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1、MIDAS/CivilMIDAS/Civil培训交流培训交流扣塔的静力分析扣塔的静力分析 一一 模型建立模型建立 二二 分析及结果查看分析及结果查看l合江长江一桥扣塔（重庆岸）为例 扣塔高为132.8m+13.91m，采用866012（或16）毫米钢管，立柱主钢管内灌注C50混凝土，组成钢管混凝土格构柱扣塔。主管、主管腹杆、主管横联的上下弦杆采用Q345钢材；主管横联腹杆、横联间斜撑及横联平联采用Q235钢材。重庆岸扣塔总体布置图如下图所示。工程概述工程概述l 扣塔模型建立步骤扣塔模型建立步骤 1.设置操作环境 2.定义材料和截面3.建立结构模型4.建立边界条件5.预应力束输入6.输入静力荷载
2、（自重和预应力荷载）一、模型建立一、模型建立1 1、设置操作环境、设置操作环境1.1 1.1 项目建立项目建立操作步骤操作步骤建立新项目建立新项目以以扣塔计算扣塔计算.mcb .mcb 为名为名保存保存 1 1、设置操作环境、设置操作环境1.2 1.2 结构类型的选择结构类型的选择操作步骤操作步骤模型模型/ /结构类结构类型型本模型采用三本模型采用三维计算，结构维计算，结构类型类型3-D 3-D 点击确认点击确认1 1、设置操作环境、设置操作环境1.3 1.3 单位选择单位选择操作步骤操作步骤工具工具/ /单位体系单位体系长度长度mm;mm;力力NN，点击确认。，点击确认。2 2、定义材料和截
3、面、定义材料和截面2.1 2.1 定义材料定义材料操作步骤操作步骤模型模型 / / 材料材料和截面特性和截面特性 / / 材料材料添加添加类型类型 钢材钢材 ; ; 规范规范GB03(S) GB03(S) ；数据库；数据库Q235(Q345)Q235(Q345)点击确认点击确认2.1 2.1 定义材料定义材料操作步骤操作步骤同理可以定义同理可以定义预应力和混预应力和混凝土材料。凝土材料。（类型（类型 钢材；钢材；规范规范JTG04(S);JTG04(S);数据库数据库strand1860strand1860）2.2 2.2 定义截面定义截面操作步骤操作步骤模型模型 / /材料和截面特材料和截面
4、特性性 / / 截面截面添加添加数据库数据库/ /用户用户 截面号截面号 ( 3) ; ( 3) ; 名称名称 (500x10) (500x10) 根据截面形式输入数根据截面形式输入数据据点击适用，同样可定点击适用，同样可定义其他钢管及混凝土义其他钢管及混凝土3 3 、建立结构模型、建立结构模型操作步骤操作步骤本例节点和单元采用导入本例节点和单元采用导入AUTOCADAUTOCAD的的DXFDXF文件来生成文件来生成 首首先先在在AUTOCADAUTOCAD中中绘绘制制扣扣塔塔模模型型，取取型型钢钢几几何何中中心心为为轴轴线线，根根据据尺尺寸寸画出模型如下图所示。画出模型如下图所示。在在CAD
5、CAD中中直直线线段段导导入入后后就就默默认认为为一一个个单单元元，直直线线段段的的两两端端点点即即为为模模型型的节点。的节点。 注注意意：在在绘绘制制CADCAD图图时时可可将将不不同同材材制制及及不不同同截截面面的的杆杆件件绘绘制制在在不不同同的的图层，这样导入时方便赋予材料及截面形式。图层，这样导入时方便赋予材料及截面形式。CADCAD三维图三维图在在MIDAS/CIVILMIDAS/CIVIL里里点文件点文件 导入导入AUTOCAD DXFAUTOCAD DXF文件。文件。注意，在导入时根注意，在导入时根据不同的材料及截据不同的材料及截面选取不同的图层面选取不同的图层分别输入分别输入
6、选取不同截面选取不同截面不同材料的图层不同材料的图层4 4、输入边界条件、输入边界条件4.1 4.1 输入模型支承条件输入模型支承条件 MIDAS/Civil MIDAS/Civil是是三维空间三维空间结结构分析程序，故每个节点有构分析程序，故每个节点有6 6个自由度个自由度(Dx, Dy, Dz, Rx, (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)Ry, Rz)。 本例中塔吊底端属于固定，本例中塔吊底端属于固定，不能转动也不能在不能转动也不能在X X、Y Y、Z Z三三个方向移动，所以将个方向移动，所以将6 6个自由个自由度全部约束。度全部约束。操作步骤操作步骤选选择择要要加加边边界界
7、条件的节点条件的节点模模型型 边边界界条条件件 一一般般支承支承Dx, Dx, Dy, Dy, DzDz处处点点选选； Rx, Rx, Ry, RzRy, Rz点选。点选。适适用用。并并用用相相同同的的方方法法加加其其它边界条件它边界条件4.2 4.2 设置弹性连接设置弹性连接 扣扣塔塔的的锚锚固固点点与与扣扣塔塔钢钢管管之之间间的的连连接接属属于于弹弹性性连连接接中中的刚性连接。的刚性连接。 具体操作见下具体操作见下操作步骤操作步骤点击模型点击模型 边界条件边界条件 弹性连接弹性连接选择需要施加连接的节点选择需要施加连接的节点选择施加连接的组选择施加连接的组选择连接类型选择连接类型 刚性刚性
8、输入所施加的连接的约束值输入所施加的连接的约束值 4.2 4.2 设置弹性连接设置弹性连接扣扣塔塔顶顶部部弹性连接弹性连接5 5、预应钢束输入、预应钢束输入5.1 5.1 钢束特征值钢束特征值操作步骤操作步骤荷载荷载 预预应力荷载应力荷载 钢束特钢束特征值征值添加添加 编编辑钢束特辑钢束特征值（钢征值（钢束名称、束名称、类型、材类型、材料、张拉料、张拉力等）力等）操作步骤操作步骤荷荷载载 预预应应力力荷荷载载 钢钢束束布布置形状置形状添添加加 添添加加/ /编编辑钢束形状辑钢束形状按按照照相相关关图图纸纸要要求求输输入入钢钢束束名名称称、钢钢束束特特性性值值、类类型型、几几何何线线形形及及插插
9、入点入点适适用用。并并用用相相同同的的方方法法添添加加其他钢束。其他钢束。5.2 5.2 钢束形状钢束形状6 6、输入静力荷载、输入静力荷载（自重和预应力荷载）（自重和预应力荷载）6.1 6.1 定义静力荷载工况定义静力荷载工况荷载荷载 静力静力荷载工况荷载工况编辑静力荷编辑静力荷载工况载工况( (自自重、塔吊支重、塔吊支反力、吊装反力、吊装拱圈段反力拱圈段反力等如图所示等如图所示) )具体静力荷载工况分类：具体静力荷载工况分类：1#1#节段段2#2#节段段 工况一、安装一节工况一、安装一节 段段+ +吊塔反力吊塔反力 工况二、安装二节工况二、安装二节段段+ +吊塔反力吊塔反力具体静力荷载工况
10、分类：具体静力荷载工况分类： 如此可得到工况如此可得到工况3-3-工况工况9 9（安（安装第装第9 9节段节段+ +吊塔反力）和工况吊塔反力）和工况1010（最大悬臂（最大悬臂+ +吊塔反力吊塔反力）1#1#2#2#3#3#4#4#5#5#6#6#7#7#8#8#9#9#6.2 6.2 自重荷载自重荷载 荷载荷载 自重自重 荷荷载载工工况况名名称称 自自重重；荷荷载载组组名名称称 自自重重；自自 重重 系系 数数 ： X(0),Y(0),X(0),Y(0),Z Z(-1)(-1) 添加添加操作步骤操作步骤6.3 6.3 节点荷载节点荷载NOTENOTE 本实例考虑为吊扣合一体系，只需要建立扣塔
11、模型。首先在模拟吊装过程中，计算其最不利状态下吊塔的水平力和竖向力；其次，模型中用节点荷载模拟水平力和竖向力。6.3 6.3 节点荷载节点荷载操作步骤操作步骤 点击荷载点击荷载 节点荷载节点荷载定义荷载组及荷载工况名称定义荷载组及荷载工况名称填写各方向数据，添加填写各方向数据，添加相同的方法定义其他荷载相同的方法定义其他荷载根根据据实实际际模模拟拟填填写相关数据写相关数据6.4 6.4 预应力荷载预应力荷载操作步骤操作步骤 点击荷载点击荷载 预应力荷载预应力荷载定义荷载组及荷载工况名称定义荷载组及荷载工况名称添加添加注意注意： 赋赋截截面面和和材材料料时时候候，采采用用MidasMidas特特
12、有有的的拖拖放放功功能能。其其中中钢钢管管混混凝凝土土单单元元采采用用双双单单元元模模拟拟，即即两两次次选选中相应单元分别拖放混凝土和钢管材料。中相应单元分别拖放混凝土和钢管材料。 根根据据施施工工情情况况及及扣扣索索索索力力本本实实例例计计划划分分1010个个工工况况，分分别别为为安安装装1#1#段段，安安装装2 2号号段段安安装装9 9号号段段, ,最最大大悬悬臂臂状状态态+ +风风荷荷载载。其其中中索索力力通通过过在在扣扣点点位位置置加加节节点点力力实实现现。同同时时在在每每个个施施工工阶阶段段中中都都计计入入吊吊塔塔传传下下来来的的偏偏载载。偏偏载载反反力力取取施施工工单单位位计计算算
13、的的工工况况一一（靠靠边边吊运最重节段）所提供的支点反力。吊运最重节段）所提供的支点反力。 具具体体操操作作时时应应分分清清该该静静力力荷荷载载工工况况中中具具体体有有哪哪些些荷荷载载，选选择择相相应应的的节节点点荷荷载载、梁梁单单元元荷荷载载及及预预应应力荷载等添加模拟。力荷载等添加模拟。 1 1、屈曲计算、屈曲计算二、屈曲分析及结果查看二、屈曲分析及结果查看 采采用用模模态态分分析析则则用用于于求求结结构构的的线线性性屈屈曲曲临临界界值值。模模态态分分析析得得到到的的第第一一阶阶模模态态通通常常可可以以看看作作是是结构发生屈曲失稳时结构的形态。结构发生屈曲失稳时结构的形态。 本本例例题题采
14、采用用5 5个个模模态态数数量量分分析析，可可查查看看其其相相应的失稳形态，并在实际应用时对其加强处理。应的失稳形态，并在实际应用时对其加强处理。 操作步骤操作步骤 分分析析 屈屈曲分析控制曲分析控制 模模态态数数量（量（5 5） 屈屈曲曲分分析析荷荷载载组组合合 荷荷 载载 工工 况况（选选择择最最不不利情况）利情况） 添加添加选选择择最最不不利利的情况组合的情况组合NOTENOTE: : 屈屈曲曲分分析析控控制制中中，其其荷荷载载组组合合是是选选择择最最不不利利工工况况进进行行分分析析。本本例例选选择择吊吊塔塔支支架架反反力力1 1、安安装装第第9#9#段段拱肋、风荷载三种工况分析。拱肋、
15、风荷载三种工况分析。2 2、分析及结果查看、分析及结果查看操作步骤操作步骤 分析分析 运行分析运行分析 结果结果 应力（内力）应力（内力） 梁单元梁单元 同同理理可可以以查查看看相相应应荷荷载载工工况况下下的的变变形形、反反力力、内内力力等等。其其结结果果是是否否满满足足要要求求应应根根据据钢钢结结构设计规范构设计规范GB50017-2003GB50017-2003。应力结果查看应力结果查看可选择其他工况查看可选择其他工况查看选择要查看的组合状况选择要查看的组合状况模态结果查看模态结果查看结果结果 屈曲模态屈曲模态可选择其他可选择其他ModelModel点击选择所要查看的方向点击选择所要查看的
16、方向可选择其他可选择其他ModelModel点击选择所要查看的方向点击选择所要查看的方向3 3、本实例相关分析、本实例相关分析3.1 3.1 各工况分析各工况分析现以第现以第1010工况为例工况为例最大最大悬臂悬臂阶段（有偏载）阶段（有偏载）+ +风荷载风荷载主主管管钢钢管管全全部部受受压压，最小应力为最小应力为-130.7 MPa-130.7 MPa主管钢管应力图（主管钢管应力图（Q345Q345）主主管管内内砼砼只只受受压压，最最小应力为小应力为-21.9 Mpa-21.9 Mpa主管混凝土应力图主管混凝土应力图主主管管腹腹杆杆最最大大应应力力为为96.2MPa,96.2MPa,最最小小应
17、应力力为为- -102.5 MPa102.5 MPa主管腹杆应力图（主管腹杆应力图（Q345Q345）主主管管横横撑撑最最大大应应力力为为119.5 119.5 MPaMPa，最最小小应力为应力为-83.6 Mpa-83.6 Mpa主管横撑应力图（主管横撑应力图（Q345Q345）主主管管横横联联上上下下弦弦杆杆最最大大应应力力为为139.3 139.3 MPaMPa，最小应力为最小应力为-131.9 MPa-131.9 MPa主主管管横横联联上上下下弦弦杆杆应应力图（力图（Q345Q345）主主管管横横联联腹腹杆杆最最大大应应力力164.7 164.7 MPaMPa为为，最最小小应应力力为为
18、-277.7 MPa-277.7 MPa主主管管横横联联腹腹杆杆应应力力图图（Q235Q235）主主管管横横联联斜斜撑撑最最大大应应力力为为54.5MPa54.5MPa，最最小应力为小应力为-104.3MPa-104.3MPa主管横联斜撑应力图主管横联斜撑应力图主主管管横横联联平平联联最最大大应应力力为为165.3MPa165.3MPa，最最小小应应力力为为-163.9MPa-163.9MPa主主管管横横联联平平联联应应力力图图（Q235Q235）3 3、本实例相关分析、本实例相关分析3.2 3.2 整体稳定性分析整体稳定性分析 在在吊吊装装到到最最大大悬悬臂臂情情况况下下，考考虑虑自自重重、
19、塔塔顶顶吊吊装装偏偏载载及及风风荷荷载载的的共共同同作作用用下下求求得得线线性性屈屈曲曲的的最最小小系系数数为为8.548.54。模模态态1 1为为主主管管根根部部侧侧向向失失稳稳，临临界界荷荷载载系系数数8.58.5；模模态态2 2为为主主管管中中部部侧侧向向失失稳稳，临临界界荷荷载载系系数数9.79.7；模模态态3 3为为横横联联及及斜斜撑撑纵纵向向失失稳稳，临临界界荷荷载载系系数数9.89.8；模模态态4 4是是主主管管上上部部侧侧向向失失稳稳临临界荷载系数界荷载系数10.410.4。 整体稳定性满足要求整体稳定性满足要求( (模态图如下模态图如下) )Model 1Model 1Mod
20、el 2Model 2Model 3Model 3Model 4Model 4结论结论 在在模模型型中中，由由于于很很难难模模拟拟扣扣点点钢钢锚锚箱箱的的实实际际情情况况，而而在在扣扣点点附附近近的的主主管管与与主主管管腹腹杆杆（包包括括预预应应力力）节节点点处处因因有有钢钢锚锚箱箱的的作作用用其其刚刚度度会会很很大大，所所以以弯弯矩矩作作用用可可能能在在此此局局部部应应力力会会产产生生较较大大偏偏差差。但但从结果看，偏大的结果也没有超出限值。从结果看，偏大的结果也没有超出限值。 由由于于偏偏载载的的影影响响，使使得得纵纵、横横平平联联端端部部产产生弯矩较大，生弯矩较大，建议建议局部加强或增设
21、横向联系。局部加强或增设横向联系。结论结论 从从计计算算结结构构可可以以看看出出，主主管管横横联联的的一一个个腹腹杆杆应应力力超超限限，分分析析是是由由于于上上下下斜斜撑撑传传力力大大，且且腹腹杆杆截截面面较较小小所所至至，如如图图所所示示位位置置（此此问问题题有有待待解解决决）。现现将将此此杆杆件件直直接接拿拿掉掉后后，计计算算结结构构显显示示其其他他杆杆件件应应力力都都很很正正常常，也也不不超超出出限限值值。所所以以建建议议此此处处做做局局部部处理。处理。 处处理理方方法法如如下下：可可将将此此类类处处正正Y Y撑撑都都改改为为倒倒Y Y撑撑以避免这根腹杆的应力集中现象。图见下页以避免这根腹杆的应力集中现象。图见下页可可将将此此类类处处正正Y Y撑撑都改为倒都改为倒Y Y撑撑谢谢 谢谢 观观 看看
