MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析

MIDASCIVIL钢桁梁桥建模及分析第三章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该教程在尽可能多的地方给出了菜单和工具栏两种操作为了适应不同习惯的读 者方式 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)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 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0.012 0.024 0.24 0.024 1.29 0.2411纵梁用户H型截面1.29 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*1纵梁间水平斜杆用户 角钢*10.1 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“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2 20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 坐标(0 0 0)复制次数(8)距离 (8 00) 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E0E2 Beta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 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B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B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B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B下弦杆单元坐标系B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.ll(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.ll(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 (或者选择图标菜单节点?) 复制节点在主窗口左侧出现复制节点设置选项如图XN.12所示 设置如下 形式选择复制等间距设置为(0 011) 复制次数为(1) 其它默认 点击 按钮。图XN.12复制节点设置选项(3) 选择主菜单模型?单元?建立 (或者选择图标菜单单元?)。(4) 参考图XN.9(b)单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择l:16Mnq 截面名称选择3:上弦杆A1A3 Beta角选择90选中交叉分隔中的节点和单元复选框 在主窗口中用鼠标依次拾取节点1 0和1 2 拾取节点14和16。 (5) 截面名称选择 4:上弦杆A3A3用鼠标依次拾取节点12和14。3.3.3.3 建立斜杆(1) 截面名称选择5:斜杆E0A1用鼠标依次拾取节点1和10。(2) 截面名称选择6:斜杆A1E2用鼠标依次拾取节点10和3。(3)截面名称选择7:斜杆E2A3用鼠标依次拾取节点3和12。(4)截面名称选择8:斜杆A3E4用鼠标依次拾取节点12和5。(5) 在工具条中点击交叉线选择按钮选择单元1518。 提示 用交叉线选择方式选取单元的时候 在主窗口中 用鼠标连续画出的任意线 与该线相交的单元均 被选择。起点和中间折点需要单击鼠标确定 最后一点通过双击鼠标完成。选择斜杆单元如图XN.13所示为演示交叉线选择的丰富功能图中使用的折线路径 实际操作上只需要从起始点 到终点画一直线即可 被选中的单元将以红色线条显示。图XN.13交叉线选择单元(6) 选择主菜单模型?单元?镜像 (或者选择图标菜单单元?)。(7) 设置参考图XN.9(c)形式选择复制 镜像平面为y-z平面x:32m其它默认 点击按钮。3.3.3.4 建立竖杆(1) 选择主菜单模型?单元?建立 (或者选择图标菜单单元?)。提示 当梁单元的单元坐标系X轴和整体坐标系的Z轴平行时 单元的B 角为整体坐标系X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。竖杆B角计算如图XN.14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B下弦杆单元坐标系B角90图XN.14竖杆角计算(2) 参考图XN.9(b)截面名称选择9:竖杆Beta角选择90其它默认 在主窗口中用鼠标依次拾取节点2和10。(3) 在工具条中点击单选按钮选择刚刚建立的竖杆单元23。(4) 选择主菜单模型?单元?复制和移动 (或者选择图标菜单单元?)。(5) 在主窗口左侧控制对话框中设置下等间距dx,dy,dz (8复制次0 0)数(6)其它默认 点击按钮。 提示 步骤(3)(4)(5)目的是建立其它竖杆 为了展示MIDAS/CIVIL的灵活建模方式使用了复制单元的方式。读者也可以逐个建立 用鼠标依次拾取节点3和11 拾取节点4和12 拾取节点5和13 拾取节点6和14 拾取节点7和15 拾取节点8和16。(6)已经建完单片主桁杆件 主窗口中模型显示如图XN.15(a)所示。(7) 在图标菜单中选择视图控制?在主窗口中取消节点号和单元号显示 选择显示按钮 调出显示对话框 在特性选项卡中选中特征值名称前的复选框 在主窗口模型中显示单元的特征值名称如图XN.15(b)所示 核对杆件截面是否正确。(a) (b)图XN.15建立完毕的单片主桁架模型(8) 取消特征值名称显示 恢复显示节点和单元号 在工具条中单击标准视图按 钮在图标菜单中选择视图控制?消隐 单击工具条中的窗口缩放功能按钮查看主桁消隐模型放大主桁节点如图XN.16所示查看杆件方向是否正确。图XN.16主桁架局部消隐效果3.3.3.5 设置主桁架与横梁的连接点(1) 在图标菜单中选择视图控制?取消消隐 在工具条中单击正面显示按钮 和对齐按钮 。(2) 在工具条中点击窗口选择按钮选择下弦杆中间7个节点。(3) 选择主菜单模型?节点?复制和移动 (或者选择图标菜单节点?) 复制节点在主窗口左侧复制节点设置选项如下 形式选择复制 等间距设置为(0 0 0.645) 复制次数为(2) 选中在交叉点分割单元前的复选框 点击 按钮。(4) 在工具条中点击窗口选择按钮选择下弦杆两个端节点。(5) 选择图标菜单节点?复制次数(1) 其它设置同(3) 点击 按钮。 提示 实例中铁路纵、横梁高度 为1.29m 其截面形心到上下翼缘的距离为0.645m。在(3)中以交叉点分割的方式复制下弦中间节点两次 目的是为 了建立横梁和竖杆连接的中心点以及横梁上翼 缘点 端横梁处没有竖杆 在(5)中仅需要复制 一次得到横梁截面中心点位置即可。 3.3.3.6 复制主桁(1) 在工具条中点击全选按钮第一片主桁的节点和单元被全部选中 单元以红色线条显示 节点以较大高亮点显示。(2) 选择图标菜单节点?在主窗口左侧节点复制设置选项如下 形式选择复制 等间距设置为(0 5.75 0) 复制次数为(1) 其它默认 点击按钮。(3) 点击全选按钮点击图标菜单单元?复制和移动 设置选项如下 形式选择复制 等间距设置 为(0 5.75 0) 复制次数为(1) 其它默认 点击 按钮。 提示 两片主桁已经 建完 可以及时欣赏一下自己的劳动成果。取消显示节点号和单元号 以消隐方式显示模型 在工具条中点击动态 旋转按钮在主窗口中按住鼠标左键并移动鼠标 你就会得到不同视角的模型 主桁消隐效果如图XN.17所示。图XN.17主桁架消隐显示模型3.3.4 建立桥面系3.3.4.1 建立横梁在工具条中单击 (1)标准视图按钮在图标菜单中选择视图控制?取消消隐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) 点击窗口缩放按钮选择两片主桁下弦左端放大显示 点击图标菜单单元?建立单元。(3) 参考图XN.9(b)单元类型选择一般梁/变截面梁材料名称选择l:16Mnq 截面名称选择10：横梁Beta角选择0选中交叉分隔中的节点和单元复选框 在主窗口 中用鼠标依次拾取节点31和63。(4) 在工具条中点击窗口选择按钮 选择节点31。(5) 选择图标菜单节点?设置选项如下 形式选择复制 等间距设置为(0 1.875 0) 复制次数为(1) 选中在交叉点分割单元前的复选框 点击 按钮。(6) 点击窗口选择按钮 选择刚刚建立的节点65。(7) 选择图标菜单节点? 选项中等间距更改为(0 2 0) 其它设置参考(5) 点击 按钮。 提示 步骤(4)-(7)通过两次复制节点来分隔端横梁单 元 建立纵、横梁的连接点 去掉单元号显示打开消隐功能 建立的端横梁模型及其节点分布如图XN.18所示 检查端横梁的单元方向是否正确。图XN.18端横梁消隐模型及其节点编号(8) 取消消隐显示 打开单元号显示 点击窗口选择按钮选择刚刚建立的端横梁(单元87、88、89)。(9) 点击图标菜单单元?复制和移动 形式选择复制 等间距设置为(8 0 0) 复 制次数为(8) 其它默认 点击按钮 完成全部横梁的建立。3.3.4.2 建立端节间纵梁(1) 在工具条中单击顶面显示按钮点击窗口缩放按钮选择左端一个节间放大显示。(2) 点击图标菜单单元?择1:16Mnq截面名称选择11:纵梁Beta角选择0其它默认 在主窗口中用鼠 标依次拾取节点65和67 拾取节点66和68。 提示 建模过程中要养成经常检查模型的好习惯。完成 端节间纵梁建模 去掉单元号显示 打开消隐功能 单击标准视图按钮 点击窗口缩放按钮局部放大 检查纵梁的方向如图XN.19所示。图XN.19纵、横梁消隐显示3.3.4.3 建立纵梁之间的联结系(1) 取消消隐显示 单击顶面显示按钮点击窗口缩放按钮 放大显示左端一个节间。(2) 选择刚刚建立的端节间纵梁(单元114、115) 在图标菜单中选择常规?激活 仅激活刚刚纵梁单元。图XN.20单元分割设置图XN.21修改单元参数设置(3) 选择纵梁(单元114、115) 在图标菜单中选择单元? 对纵梁进行分割。在主窗线单元分割方式为等间距X方向分割数量 (4)选中合并重复节点前的复选框 点击按钮。(4) 点击图标菜单单元? 建立端节间纵梁之间联结系水平面斜杆单元。截面名称选 择18:纵梁间水平斜杆Beta角选择0其它默认 在主窗口中用鼠标依次拾取节点66和83 拾取节点83和87 拾取节点87和85 拾取节点85和68。(5) 截面名称选择19: 纵梁间横向连接建立纵联之间联结系顶层横撑 用鼠标 依次拾取节点86和83 拾取节点87和84 拾取节点88和85。(6) 显示单元号选择刚刚建立的纵梁之间联结系的7个杆件(单元122-128) 点击图标菜单单元?复制和移动 形式选择移动等间距设置为(0 0 0.645) 其它默 认点击按钮移动至实际位置。(7) 选择单元127 点击单元?形式为复制等间距(0 0 -1.29)复制次数(1)其它默认按按钮 建立端节间纵梁之间联结系底层横撑。(8) 单击标准视图按钮点击窗口缩放按钮 放大节间中部 选择刚刚建立的底层横撑(单元129) 点击图标菜单单元?设置如图XN.21所示参数类修改单元参数型选择单元坐标轴方向形式选择分配?Beta角(180)Deg按按钮 调整底层横撑角钢方向。(9) 点击图标菜单单元?建立端节间纵梁之间联结系竖平面斜杆单元。截面名称选择19:纵梁间横向连接Beta角选择0选中交叉分隔选项中的单元和节点复选 框在主窗口中用鼠标依次拾取节点91和98 拾取节点97和95。 提示 在步骤(9) 中确保交叉分割 目的是通过竖平面斜杆单元交叉相互分割而得到板铰的连接位置。完成端节间纵梁见联结系建模 去掉单元号显示 打开消隐功能 点击对齐按钮点击动态旋转按钮调整视图方向 一边欣赏自己的劳动果实 一边检查杆件方向的正确性 端部节间纵梁及其联结系消隐显示如图XN.22所示。图XN.22端部节间纵梁及其联结系(10) 点击全选按钮点击图标菜单单元? 形式为复制 等间距(8 0 0) 复制次数(7) 其它默认 按按钮 通过复制建立其它节间纵梁及其联结系。取消 节点和单元号的显示 点击图标菜单常规?全部激活 通过 动态旋转 和窗口缩放 功能可以查看主桁架和桥面系杆件之间的位置关系如图XN.23所示。图XN.23主桁架和桥面系局部模型3.3.5 建立下平纵联和制动撑架3.3.5.1 建立下平纵联(1) 取消消隐 显示节点和单元号 单击标准视图按钮和窗口缩放 放大左边端节间 仅选择两个下弦杆(单元1 44) 在图标菜单中选择常规?激活 仅激活端节间下弦杆。(2) 点击图标菜单单元?建立端节间下平纵联交叉斜杆。截面名称选择12:下平纵联斜杆Beta角选择0取消选择交叉分隔选项中的单元和节点复选框 在主窗口中用鼠标 依次拾取节点33和2。提示在MIDAS/CIVIL中近似地把下弦杆、下平纵联和纵梁之间联结系底层横撑建在了同一水平面。 如果在(2)中建立下平纵联杆件的时候 选择交 叉分隔选项中的单元和节点复选框 就会与已经 建好的纵梁间底层横撑中点相交分割而形成连 接关系 实际上 下平纵联杆件交点通过板铰与 纵梁之间联结系的竖平面斜杆交点相连。 (3) 选择刚刚建立的单元274 点击 图标菜单单元?分割下平纵联交叉斜杆 单元类型选择线单元等间距x方向分割为段按按钮 在杆件中点建立下平纵联交叉节点。(4) 点击图标菜单单元?建立端节间下平纵联另外一根交叉斜杆。截面名称选择12:下平纵联斜杆Beta角选择0取消选择交叉分隔选项中的单元和节点复选 框在主窗口中用鼠标依次拾取节点1和212 拾取节点212和34。(5) 选择下平纵联4根斜杆( 单元274-277) 点击图标菜单单元?形式为复制 等间距(80 0) 复制次数(7) 取消选择交叉分隔选项中的单元和节点复选框 其它默认按按钮 通过复制建立其它节间下平纵联交叉斜杆。3.3.5.2 建立制动撑架(1) 关闭主窗口左侧复制单元设置对话框 在树形菜单中展开截面目录 按住Ctrl键依横梁和12 下平纵联斜杆 被选中的截面背景色会变为深次用鼠标选择截面10蓝色 如图XN.24所示 单击鼠标右键 选择激活 在主窗口显示的只有横梁和下 平纵联斜杆单元。图XN.24树形菜单使用 图XN.25下平纵联、制动撑架与桥面系模型(2) 单击顶面显示按钮 点击窗口缩放按钮 放大显示中间两个节间。(3) 选择跨中横梁中部的两个节点(节点73 74) 选择图标菜单节点?选项中等间距更改为(00 -0.645) 复制次数 (1) 点击按钮 通过复制得到制动撑架与纵、横梁的连接点。(4) 单击标准视图按钮点击窗口缩放按钮 放大显示中间两个节间。 (5) 点击图标菜单单元? 建立 制动撑架。截面名称选择20:制动撑架Beta角选择0 取消选择交叉分隔选项中的单元和节点复选框 在主窗口中用鼠标依次拾 取节点215和220 拾取节点215和221 拾取节点216和220 拾取节点216和 221。(6) 在图标菜单中选择常规?全部激活 打开消隐显示 取消显示节点和单元号 通 过动态旋转 和窗口缩放 功能可以查看下平纵联、制动撑架与桥面系之间的位置关系所示。如图XN.253.3.6 建立上平纵联和横向联结系3.3.6.1 建立上平纵联(1) 取消消隐 单击正面按钮点击窗口选择按钮 选择上弦杆如图XN.26所示 在图标菜单中选择常规?激活 仅激活端节间下弦杆 单击 顶面显示按钮 。图XN.26窗口选择上弦杆(2) 显示节点和单元号 点击图标菜单单元? 在上弦杆端节间建立上平纵联斜杆。截面名称选择17:上平纵联斜杆Beta角选择0确定选中交叉分隔选项中的单 元和节点复选框 在主窗口中用鼠标依次拾取节点10和43。(3) Beta角选择180在主窗口中用鼠标依次拾取节点42和11。(4) 选择刚刚建立的4根上平纵联斜杆(单元310-313) 点击图标菜单单元?形式为复制 等间距(8 0 0) 复制次数(5) 其它默认 点击按钮 通过复制建立其它节间上平纵联斜杆。(5) 点击图标菜单单元? 在上弦杆端部建立上平纵联横撑。截面名称选择15: 横联上横撑Beta角选择180在上弦杆端部用鼠标依次拾取节点10和42。提示 在64m钢桁梁桥标准设计中上平纵联横撑和 横向联结系上横撑共用一根杆件 故这里选用的截面为15: 横联上横撑。 (6) 选择刚刚建立的上平纵联横撑( 单元334) 点击图标菜单单元?形式为复制等间距(8 0 0) 复制次数(6) 其它默认 点击按钮 通过复制建立其它上平纵联 横撑。3.3.6.2 建立横向联结系(1) 取消显示节点和单元号点击多边形选择按钮 参考图XN.27按照顺序在1-7点单击 第8点双击 完成多边形区域选择 被包含在区域种的节点和单元对象 都会被选中。(2) 选择图标菜单节点?选项中等间距更改为(0 0 -4.58) 复制次数(1) 选中在 交叉点分割单元前的复选框 点击按钮 通过复制上弦杆中间节点分割竖杆的方式 得到横向联结系与竖杆连接的位置。单击标准视图按钮 可以看到被分割的竖杆被自动激活。图XN.27多边形选择上弦杆中间节点(3) 单击顶面显示按钮点击窗口选择按钮 如图XN.28所示 选择左边第二根横向联结系上横撑范围内的单元 在图标菜单中选择常规?激活 单击左面显示按钮图XN.28多边形选择上弦杆中间节点(4) 显示节点和单元号 点击图标菜单单元?建立单元 建立横向联结系。截面 名称选择16:横联下横撑和斜杆Beta角选择0用鼠标依次拾取节点233和横向联结系上横 撑(上平纵联横撑)中点 横向联结系上横撑被自动平均分割为两段 在其中点自动生 成节点238。 提示 在屏幕右下角有单元捕捉控制选项右边数据表示自动捕捉单元的相应等分点 通过 修改该数据可以灵活的捕捉到单元的等分位置 在建立单元的时候使用该功能 在捕捉点会建立节点且把单元自动分段。 (5) 用鼠标依次拾取节点238和228 拾取节点43和 横向联结系左边斜杆中点 在横向联结系左边斜杆中点自动生成节点239 拾取节点239和横向联结系右边边斜杆中点在横向联结系左边斜杆中点自动生成节点240 拾取节点240和11 相应节点和单元 编号见图XN.29(a)。单击标准视图按钮打开消隐显示 可以查看横向联结系杆件方向如图XN.29(b)所示。()(b)(c)图XN.29横向联结系()点击窗口选择按钮参考图XN.29(b)自右下角往左上角选择横向联结系的斜杆和下横撑 被选中的杆件将以一条粗红线显示见图XN.29(c)。(7) 点击图标菜单单元?形式为复制 等间距(8 0 0)复制次数(4)选中交叉分割后节点和单元复选框其它默认 点击按钮通过复制 建立其它横向联结系。(8) 在图标菜单中选择常规?全部激活 取消显示节点和单元号 通过动态旋转和窗口缩放 功能可以查看已经建立的结构模型 如图XN.30所示。图XN.30建立横向联结系的模型3.3.7 建立桥门架3.3.7.1 建立桥门架上横撑(1) 选择左侧两根端斜杆(单元15 58) 在图标菜单中选择常规?激活 仅激活左侧 两根端斜杆在此基础上建立桥门架。(2) 取消消隐显示选择激活的两根端斜杆(单元15 58)点击图标菜单单元?分 割单元分割出桥门架上横撑和端斜杆的理论连接点分割方式选择任意间距X：(13.251) m按按钮端斜杆分别被新产生的节点253、254分割为两段。(3) 选择两根端斜杆的下端较长的节段(单元15 58) 点击图标菜单单元? 分割单元分割出桥门架长斜撑和端斜杆的理论连接点分割方式选择任意间距X： (8.041) m按按钮两根端斜杆再次被新产生的节点255、256分割为两段。提示任意间 距方式分割单元以单元坐标系为基础在XN.3.3.3 (1)中建立端斜杆单元时的连接顺 序为先节点1后节点10另一根端斜杆为复制 得到继承了前一单元的属性 端斜杆单元坐标 系x轴单元自下而上。端斜杆总长度为 13.601m分割方式选择任意间距x: (13.251)m目的是在端斜杆上距离上端点0.35m的位置分割出桥门架上横撑和端斜杆的理论连接点分割方式选择任意间距x: (8.041) m目的是在端斜杆距离上端点5.56m的位置分割出桥门架长斜撑和端斜杆的理论连接点。 (4) 点击图标菜单单元? 建立桥门架上横 撑。截面名称选择13: 桥门架上下横撑和短斜撑Beta角填写144用鼠标依次拾取节点254和253。提示 MIDAS/CIVIL梁单元的单元坐标系取决于建立单元时拾取节点的先后顺序 桥门架上横撑截面的单元坐标参考图XN.8当梁单元的单元坐标系x轴和整体坐标系的Y轴平行时单元的B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。桥门架上横撑的单元坐标系B角计算见图XN.31。如果建模时的拾取顺序改为节点253和254则Beta角应更改为 360-144=216。X 整体坐标系纵向Z 整体坐标系竖向y 单元坐标系横向z 单元坐标系竖向 端斜杆和整体坐标系纵向夹角B桥门架上横撑单元坐标系B角54811arc tan 1445490180图XN.31桥门架上横撑的单元坐标系角计算建立桥门架长斜撑 3.3.7.2(1) 选择刚刚建立的桥门架上横撑(单元395) 点击图标菜单单元?单元类型选择线单元等间距x方向分割为段按按钮 在杆件中点建立桥门架长斜撑的连接点(节点257)。(2) 点击图标菜单单元? 建立桥门架长斜撑。截面名称选择14: 桥门架长斜撑 Beta 角填写303.6 用鼠标依次拾取节点256和257 拾取节点257和255。提示 该处的Beta角为303.6由于桥门架平面是倾 斜的Beta角为0时对应的桥门架长斜撑双角钢短肢处于竖平面内建立杆件时应将Beta 角调整为桥门架长斜撑所在竖平面和桥门架平 面法线方向的夹角。桥门架长斜撑B角计算图式见图XN.32(a)粗实线为结构杆件细实线 为辅助线 平面ODE垂直于桥门架长斜撑AB OD?AC OE?AB 可以证明 OD?DE。过 E 点取桥门架长斜撑AB的断面如图XN.32(b)所 示根据几何关系可以求得 22LHSHOA22LHSLOC22LHSLHOD422222BLHSLOB422BSAB2222222222222222224444BSLHLHBSLHSBLHHSBLHSLOE21122141sinBSLHOEODOED把 H=11m L=8m S=5.21m B=5.75m 代入上式 求得4.560ED。当杆件AB的单元坐标系X轴由A指向B时根据图XN.32(b)可以求得6.3034.56 360反之则为 。4.56(a)(b)H 主桁轴线_. .高度L 主桁节间长度B 两篇主桁间距S 桥门架上横撑和桥门架长斜撑在端斜杆的节点之间距离图XN.32桥门架长斜撑角计算3.3.7.3 建立桥门架短斜撑和下横撑(1) 选择刚刚建立的两根桥门架长斜撑(单元397 398) 点击图标菜单单元? 单元类型选择线单元 等间距X方向分割为(2)段 按按钮 在杆件中点建立桥门架端斜撑和下横撑的连接点(节点258 259)。 提示 这里有两个近似处理 ?实际中的 桥门架长斜撑和端斜杆为偏心连接 该实例近似地把长斜撑下 端连接在端斜杆截面中心 ?桥门架短斜撑和长 斜撑的节点把长斜撑分为上下长度差别较小的两段 该实例近似的把端斜撑连接在长斜撑的中 点。在建立横向联结系的时候也用到了相识的处 理手段 在此一并提出。 (2) 点击图标菜单单元?建立桥门架短斜撑和下横撑。截面名称选择13: 桥门架上下横撑和短斜撑Beta角填写303.6用鼠标依次拾取节点254和258拾取节点 259和253。Beta角修改为144用鼠标依次拾取节点258和259。(3) 选择桥门架的9个杆件(单元395-403) 点击图标菜单单元?镜像单元 参考 图XN.33(a)设置镜像参数 形式选择复制 镜象平面y-z平面x:(32)m选中交叉分 割后节点和单元复选框 选中复制单元属性复选框 选中镜像Beta角复选框点击按钮 另一对端斜杆同时被分割激活。 (4) 在图标菜单中选择常规?全部激活 取消显示 节点和单元号 打开消隐显示功能通过动态旋转 和窗口缩放 功能查看已经建立的结构模型 桥门架消隐局部模 型见图XN.33(b)。(a)(b)图XN.33桥门架3.3.8 建立虚拟车道3.3.8.1 添加虚拟材料和截面(1) 在图标菜单中选择特性?点击 按钮 调出材料数据对话框。(2) 名称填写虚拟材料 设计类型选择用户自定义 材料类型选择各向同性 弹性模量为1kN/m2泊松比为0.3其它默认点击按钮。(3) 点击截面选项卡 点击按钮截面号填写21 选择实腹圆形截面名称填写虚拟车道数据类型选择用户圆截面直径填写D 0.001m点击 按钮关闭对话框。 提示 列车荷载实际上传递到两片纵梁上的为了方便 加载需要另外建立一条虚拟车道 车道所用材 料弹性模型极小无质量 为了不影响实际的纵 横梁受力应注意虚拟车道和两片纵梁之间的连接关系。 3.3.8.2添加虚拟车道单元(1) 在树形菜单中右击截面中的11纵梁 选择激活单击顶面显示按钮 。(2) 选择一侧纵梁点击图标菜单单元?形式为复制等间距(0 -1 1) 复制次数(1) 其它默认点击按钮 通过复制建立虚拟车道单元。(3) 选择刚刚建立的位于中间的纵梁关闭复制对话框 在树形菜单中单击材料 中的2虚拟材料并按住鼠标左键将其拖入主窗口 赋予虚拟车道材料。(4) 选择刚刚建立位于中间的纵梁在树形菜单中单击截面中的21 虚拟车道 并按住鼠标左键将其拖入主窗口 赋予虚拟车道截面。3.4 施加边界条件 3.4.1 设置节点之间的连接3.4.1.1 设置 横梁端部和主桁竖杆之间的连接(1) 参考图XN.24在树形菜单中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面1下弦杆E0E2按住Ctrl键 用鼠标再选择2下弦杆 E2E4、9竖杆和10 横梁 选中的截面背景色会变为深蓝色 单击鼠标右键 选择激活 取消单元号显示取消消隐显示功能在主窗口被激活模型如图XN.34(a)所示。提 示 在实际结构中横梁高度范围内 横梁和主桁竖杆都有连接角钢连接 如图XN.34(b)所示。竖杆的受横梁竖弯影响而主桁平面外弯曲明显 为了 较准确地模拟这一作用 把横梁端部处理为截面 中心和上、下翼缘之间刚性连接。(a)(b)图XN.34横梁与主桁的连接(3) 在工具条中单击窗口缩放 按钮 放大显示左端两根横梁范围内的模型。(4) 在主菜单中选择模型?边界条件?弹性连接(或者在图标菜单中选择边界/质量?) 连接类型选择刚性 选中复制弹性连接前的复选框参考图XN.35方式选择距离方向选择x间距填写88其它默认 点击两点后面的文本框 在主窗口中用鼠 标依次点取节点31和1 点取节点63和33 完成横梁端部中心和下弦杆的连接。图XN.35复制弹性连接设置图XN.36激活纵梁和纵梁间联结系(5) 更改间距为68 点击两点后面的文本框 在主窗口中用鼠标依次点取节点24和17 点取节点56和49 完成横梁端部中心和上翼缘的连接。3.4.1.2 设置纵梁和纵梁联结系之间的连接(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭弹性连接设置对话框 在树形菜单中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面11纵梁按住Ctrl键用鼠标再选择18 纵梁间水平斜杆和19纵梁间横向连接 单击鼠标右键 选择激活。在工具条中单击窗口缩放 按钮 放大显示左端一个节间范围内的模型如图XN.36所示。(3) 在图标菜单中选择边界/质量?连接类型选择刚性 选中复制弹性连接前的复选框方式选择距离方向选择x间距填写322其它默认点击两点后面的文 本框 在主窗口中用鼠标依次点取节点89和66。(4) 更改间距为78 点击两点后面的文本框 在主窗口中用鼠标依次点取节点87和97 点取节点95和84 点取节点84和98 点取节点90和83 点取节 点92和85 完成纵梁和纵梁联结系之间的连接。 提示 在实际结构中 纵梁的水平联结系和 纵梁上翼缘相连 在每个节间的纵梁跨中还有横向竖平面的连接杆件 而纵梁用与其截面中心重合的梁单元 模型中这些杆件没有共节点 本实例用刚 模拟性连接来模拟这种空间连接作用。 3.4.1.3 设置虚拟车道和纵梁之间的连接(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭弹性连接设置对话框 在树形菜单 中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面11纵梁 按住Ctrl键 用鼠标再选择21虚拟车道 选中的截 面背景色会变为深蓝色 单击鼠标右键 选择激活。在工具条中单击 窗口缩放 按钮 放大显示左端一个节间范围内的模型如图XN.37所示。图XN.37激活纵梁和虚拟车道(3) 点击窗口选择按钮选择左端三个节点(节点65 66 269) 在图标菜单中选择边界/质量?刚性连接 选项选择添加 主节点号填写269刚性连接自由度仅仅选择Dz前的复选框选中复制弹性连接前的复选框方式选择距离方向选择x间距填 写322其它默认纵梁和虚拟车道之间的刚性连接设置见图XN.38点击按钮通过复制 完成纵梁和虚拟车道其它节点之间的刚性连接 在主节点处会出现001000的刚 性连接属性标志。 提示 本实例纵梁和虚拟车道之间的刚性连接仅选择竖向自由度 模拟车道列车活载向纵梁的传递。该处不能选中Dy否则纵、横梁节点通过虚拟车道形成横向刚性连接纵梁之间的 横梁段将不参与竖向荷载作用下的竖向弯曲作用。性连接图XN.38刚设置(a)(b)图XN.39制动撑架和跨中横梁3.4.1.4设置制动撑架和纵、横梁之间的连接(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭弹性连接设置对话框 在树形菜单 中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面10横梁按住Ctrl键用鼠标再选择20制动撑架选中 的截面背景色会变为深蓝色 单击鼠标右键 选择激活。在工具条中单击窗口缩放 按钮 放大显示跨中制动撑架范围内的模型如图XN.39(a)所示。(3) 在图标菜单中选择边界/质量?连接类型选择刚性 不选复制弹性连接前的复选框 其它默认 点击两点后面的文本框 在主窗口中用鼠标依次点取节点73和220 点取节点74和221 完成纵梁和纵梁联结系之间的连接。 提示 钢桁梁制动 撑架通过节点板连接在纵横梁节点的下翼缘 如图XN.39(b)所示 本实例用刚性连接来模拟这种偏心结构。 3.4.1.5 设置下平纵联中间节点和纵梁联结系之间 的板铰连接(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭弹性连接设置对话框 在树形菜单中展 开截面目录。 (2) 用鼠标选择截面12下平纵联斜杆按住Ctrl键用鼠标再选择19纵梁间横向连接 选中的截面背景色会变为深蓝色 单击鼠标右键 选择激活。在工具条中单击窗口缩放按钮 显示单元号 放大显示左端节间的模型如图XN.40(a)所示。(a)(b)图XN.40设置板铰连接(3) 点击窗口选择按钮 选择中间三个节点(节点99 212) 在图标菜单中选择边界/质量?刚性连接 选项 选择添加主节点号填写212刚性连接自由度仅仅选择Dy Dz前的复选框 选中复制弹性连接前的复选框 方式选择距离方向选择x间距填写78其它默认 点击按钮 通过复制完成其它节间的板铰设置 在主节点处会出现 011000 的刚性连接属性标志。提示 实际板铰连接如图XN.40(b)所示 板铰在横向 和竖向约束较强 纵向约束很弱 本实例用横向和竖向的刚性连接近似模拟这种板铰结构。 3.4.1.6 设置桥门架上横撑和上 平纵联端横撑之间的连接(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭弹性连接设置对话框 在树形菜单中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面13桥门架上下横撑和短斜撑按住Ctrl键用鼠标再选择15横联上横撑 选中的截面背景色会变为深蓝色 单击鼠标右键 选择激活。在工具 条中单击窗口缩放按钮 显示单元号 放大显示左端桥门架的模型如图XN.41(a)所示。4 平均分割为4段 选择单元395 (3) 选择单元33、396 平均各自分割为2段。取消单元号显示 分割后的模型如图XN.41(b)所示。(4) 在图标菜单中选择边界/质量?连接类型选择刚性 不选复制弹性连接前的复选框 其它默认 点击两点后面的文本框 在主窗口中用鼠标依次点取节点304 和305 点取节点303和257 点取节点302和306 完成左端桥门架上横撑和上平纵 联端横撑之间的连接。(5) 选中刚刚建立刚性连接的6个节点(节点257 302-306) 选择图标菜单节点? 镜像节点形式选择复制镜像平面设置为y-z平面x (32)m选中合并重复节点、复制节点属性和在交叉点分割单元等选项前的复选框 点击按钮 通过复制完成另一端桥门架上横撑和上平纵联端横撑之间的连接。 提示 实际中桥门架上横撑和上 平纵联端横撑之间通过三块钢板连接如图XN.41(c)所示本实例用刚性连接近似模拟这种钢板连接结构。(a)(b)(c)图XN.41桥门架和上平纵联横撑3.4.2 设置支承约束3.4.2.1 设置整体结构支承约束(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭镜像节点设置对话框 在树形菜单中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面1下弦杆E0E2按住Ctrl键 用鼠标再选择2下弦杆E2E4和21 虚拟车道 单击鼠标右键 选择激活。点击顶面显示按钮 激活的下弦杆和虚拟车道模型如图XN.42所示。图XN.42激活的下弦杆和虚拟车道模型（3）点击窗口选择按钮选择节点1 在图标菜单中选择边界/质量?一般支承 默认选择添加 支承条件类型（局部方向）中选中Dx,Dy,Dz点击按钮 对节点1施加三个方向上的线位移约束。（4）选择节点33支承条件类型（局部方向）中选中Dx,Dz点击按钮 选择节点9支承条件类型（局部方向）中选中Dy,Dz点击按钮 选择节点41支承条件类型 （局部方向）中选中Dz点击按钮。提示 整体结构支承约束设置有三个要点？四个 支座都设置竖向约束 ？只有一端设置纵向约束 ？3.4.2.2 设置虚拟车道弹性支承约束 只有一侧设置横向约束。（1）点击窗口默认选择添加 选择按钮 选择中间一排虚拟车道单元和相关节点。(2) 选择边界/质量?节点弹性支承SDx设置为O.OOlkN/m SDy设置为0.001kN/mSRx设置为O.OOlkN*m/rad其它默认 点击按钮。(3) 在图标菜单中选择视图控制?显示 打开显示设置对话框 在边界选项卡中 选择一般支承和节点弹性支承选项前的复选框 点击按钮 支承约束显示如图XN.43所示。提示 在XN.4.1.3中设置虚拟车道和纵梁之间的刚性连接 使得虚拟车道有竖向线位移约束 为防止计算过程出现奇异 对虚拟车 道施加纵向、横向线位移和绕纵向的转动节点弹性支撑 这些约束刚度很小 不影响整体计算结果。图XN.43下弦杆和虚拟车道支承约束3.4.3 释放横梁梁端约束(1) 在图标菜单中选择常规?全部激活 关闭节点弹性支撑设置对话框 在树形菜单中展开截面目录。(2) 用鼠标选择截面10横梁按住Ctrl键用鼠标再选择11纵梁单击鼠标 右选择激活 取消节点号显示。(3) 选择端横梁下侧2个单元 选择边界/质量?节点弹性支承 类型选择相对值 选中Mz后i相对值填写0.8 其它复选框不选 点击 节点处的复选框按钮。 提示 释放梁端约束方向为单元局部坐标系 在图标菜 单中选择视图控制?显示 打开的显示设置对话框 选择 单元选项卡中的单元坐标轴前的复选框 可以查看单元的局部坐标系。当梁端释放类型选择相对值时 输入数据的意义为释放后残留的约束能力百分比。本实例单元局部坐标系z轴为竖向y轴为纵向Mz后i节点处相对值填写0.8表示梁单元i端绕竖轴水平弯曲约束能力残留80% My后i 节点处相对值填写0.8表示梁单元i端绕纵轴竖向弯曲约束能力残留80%。(4)选择端横梁上侧2个单元 选中Mz后j节点处的复选框 相对值填写0.8 其它复选框不选 点击按钮。(5) 选择中间横梁下侧7个单元选中My后i节点处的复选框 相对值填写0.8 选中Mz后i节点处的复选框 相对值填写0.6其它复选框不选 点击按钮。(6) 选择中间横梁上侧7个单元选中My后j节点处的复选框相对值填写0.8 选中Mz 后 j 节点处的复选框 相对值填写 0.6 其它复选框不选 点击按钮。