midasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用

1、 MidasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用 # 資料制作日期：2008.10.13對(duì)應(yīng)軟件版本：FEA1.0隨著橋梁工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于有限元分析得要求也越來(lái)越高端，諸如：遇到“寬橋、異型橋、錨固端等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)”、“橋有裂縫了還能不能用，若要加固需要怎樣加固？”等問(wèn)題的時(shí)候，現(xiàn)有的三維桿系有限元軟件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到計(jì)算需求。midasFEA是“目前唯一全部中文化的土木專用非線性及細(xì)部分析軟件”，它的幾何建模和網(wǎng)格劃分技術(shù)采用了在土木領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的前后處理軟件midasFX+的核心技術(shù)，同時(shí)融入了MIDAS強(qiáng)大的線性、非線性分析內(nèi)核，并與荷蘭木領(lǐng)域的高端非線性分析和細(xì)部分析軟件。TNODI

2、ANA公司進(jìn)行了技術(shù)合作，是一款專門適用于土下面針對(duì)midasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明，并通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋例題詳細(xì)介紹midasFEA預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土裂縫模擬：1.MidasFEA在(1)詳細(xì)分析 #MIDASInformationTechnology（Beijing）Co.,Ltd #（2）特征值分析（自振周期、線性屈曲）（局叩穩(wěn)3）（反應(yīng)譜分析、時(shí)程分析)時(shí)程分析的整體聯(lián)動(dòng)材5) #模擬混凝土的離散裂縫（彎曲裂縫）、膨脹裂縫（剪切裂縫計(jì)算鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)滑移計(jì)算鋼板加固方案中鋼板與混凝土的粘接特性模擬混凝土與混凝土之間冷縫（6）鋼筋單元桁架口混凝土單元：完全耦合無(wú)相

3、對(duì)位移桁架+界面+混凝土單元：完全耦合有相對(duì)位移鋼筋單元+母單元（嵌入式鋼筋）：不必耦合由實(shí)體節(jié)點(diǎn)應(yīng)變映射到鋼筋單元節(jié)點(diǎn)上，可考慮摩擦損失、鋼筋回縮損失、彈性變形損失、收縮和徐變損失。 # （7）裂縫模型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析（極限承載力計(jì)算）結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析鋼束錨固區(qū)在使用狀態(tài)下的安全性驗(yàn)算模擬螺旋筋和箍筋的約束作用下或鋼管等約束作用下混凝土強(qiáng)度的提高（8）接觸分析鋼梁的螺栓、鉚釘連接拱橋吊桿與銷拴的接觸主纜與鞍座的接觸 # （9）疲勞分析（)鋼橋面板熱變形計(jì)算示意控制鋼橋面板支座水平反力01GZ罰通過(guò)分析和試驗(yàn)掌握溫度變化特性試驗(yàn)截面（b）控制鋼橋面板豎向負(fù)反力血保證鋼橋面板支座的移動(dòng)量澆

4、筑橋面一側(cè)時(shí)的位移超保證鋼橋面板伸縮裝置接縫寬度 # 橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性MIDASInformationTechnology(Beijing)Co.,Ltd2.MidasFEA鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫例題MidasFEA作為一種非線性及細(xì)部分析軟件，能夠準(zhǔn)確方便的模擬橋梁工程中經(jīng)常發(fā)生一種力學(xué)現(xiàn)象混凝土開(kāi)裂。為了使大家更好地了解這一功能，下面通過(guò)一個(gè)預(yù)應(yīng)力箱梁橋開(kāi)裂模型分析說(shuō)本例題橋梁是總長(zhǎng)為250m五跨連續(xù)箱梁橋，中跨跨中16m區(qū)段采用了實(shí)體單元建模，混凝土材明，midasFEA中裂縫模型使用流程以及特點(diǎn)。 # #材料定義混凝土總凝土總預(yù)應(yīng)力I料采用了總應(yīng)變裂縫(TotalStrainCrack)型，

5、其中受壓裂縫模型采用了Thorenfeldt型，受拉裂縫模型采用了Constant模型?？紤]的荷載有自重、活載以及預(yù)應(yīng)力荷載，非線性分析時(shí)將對(duì)活荷載進(jìn)行荷載步分割，加載到破壞為止。主要操作 # #UMTMnn匸DMAMl劉LlhiMlkb時(shí)丙川Jjf4皿蟆別聚 #本構(gòu)模型 #模型類型|總應(yīng)變裂隙 #裂縫模型剛度橫向裂縫敷應(yīng)約束效應(yīng)基本特性C固定r切線在不考慮席不考慮庁直接輸入席轉(zhuǎn)動(dòng)燈割線Vecchio與CollinsSelby與Vecchior使用規(guī)范 # 張拉函數(shù)受壓函數(shù)剪切函數(shù) 裂縫模型根據(jù)確定裂縫方向的方法，總應(yīng)變裂縫模型又分為固定裂縫模型(fixedcrackmodel)和轉(zhuǎn)動(dòng)裂縫模型

6、(rotatingcrackmodel)兩種。前者假設(shè)裂縫一旦出現(xiàn)其方向就不再發(fā)生變化，后者則是裂縫方向始終與主拉應(yīng)變方向垂直。剛度選擇計(jì)算剛度矩陣的方法，有切線剛度和割線剛度兩個(gè)選項(xiàng)。橫向裂縫效應(yīng)(LateralCrackEffect)決定橫向裂縫對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響，前面的不考慮選項(xiàng)表示不考慮，后面的選項(xiàng)表示考慮橫向裂縫對(duì)減小抗壓強(qiáng)度的影響。約束效應(yīng)(ConfinementEffect)決定混凝土橫向約束的影響，前面的不考慮選項(xiàng)表示不考慮橫向約束效應(yīng)，后面的選項(xiàng)表示考慮橫向約束對(duì)提高混凝土強(qiáng)度的影響?；咎匦?BasicProperties)直接輸入表示用戶將自行輸入抗裂分析中需要的材料特性值

7、，采用規(guī)范表示使用規(guī)范中推薦的材料特性值。midasFEA中提供CEB-FIP1990規(guī)范。在總應(yīng)變裂縫模型中還可以定義受拉、受壓、受剪應(yīng)力函數(shù)，根據(jù)定義的函數(shù)不同，混凝土的受拉和受壓區(qū)域的形狀不同。 # # #受拉特性函數(shù) #以總應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的受拉模型有線彈性、理想破壞、脆性、線性軟化、指數(shù)軟化、Hordijk、折線型軟化以及用戶自定義本構(gòu)模型。以上模型可以分為基于斷裂能(Fractureenergy)的軟化本構(gòu)模型和與斷裂能無(wú)直接關(guān)系的受拉本構(gòu)模型。本例題采 # (Constant)構(gòu)模型。用理想破壞(2)網(wǎng)格劃混MidasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用MIDASInformationTechno

8、logy（Beijing）Co.,Ltd MidasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用MIDASInformationTechnology（Beijing）Co.,Ltd （3）荷載邊界添加（4）分析求解控制施工階段定義非線性分析控制分析控制非線性|重新開(kāi)始|破材料非線性廠幾何非線性材料非線性：因?yàn)楸纠}是做材料非線性分析，所以需要勾選生大變形的話需要勾選“迭代計(jì)算方法：法。初始剛度法（Initial修正的牛頓拉普森法（Mod在每個(gè)位移步（incrementaldisplacement）上都要計(jì)算新的切線模量和內(nèi)力，而修正方的牛頓拉普森方法相比，需要更多的迭代計(jì)算步驟，所以收斂速度較慢，但是在每個(gè)迭代計(jì)

9、算步驟內(nèi)的計(jì)算時(shí)間較短。牛頓拉普森法（Newton-RaphsonMethod）在每個(gè)迭代計(jì)算步驟內(nèi)都要更新切線剛度，優(yōu)點(diǎn)是收斂速度快，即通過(guò)較少的步驟也可以達(dá)到收斂。弧長(zhǎng)法（Arc-LengthMethod）弧長(zhǎng)法是將位移增量標(biāo)準(zhǔn)作為約束條件并同時(shí)調(diào)整位移增量的方法，即位移增量不是固定的，而是在迭代計(jì)算過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。（5）后處理結(jié)果單元狀態(tài)“裂縫狀態(tài)”分為未發(fā)生裂縫部分、裂縫關(guān)閉部分、加載和卸載時(shí)裂縫完全張開(kāi)部分和部分張開(kāi)部分。MidasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用MidasFEA在橋梁工程中的應(yīng)用甌文件（E）編輯（E）幾何網(wǎng)格迴）分析（直）后處理迪視圖（址）窗口他）幫助但）曲線丨曲面丨實(shí)

10、體丨幾何丨自動(dòng)/映射網(wǎng)格擴(kuò)展網(wǎng)格網(wǎng)格分析皓果|后處理樣式|.匚ciriEtruizticiri（施工階段）丄ET此GE乙STEP1（LF士占雲(yún)HIGH-SOLID，裂卻TDtXYZW）：D石ifl堂V24土國(guó)后處理4X電膨形狀&總&矗普？IH-IW啟動(dòng)頁(yè)面ConeNonlinerAnalysis-construction.feb后處理風(fēng)格cijnstructicm施工階段）STAGE1,STEF1(LF1.000,)STAGE1,STEF2(：LF1.000,)(30)STAGEzSTEF1(：LF0.100,)(30)STAGEzSTEF1(LF0.200,)(30)STAGEzSTEF1(

11、：LF0.300,)(30)STAGEzSTEF1(：LF0.400,)(30)STAGEzSTEF1(LF0.500,)(30)STAGEzSTEF1(：LF0.600,)(30)STAGEzSTEF1(：LF0.TOO,)(30)STAGEzSTEF1(LF0.T19,)(30)+會(huì)反力01)：技術(shù)支持工作FEA7l示會(huì)ConcNonlinerAn3D單元應(yīng)變nidasFEA一ConeKonlinerAnalysis-construction.febHIGH-SOLIIi,Volume-SknrL宦D：l技術(shù)支持工作FEAjB示會(huì)ConcNonlinerAn+鑄后處理鳳格/1位移+旬別單元

12、應(yīng)變I3大)單元，+惡1D鋼筋單元應(yīng)力/應(yīng)變-硼別單元狀態(tài)司HIGH-SOUD,Volume-裂縫狀態(tài)3*3D單元裂縫模式QHIGH-SOUD,Volume-SknsQHIGH-SOUD,Volume-SkntHIGH-SOUD,Volume-EknnQHIGH-SOUD,Volume-GknsQHIGH-SOUD,Volume-Gknt甌文件（E）編輯（E）幾何網(wǎng)格分析后處理（巳視圖（址）窗口敢）幫助（出曲線丨曲面丨實(shí)體丨幾何I自動(dòng)/映射網(wǎng)格|擴(kuò)展網(wǎng)格丨網(wǎng)格丨分析|結(jié)果后處理祥式UNITN,mmDATAconstruction工階段，STAGE2,STEF1(LF0.719,)(30)匚onstruction(施工階段)-STAGE已STEP1(LF-窗+HIGH-SOLID.Volume-Sk-口*TDtXYZ(V)ID店ifl孕劃J2丄4丄：陽(yáng)也矚形狀”&普1III1后處理耳乂啟動(dòng)頁(yè)面ConeNonlinerAnalysis-construction.febconstruetion施工目段)STAGE1,STEF1(：LF1.000?)STAGE1,STEF2(U1.000,)(30)STAG