4Civil741升级与FEA介绍资料

midas Civil 2006 V 7.4.1新增内容说明
资料制作日期：2008.10.9
对应软件版本：Civil V 7.4.1 1. 前处理
(1)联合截面变截面定义
模型 > 材料和截面特性 > 截面
增强了联合截面变截面定义功能，变截面联合截面在施工阶段联合截
面定义中可以自动生成标准联合形式，强化了联合截面类型的分析功
能。

(2)导入数值截面定义联合截面功能
模型 > 材料和截面特性 > 截面
增强了联合截面类型（组合-PSC），可导入预先定义好的数值型梁截面，用于定义梁部分截面为随意形状的联合截面，组合-PSC截面也可以自动生成标准联合形式。

(3)欧洲(Italy/UK) PSC截面
模型 > 材料和截面特性 > 截面
增强了意大利/英国常用的截面数据，可在联合截面（组合-PSC）中导入，作为梁部分截面。

(4)改善了截面特性调节系数功能
模型 > 材料和截面特性 > 截面
挑选定义联合截面联合前/后截面特性调节系数——联合截面负弯矩区域不考虑混凝土部分作用时，可通过截面特性调节系数来调节刚度；
同时可针对变截面I/J端定义不同的调节系数，强化变截面结构分析功能。

(5)分离定义单元I/J端有效宽度系数
模型> 边界条件 > 有效宽度系数
可分离定义单元I/J端不同的有效宽度系数——能够越发确切的考虑有效宽度对变截面结构的影响。

(6)定义非线性面弹性支承功能
模型> 边界条件 > 面弹性支承
增强了只受压、只受拉面弹性支承功能，加强建模方便性。

(7)改善导入DXF文件功能
文件> 导入> Auto CAD DXF 文件
在Auto CAD中画封闭的三角形或矩形，导入至Civil直接生成板单元功能；
加强与DXF File文件的数据互换功能，提高建立板单元模型的方便性。

(8)文本格式输出截面有效宽度值
模型> 结构建模助手 > PSC桥梁 > 有效宽度
自动计算有效宽度系数时，可输出各翼缘的实际宽度和有效宽度，通过对照输出的翼缘实际宽度和有效宽度值，确认有效宽度系数结果是否准确；
增强了AASHTO LRFD规范的有效宽度计算主意。

(9)梁截面温度自动计算截面宽度（B）功能
荷载 > 温度荷载 > 粱截面温度
增强了定义梁截面温度时，自动计算PSC截面与联合截面宽度（B）的功能
改善了定义梁截面温度时，用户手动输入宽度的不方便性，越发确切地考虑PSC截面与组合梁截面的梯度温度。

(10)分离定义施工阶段联合截面各部分构件理论厚度
荷载 > 施工阶段分析数据 > 施工阶段联合截面
分离定义施工阶段联合截面各部分的构件理论厚度，越发确切考虑联合截面的时光依存特性；数据库中提供的标准截面类型，程序会自动计算各部分构件理论厚度
(11)用于横向分布系数的车道比例系数
荷载> 移动荷载分析数据 > 车道
对单梁模型考虑移动荷载横向分布系数时，通过对各单元输入不同比例系数，定义桥梁纵向变化的横向分布系数。

(12)铁路工程抗震设计规范反应谱函数(GB50111-2006)
荷载> 反应谱分析数据 > 反应谱函数
增强了铁路工程抗震设计规范中（GB50111-2006）反应谱函数，可按铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006)要求举行桥梁抗震分析。

(13)最新铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范材料特性
模型> 材料与截面特性 > 材料
增强了铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-
2005）钢筋及混凝土材料；
按铁路桥涵铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）举行桥梁设计及验算。

2. 分析
(1)几何非线性累加模型总算内力转换为成桥几何刚度初始荷载
分析 > 施工阶段分析控制
几何非线性累加模型总算施工阶段内力转换为成桥阶段构件的几何刚
度初始荷载，
(2)索单元转换为等效桁架单元
分析 > 施工阶段分析控制
在成桥阶段利用总算施工阶段的索单元内力计算等效刚度，将索单元
转换为具有等效刚度的桁架单元，举行成桥阶段移动荷载、支座沉降
等荷载的分析，比普通线性桁架单元（未考虑内力对几何刚度的影
响）越发确切。

(3)施工阶段中适用初始内力
分析> 施工阶段分析控制
线性施工阶段分析过程中，考虑初始内力对几何刚度的影响，相应单元在施工阶段中被激活的阶段开始考虑初始内力；从某特定阶段开始举行施工阶段分析时，可将前一阶段内力作为当前阶段的初始内力。

(4)考虑只受拉/受压桁架单元极限拉力
模型> 单元 > 建立单元
可定义只受拉/受压桁架单元的极限拉/压力，间接考虑只受拉/受压桁架单元的材料非线性。

(5)砌体材料非线性分析功能
模型> 材料和截面特性 > 塑性材料
增强砌体材料的非线性分析功能（只适用于实体单元模型）
适用于古代拱桥砌体结构的非线性分析
(6)梁单元横向荷载作用下屈曲分析功能
分析 > 屈曲分析控制
考虑横向荷载作用下的梁单元屈曲分析，求解受弯、剪作用构件的弱轴方向的屈曲模态，计算出越发确切的临界荷载系数。

Civil (未考虑横向
荷载)
Civil (考虑横向荷载)
屈曲模态156.4992933.26758屈曲模态257.6173857.6344屈曲模态369.320758.63127屈曲模态470.5412170.61125屈曲模态5119.142471.42605屈曲模态6119.778871.79503屈曲模态7145.773972.97477屈曲模态8146.4525100.135
屈曲模态9216.0261106.5486
屈曲模态10228.6329119.2809
(7)最新铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范钢筋松弛计算主意
荷载> 预应力荷载 > 钢束特性值
与TB05钢筋材料配合使用，增强铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.1-2005) 的预应力钢筋松弛损失计算主意。

(8)线性约束
模型> 边界条件> 线性约束
增强了线性约束功能，可定义多点支承类型
与刚性衔接类似，可以输入加权位移值，还可以设置不同自由度之间的互相关系。

3. 后处理
(1)分离输出施工阶段联合截面各部分的内力/应力图
结果 > 内力 > 梁单元内力
结果 > 应力 > 梁单元应力
改善了本来只能通过表格查看施工阶段联合截面分析结果的不方便
性。

(2)输出普通衔接（时程分析）的变形结果表格
结果 > 分析结果表格 > 时程分析 > 普通衔接
输出时程分析下普通衔接的变形结果，在一个表格中同时输出普通衔
接的变形结果与内力结果。

(3)最新铁路桥涵设计基本规范荷载组合
结果> 荷载组合
自动生成适用于铁路桥涵设计基本规范（TB 10002.1-2005）的荷载组合
(4)设计荷载组合包络类型
结果> 荷载组合
设计验算荷载组合类型中添加了包络选项，举行结构设计验算时，可大大减少荷载组合的数量。

4. 设计
(1)铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范设计验算
设计 > RC设计 > RC梁设计设计 > RC设计 > RC柱设计
设计 > PSC设计 > PSC梁设计设计 > PSC设计 > PSC柱设计增强了铁路桥涵钢筋混凝土预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-
2005)设计验算功能以及GB 50111-2006规定的墩柱验算功能；所有验
算内容都可以输出包含详细计算过程的计算书。

5. 其他
(1)将杆系单元转换为板/实体单元在FEA中直接建立板/实体几何模型
文件 > 导出 > 杆单元模型转换为实体单元模型
文件 > 导出 > 杆单元模型转换为板单元模型
将Civil中的杆系单元转换为实体或板，导入到高端仿真分析程序
MIDAS/FEA中直接生成实体单元或板单元模型，并可同时将预应力钢束
转换为桁架单元。

midas FEA在桥梁工程中的应用
资料制作日期：2008.10.13
对应软件版本：FEA 1.0 随着桥梁工程技术的发展，对于有限元分析得要求也越来越高端，诸如：碰到“宽桥、异型桥、锚固端等复杂结构的受力状态”、“桥有裂缝了还能不能用，若要加固需要怎样加固？”等问题的时候，现有的三维杆系有限元软件远远不能达到计算需求。

midas FEA是“目前唯一所有中文化的土木专用非线性及细部分析软件”，它的几何建模和网格划分技术采用了在土木领域中已经被广泛应用的前后处理软件midas FX+的核心技术，同时融入了MIDAS强大的线性、非线性分析内核，并与荷兰TN O DIANA公司举行了技术合作，是一款专门适用于土木领域的高端非线性分析和细部分析软件。

下面针对midas FEA在桥梁工程中的应用举行说明，并通过预应力钢筋混凝土箱梁桥例题详细推荐midas FEA预应力钢筋混凝土裂缝模拟：
1. Midas FEA在桥梁工程中的应用
(5)详细分析
锚固区域的设计弯桥的翘曲应力验算
受力复杂区域验算多支座反力确实切计算
横向分析全桥仿真
（2）特征值分析(自振周期、线性屈曲)
局部失稳详细的扭转模态
（3）时程分析(反应谱分析、时程分析)
整体式桥梁抗震时的整体联动效果
（4）材料非线性/几何非线性分析
（5）界面单元
➢计算钢混叠合梁的剪力钉数量
➢模拟混凝土的离散裂缝(弯曲裂缝)、膨胀裂缝（剪切裂缝
➢计算钢筋和混凝土之间的粘结滑移
➢计算钢板加固计划中钢板与混凝土的粘接特性
➢模拟混凝土与混凝土之间冷缝
（6）钢筋单元
➢桁架＋混凝土单元：彻低耦合无相对位移
➢桁架+界面+混凝土单元：彻低耦合有相对位移
➢钢筋单元+母单元（嵌入式钢筋）：不必耦合由实体节点应变映射到
钢筋单元节点上，可考虑摩擦损失、钢筋回缩损失、弹性变形损
失、收缩和徐变损失。

嵌入式钢筋
（7）裂缝模型
➢钢筋混凝土结构的裂缝分析(极限承载力计算)
➢结构的详细分析
➢钢束锚固区在使用状态下的安全性验算
➢模拟螺旋筋和箍筋的约束作用下或钢管等约束作用下混凝土强度的提高
（8）接触分析
➢钢梁的螺栓、铆钉衔接
➢拱桥吊杆与销拴的接触
➢主缆与鞍座的接触
生命周损伤度
（9）疲劳分析
钢桥的疲劳分析
（10）热传递分析(火灾分析等)
浇注式沥青铺装
（11）水化热分析
➢高温沥青浇注分析
➢地铁火灾分析
➢大体积混凝土裂缝分析
（12）C FD分析
➢桥梁断面迅速优化
➢计算三分力系数
➢桥梁抗风稳定性
2. Midas FEA钢筋混凝土结构裂缝例题
Midas FEA作为一种非线性及细部分析软件，能够确切方便的模拟桥梁工程中常常发生一种力学现象——混凝土开裂。

为了使大家更好地了解这一功能，下面通过一个预应力箱梁桥开裂模型分析说明，midas FEA中裂缝模型使用流程以及特点。

本例题桥梁是总长为250m的五跨延续箱梁桥，中跨跨中16m区段采用了实体单元建模，混凝土材料采用了总应变裂缝(Total Strain Crack)模型，其中受压裂缝模型
采用了Thorenfeldt模型，受拉裂缝模型采用了Constant模型。

考虑的荷载有自重、活载以及预应力荷载，非线性分析时将对活荷载举行荷载步分割，加载到破坏为止。

主要操作过程简图
（1）材料定义——混凝土总应变裂缝模型和预应力钢筋
混凝土特性定义——总应变模型
➢ 裂缝模型
按照决定裂缝方向的主意，总应变裂缝模型又分为固定裂缝模型(fixed crack
model)和转动裂缝模型(rotating crack model) 两种。

前者假设裂缝一旦浮上其
方向就不再发生变化，后者则是裂缝方向一直与主拉应变方向垂直。

➢ 刚度
挑选计算刚度矩阵的主意，有切线刚度和割线刚度两个选项。

➢ 横向裂缝效应(Lateral Crack Effect)
决定横向裂缝对抗压强度的影响，前面的不考虑选项表示不考虑，后面的选项表示考虑横向裂缝对减小抗压强度的影响。

➢ 约束效应(Confinement Effect)
决定混凝土横向约束的影响，前面的不考虑选项表示不考虑横向约
A B C D
束效应，后面的选项表示考虑横向约束对提高混凝土强度的影响。

➢基本特性(Basic Properties)
直接输入表示用户将自行输入抗裂分析中需要的材料特性值，采用规范表示使用规范中推荐的材料特性值。

midas FEA中提供CEB-FIP 1990规范。

在总应变裂缝模型中还可以定义受拉、受压、受剪应力函数，按照定义的函数不同，混凝土的受拉和受压区域的形状不同。

受压特性函数
受压状态下，随着各向同性应力的加大，混凝土的强度和延性都将加大。

通过合理定义受压状态下的应力应变关系，可以反应各向同性应力的影响。

受压状态下的应力应变基本函数用和来表达，
可以由用户定义曲线也可以使用程序提供的函数。

本例题采用程序提供的Thorenfeldt硬化模型。

受拉特性函数
以总应变为基础的受拉模型有线弹性、理想破坏、脆性、线性软化、指数软化、Hordijk、折线型软化以及用户自定义本构模型。

以上模型可以分为基于断裂能(Fracture energy)的软化本构模型和与断裂能无直接关系的受拉本构模型。

本例题采用理想破坏(Constant)本构模型。

预应力钢筋与孔道壁
之间的摩擦产生预应
锚具滑移产生的预应
考虑预应力损失的预应力钢筋特性定义
（2）网格划分
➢混凝土六面体网格和预应力钢筋网格不需要考虑协调性
嵌入式钢筋单元（非协
（3）荷载边界添加
（4）分析求解控制
➢施工阶段定义
➢非线性分析控制
材料非线性：
因为本例题是做材料非线性分析，所以需要勾选“材料非线性”选项，倘若预想会发生大变形的话需要勾选“几何非线性”。

迭代计算主意：
非线性分析需要通过迭代计算才干得到收敛解，程序中提供了四种迭代计算的主意。

初始刚度法(Initial Stiffness Method)——当采用其它迭代计算法计算有不稳定倾向时可挑选此主意。

优点是容易得到稳定的解，缺点是收敛速度较慢。

修正的牛顿拉普森法(Modified Newton-Raphson Method)——普通的牛顿拉普森法在每个位移步(incremental displacement)上都要计算新的切线模量和内力，而修正主意则是省略了计算切线刚度的过程只计算内力。

与普通的牛顿拉普森主意相比，需要更多的迭代计算步骤，所以收敛速度较慢，但是在每个迭代计算步骤内的计算时光较短。

牛顿拉普森法(Newton-Raphson Method)——在每个迭代计算步骤内都要更新切线刚度，优点是收敛速度快，即通过较少的步骤也可以
达到收敛。

弧长法(Arc-Length Method)——弧长法是将位移增量标准作为约束
条件并同时调节位移增量的主意，即位移增量不是固定的，而是在
迭代计算过程中自动举行调节。

（5）后处理结果
➢单元状态
“裂缝状态”分为未发生裂缝部分、裂缝关闭部分、加载和卸载时裂
缝彻低张开部分和部分张开部分。

➢裂缝模式
发生裂纹的位置用圆形标记表示，圆片的法向就是开裂方向，圆的大小代表裂缝的大小。