跟MIDAS學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)框架分析

1、目 錄4. 框架分析概述查看下面框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和沉降現(xiàn)象。Ø 材料彈性模量 : 1.0 kip/ft2Ø 截面截面面積(Area): 1.0 ft2截面慣性矩(Iyy): 1.0 ft4Ø 荷載1 . 給模型的橫梁施加1.5 kips/ft 的均布荷載2 .節(jié)點(diǎn)2和12施加 (+) X方向的集中荷載 25kips 圖 4.1 分析模型本例題是全構(gòu)件剛體連接的模型1和單元的中間設(shè)置鉸接的模型2兩個(gè)模型。查看有無鉸接條件兩個(gè)框架的內(nèi)力和變形形狀的差異。模型 1模型2圖 4.2 分析模型設(shè)定基本環(huán)境打開新文件, 以框架.mgb為名存檔。文件/ 新文件文件/ 保存 ( 框

2、架 )設(shè)定單位體系和結(jié)構(gòu)類型。 工具 /單位體系 長度> ft ; 力> kips ¿ 圖 4.3 設(shè)定單位體系在分析2維平面的結(jié)構(gòu)的時(shí)候，就要約束平面以外的所有自由度。比如X-Z 平面結(jié)構(gòu),就要約束所有節(jié)點(diǎn)的Dy, Rx, Rz 自由度。這種節(jié)點(diǎn)約束條件，我們可以把分析范圍局限在2維平面上,自動(dòng)約束平面以外的約束條件。為了便于X-Z平面結(jié)構(gòu)的建模，把X-Z平面定義為用戶坐標(biāo)系 (UCS) x-y 平面。²²參照在線幫助的 “用戶坐標(biāo)系和柵格”部分模型 / 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型>X-Z 平面 ¿模型 / 定義用戶坐標(biāo)系 / X-Z 平面 坐

3、標(biāo)>原點(diǎn) ( 0, 0, 0 ) 旋轉(zhuǎn)角度>角度 ( 0 ) ¿ 捕捉軸線 ( 關(guān) ), 正面 (開 )圖 4.4 設(shè)定用戶坐標(biāo)系在用戶坐標(biāo)系 (UCS) x-y 平面布置 1ft 間隔的點(diǎn)柵格(point grid)。模型 / 定義軸網(wǎng)/ 定義點(diǎn)格柵格間距>dx, dy ( 1, 1 ) ¿圖 4.5 設(shè)定點(diǎn)柵格定義材料和截面輸入材料和截面。為了便于分析用 用戶定義類型和 數(shù)據(jù)類型。模型 / 特性 / 材料一般>名稱 ( 材料 ) ; 類型>用戶定義 用戶定義>規(guī)范>無分析數(shù)據(jù)>彈性模量 ( 1 ) ¿模型 /特性

4、/ 截面數(shù)值截面號 ( 1 ) ; 名稱( 截面 ) ; 截面形狀>實(shí)腹長方形截面截面特性值> 面積 ( 1 ) ; Iyy ( 1 ) ¿ 圖 4.6 定義材料 圖 4.7 定義截面建立節(jié)點(diǎn)和單元用捕捉點(diǎn)柵格建立節(jié)點(diǎn)和梁單元 (beam element)。用鼠標(biāo)編輯功能依次點(diǎn)擊UCS坐標(biāo)系的坐標(biāo) (0, 0, 0) 和 (0, 30, 0) 建立單元1。參照點(diǎn)的坐標(biāo)值可以在畫面下端的狀態(tài)欄上查看(圖 4.8 )。 節(jié)點(diǎn)號, 單元號模型 / 單元 / 建立單元 單元類型>一般梁/變截面梁材料>1 : 材料 ; 截面>1 : 截面²打開捕捉點(diǎn)功能

5、的話，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊畫面上的任意點(diǎn)柵格(grid point)來建立節(jié)點(diǎn).交叉分割>節(jié)點(diǎn) ( 開 ) ;單元 ( 開 ) ; 節(jié)點(diǎn)連接 ( 1, 2 )8²²U (0, 30, 0)U(0, 0, 0) U (0, 30, 0)²點(diǎn)擊 顯示選項(xiàng)，可以調(diào)節(jié)label的大小和字體U(0, 0, 0)圖 4.8 建立單元1用鼠標(biāo)編輯功能依次指定用戶坐標(biāo)系的坐標(biāo) (30, 0, 0), (30, 30, 0)和 (0, 30, 0), (30, 30, 0) 建立單元2和單元3 (圖 4.9)。被捕捉的用戶坐標(biāo)系(UCS)、整體坐標(biāo)系(GCS)的坐標(biāo)值顯示在畫面下端的

6、狀態(tài)條里。 圖 4.9 建立單元 2,3為了在已建立的單元中央輸入鉸支點(diǎn), 用分割單元功能把單元1、2、3等分。只在模型 2中輸入鉸接條件。模型 /單元 / 分割單元 點(diǎn)格 ( 關(guān) ), 捕捉點(diǎn) ( 關(guān) ), 全選 分割>單元類型>線單元 ; 等距離x方向分割數(shù)量>2 ¿ 圖 4.10 分割單元輸入邊界條件完成了結(jié)構(gòu)建模, 給兩個(gè)柱的下端部輸入固定支承條件。²參照用戶手冊的 “自由度約束條件”對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)以剛體條件約束自由度來反應(yīng)固定支撐。²模型 / 邊界條件 / 一般支承 自動(dòng)對齊 單選 ( 節(jié)點(diǎn) : 1, 3 )選擇>添加 ; 支承條件類

7、型> Dx, Dz, Ry (開) ¿²支撐條件標(biāo)志的右上的三角形指節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系（節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系未指定時(shí)為整體坐標(biāo)系）X軸方向的平移自由度，順時(shí)針依次為Y、Z軸方向的平移自由度，繞X、Y、Z軸方向的旋轉(zhuǎn)自由度。 圖 4.11 輸入支承條件輸入荷載定義荷載工況為輸入均布荷載和節(jié)點(diǎn)荷載，首先定義荷載工況。 荷載 / 靜力荷載工況名稱 ( 荷載 1 ) ; 類型>用戶定義的荷載名稱 ( 荷載 2 ) ; 類型>用戶定義的荷載 ¿圖 4.12 輸入荷載工況輸入靜力荷載給梁單元、節(jié)點(diǎn)輸入均布荷載、節(jié)點(diǎn)荷載(圖 4.1)。荷載 / 梁單元荷載(單元) 單選

8、 (單元 : 3, 6 )荷載工況名稱>荷載 1 ; 選擇>添加 荷載類型>均布荷載 ; 方向>整體坐標(biāo)系 Z V數(shù)值>W ( -1.5 ) ¿荷載 / 節(jié)點(diǎn)荷載 單選( 節(jié)點(diǎn) : 2 )荷載工況名稱> 荷載 2 ; 選擇>添加 節(jié)點(diǎn)荷載>FX ( 25 ) ¿圖 4.13 輸入荷載建立模型 2 為了比較全部剛體連接的模型1和使用3個(gè)鉸接的模型2的分析結(jié)果，建立模型2。用復(fù)制和移動(dòng)功能向右復(fù)制模型 1來建立模型2。(圖 4.14)模型 /單元 / 復(fù)制和移動(dòng) 全選 形式>復(fù)制 ; 移動(dòng)和復(fù)制>等間距dx, dy,

9、dz ( 40, 0, 0 ) ; 復(fù)制次數(shù) ( 1 )²可以同時(shí)復(fù)制輸入在復(fù)制對象的邊界條件和荷載。復(fù)制節(jié)點(diǎn)屬性, 復(fù)制單元屬性(開)² ¿復(fù)制節(jié)點(diǎn)屬性 邊界條件>一般支承 (開) 靜力荷載>節(jié)點(diǎn)荷載 (開) ¿ 復(fù)制單元屬性 靜力荷載>梁單元荷載 (開) ¿40 ft 圖 4.14 建立模型 2輸入內(nèi)部鉸支給模型 2輸入內(nèi)部鉸接。激活模型 2，輸入邊界條件 (Beam End Release).模型 / 邊界條件 / 釋放梁端約束選擇最新建立的個(gè)體， 激活 單選 (單元 : 7, 8, 9 ) 選擇>添加/替換 選擇

10、類型釋放比率>i-節(jié)點(diǎn)>My, Mz ( 關(guān) ) ¿圖 4.15 輸入鉸接點(diǎn)運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析完成所有框架結(jié)構(gòu),邊界條件以及荷載,運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析. 全部激活 分析 / 運(yùn)行分析查看分析結(jié)果查看變形圖查看重力方向荷載(荷載 1)下結(jié)構(gòu)變形圖 (deformed shape)。模型 2的梁中間的鉸接點(diǎn)上發(fā)生了與懸臂梁相似的大變形。結(jié)果 / 位移/ 位移形狀 荷載工況/荷載組合>ST:荷載1 ; 成分>DXZ 顯示類型>變形前 (開) ¿變形 變形圖的比率( 1.5 ) ; 變形的表現(xiàn)方式>實(shí)際變形 ¿ 使用于選擇確認(rèn)時(shí) (關(guān))圖 4.16

11、重力方向荷載引起的的變形圖(deformed shape)查看橫向力(荷載 2)作用下的結(jié)構(gòu)變形圖 (deformed shape)?？梢钥吹侥Ｐ?2的柱中間鉸接點(diǎn)為基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)急劇變化的變形形狀。交接點(diǎn)上部的橫向荷載以剪力傳達(dá)到交接點(diǎn)下部，上部構(gòu)件不能約束下部構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)自由度。變形情況如同下部固定、上部自由的柱受橫向力的結(jié)構(gòu)的變形。結(jié)果/ 變形/ 變形形狀 荷載工況/荷載組合>ST:荷載 2 ; 成分>DXZ 顯示類型>變形前(開) ¿變形 變形圖的比率( 1.5 ) ; 變形的表現(xiàn)方式>實(shí)際變形 ¿ 圖 4.17 橫向荷載產(chǎn)生的變形(deforme

12、d shape)查看內(nèi)力查看重力方向荷載 (荷載 1)作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖。在模型2中重力荷載引起的上部柱上的彎矩為168.75kips×ft。鉸接點(diǎn)產(chǎn)生的剪力為11.25(=168.75/15)kips。（式中的15為上半柱的長度）結(jié)果 / 內(nèi)力 / 梁單元內(nèi)力圖荷載工況/荷載組合> ST:荷載 1 ; 內(nèi)力>Fz顯示選項(xiàng)>精確解 ; 線涂色 ; 系數(shù) ( 2 )顯示類型>等值線 ( 關(guān) ) ; 變形 ( 關(guān) ) 數(shù)值 小數(shù)點(diǎn)以下位數(shù) ( 2 ) 適用于選擇確認(rèn)時(shí) ( 關(guān) ) ¿ 輸出位置>絕對最大(開) ¿圖 4.18 梁單元內(nèi)力圖(shear force diagram)查看彎矩查看重力方向荷載作用下產(chǎn)生的彎矩。由于模型2的柱中間為鉸接，柱的彎矩圖與懸臂梁相同。結(jié)果 / 內(nèi)力 / 梁單元內(nèi)力圖 荷載工況/荷載組合>ST:荷載 1 ; 內(nèi)力>My顯示選擇>精確解 ; 線涂色 ; 系數(shù) ( 1 )顯示類型>等值線( 關(guān) ) ; 數(shù)值 ( 開 ) 輸出位置>絕對最大( 開 ) ¿圖 4.19 重力方向荷載產(chǎn)生的彎矩圖 (bending moment diagram)查看橫向力作用下的彎矩。結(jié)果 / 內(nèi)力 / 梁單元內(nèi)力圖