有限元桥梁建模实例

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图 3.1 板桥的模型
(a) 立面图
(b) 横截面
图3.2 板桥的尺寸
桥台以及桥墩处的边界条件如图3.3所示。支座点的可移动方向与该点处弯桥的切线方向一致。
图3.3 支承条件
设计要求如下:
区分:
内容
桥梁形式 :
钢筋混凝土板桥
桥梁长度 :
15.0 + 20.0 + 15.0 = 50.0 m
桥梁宽度 :
14.用 单选指定节点369, 373, 377, 381
15.点击
图 3.24 定义节点坐标系
利用输入完的节点坐标系输入边界条件 (参考图 3.3 )
1.在边界条件里选择‘一般支承’
2.确认选择为‘添加’
3.点击单选
4.选择节点14, 16, 20, 212, 214, 218, 369, 373, 381在‘Dz’右侧标‘’
5.点击
6.选择节点18, 216, 377在‘Dy, Dz’右侧标‘’
7.点击
8.选择节点575, 577, 581在‘Dx, Dz’右侧标‘’
9.点击
10.选择节点579在‘D-All’左侧标‘’
11.点击
图 3.25 输入边界条件
输入完边界条件以后取消前面在“显示”中所做的相关设定。
1.点击 显示
3.在旋转的复制次数里输入‘1’
4.在旋转角度里输入‘-11.5*360/2/pi/131.95’
5.确认旋转轴为‘绕z轴’
6.确认第一点为‘0, -131.95, 0’
7.点击
图 3.17 复制板单元
利用新建立的板单元在桥墩P1的左侧建立厚度从1m变化到1.3m的板单元。
1.在旋转单元里确认形式为‘复制’
5.确认旋转轴为‘绕z轴’
6.确认第一点为‘0, -131.95, 0’
7.在厚度号增幅里输入‘0’,解除重复左侧的‘’
8.点击
·
图 3.21 建立第2跨的板单元
到目前为止建立了整个弯桥的1/2模型。对于另外1/2,可使用对称复制(镜像)来完成。首先需要设定用户坐标系(UCS)。这里使用定义三个点的功能来设定UCS,即输入用户坐标系的原点和x,y方向的节点。
1.点击 三个点(图 3.21的)
2.连续指定节点354, 363, 352
3.点击
图 3.22 由三个点设定 UCS
由新设定的UCS对 x-z 平面对称复制所有单元。
1.点击 镜像单元
2.点击 全选
3.确认形式为‘复制’
4.在镜像平面里选择z-x 平面,在被选中单元中沿–y 方向的外围节点中任意选择一点。
线荷载(t/m)
0.23×0.7×2.5
0.4025
0.07×0.7×2.5/2
0.0613
0.3×0.175×2.5
0.1313
0.12×0.175×2.5/2
0.0263
0.42×0.205×2.5
0.2153
合计
0.8367
面荷载(t/m2)
= 0.8367/0.45 = 1.8593
活荷载
桥宽
4.在名称里输入‘栏杆’(图3.27 )
5.点击
6.点击 全选
7.在画面左侧双击‘栏杆’
8.按照3~4输入‘铺装’
9.点击
10.按照3~4输入‘影响面包括单元’
13.在旋转角度里输入‘-360/2/pi/131.95’
14.在旋转轴里选择‘z轴’
15.在第一点里输入‘0, -131.95, 0’
16.点击
图 3.15 建立1m长的板单元
复制建立第一跨的桥面。
1.点击 旋转单元
2.点击 选择最新建立的个体
3.确认形式为‘复制’
4.在旋转的复制次数里输入10’
图 3.6 支座沉降
利用节点和单元的建模
首先建立新项目( ), 以‘板’为名保存( )。
在画面下端的状态栏上点击单位选择键 ( )把单位设定为‘N’和
‘mm’。 这个单位体系可根据输入的数据随时变更。
本例题主要用图标菜单来建模。
为了使用图标菜单,用户可根据需要将所需工具调出,其方法如下。
1.在主菜单选择工具>用户制定>工具条
4.点击
5.点击 复制和移动
6.点击 全选
7.确认形式为‘复制’
8.在复制和移动中选择‘任意间距’
9.在方向中选择‘y’
10.在间距中输入‘0.45, 0.95, 0.55, 1.35, ******, 0.45’
11.点击
12.点击 自动对齐
13.点击 顶面
14.点击 节点号(开)
15.点击 建立单元
1.在旋转单元里确认形式为‘复制’
2.点击 多边形选择(选择图 3.18的)
3.在旋转的复制次数里输入‘3’
4.在旋转角度里输入‘-0.5*360/2/pi/131.95’
5.确认旋转轴为‘绕z轴’
6.确认第一点为‘0, -131.95, 0’
7.在厚度号增幅里输入‘0’,解除重复左侧的‘’
8.点击
8.5 m
铺装 :
沥青混凝土铺装 (t=8cm)
桥面板 :
钢筋混凝土板 (t=100cm)
设计车道 :
2车道
弯曲半径 :
R=130.0m
荷载工况 :
恒荷载
活荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道荷载)
支座沉降
材料 :
30号混凝土
容重:
混凝土
沥青混凝土
Wc= 2.5t/m3
Wp= 2.3t/m3
荷载组合 :
6.确认第一点为‘0, -131.95, 0’
7.在厚度号增幅里输入‘-1’,确认重复的左侧为‘’
8.点击
图 3.20 在桥墩P1的右侧建立板单元
选择图3.20的来建立第2跨的板单元。
1.在旋转单元里确认形式为‘复制’
2.点击 多边形选择,选择图 3.20的
3.在旋转的复制次数里输入‘1’
4.在旋转角度里输入‘-17*360/2/pi/131.95’
图 3.19 建立1.3m厚的板单元
选择图 3.19的,在桥墩 P1 的右侧建立厚度从 1.3m变化到1m的板单元。
1.在旋转单元里确认形式为‘复制’
2.点击 多边形选择,选择图 3.19的
3.在旋转的复制次数里输入‘4’
4.在旋转角度里输入‘-0.5*360/2/pi/131.95’
5.确认旋转轴为‘绕z轴’
厚度(Thickness)
1 : 1000
- 板 (跨中)
2 : 1050
- 板 (支座1)
3 : 1150
- 板 (支座2)
4 : 1250
- 板 (支座3)
5 : 1300
- 板 (支座4)
图 3.9 支座的厚度变化
定义材料和厚度的方法如下。
图 3.10 输入材料对话框 图 3.11 输入材料数据
1.点击 显示
2.边界->‘一般支承’为‘’
3.节点->‘节点局部坐标轴’为‘’
4.点击
下面定义各支座的节点坐标系。
1.在模型里选择边界条件,选择节点局部坐标轴。
2.确认选择为‘添加/替换’
3.在定义局部坐标轴的输入方法里选择‘3 点’
4.点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点14, 25, 16
5.用 单选指定节点14, 16, 18, 20
2.在边界条件里删除‘一般支承’左侧的‘’
3.在节点里删除‘节点局部坐标轴’左侧的‘’
4.点击
输入荷载
定义静力荷载工况
在输入荷载之前须定义荷载工况
1.在树形菜单里选择“荷载”
2.点击荷载工况名称右侧的
3.在静力荷载工况的名称里输入‘恒荷载’(图 3.26)
4.在类型里选择‘恒荷载’
5.点击
6.点击
图 3.26 荷载工况输入窗口
4.面内和面外‘1000’
5.点击
6.按相同的步骤,输入厚度2~4(参考图3.9)
7.确认厚度号为‘5’
8.面内和面外‘1300’
9.点击
10.点击
11. 在规范中点击( )把‘mm’改为‘m’
输入节点和单元
使用扩展单元功能建立梁单元。
1.点击 点格和 捕捉点(关)
2.点击 建立点
3.在坐标(x, y, z)栏上输入‘0, -1.95, 0’
2.点击 选择最新建立的个体
3.在旋转的复制次数里输入‘4’
4.在旋转角度里输入‘-0.5*360/2/pi/131.95’
5.确认旋转轴为‘绕z轴’
6.确认第一点为‘0, -131.95, 0’
7. 在厚度号增幅里输入‘1’,确认重复为‘’
8.点击
图 3.18 在桥墩P1的左侧建立板单元
建立1.3m厚的板单元。
有限元桥梁建模实例
概述
这个例题介绍使用MIDAS/Civil模拟钢筋混凝土板桥并进行结构分析的方法。
具体步骤如下。
1.打开文件和设定操作环境
2.定义材料和截面
3.使用节点和单元建模
4.输入边界条件
5.输入车辆移动荷载和静荷载
6.运行结构分析
7.查看分析结果
结构概况
钢筋混凝土板桥的结构概况如图3.1、3.2所示。
9.在生成形式中选择‘旋转’
10.在旋转的复制次数中输入‘2’
11.在旋转角度里输入‘-0.5*360/2/pi/131.95’
12.在旋转轴里选择‘z轴’
13.在第一点里输入曲线中心点‘0, -131.95, 0’
14.点击
图 3.14 建立桥台 A1 上的板单元
输入临时梁来建立1m长的板单元。
1.点击建立单元
5.在旋转角度里输入‘-360/2/pi/131.95’
6.在旋转轴里选择‘绕z轴’
7.在第一点里输入‘0, -131.95, 0’
8.点击
9.点击 节点号(关)
图 3.16 完成第1间距
用桥墩P1上的板单元复制桥台A1上的单元(图 3.16的部分)
1.点击 多边形选择来选择图 3.16的部分
2.在旋转单元里确认形式为‘复制’
5. 确认反转单元坐标系为‘(’(
6.点击
图 3.23 完成结构模型
输入边界条件
建模结束以后输入边界条件(参照图3.3、3.23)。因为弯桥支座的可移动方向与曲线的切线方向一致,所以需要先定义该支座节点的局部坐标系,然后再输入边界条件。
首先为了显示所输入的边界条件和节点坐标系,在 “显示”里面进行相关设定。
: 8.5 m
桥面净宽
: Wc= 7.6 m
设计车道宽度
:3.6 m
·给2车道施加车辆移动荷载(城-A级车辆荷载、城-A级车道荷载)
·冲击系数L5m, i = 0.3
L45m, i = 0
图3.5 活荷载的加载
支座沉降
这里把因地基沉降而引起的支座沉降量假设为1cm。程序提供如图3.6所示的各种沉降组合的计算结果。
1.点击 材料特性
2.点击 (图 3.10)
3.确认材料号为‘1’(图 3.11)来自百度文库
4.在类型中选择‘混凝土’
5.在混凝土的规范中选择‘GB-Civil(RC)’
6.在数据库中选择‘30’
7.点击
图 3.12 输入截面数据
1.在特性值对话框(图 3.10)选择厚度(在特性值工具条选择 厚度)
2.点击
3.厚度号为‘1’(图 3.12)
16.连接节点1和11
图 3.13 建立梁单元
用扩展单元功能建立桥台A1 上的板单元。
1.点击 全选
2.点击 扩展单元
3.在扩展类型上选择‘线单元→平面单元’
4.确认删除为‘’
5.在单元属性中确认单元类型为‘板单元’
6.确认材料为‘1 : 30’
7.确认厚度为‘1 : 1.000’
8.确认类型为‘厚板’
根据规范定义
荷载的详细情况如下。
恒荷载
1. 桥面板的自重
: 使用程序的自重输入功能
2. 铺装
: 给板单元输入压力荷载 (2.3t/m3×0.8 = 1.84t/m2)
3. 栏杆
: 给板单元输入压力荷载(1.859t/m2)
对栏杆荷载(图 3.4)的计算方式如下表所示。
图 3.4 栏杆的细部尺寸
号码
计算式
6.点击
7.点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点212, 223, 214
8.用 单选指定节点212, 214, 216, 218
9.点击
10.点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点575, 564, 577
11.用 单选指定节点575, 577, 579, 581
12.点击
13.点击P0输入栏变成绿色以后连续指定节点369, 368, 373
输入恒荷载
输入因桥面板的自重、铺装、栏杆而引起的自重。桥面板的自重程序内部可以自行计算,因铺装和栏杆而引起的自重是以作用在板单元上的压力荷载的形式来定义的。为了便于输入荷载,将相应的结构定义为若干“结构组”。
1.点击 组
2.点击 多边形选择来选择图3.27的部分
3.在组里的结构组上点击右键,在 上选择‘新建...’
2.连接节点23和33来建立临时梁
3.点击 扩展单元
4.点击 选择最新建立的个体
5.在扩展类型里选择‘线单元→板单元’
6.确认删除为‘’
7.在单元属性里确认单元类型为‘板单元’
8.确认材料为‘1 : 30’
9.确认厚度为‘1 : 1.000’
10.确认类型为‘厚板’
11.在生成形式里选择‘旋转’
12.确认旋转的复制次数为‘1’
2.在工具条选择钩选全部(图 3.7)
3.点击
图 3.7 工具条编辑窗口
将调出的工具条拖放到用户方便的位置(图3.8)。
(a)调整工具条位置之前
(b) 调整工具条位置之后
图 3.8 排列工具条
定义材料以及截面
定义材料如下:
材料
1 : 30–板
考虑在支座处板的厚度变化按下图来定义不同的厚度(图 3.9)。
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