Midas civil 橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)計(jì)算軟件用戶手冊(cè)

如何使用用戶指南

Civil的用戶指南由三本用戶手冊(cè)和聯(lián)機(jī)幫助(On-lineManual)構(gòu)成。

第一冊(cè)GettingStarted&Tutorials

包括程序概耍和使用之前所需了解的事項(xiàng)以及一些供跟隨操作的例題

第二冊(cè)AnalysisforCivilStructures

對(duì)數(shù)值分析模型、單元以及分析功能的說明

第三冊(cè)AdvancedApplications

應(yīng)用例題的跟隨操作

On-lineManual

包含于程序內(nèi)部，是對(duì)各項(xiàng)功能的使用方法和輸入項(xiàng)目的詳細(xì)說明

為了更加有效地理解和掌握Civil的特性和功能，最好按以卜順序先對(duì)用戶指南的內(nèi)容有一定的了解后再開

始使用程序。

首先請(qǐng)閱讀對(duì)結(jié)構(gòu)分析的功能進(jìn)行解說的第二冊(cè)的內(nèi)容，以便對(duì)結(jié)構(gòu)分析的概念有初步的了解。

對(duì)于Civil或其它類似程序有一定使用經(jīng)驗(yàn)的用戶可省略此過程，而只是在使用過程中對(duì)需要參考的部分查

看用戶手冊(cè)。

第二冊(cè)中的內(nèi)容包括利用Civil進(jìn)行有限元分析所需要考慮的基本事項(xiàng)和在設(shè)計(jì)過程中必須了解的?些基本

知識(shí)。據(jù)國(guó)外的?些專門雜志統(tǒng)計(jì)，在對(duì)結(jié)構(gòu)分析理論和所使用程序的理解不足的狀態(tài)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析

時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤的概率在90%以上。

請(qǐng)根據(jù)第一冊(cè)的“安裝”部分的內(nèi)容按所示步驟安裝Civil。

并請(qǐng)閱讀第一冊(cè)的其它部分來了解使用Civil時(shí)所需的一些基本概念。

在第一冊(cè)中包括“設(shè)定操作環(huán)境”、“輸入數(shù)據(jù)”、“模型畫面的處理”、“選擇功能和激活/鈍化功

能”、“建?！?、“分析”、“杳看分析結(jié)果”等為高效建模和分析而必須了解的功能的使用說明。

對(duì)于各項(xiàng)功能以及輸入事項(xiàng)的詳細(xì)說明請(qǐng)參考Civil的Help菜單中聯(lián)機(jī)幫助(On-lineManual)的“開始"部

分的內(nèi)容。

VI

其次請(qǐng)運(yùn)行CivilCD中“例題”的動(dòng)畫文件。

該文件是將“例題”的對(duì)土木結(jié)構(gòu)的建模、分析以及查看結(jié)果的全過程使用ScreenCam記錄下來的動(dòng)畫文

件，并含有語音說明。

用戶可根據(jù)第?冊(cè)中“例題1”的步驟將其直接應(yīng)用到Civil中。

接著請(qǐng)對(duì)第三冊(cè)“高級(jí)應(yīng)用(AdvancedApplications)"中的例題進(jìn)行實(shí)習(xí)。

在“高級(jí)應(yīng)用”中針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁和水化熱分析等實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)從建模到分析、設(shè)計(jì)的全過程

按各步驟進(jìn)行了說明，用戶可方便地跟隨操作。此中若有不解之處，可參考聯(lián)機(jī)幫助(On-lineManual)的

“開始”中相應(yīng)的內(nèi)容。

在MIDASIT的主頁(www.MidasU)提供了大量的驗(yàn)證例題。通過這些例題，對(duì)于Civil的主要分析

功能，將其計(jì)算結(jié)果與理論值或其它結(jié)構(gòu)分析程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較和驗(yàn)證。驗(yàn)證例題中的大部分是

由大學(xué)課程中經(jīng)常接觸的基本結(jié)構(gòu)問題構(gòu)成的，因此還可以被用來幫助結(jié)構(gòu)分析的初學(xué)者了解和掌握結(jié)構(gòu)

分析的基本概念。另外，驗(yàn)證例題使用的是英文。

除此之外，MIDASIT的主頁(www.MidasU)還提供“技術(shù)資料”、“FAQ”、“Q&A”以及“用

戶建議”等欄目及相應(yīng)的內(nèi)容。不僅提供各種新舊功能的介紹和使用方法，還提供實(shí)際工作中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分

析所需的各種技術(shù)、最新理論等在線資料。

vii

土木結(jié)/z-r;

iDrCl/llSiruHiire

目錄

1.MIDAS/Civil的數(shù)值分析模型.......................1

數(shù)值分析模型/1

坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)/2

單元種類及主要考慮事項(xiàng)/4

桁架單元/4

只受拉單元/8

索單元/9

只受拉單元/13

梁?jiǎn)卧?15

平面應(yīng)力單元/18

二維平面應(yīng)變單元/24

二維軸對(duì)稱單元/31

板單元/38

實(shí)體單元/45

單元輸入時(shí)的主要考慮事項(xiàng)/52

桁架、只受拉單元和只受壓?jiǎn)卧猌54

梁?jiǎn)卧?55

平面應(yīng)力單元/58

平面應(yīng)變單元/60

軸對(duì)稱單元/60

板單元/61

實(shí)體單元/62

單元的剛度數(shù)據(jù)/63

截面面積/65

有效剪切面積/66

抗扭剛度/68

截面慣性矩/76

截面慣性積177

截面面積矩/81

剪切系數(shù)/82

組合截面的剛度計(jì)算/83

邊界條件/84

邊界條件/84

自由度的約束/84

彈性支撐單元/87

彈性連接單元/90

單元端部釋放/91

考慮剛性域效果/93

主節(jié)點(diǎn)和從屬節(jié)點(diǎn)/106

支座的強(qiáng)制位移/115

2.Civil的結(jié)構(gòu)分析功能...........................119

結(jié)構(gòu)分析功能/119

靜力分析/120

特征值分析/120

反應(yīng)譜分析/126

時(shí)程分析/130

振型疊加法/130

屈曲分析/134

非線性分析/137

非線性分析的概念/137

幾何非線性分析/139

P-delta分析/145

采用非線性單元的分析/149

非線性單元的剛度/150

邊界非線性動(dòng)力分析/152

分析模型的構(gòu)成/152

II

邊界非線性動(dòng)力分析的概念/153

特征值分析時(shí)的注意事項(xiàng)/156

靜力荷載和動(dòng)力荷載的組合/156

有效剛度/157

非線性連接單元的動(dòng)力特性/157

橋梁結(jié)構(gòu)的移動(dòng)荷載分析/167

車道和車道面/170

車輛移動(dòng)荷載/177

車輛荷載的加載條件/184

水化熱分析/191

熱傳遞分析/191

熱應(yīng)力分析/195

時(shí)間依存性分析功能/197

施工階段分析/197

時(shí)間依存型材料的特性/199

施工階段的定義及組成/207

PSC（預(yù)應(yīng)力混凝土）分析功能/212

預(yù)應(yīng)力混凝土分析/212

預(yù)應(yīng)力損失/214

預(yù)應(yīng)力荷載/220

自動(dòng)考慮橋梁結(jié)構(gòu)支座沉降效應(yīng)的分析/223

考慮鋼聯(lián)合梁橋組合前后截面性質(zhì)變化的分析/224

利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法求解未知荷載/224

in

坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)

1.MIDAS/Civil中的數(shù)值分析模型

數(shù)值分析模型

結(jié)構(gòu)分析模型是由節(jié)點(diǎn)、單元及邊界條件三要素所構(gòu)成的。其中，節(jié)點(diǎn)是用來確

定構(gòu)件的位置；單元是用分析模型數(shù)據(jù)表達(dá)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的元素，它是由連續(xù)的結(jié)構(gòu)

構(gòu)件按有限元法劃分而成的；邊界條件是用來表達(dá)所研究的對(duì)象結(jié)構(gòu)與相鄰的結(jié)

構(gòu)之間的連接方式。

所謂的結(jié)構(gòu)分析就是為了研究結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，建立結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析模型，利用

假定的外部環(huán)境作用，對(duì)數(shù)學(xué)模型作理論性的實(shí)驗(yàn)分析的總過程。

在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需要準(zhǔn)確的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的特性和結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境。其中外部環(huán)

境主要就是指荷載因素?？赏ㄟ^規(guī)范或者一些現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)資料得到。但是，要想

把握好結(jié)構(gòu)的特性，充分地了解結(jié)構(gòu)的受力性能，則不是一件非常簡(jiǎn)單的事情。

它將直接影響到結(jié)構(gòu)的受力分析結(jié)果。

因此，作結(jié)構(gòu)分析時(shí)必須充分細(xì)致的了解實(shí)際結(jié)構(gòu)的材料特性，掌握結(jié)構(gòu)的變形

能力即剛度，選擇合理的有限計(jì)算單元，使得計(jì)算結(jié)構(gòu)模型同實(shí)際結(jié)構(gòu)相接近，

使計(jì)算結(jié)果同實(shí)際結(jié)構(gòu)相符合。

但是，通常結(jié)構(gòu)的形狀是復(fù)雜的，而且很難精確地把握其材料的物理特性。要想

把結(jié)構(gòu)的剛度（即變形能力）和質(zhì)量精確地反映到計(jì)算結(jié)構(gòu)模型上，將會(huì)花去很

大的精力和時(shí)間，有時(shí)有可能帶來事倍功半的效果。

因此，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，在不破壞整體結(jié)構(gòu)特征的前提卜，必須做到簡(jiǎn)化、調(diào)整

計(jì)算結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，使得用最少的投入，得到最佳的結(jié)果。

1

土木結(jié)構(gòu)分析

例如，對(duì)橋梁的主梁建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，不使用板形單元(平面應(yīng)力單元或板單

元)，而采用線形單元(桁架單元或梁?jiǎn)卧?時(shí)，不但縮短結(jié)構(gòu)分析時(shí)間，而且

更便于作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

所謂的有限元(FiniteElement)就是用分析模型數(shù)據(jù)表達(dá)結(jié)構(gòu)構(gòu)件特性的元

素、它是由連續(xù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按有限元法劃分而成的。它必須充分的反映結(jié)構(gòu)受力

特性，但通常很難做到用數(shù)學(xué)的方法完整地反映出實(shí)際結(jié)構(gòu)固有的特性。

因此，作為用戶必須充分地了解實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力性能，掌握好各種有限單元的力

學(xué)特性，以便較好的選擇有限單元，正確地做到結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)。

坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)

MIDAS/Civil軟件使用如下幾個(gè)坐標(biāo)系系統(tǒng)。

>全局坐標(biāo)系(GlobalCoordinateSystem)

A單元坐標(biāo)系(ElementCoordinateSystem)

A節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系(NodelocalCoordinateSystem)

全局坐標(biāo)系是由X、Y、Z三軸滿足右手螺旋法則的空間直角坐標(biāo)系

(ConventionalCartesianCoordinateSystem),用大寫X、Y、Z表示三個(gè)軸

的方向。通常利用該坐標(biāo)系表達(dá)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)位移、節(jié)點(diǎn)反力及相關(guān)于節(jié)點(diǎn)

的其它輸入數(shù)據(jù)。

全局坐標(biāo)系是用來確定所分析對(duì)象結(jié)構(gòu)空間位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。啟動(dòng)MIDAS/Civil

軟件，在系統(tǒng)界面視窗區(qū)，將自動(dòng)生成基準(zhǔn)點(diǎn)(ReferencePoint)即全局坐標(biāo)

系的原點(diǎn)X=0、丫=0、Z=0和全局坐標(biāo)系統(tǒng)。其中Z軸的方向平行于重力加速度方

向并與其反向。因此利用軟件建立結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型時(shí)，建議做到結(jié)構(gòu)的垂直方向

與全局坐標(biāo)系的Z軸平行建模，將有利于結(jié)構(gòu)分析。

2

坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)

單元坐標(biāo)系也是由X、y、z三軸滿足右手螺旋法則的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)，可用小

寫x、y、z表示三個(gè)軸的方向。

9參照“CIVIL數(shù)學(xué)分析通常利用該坐標(biāo)系表達(dá)單元內(nèi)力、單元應(yīng)力及相關(guān)于單元的其它輸入數(shù)據(jù).°

模型''中的"單元種類和

主要考慮事項(xiàng)”結(jié)構(gòu)端部節(jié)點(diǎn)的約束（支撐）方向、彈簧支撐方向及節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)制位移方向同全局

坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向不相吻合時(shí)，通常采用節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系。

節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系也是由x、y、z三軸滿足右手螺旋法則的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)，可用小

寫X、y、Z表示三個(gè)軸的方向。

圖L1全局坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

3

土木結(jié)構(gòu)分析

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

MIDAS/Civil使用以下幾種單元類型。

>桁架單元(TrussElement)

>只受拉單元(Tension-onlyElement,包含Hook功能)

>索單元(CableElement)

>只受壓?jiǎn)卧?Compression-on1yElement,包含Gap功能)

>梁?jiǎn)卧?變截面梁?jiǎn)卧?BeamElement/TaperedBeamElement)

>平面應(yīng)力單元(PlaneStressElement)

>板單元(PlateElement)

>平面應(yīng)變單元(2DPlaneStrainElement)

>平面軸對(duì)稱單元(2DAxisymmetricElement)

>空間單元(SolidElement)

輸入有限單元就是輸入相關(guān)于單元的種類、材料特性、剛度大小的數(shù)據(jù)和輸入確

定單元位置、形狀和大小的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的過程。

桁架單元(TrussElement)

■一般事項(xiàng)

由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的桁架單元是屬于“單向受拉-受壓的三維線性單元(Uniaxial

Tension-Compression3DLineElement)n,它只能傳遞軸向的拉力和壓力。

通常利用該單元做空間桁架結(jié)構(gòu)(SpaceTruss)或交叉支撐結(jié)構(gòu)(DiagonalBrace)

的受力分析。

■單元自由度和單元坐標(biāo)系

桁架單元的兩端各有?個(gè)沿單元坐標(biāo)系的x軸方向的位移，它具有兩個(gè)自由度。

單元坐標(biāo)系是單元的內(nèi)力及單元的應(yīng)力輸出的基準(zhǔn)。在梁?jiǎn)卧?，單元的抗剪?/p>

度和抗彎剛度輸入方向依據(jù)單元坐標(biāo)系。所以在做結(jié)構(gòu)分析時(shí)必須正確地理解單

元坐標(biāo)系的概念。

4

士?jī)悍N突及「要號(hào)/郭Ji:

對(duì)于桁架單元、只受拉單元及只僅受壓?jiǎn)卧戎痪哂休S向剛度的單元而言，只有

單元坐標(biāo)系的X軸有意義，它是確定結(jié)構(gòu)變形的基準(zhǔn)，但利用y、Z軸可確定桁

架截面在視窗上的方向。

為便于用戶使用MIDAS/Civil軟件，通?？衫肂角來表示單元坐標(biāo)系的y,

z軸方向。

Q在CIVIL軟件里，所線性單元的單元坐標(biāo)系里，X軸的方向?qū)⑵叫杏诠?jié)點(diǎn)N1和節(jié)點(diǎn)N2的連線方向。

謂的線性的元就是指桿°（參照?qǐng)D1.2）如果，單元坐標(biāo)系的x軸平行于全局坐標(biāo)系的Z軸，B角是

單元、只受拉單元、只

受壓?jiǎn)卧?、梁?jiǎn)卧白內(nèi)肿鴺?biāo)系X軸與單元坐標(biāo)系z(mì)軸件的夾角。該角度的正負(fù)符號(hào)是，以單元坐標(biāo)

截面梁?jiǎn)卧目偡Q。平系的x軸為旋轉(zhuǎn)軸依據(jù)右手螺旋法則來確定。如果單元坐標(biāo)系的x軸與全局坐

面單元（板形單元）是

標(biāo)系的Z軸不相互平行時(shí)，P角是全局坐標(biāo)系的Z軸與單元坐標(biāo)系的x-z軸所

指面”.小兒、%中

元、平面應(yīng)變單元、軸構(gòu)成的平面間的夾角。

對(duì)稱單元及墻體單元

X,：通過節(jié)點(diǎn)N1平形于全局坐標(biāo)系X軸的軸

Y'：通過節(jié)點(diǎn)N1平形于全局坐標(biāo)系丫軸的軸

Z'：通過節(jié)點(diǎn)N1平形于全局坐標(biāo)系Z軸的軸

GCS全局坐標(biāo)系

（a）豎直構(gòu)件（單元坐標(biāo)系的x軸平行于全局坐標(biāo)系的Z軸）

GCS-全局坐標(biāo)系

（b）水平或傾斜構(gòu)件（單元坐標(biāo)系的x軸與全局坐標(biāo)系的Z軸不相互平行）

圖L2B角概念

上木結(jié)構(gòu)分析

■單元相關(guān)功能

CreateElements輸入單元

Material輸入材料的物理特性

Section輸入截面特性

PretensionLoads輸入預(yù)應(yīng)力荷載值

■單元內(nèi)力輸出

單元的輸出內(nèi)力符號(hào)見圖1.3所示，圖中以箭頭指示方向?yàn)檎?”。

*箭頭指向?yàn)檎?/p>

單元坐標(biāo)系的

y軸

AxialForce

圖L3桁架單元的單元坐標(biāo)系及單元的輸出內(nèi)力（應(yīng)力）符號(hào)規(guī)定

6

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

TRUSSELDCNTFORCESDEFAULTPRINTOUTUnitSystem：tonf

BJMNATSECLCMx即FORCE-1FORCE-」

2016sLCSI-3.40735-3.40468

slC82-2.26274-2.26096

sLI33-2.28039-2.27862

21I6sLCBI-6.23564-6.23031

SLC82412354-4.11999

sLC83-4.19065-4.18710

2216SLC81-6.43235-6.42436

$LC82-4.33966-4.33433

sLC83-4.23681?4,23148

TRUSSBBtENTSTOSSESDffAULTPRINTOUTUnitSystea:tort.m

ELEMMATSECLCMxMnSTRESS-1STRESS-J

2016sLCBI-2509.0935?2507.1310

SLC82-1666.2293-1664.9210

SLCB3-1679.2287-1677.9204

21\6sLCBI-4591.7854-4587.8604

31cB2-3036.4804-3033.8637

SLCB3-3085.9001-3083.2835

2216sLCBI-4736.6364?4730.7479

slC82-3195.6241-3191.6991

sLCB3-3119.8898-3115.9648

圖L4桁架單元的單元內(nèi)力及應(yīng)力輸出

7

土木結(jié)構(gòu)分析

只受拉單元(Tension-onlyElement)

■一般事項(xiàng)

由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的該單元是屬于“只受拉3維線性單元(Tension-only3DLine

Element)w,它只能傳遞軸向拉力。通常利用該單元做抗風(fēng)支撐(WindBrace)或吊鉤

(HookElemenl)等構(gòu)件的受力分析。

利用只受拉單元作結(jié)構(gòu)分析的構(gòu)件有以卜兩種。

Truss在桁架系統(tǒng)里，對(duì)只承受拉力的桁架可以利用該單元作結(jié)構(gòu)分析。

打。心施加拉力之前具有一定的初始間隙(HookDistance),加拉力變形達(dá)

到初間距以后開始承受荷載的構(gòu)件，可以利用該單元作結(jié)構(gòu)分析。

。應(yīng)該熟練掌握On-

lineManual上

“CIVIL功能

>Analysis>MainL—卜而始間隙=0~4卜一初始間隙＞0

ControlData”內(nèi)容

(a)TrussType(b)HookType

圖1.5只受拉單元的概念圖

8

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

■單元自由度及單元坐標(biāo)系

同桁架單元具有相同的單元口由度及單元坐標(biāo)系

■單元相關(guān)功能

Q反復(fù)計(jì)算(IterativeMainControlData反復(fù)驗(yàn)算"(IterativeAnalysis)H'j',收斂條件控

Ana]ysis)就是在作結(jié)構(gòu)

的II：?線性分析時(shí)，為了制數(shù)據(jù)

精確地計(jì)算隨荷載的大Material輸入材料的物理特性

小變化而改變的結(jié)構(gòu)剛

度值起見，需要反復(fù)進(jìn)Section輸入截面特性

行計(jì)算，最后達(dá)到滿足

PretensionLoads輸入預(yù)拉荷載值

收斂條件為止。把這一

過程稱之為Iterative

Analysisa

■單元內(nèi)力輸出

同桁架單元具有相同的符號(hào)體系

索單元(CableElement)

■一般事項(xiàng)

由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的該單元是“只受拉3維線性單元(Tension-only3DLine

Element)",它只能傳遞單元的軸向拉力。利用這單元可以作隨張拉力大小的改

變，構(gòu)件的剛度發(fā)生變化的索結(jié)構(gòu)的受力分析。

作線性分析時(shí)，索單元可以作為等價(jià)桁架單元考慮；作幾何非線性分析時(shí)，該單

元自動(dòng)轉(zhuǎn)化為彈性懸索結(jié)構(gòu)單元。

圖1.6索單元概念

9

土木結(jié)構(gòu)分析

■等價(jià)桁架單元

等價(jià)桁架單元的剛度有一般彈性剛度和下垂(sag)剛度。

隨張力而改變的剛度值可以按下式計(jì)算。

1

K

comb

l/（ag+l/Kw

EA

Kcomb

CD2I}EA

L1+

12T3

EA12」

Q[''歿=石密

其中，E:彈性模量A:截面面積

L:長(zhǎng)度w:單位長(zhǎng)度重量

T:拉力

■彈性懸索結(jié)構(gòu)（ElasticCatenaryCableElement）

MIDAS/Civil軟件里，作兒何非線性分析時(shí)，索單元的切線剛度可按下述方法計(jì)

算。

如圖1.7為一個(gè)索單元，其中i點(diǎn)的位移是/I、42、23,j點(diǎn)的位移是/

4、45、/6,節(jié)點(diǎn)力由原來的叫F°2,吟,巴，F(xiàn)°5,%增加到F.,F2,F3,F“

。這時(shí)，節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)位移間的平衡方程式如下。

F5,R

F4=-F,

F,=-R

R=-F3-gL。（假設(shè)3。=3）

I"=1*0-AI+A4=f（F,,F,,F3）

I，=%-&+冬=8（小月，弓）

L=Lo=h（F5,月,月）

10

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

圖1.7彈性懸索單元（CableElement）的切線剛度概念圖

在全局坐標(biāo)系里，懸索上的每一點(diǎn)沿坐標(biāo)長(zhǎng)度方向的微分值如下。如果把這些值

整理成荷載和變形的關(guān)系，就可已得到柔度矩陣（［F］）,而柔度矩陣的倒數(shù)就是

剛度矩陣（［K］）。懸索結(jié)構(gòu)的剛度并不是一次性計(jì)算就可得到的，它是通過多次

重復(fù)計(jì)算后，使方程式達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)才能得到精確的剛度值。

國(guó)

明

5f嗚

麗af

=++一

花

花

』

事

dl為

明

=+叫+

一

西

dl花

弼

dl旦

曳

明

明

ah嗚

=一++

殂

一

斫

11

上木結(jié)構(gòu)分析

獷

ra-f

af一

成

西

.P匹

電

XfdM電

^電

dl-R=

y-而-

d鳩

1砥

dlR

dlzI?

ahahI

l^

一

理

柔度矩陣的每個(gè)元素可按下式計(jì)算。

=-晟低+wLo+B}-ln低+A}]4]___________1

2

B+(F^+WL0)BA2+耳A

f.洸=耳I___________

12花w[B]+(耳+wL0)BA2+^A

F]R+wL0+B月+A

W|_B2+(F,+WL)B

0A2+F,A

-兔

西

兔

以

u一]___________1_

一

w22

蜴B+(E,+wL)BA+F^A

s0

ah

一

西

ah

一

花

ah

一

西

12

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

A=(甲+好+B=付+理+低+WLJ)”')

{dF}=KT{dA}

國(guó)

西

里西

西

生

西

亞

弧

西

西

科

明

雪

雪

空

蛋

雪K

科

弧

貽

泡

弧

明

西

聶

竭

西

空

弧

延

就

近M

—

IIJ=西

八

K..餐<<

<弼

在

必

一

鴨

衛(wèi)<

<弧

工

科

-S-e

聾

區(qū)

<西

尺

國(guó)

弧

工

弧

科

只受壓?jiǎn)卧?Compression-onlyElement)

■一般事項(xiàng)

由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的該單元是“只受壓3維線性單元(Compression-only3DLine

Element),它只能傳遞單元的軸向壓力。做接觸界面及邊界部位建立計(jì)算模型

時(shí)使用該單元。利用只受壓?jiǎn)卧鹘Y(jié)構(gòu)分析的構(gòu)件有以下兩種。

Truss在桁架結(jié)構(gòu)里，對(duì)只承受壓力的桁架可以利用該單元作結(jié)構(gòu)分

析。

Cap施加壓力之前具有一定的初間距(CapDistance),施加壓力變形

達(dá)到初間距以后開始承受荷載的構(gòu)件，可以利用該單元作結(jié)構(gòu)

分析。

■單元自由度及單元坐標(biāo)系

同桁架單元具有相同的單元自由度及單元坐標(biāo)系

13

土木結(jié)構(gòu)分析

■相關(guān)功能

MainControlDate反復(fù)驗(yàn)算(IterativeAnalysis)時(shí)收斂條件控制數(shù)據(jù)。

Material輸入材料的物理特性

Section輸入截面特性

PretensionLoads輸入預(yù)拉力荷載值

■單元內(nèi)力的輸出

同桁架單元具有相同的符號(hào)體系

_/卜一初始間隙=0

(a)TrussType

。應(yīng)該熟練掌握On-line

Manual上“CIVIL功能

>Analysis>MainControl

Data”內(nèi)容

初始間隙＞o

(b)GapType

圖1.8只受壓?jiǎn)卧男螒B(tài)及概念

14

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

梁?jiǎn)卧?BeamElement)

■一般事項(xiàng)

這是由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，是屬于“等截面或變截面三維梁?jiǎn)卧^(qū)1m^位011-

prismatic3DBeamElement)w，它具有拉、壓、剪、彎、扭的變形剛度(依據(jù)

TimoshenkoBeamTheory)o

當(dāng)梁截面面積沿長(zhǎng)度范圍內(nèi)不發(fā)生變化(PrismaticBeamElement)時(shí),把一個(gè)截面

面積(Section)輸入到對(duì)話窗口；當(dāng)梁截面面積沿長(zhǎng)度范圍內(nèi)發(fā)生變化(Non-

PrismaticBeamElement)時(shí)，把梁兩端的兩個(gè)截面面積輸入到對(duì)話窗口。

利用MIDASl/Civil軟件分析變截面梁時(shí)，截面面積、有效抗剪截面及截面的抗

扭剛度都看作是x軸方向的線性函數(shù)(LinearVariation)。而橫截面面積對(duì)該截面

的主軸計(jì)算的截面慣性矩，按用戶選擇的不同，沿x軸方向可以形成為1次、2

°參考On-lineManual次、3次性函數(shù)。°

上“CIVIL功能

>Modcl>Properties>Secti

0,1■單元自由度及單元坐標(biāo)系

無論是在單元坐標(biāo)系還是在全局坐標(biāo)系里，梁?jiǎn)卧拿恳粋€(gè)節(jié)點(diǎn)都具有三個(gè)方向

的線性移動(dòng)位移和三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)位移，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度。

梁?jiǎn)卧鴺?biāo)系與桁架單元具有相同的坐標(biāo)系。

■相關(guān)功能

CreateElements輸入計(jì)算單元

Material輸入材料的物理特性

Section輸入截面特性

BeamEndRelease確定兩節(jié)點(diǎn)的連接方式(釋放梁端約束，剛結(jié)及較

接等)

BeamEndOffsets輸入梁端偏心距離

ElementBeamLoads輸入梁荷載(作用于梁上的集中及均布荷載)

LineBeamLoads確定加荷范圍并輸入線荷載

AssignFloorLoads將樓板荷載轉(zhuǎn)換成梁荷載來輸入

PrestressBeamLoads輸入預(yù)應(yīng)力荷載值

TemperatureGradient輸入溫度梯度

15

土木結(jié)構(gòu)分析

■單元內(nèi)力輸出

輸出的單元內(nèi)力符號(hào)如圖1.9所示，箭頭指向?yàn)檎?）。

構(gòu)件應(yīng)力的正負(fù)號(hào)規(guī)定與單元內(nèi)力符號(hào)規(guī)定相同。但在彎矩作用下截面上產(chǎn)生應(yīng)

力時(shí)，則以受拉為正、受壓為負(fù)來規(guī)定其符號(hào)。

*輸出的內(nèi)力是以箭頭指向?yàn)檎?）。

Shear：

圖1.9梁?jiǎn)卧膯卧鴺?biāo)系及單元內(nèi)力（或應(yīng)力）符號(hào)規(guī)定

16

單元種類及主要考慮事項(xiàng)

KAMEL0ENTFORCES8KMENT3DEFAULTPRINTOUTUnitSystemtonf.m

o.

o.

ELEMHATSECLCMxNnPTAXIAL

$HEAR-ySHEAR-zTOoR.SIONiMOiei