊 頂面14. 點擊 節(jié)點號(開)15. 點擊 建立單元16. 連接節(jié)點1和11圖 3.13 建立梁單元用擴展單元功能建立橋臺a1 上的板

9、單元。1. 點擊 全選2. 點擊 擴展單元3. 在擴展類型上選擇線單元平面單元 4. 確認刪除為 5. 在單元屬性中確認單元類型為板單元6. 確認材料為1 : 30 7. 確認厚度為1 : 1.000 8. 確認類型為厚板 9. 在生成形式中選擇旋轉(zhuǎn) 10. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)中輸入 2 11. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-0.5*360/2/pi/131.95 12. 在旋轉(zhuǎn)軸里選擇 z軸 13. 在第一點里輸入曲線中心點0, -131.95, 0 14. 點擊 圖 3.14 建立橋臺 a1 上的板單元輸入臨時梁來建立1m長的板單元。 1. 點擊建立單元 2. 連接節(jié)點23和33來建立臨時梁3. 點擊擴

10、展單元 4. 點擊 選擇最新建立的個體5. 在擴展類型里選擇線單元板單元6. 確認刪除為7. 在單元屬性里確認單元類型為板單元8. 確認材料為1 : 309. 確認厚度為1 : 1.00010. 確認類型為厚板11. 在生成形式里選擇旋轉(zhuǎn)12. 確認旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)為113. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-360/2/pi/131.9514. 在旋轉(zhuǎn)軸里選擇 z軸15. 在第一點里輸入 0, -131.95, 016. 點擊 圖 3.15 建立1m長的板單元復制建立第一跨的橋面。 1. 點擊旋轉(zhuǎn)單元 2. 點擊 選擇最新建立的個體3. 確認形式為 復制4. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入105. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-

11、360/2/pi/131.956. 在旋轉(zhuǎn)軸里選擇 繞z軸7. 在第一點里輸入0, -131.95, 08. 點擊 9. 點擊節(jié)點號 (關)a圖 3.16 完成第1間距用橋墩p1上的板單元復制橋臺a1上的單元(圖 3.16的 a 部分) 1. 點擊多邊形選擇來選擇 圖 3.16的 a 部分2. 在旋轉(zhuǎn)單元里確認 形式為復制3. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入14. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-11.5*360/2/pi/131.955. 確認旋轉(zhuǎn)軸為繞z軸6. 確認第一點為0, -131.95, 07. 點擊 圖 3.17 復制板單元利用新建立的板單元在橋墩p1的左側(cè)建立厚度從1m變化到1.3m的板單元。 1.

12、 在旋轉(zhuǎn)單元里確認 形式為復制2. 點擊 選擇最新建立的個體3. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入44. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-0.5*360/2/pi/131.95 5. 確認旋轉(zhuǎn)軸為繞z軸6. 確認第一點為0, -131.95, 0 選擇厚度號增幅非常有用于復制輸入厚度漸變的結(jié)構(gòu)。詳細內(nèi)容參照on-line manual 7. 在厚度號增幅里輸入1，確認重復為8. 點擊 圖 3.18 在橋墩p1的左側(cè)建立板單元建立1.3m厚的板單元。1. 在旋轉(zhuǎn)單元里確認 形式為復制2. 點擊多邊形選擇 （選擇圖 3.18的a）3. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入34. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-0.5*360/2/pi/131.95

13、5. 確認旋轉(zhuǎn)軸為繞z軸6. 確認第一點為0, -131.95, 07. 在厚度號增幅里輸入0，解除重復左側(cè)的 8. 點擊 圖 3.19 建立1.3m厚的板單元選擇圖 3.19的 a，在橋墩 p1 的右側(cè)建立厚度從 1.3m變化到1m的板單元。1. 在旋轉(zhuǎn)單元里確認 形式為復制2. 點擊多邊形選擇，選擇 圖 3.19的 a3. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入4 4. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-0.5*360/2/pi/131.955. 確認旋轉(zhuǎn)軸為繞z軸6. 確認第一點為0, -131.95, 07. 在厚度號增幅里輸入-1，確認 重復的左側(cè)為 8. 點擊 圖 3.20 在橋墩p1的右側(cè)建立板單元選擇圖3.2

14、0的a來建立第2跨的板單元。1. 在旋轉(zhuǎn)單元里確認 形式為復制2. 點擊 多邊形選擇，選擇 圖 3.20的 a3. 在旋轉(zhuǎn)的復制次數(shù)里輸入14. 在旋轉(zhuǎn)角度里輸入-17*360/2/pi/131.955. 確認旋轉(zhuǎn)軸為繞z軸6. 確認第一點為0, -131.95, 07. 在厚度號增幅里輸入0，解除重復左側(cè)的8. 點擊 352363354352圖 3.21 建立第2跨的板單元到目前為止建立了整個彎橋的1/2模型。對于另外1/2，可使用對稱復制（鏡像）來完成。首先需要設定用戶坐標系(ucs)。這里使用定義三個點的功能來設定ucs，即輸入用戶坐標系的原點和x,y方向的節(jié)點。1. 點擊 三個點(圖

15、3.21的 a) 2. 連續(xù)指定節(jié)點 354, 363, 3523. 點擊 圖 3.22 由三個點設定 ucs 由新設定的ucs對 x-z 平面對稱復制所有單元。1. 點擊鏡像單元2. 點擊全選3. 確認形式 為復制4. 在鏡像平面 里選擇 z-x 平面，在被選中單元中沿y 方向的外圍節(jié)點中任意選擇一點。 利用單元鏡像功能時為了不必另外再統(tǒng)一單元坐標系，選擇反轉(zhuǎn)單元坐標系。 5. 確認反轉(zhuǎn)單元坐標系為(6. 點擊 1421221421621822316202518575579581564369377381368577373圖 3.23 完成結(jié)構(gòu)模型輸入邊界條件建模結(jié)束以后輸入邊界條件(參照圖3

16、.3、3.23)。因為彎橋支座的可移動方向與曲線的切線方向一致，所以需要先定義該支座節(jié)點的局部坐標系，然后再輸入邊界條件。首先為了顯示所輸入的邊界條件和節(jié)點坐標系，在 “顯示”里面進行相關設定。1. 點擊顯示2. 邊界- 一般支承為 3. 節(jié)點- 節(jié)點局部坐標軸為 4. 點擊 下面定義各支座的節(jié)點坐標系。1. 在模型里選擇邊界條件，選擇節(jié)點局部坐標軸。2. 確認選擇為 添加/替換3. 在定義局部坐標軸的輸入方法里選擇 3 點 4. 點擊p0輸入欄變成綠色以后連續(xù)指定節(jié)點 14, 25, 16 5. 用 單選指定節(jié)點 14, 16, 18, 206. 點擊 7. 點擊p0輸入欄變成綠色以后連續(xù)指

17、定節(jié)點 212, 223, 2148. 用單選指定節(jié)點212, 214, 216, 2189. 點擊10. 點擊p0輸入欄變成綠色以后連續(xù)指定節(jié)點 575, 564, 57711. 用單選指定節(jié)點575, 577, 579, 58112. 點擊13. 點擊p0輸入欄變成綠色以后連續(xù)指定節(jié)點369, 368, 37314. 用單選指定節(jié)點369, 373, 377, 38115. 點擊圖 3.24 定義節(jié)點坐標系利用輸入完的節(jié)點坐標系輸入邊界條件 (參考圖 3.3 )1. 在邊界條件里選擇 一般支承2. 確認選擇為 添加3. 點擊單選 4. 選擇節(jié)點14, 16, 20, 212, 214, 2

18、18, 369, 373, 381在dz右側(cè)標 5. 點擊 6. 選擇節(jié)點18, 216, 377在dy, dz右側(cè)標 7. 點擊8. 選擇節(jié)點575, 577, 581在dx, dz右側(cè)標 9. 點擊 10. 選擇節(jié)點579在d-all左側(cè)標 11. 點擊 圖 3.25 輸入邊界條件輸入完邊界條件以后取消前面在“顯示”中所做的相關設定。1. 點擊顯示2. 在邊界條件里刪除一般支承左側(cè)的 3. 在節(jié)點里刪除節(jié)點局部坐標軸左側(cè)的 4. 點擊 輸入荷載定義靜力荷載工況在輸入荷載之前須定義荷載工況 1. 在樹形菜單里選擇“荷載”2. 點擊荷載工況名稱右側(cè)的 3. 在靜力荷載工況的名稱里輸入恒荷載（圖

19、 3.26）4. 在類型里選擇 恒荷載5. 點擊 6. 點擊 圖 3.26 荷載工況輸入窗口輸入恒荷載輸入因橋面板的自重、鋪裝、欄桿而引起的自重。橋面板的自重程序內(nèi)部可以自行計算，因鋪裝和欄桿而引起的自重是以作用在板單元上的壓力荷載的形式來定義的。為了便于輸入荷載，將相應的結(jié)構(gòu)定義為若干“結(jié)構(gòu)組”。1. 點擊組 2. 點擊多邊形選擇來選擇 圖3.27的a部分3. 在組里的結(jié)構(gòu)組上點擊右鍵，在 上選擇新建.4. 在名稱里輸入欄桿(圖3.27 )5. 點擊6. 點擊全選7. 在畫面左側(cè)雙擊欄桿8. 按照34輸入 鋪裝9. 點擊 10. 按照34輸入影響面包括單元11. 點擊 多邊形選擇來選擇圖3.

20、27的 c 部分12. 點擊ac圖 3. 圖3.27 定義結(jié)構(gòu)組輸入二期荷載 1. 在左側(cè)的組里雙擊欄桿 2. 在主菜單選擇 荷載壓力荷載3. 確認荷載工況名稱為恒荷載 4. 確認選項為 添加 5. 確認單元類型為板/平面應力單元 選擇單元上的壓力荷載時先在 顯示的單元里確認局部坐標軸的方向以后再輸入方向。 6. 確認單元上的壓力荷載的方向為 局部坐標系 z7. 確認荷載為 均布 8. 在p1 里輸入 1.8599. 點擊 10. 點擊 組 11. 在左側(cè)的組里雙擊鋪裝12. 在主菜單選擇 荷載壓力荷載13. 確認荷載工況名稱為恒荷載14. 確認選擇為添加 15. 確認單元上的壓力荷載的方向為

21、 局部坐標系z16. 確認荷載為均布 17. 在p1欄上輸入 1.8418. 點擊 輸入自重 1. 在荷載的荷載里選擇自重 2. 確認荷載工況名稱為恒荷載3. 在自重系數(shù)的 z 欄里輸入-1 4. 點擊操作的 圖 3.28 定義自重 輸入支座沉降組 1. 在主菜單 荷載支座沉降分析數(shù)據(jù)支座沉降組2. 在支座沉降組的組名稱里輸入 橋臺 1 3. 在沉降量里輸入-0.014. 在節(jié)點列表里輸入14to20by25. 點擊操作的 6. 在支座沉降組的組名稱里輸入橋墩 1 7. 在沉降量里輸入-0.018. 在節(jié)點列表里輸入212to218by29. 點擊操作的 10. 在支座沉降組的組名稱里輸入橋墩

22、 211. 在沉降量里輸入-0.0112. 在節(jié)點列表里輸入575to581by213. 點擊操作的 14. 在支座沉降組的組名稱里輸入橋臺 215. 在沉降量里輸入-0.0116. 在節(jié)點列表里輸入369to381by417. 點擊操作的 圖 3.29 輸入支座沉降定義支座沉降荷載工況1. 在支座沉降分析數(shù)據(jù)里選擇支座沉降荷載工況2. 荷載工況名稱里輸入 支座沉降3. 選擇支座沉降組里的橋臺1、橋墩1、橋墩 2、橋臺 2, 點擊 移動到已選組里面4. 確認smin為 15. smax 里輸入46. 點擊操作的 圖 3.30 定義支座沉降荷載工況定義車輛移動荷載首先定義車道面 (圖 3.31)

23、1. 在樹型菜單選擇移動荷載分析車道面2. 在車道面對話框里點擊 3. 車道面名稱里輸入車道面1 4. 車道寬度里輸入35. 與車道基準線的偏心距離輸入0.35 橋梁跨度是為計算沖擊系數(shù)而輸入的，相鄰兩跨跨度不同時，對于中間的節(jié)點，可取兩跨的平均值來輸入，這里為了簡便取小跨的值計算。參考圖3.2輸入相應跨度。6. 橋梁跨度輸入157. 在選擇里選擇節(jié)點號 8. 節(jié)點號里輸入5to214by119. 點擊操作的 10. 橋梁跨度輸入2011. 節(jié)點號里輸入225to357by11, 709to588by-1112. 點擊操作的 13. 橋梁跨度輸入1514. 節(jié)點號里輸入577to390by-1

24、1, 373, 37215. 點擊操作的 16. 點擊 圖 3.31 定義車道面11. 點擊車道面對話框的 2. 車道面名稱里輸入車道面 23. 車道寬度里輸入34. 與車道基準線的偏心距離輸入-0.45. 橋梁跨度輸入156. 在選擇里選擇節(jié)點號7. 節(jié)點號里輸入8to217by118. 點擊操作的 9. 橋梁跨度輸入2010. 節(jié)點號里輸入228to360by11, 712to591by-1111. 點擊操作的 12. 橋梁跨度輸入1513. 節(jié)點號里輸入580to393by-11, 379, 37814. 點擊操作的 (圖 3.32)15. 點擊 16. 點擊17. 點擊 重畫 圖3.3

25、2 定義車道面2 定義城市車道荷載c-ad(20)和車輛荷載c-al(圖 3.33)。 1. 在樹型菜單 移動荷載分析車輛2. 點擊3. 確認規(guī)范名稱為中國城市橋梁荷載(cjj 77-98)4. 確認車輛荷載類型為c-ad(20) 5. 點擊 6. 在車輛荷載類型里選擇c-al7. 點擊 8. 點擊 圖 3.33 車輛定義對話框 定義移動荷載工況. (圖 3.34 )1. 在樹型菜單 移動荷載分析移動荷載工況2. 點擊 3. 荷載工況名稱里輸入c-ad4. 點擊子荷載工況的 5. 確認荷載工況數(shù)據(jù)的車輛組為 vl:c-ad(20)6. 確認系數(shù)為1 7. 確認可以加載的最少車道數(shù)為18. 確認

26、可以加載的最大車道數(shù)為 29. 選擇車道列表 里的車道面 1,車道面 2, 點擊 移動到選擇的車道10. 點擊子荷載工況對話框的 11. 點擊移動荷載工框的 12. 荷載工況名稱里輸入c-al13. 雙擊子荷載工況中的vl:c-ad(20)14. 確認荷載工況數(shù)據(jù)的車輛組為vl:c-al15. 確認系數(shù)欄為1 16. 確認可以加載的最少車道數(shù)為117. 確認可以加載的最大車道數(shù)為 218. 點擊子荷載工況對話框的 19. 點擊移動荷載工況的 20. 點擊 圖 3.34 定義移動荷載工況進行影響面分析時，當需要了解車道面范圍以外的其他板單元的影響面分析結(jié)果時，選擇相應板單元。因為影響面分析的數(shù)據(jù)

27、龐大，在midas/civil中默認提供的影響面分析結(jié)果為車道面內(nèi)的板單元。但如果用戶想輸出車道面外的板單元的影響面分析結(jié)果，可選擇相應板單元。 1. 點擊 組2. 雙擊影響面包括單元3. 在樹型菜單選擇 移動荷載分析用于影響面的板單元4. 點擊 圖 3.35 選擇影響面分析時所要包含的單元設定移動荷載分析控制數(shù)據(jù). 請參考聯(lián)機幫助的說明1. 在主菜單選擇 分析移動荷載分析控制 (圖 3.36)2. 選擇加載點為最不利點 3. 確認沖擊系數(shù)的橋梁形式為城市橋梁4. 點擊 圖 3.36移動荷載分析控制數(shù)據(jù)對話框運行結(jié)構(gòu)分析運行結(jié)構(gòu)分析。點擊 分析查看分析結(jié)果荷載組合下面使用程序提供的根據(jù)規(guī)范自動

28、生成荷載組合的功能，將3種荷載工況(恒荷載、支座沉降、活荷載)進行荷載組合。具體操作步驟如下： 圖 3.37 荷載組合對話框在主菜單選擇 結(jié)果荷載組合。 (圖3.37) 1. 在主菜單選擇 結(jié)果荷載組合，表單選擇“一般”2. 點擊下方的，在彈出的選擇荷載組合對話框中鉤選“添加包絡”3. 規(guī)范選擇“混凝土”和“cjj 77-98”4. 點擊“確認”5. 點擊查看變形查看結(jié)構(gòu)變形 (圖3.38)1. 點擊 標準視圖 2. 點擊結(jié)果里的 變形形狀(圖 3.38的a) 3. 在荷載工況/荷載組合 里選擇 cbmin: rc env_str4. 確認位移為dxyz5. 顯示類型的變形前, 圖例前標 6. 點擊顯示類型里 變形右側(cè)的 7. 在變形的表現(xiàn)方式欄里選擇 實際變形8. 適用于選擇確認時前標9. 點擊 圖 3.38 變形圖(deformed shape)查看影響面分析結(jié)果 關于影響面的詳細說明 參照on-line manual的 “結(jié)構(gòu)分析功能先查看支座反力的影響面。(圖 3.39)是節(jié)點212的分析結(jié)果。1. 點擊影響線/面工具里的 反力(圖 3.39的 a) 選擇lane all表示所有輸入在