midas问题集锦-2

midas SmartBDS
A. BDS钢束输入和横梁骨架钢筋输入问题……………………………………….... 杨焱华[32]
midas FEA
B. 钢桥疲劳分析案例…………………………………………………………………….... 崔 杰[35]
迈达斯桥梁荟 2015 年 02 期
01. 关于未闭合配合力的理解 具体问题：
图 1.10 对比结果 通过上述比较不难发现程序处理未闭合配合力实际采用的方法类似先加强制位移， 再接顺的方法。 同样道理， 如果不用强制位移而是在合拢部分结构（右侧梁段）加未闭合力的形式一样可以满足最终接顺的效果。 ii. 实际工程中如何实现无应力状态施工 显然实际结构先将预装构件梁段“掰弯”是不现实的。但理解这种方法的本质含义后，完全可以对已经施工 完毕结构施加配重等荷载最终保证结构合拢前竖向位移是0，即处于平直状态（Ry=0），构件平直安装后再 卸载配重可以得到同样效果。 针对本文测试的模型可以在左端施工结束后， 对梁段施加如下图1.11所示荷载， 最终保证其梁端转角和竖 向位移近似为0，并在合拢施加荷载后钝化。这样可以得到和一次落架基本一致的内力结果。另外下图所加 荷载显然可以通过先加变形反向强制位移的方法，通过查看反力得到。
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图 2.13 质心距离 对变截面单元i端取弯矩，则有: Mi=Fx*e+Fz*H-My=2125.2*0.25+2.3*3.1-47=491.43kN.m，程序结果491.24kN.m，基本一致。对于右侧墩顶， 由于无偏心，则竖向轴力的附加弯矩为0，合计弯矩非常小，根据上述计算原理，同样可求。如果桥梁墩粱 实际空间位置如模型，则此处必然会出现比较大的附加弯矩。设计时需注意，并且尽量减少偏心距离。
图 2.4 模型空间位置 模型①虽然建模点不在质心处， 但通过偏心功能， 使截面的质心和模型②相同， 因此， 计算结果无影响； 模型③同理。 2）对于问题2，将截面偏心等效为刚臂连接，可以得到结构的受力模型，刚臂能够传递荷载，但不产生 变形，仅做刚体的位移。通过下面的问题模型进行说明。
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图 1.11 施加荷载示意图
结论：
（1）未闭合配合力的工作原理是无应力理论。 （2）合拢单元安装时不能保证与一次落架无应力状态一致是造成倒拆分析与正装分析不闭合的主要原因。 （3）实际工程通过在建成结构上施加配重等荷载的方法可以同样实现闭合安装，配重可以通过观察强制位 移反力得到（得到反力后务必删除强制位移）。 （4）程序提供的未闭合配合力只是内部计算的一个比较方便的加配合力的方法，实际工程通过上述（3）可 能更容易实现。
竖向压应力。
图 3.1 JTG D62-2004规范中的关于主应力计算说明
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2)
midas Civil 中关于竖向预应力钢筋的定义。
在特性-截面-截面管理器-钢筋（抗剪钢筋）中定义竖向预应力钢筋，对话框如下图3.2：
图 3.2 midas Civil中竖筋定义对话框 间距（a）—竖向预应力钢筋的间距（顺桥向）； 角度（ϴ）—竖筋与顺桥向的夹角； 竖筋Ap—输入同一截面的腹板竖筋截面面积； 有效Pe—输入同一截面的所有腹板竖筋引起的有效预压力，即为n*单根腹板竖筋的有效压力（扣除全部 预应力损失），n应考虑为同一截面内竖向预应力钢筋的肢数； 效应折减系数—请参考规范JTG D62-2004第59页6.3.3条相关规定； 3) midas Civil 中关于竖向预应力钢筋效应的计算。
σ xx =
① 程序处理位闭合配合力的方法 为了更好的理解程序的处理方法，现将上述模型换种思路模拟施工过程： Step1：激活左侧单元及荷载内力状态及梁端位移如下所示：
图 1.5 内力状态及位移结果 Step2：激活右侧单元，特别注意，在左侧和右侧之间增设一个很小的单元，设置目的是为了激活右侧单元的 时候和左侧结构仍然处于断开状态，从而模拟程序激活单元但还未与既有结构连接的状态。与此同时施加强 制位移，位移值与左侧结构的位移数值一样。从而保证在这两个结构衔接位置曲率一致。最终施加的强制位 移情况及内力情况如下图1.6所示：
图 2.1 简支梁模型 图2.1是截面、边界、荷载都相同的3个简支梁模型，自上而下分别简称模型①、模型②、模型③。模型①， 使用了截面中上偏心，模型③，使用了截面中下偏心，模型②，无偏心。在自重作用下，结果如下：
图 2.2 弯矩图
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图 2.3 支座反力图 对比弯矩图和支座反力图，可以看出，模型①和模型③都使用了截面偏心功能，但相比模型②的正确结 果，模型①的结果正确，模型③的结果不正确。这里给出一个重要的结论：只要模型的空间位置，边界条件 相同，则截面偏心对计算结果无影响。模型的空间位置相同，指单元截面质心的相对于边界节点的空间位置 相同。 有限元计算中，对于梁单元，是等效为单元截面质心的连线，单元截面等效为质心，影响计算结果的因 素是质心的空间位置。因此，建模点可以是任意位置，但通过截面偏心功能使模型的空间位置相同，对计算 结果无影响，详见下图2.4：
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目录
midas Civil
01. 关于未闭合配合力的理解………………………………………………………….... 02. 关于截面偏心的使用与理解……………………………………………………….... 03. 竖向预应力钢筋对截面应力产生的影响…………………………………….... 04. 对于异形桥墩截面的纤维模型如何划分…………………………………….... 05. 单梁法与梁格法验算结果差异性原因探讨…………………………….... 朱 锋[06] 吴小飞[10] 姜 蕊[16] 刘 涛[20] 蔡志锋[26]
图 1.9 最终内力结果与一次落架一致 综上所述： 程序勾选考虑未闭合配合力后， 会在激活定义的结构组时， 根据上一阶段的变形预先将其 “掰弯” 以便激活时可以做到“顺接”。这一处理保证了梁的无应力曲率与一次落架一致（实际结构只要保证任何阶 段都是平顺激活自然满足上述要求）。 ② 关于未闭合配合力的实际取值问题 i．程序取值: 通过观察强制位移的反力对比程序给出的未闭合配合力表格结果不难发现，两者是完全一致的。
本文简要讨论了程序未闭合配合力功能的工作原理，并结合具体示例解释了未闭合配合力的计算原理。 最后讨论了实际工程中如何通过施加配重得到同样的效果。 开始讨论之前，下边例子可以很好的说明程序未闭合配合力的主要功能： （1）两端固结的梁段受到均布荷载，如果一次落架施工，内力状态如下图 1.1 所示，由于结构和荷载 对称，故内力图对称
图 2.8 轴力图
图 2.9 剪力图 此模型中，墩顶和主梁节点通过弹性连接的刚性连接，效果和刚臂相同，下面通过力学的平衡方程，复 核变截面单元的计算结果。
图 2.10 节点弯矩图
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截面偏心的使用和理解
图 2.11 节点弯矩平衡图
图 2.12 力学模型 主梁节点到墩顶节点的距离为6.2m，主梁截面顶点到质心的距离为3.10m，则弹性连接刚臂长度=6.2m-3.10= 3.1m。
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02. 截面偏心的使用和理解 具体问题：
使用Civil在建模时，经常会用到截面偏心的功能，使用该功能后，1）对结果是否有影响？2）如何影 响？本文将结合以上2个问题进行说明。
解决方法：
1）对于问题1，使用截面偏心功能相当于在截面质心和建模点之间增加了刚臂，只有正确理解刚臂的作 用，才能正确使用该功能，避免对结果产生错误的影响。：
释放梁端约束的含义及输入方式的比较
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释放梁端约束的含义及输入方式的比较
迈达斯桥梁产品
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技术中心 产品部 2015年07月31日
截面偏心的使用和理解
图 2.5 桥墩变截面偏心模型 该模型桥墩墩顶单元为矩形变截面，由1.5m*5.5m（H*B）到1.0m*5.5m变化，左侧截面使用偏心功能， 右侧截面无偏心。偏心设置如下图：
图 2.6 偏心设置 以其中一个施工阶段为例，计算结果如下图：
图 2.7 弯矩图
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midas Civil中当定义了纵向钢束（腹板竖筋）时，其应力结果在结果-应力-梁单元应力（PSC）中查看， 纵向钢束效应包含在Sig-xx（仅竖筋）腹板竖筋引起的单元坐标系x轴方向的正应力、Sig-zz（竖筋）腹板竖 筋引起的单元坐标系z轴方向的正应力、Sig-xz（仅竖筋）腹板竖筋引起的剪应力三种应力中。
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03. 竖向预应力钢筋对截面应力产生的影响 具体问题：
结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），说明结合midas Civil程序后 处理结果，说明竖向预应力钢筋对截面应力产生的影响。
解决方法：
1) 规范中关于主应力的计算规定如下，其中 σ cy 为由竖向预应力钢筋的预加力产生的混凝土
8月份的内容及时间安排如下：
培训时间
2015/8/11 2015/8/18 2015/8/25 2015/8/28
培训内容
FEA-斜箱梁桥全桥仿真分析 施工专题-钻孔平台施工分析 Pushover 分析 FEA-界面非线性分析
产品类型
FEA Civil Civil FEA
主讲人
朱亦雄 蔡志锋 裴小吟 崔杰
图 1.6 施加的强制位移情况及内力情况 衔接点两侧位移结果如下图所示：
图 1.7 衔接点两侧位移结果 显然强制位移使得右侧与左侧连接前将其处于曲线平顺状态。 细分单元后可以清晰的看到接顺效果：
图 1.8 细分单元后变形结果
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关于未闭合配合力的理解
Step3：激活连接单元（对于本文开头所述示例程序实际是激活整个右侧单元共节点单元实现连接），释放强 制位移，并施加右侧荷载。最终内力状态与一次落架基本一致：
图 1.3 勾选选项示意
图 1.4 计算结果 显然程序在计算过程中可以自动考虑“顺接”问题，最终计算结果与一次落架结果完全一致。那么到底 程序如何做到这点的，现实工程中又如何得到可行的未闭合配合力是一个现实的问题，这也是本文撰写的主 要目的。
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迈达斯桥梁荟 2015 年 02 期
解决方法：
图 1.1 一次落架的梁段内力状态 （2） 如果施工方法改成先施工左半段， 落架后再施工右半段并落架。 则最终的内力状态如下图1.2所示， 明显与一次落架受力不同。
图 1.2 分段施工的梁段内力状态 在实际工程中（特别是斜拉桥分析），往往先得到成桥后的内力状态然后据此倒拆得到各施工阶段所需 的索力，然后再进行正装模拟。最终会发现往往正装模拟后成桥状态与最初的理想状态不一致，究其原因， 主要是在合拢的过程中，由于合拢段安装时不能保证与两侧梁段平顺安装，从而造成两种模拟方法计算结果 的差异。 如果从无应力状态理论分析，想要保证最终内力状态一致，对于梁单元必须保证安装时沿切线安装，即 各节点位置不能出现 “折角” 。 这一要求在合拢过程中如果不采取必要措施 （一般是加配重） 实际很难保证。 （3）根据上述分析结果，程序提供如下功能，在施工阶段分析控制中勾选下述选项后，上例模型计算 结果如下：