midas桁架分析实例

2. 桁架分析

概述

通过下面的例题，比较内部1次超静定桁架和内、外部1次超静定桁架两种结构在制作误

差产生的荷载和集中力作用时结构的效应。

内部1次超静

制作误差5mm

内、外部1次超静定

制作误差5mm

图 2.1 分析模型

➢材料

钢材类型 : Grade3

➢截面

数据 : 箱形截面 300×300×12 mm

➢荷载

1. 节点集中荷载 : 50 tonf

2. 制作误差 : 5 mm →预张力荷载(141.75 tonf)

P = Kδ = EA/L x δ = 2.1 x 107 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141.75 to

nf

设定基本环境

打开新文件以‘桁架分析.mgb’为名存档。设定长度单位为‘m’, 力单位为‘tonf’。

文件/ 新文件

文件/ 保存( 桁架分析 )

工具 / 单位体系

长度 > m ; 力> tonf↵

图 2.2 设定单位体系

设定结构类型为 X-Z 平面。

模型/ 结构类型

结构类型 > X-Z 平面↵

定义材料以及截面

构成桁架结构的材料选择Grade3（中国标准），截面以用户定义的方式输入。

模型 / 特性/ 材料

设计类型 > 钢材

规范 > GB(S) ; 数据库 > Grade3↵

模型 / 特性 / 截面

数据库/用户

截面号( 1 ) ; 形状 > 箱形截面 ;

名称(300x300x12 ) ; 用户（如图2.4输入数据）↵

图2.3 定义材料图 2.4 定义截面

建立节点和单元

首先建立形成下弦构件的节点。

正面捕捉点 (关) 捕捉轴线 (关)

捕捉节点 (开) 捕捉单元(开) 自动对齐(开)

模型 / 节点/ 建立节点

坐标系 (x , y, z ) ( 0, 0, 0 )

图 2.5 建立节点

用扩展单元功能建立桁架下弦。

单元类型为桁架单元。

模型 / 单元 / 扩展单元

全选

扩展类型 > 节点 线单元

单元属性 > 单元类型 > 桁架单元

材料>1: Grade3 ; 截面>1: 300x300x12 ; Beta 角( 0 )一般类型 > 复制和移动 ; 复制和移动 > 等距离

dx, dy, dz ( 6, 0, 0 ) ; 复制次数( 3 )

图 2.6 建立下弦

X Z

参考在线用户手册的“单元类型”的

“框架单元”部分

复制下弦建立桁架上弦。

模型 / 单元 / 复制和移动单元

单元号(开)

单选(单元: 2 )

形式 > 复制; 移动和复制> 等距离

dx, dy, dz ( 0, 0, 8 ) ; 复制次数( 1 )

图 2.7 建立上弦

输入倾斜杆和竖向杆件。

模型 / 单元 / 建立单元

单元号(关), 节点号 (开)

单元类型 >桁架单元

材料>1: Grade3 ; 截面>1: 300x300x12

交叉分割 > 单元 (关)

节点连接(1, 5) (5, 2) (2, 6) (5, 3) (6, 3) (6, 4)

图 2.8 输入斜杆以及竖向杆件

输入边界条件

3维空间里节点有6个自由度(Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。但结构类型为 X-Z 平面，所以只剩3个自由度 (Dx, Dz, Ry)。 铰支座约束自由度Dx, Dz, 滚动支座约束自由度Dz 。

模型 / 边界条件 / 一般支承

单选 ( 节点 : 1 )

选择 > 添加; 支承条件类型 > Dx, Dz (开) ↵

单选 ( 节点 : 4 ) ; 支承条件类型 > Dz (开) ↵

图 2.9 输入支撑条件

关于支座条件的详细事项参照在线帮助手册的 “自由度约束条件”部分

输入荷载

定义荷载工况

荷载 / 静力荷载工况

名称 ( 节点荷载 ) ; 类型 > 用户定义的荷载（USER）

名称 ( 制作误差 ) ; 类型 > 用户定义的荷载（USER）

图 2.10 输入荷载工况

输入节点荷载

在节点2输入集中荷载50 tonf。

荷载 / 节点荷载s

单选 ( 节点 : 2 )

荷载工况名称> 节点荷载 ; 选择 > 添加

节点荷载 > FZ ( -50 )

图 2.11 输入节点荷载

输入制作误差

长度小了 5 mm 的构件在实际施工时会产生拉力。为了把这个反映在模型当中,把制作误差换算为初拉力荷载输入到对应的杆件中。

P = Kδ = EA/L x δ = (2.1 x 107 x 0.0135 / 10) x 0.005 = 141.75 tonf

荷载 /预应力荷载/初拉力荷载

单选(单元: 8 )

荷载工况名称> 制作误差

选择 > 添加; 初拉力荷载( 141.75 )↵

8

图 2.12 输入初拉力荷载

复制单元

复制模型 1来建立模型 2. 为了同时复制输入在模型 1的节点荷载、初拉力荷载和边界条件，利用复制节点属性和复制单元属性功能来完成。

模型 / 单元 / 复制和移动单元

全选

形式 > 复制; 复制和移动 > 等距离

dx, dy, dz ( 0, 0, -14 ) ; 复制次数( 1 )

复制节点属性 (开),复制单元属性 (开)

模型1

模型2

图 2.13 复制单元