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1、第三章 MIDAS/CIVIL钢桁梁桥建模及分析 3.1概述 易学易用能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计是MIDAS的独到之处。MIDAS/Civil是针对土木结构特别是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。本教程手把手教你如何使用MIDAS/Civil以64m下承式铁路简支钢桁梁桥为例详细介绍设定操作环境、建立模型、定制分析选项和查找计算结果的完整过程旨在引导初学者快速熟悉和掌握MIDAS/Civil的基本操作和使用注意事项。本教程使用软件版本为2006为了适应不同习惯的读者该教程在尽
2、可能多的地方给出了菜单和工具栏两种操作方式为了使读者快速全面地掌握MIDAS的实际操作本教程对同样的操作功能在不同的地方给出了尽可能多的实现方法如对不同选择方式的操作。本教程中64m下承式铁路简支钢桁梁桥共8个节间节间长度8m主桁高11m基本尺寸如图3. 1所示。图3. 1 64m下承式铁路简支钢桁梁桥结构的基本尺寸 3.2 设定操作环境 3.2.1 启动MIDAS/Civil安装完成后双击桌面上或相应目录中的MIDAS/Civil的图标打开程序启动界面如图3.2所示分为主菜单、图标菜单、树形菜单、工具条、主窗口、信息窗口、状态条等部分。 图3.2 MIDAS/Civil的启动界面 3.2.2
3、 创建新项目通过选择主菜单的文件新项目(或者点击工具条按钮)创建新项目之后选择文件保存菜单(或者)设置路径保存项目。3.2.3 定制工具条图3.3 定制菜单对话框 选择主菜单的工具用户定制用户定制调出如图3.3所示定制工具条对话框在Toolbars选项卡下通过勾选复选框可以定制符合自己风格的工具条该教程采用默认选项点击按钮关闭对话框。3.2.4 设置单位体系(1) 在主菜单中选择工具单位体系打开单位体系设置对话框如图XN.4所示。(2) 在长度栏中选择“m”。(3) 在力(质量)栏中选择“kN”。 (4) 在热度栏中默认选择“kJ”。(5) 在温度栏中默认选择“Celsius”。(6) 点击按
4、钮。图3. 4 单位体系设置对话框图图3. 5 显示选项对话框图 提示MIDAS在建模和查看计算结果过程中可以随时更改长度和力的单位以方便输入和查看。 3.2.5 设定建模环境(1) 在屏幕左上角图标菜单中选择常用确保捕捉节点和捕捉单元功能图标呈现暗红色处于被选中状态。 (2) 在图标菜单中点击常用 确保消隐功能图标呈现淡蓝色不被选中。(3) 在图标菜单中选择UCS/GCS确保全局坐标系功能处于被选中状态。(4) 在图标菜单中选择视图控制显示选项 调出显示选项对话框在颜色选项卡下点击按钮如图3. 5所示点击 按钮关闭对话框。 提示这里使用白色背景是为了抓图方便实际操作中建议使用黑色背景。 (5
5、) 在屏幕右侧工具条点击正面显示主窗口。 3.3 建立模型 3.3.1 输入构件的材料数据(1) 在主菜单中选择模型材料和截面特性材料或在图标菜单中选择特性按钮调出图XN.6(a)所示对话框。(2) 点击按钮调出材料数据对话框如图XN.6(b)所示。(3) 在一般的材料号输入栏中确认“1”。(4) 在设计类型选择栏确认“钢材”。(5) 在钢材的规范栏选择“GB(S)”。(6) 在数据库选择栏选择“16Mnq”。(7) 点击按钮添加新材料后的材料数据对话框如图XN.6(c)所示。 (a)(c)(b) 图XN.6 添加材料3.3.2 输入构件的截面数据(1) 在材料和截面对话框中选择截面选项卡(或
6、在图标菜单中选择特性截面)调出如图XN.7(a)所示添加截面对话框。(2) 点击 按钮打开如图XN.7(b)所示。(a) (b) 图XN.7 添加截面对话框表XN.1 截面特性值表 杆号 名称 类型 截面形状H B1(B) tw tf1(tf) B2 tf2 C1下弦杆E0E2 用户 H型截面0.46 0.46 0.01 0.012 0.46 0.0122下弦杆E2E4 用户 H型截面0.46 0.46 0.012 0.02 0.46 0.023上弦杆A1A3 用户 H型截面0.46 0.46 0.012 0.02 0.46 0.024上弦杆A3A3 用户 H型截面0.46 0.46 0.02
7、 0.024 0.46 0.0245斜杆E0A1 用户 H型截面0.46 0.6 0.012 0.02 0.6 0.026斜杆A1E2 用户 H型截面0.46 0.44 0.01 0.012 0.44 0.0127斜杆E2A3 用户 H型截面0.46 0.46 0.01 0.016 0.46 0.0168斜杆A3E4 用户 H型截面0.46 0.44 0.01 0.012 0.44 0.0129竖杆 用户 H型截面0.46 0.26 0.01 0.012 0.26 0.01210横梁 用户 H型截面1.29 0.24 0.012 0.024 0.24 0.02411纵梁 用户 H型截面1.29
8、 0.24 0.01 0.016 0.24 0.01612下平纵联斜杆 用户 T型截面*10.16 0.18 0.01 0.0113桥门架上下横撑和短斜撑 用户 双角钢截面*10.08 0.125 0.01 0.01 0.0114桥门架长斜撑 用户 双角钢截面*10.1 0.16 0.01 0.01 0.0115横联上横撑 用户 双角钢截面*10.1 0.1 0.01 0.01 0.0116横联下横撑和斜杆 用户 双角钢截面*10.08 0.125 0.01 0.01 0.0117上平纵联斜杆 用户 T型截面*10252 0.24 0.012 0.01218纵梁间水平斜杆 用户 角钢*10.1
9、 0.1 0.01 0.0119纵梁间横向连接 用户 角钢*10.09 0.09 0.009 0.00920制动撑架 用户 T型截面*10.16 0.18 0.01 0.01 注标注*1截面修改偏心为“中上部” (3) 在数据库/用户选项卡的截面号输入栏确认“1”。(4) 在名称输入栏输入“下弦杆E0E2”。(5) 在截面形状中选择“工字形截面”。(6) 在用户和数据库中选择“用户”。(7) 在H对应文本框中输入“0.46”。(8) 在B1对应文本框中输入“0.46”。(9) 在tw对应文本框中输入“0.01”。(10) 在tf1对应文本框中输入“0.012”。(11) 在B2对应文本框中输入
10、“0.46”。(12) 在tf2对应文本框中输入“0.012”。(13) 其它保持默认设置点击按钮。(14) 参考(2)(13)的步骤依次输入截面220其截面特性数据详见表XN.1。(15)对话框中会显示刚增加截面的编号、名称、类型及其形状添加截面后对话框如图XN.8所示点击材料和截面对话框中的按钮图XN.8 添加完截面后的对话框3.3.3 建立主桁架3.3.3.1 建立下弦杆(1) 在图标菜单中选择视图控制在主窗口中显示节点号和单元号。(2) 在屏幕右侧工具条点击打开自动对其功能。(3) 选择主菜单模型节点建立节点 (或者选择图标菜单节点)。(4) 在屏幕左侧文本框填写如图XN.9(a)所示
11、坐标(000)复制次数(8)距离(800)点击按钮。 提示数学建模形成自己的惯用整体坐标系是个好习惯本实例采用纵向为X轴横向为Y轴竖向为Z轴。 (5) 选择主菜单模型单元建立 (或者选择图标菜单单元)。(6) 在屏幕左侧设置如图XN.9(b)所示单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择1:16Mnq截面名称选择1:下弦杆E0E2Beta角选择90选中交叉分隔中的节点和单元复选框用鼠标依次拾取节点1和3。 (7) 更改截面号为2名称为2:下弦杆E2E4用鼠标依次拾取节点3和5。(8) 在工具条中点击全选图标按钮选择主菜单模型单元镜像 (或者选择图标菜单单元)。设置如图XN.9(c)所示形式为复制
12、镜像平面为y-z平面x:32m其它默认点击按钮。(a) (b) (c)图XN.9 建立下弦杆 提示在MIDAS软件中为了便于用户理解和输入引进了构件角的概念。当梁单元的单元坐标系x轴和整体坐标系的X轴平行时单元的角为整体坐标系Z轴和单元坐标系z轴的夹角夹角的符号由绕单元坐标系x轴旋转的右手法则决定。下弦杆角计算如图XN.10所示。Y整体坐标系横向Z整体坐标系竖向y单元坐标系横向z单元坐标系竖向下弦杆单元坐标系角90角计算XN.10 下弦杆提示在用镜像功能填写镜象平面坐标的时候可以通过两种方式来完成(1)点击所需镜像平面对应的文本框直接填写对称平面坐标数值(2)点击所需镜像平面对应的文本框后在主
13、窗口结构中挪动鼠标文本框中的数值会随着鼠标处节点坐标的变化而变化点击对称平面上任一点的即可得到所需坐标值这样就省去了计算坐标值的麻烦。 3.3.3.2 建立上弦杆(1) 在工具条中点击窗口选择按钮选取中间7个节点(节点号为28)。 提示在用窗口选择方式选取对象的时候需要用鼠标点击对角线的两点确定一个矩形框点取一点后先放开鼠标键再去确定下一点。MIDAS中选择方向不一样所选取对象会所有不同(1)从左往右选择选择区域以边界矩形框和两条对角线表示见图XN.11(a)全部被包围的对象才会被选中与矩形框相交的对象不会选中(2)从右往左选择选择区域仅以边界矩形框表示见图XN.11(b)被包围在矩形框内以及与矩形框相交的对象都会被选中。该处选择的是节点只求选择区域包围28节点两个选择方向均可。(a)(b)图XN.11 MIDAS的窗口选择方式(2) 选择主菜单模型节点复制和移动 (或者
