迈达斯桥梁建模基础介绍

迈达斯桥梁建模基础介绍对于结构工程师来说，掌握一款简单易用的有限元计算软件对于工作效率的提升，是必不可少的。现在流行的各种通用以及专业有限元软件均具有良好的可视化功能，通过数据以及图形的交互功能，结构工程师可以更好的分析结构的受力情况，从而加深对于结构整体以及局部受力特性的认识。然而，并非所有的有限元计算软件都具有快捷、简便而人性化的操作界面以及程序语言，笔者曾使用Midas Civil、JQJS、桥梁博士、ANSYS及SAP等有限元程序进行桥梁结构分析，通过对比后发现，Midas Civil在进行线弹性静力分析，尤其是施工阶段分析时，相比其他几种有限元软件更加便捷，而目前全球市场化最好的大型有限元通用软件ANSYS由于其特有的程序化设计语言APDL，在进行高端结构分析时，具有明显优势。所以，对于刚刚接触有限元程序的桥梁结构工程师来说，笔者推荐选用Midas Civil作为起步软件，它人性化的界面设置以及与Excel良好的互通性将帮助使用者更快的走入有限元程序的大门。下面将介绍Midas Civil用于桥梁结构分析的基本建模过程。1 定义材料与截面特性作为有限元计算的第一步工作，笔者习惯首先定义材料特性，迈达斯中提供了国内外常用的各种材料的材料特性，使用者可根据实际情况选择，对于跨径较大的桥梁上部结构来说，一般采用的混凝土为C50，而钢绞线一般选取Strand1860,选取方法如下所示（注意，普通钢筋材料特性无需在此添加）：点击右上角的添加键，弹出如下对话框，选取完成后点击适用键，如下图所示：之后需要定义截面特性，这里需要注意的是，对于需要配置普通钢筋的截面，需采用设计截面，设计截面中提供了多种截面类型供使用者选择，但笔者认为更加便捷的定义方式为使用AutoCAD绘制截面，并另存为dxf格式，而后使用程序提供的截面特性计算器导入dxf格式的截面，并进行截面特性计算，最后将其存为设计用数值截面导入迈达斯主程序中。2 定义节点与单元最基础的建立节点与单元的方法如上图所示，通过定义复制，镜像，扩展等功能建立节点与单元，各迈达斯学习资料上均有详细介绍。但笔者认为，桥梁结构建模时所需节点与单元往往不具备很强的规律性，故上述方法对于建模效率的提高往往不尽如人意，笔者推荐利用迈达斯与Excel良好的交互性提高建模的速度，具体方法如下所示：首先建立结构初始节点，然后选取查看节点表格，按照表格格式在Excel中输入节点坐标，并将其复制到迈达斯节点表格中，然后打开迈达斯单元表格，仍按其格式输入单元的材料与截面类型，初始与结束节点，即可方便快捷的定义结构的节点与单元。3 定义预应力钢束特性与形状首先应在窗口菜单中点击荷载选项，然后于下拉菜单中选取预应力荷载选项，再在子菜单中选择钢束特性值，并根据所使用的预应力钢束特性输入如下图所示的菜单项。然后选择钢束布置形状，填写所需的菜单项，笔者同样推荐首先在Excel中做好钢束形状特征值，而后复制到相应列表中的方法，以便提高效率。这里需要注意的是，对于曲线桥梁来说，为了保证钢束形状与曲线良好吻合，推荐使用单元的输入方式，而对于直线桥梁来说，为了方便的进行复制等操作，推荐使用直线的输入方式。4 定义各种组如图所示，在进行结构分析前，需先定义好各种组，对于结构来说，不同施工阶段所激活的单元需定义为不同的结构组，边界组、荷载组与钢束组同理。且为了查看结果时的便捷性，往往也将使用者所关心单元定义为一个结构组，总而言之，组的定义应尽量详尽，以便于模型的修改与查看。5 定义边界条件如图所示，在理想的桥梁约束条件下，仅需对相应位置的节点施加一般支承，定义时需注意选择相应的边界组以及支承约束方向。这里需要注意的是，一般支承的坐标系方向为局部坐标轴的方向，往往与整体坐标轴不同，定义前应首先显示该处的局部坐标方向，以便建立正确的约束条件。6 定义静力荷载工况与荷载如图所示，在定义荷载前，首先需定义静力荷载工况，这是为了按照规范进行荷载组合，静力荷载工况的定义项一般与荷载组的定义项相同。需要注意的是，自重等要在施工阶段添加的荷载要定义为施工阶段荷载，而人群荷载，车道荷载，支座沉降等及不定义荷载组，也不定义静力荷载工况。7 定义施工阶段最后，需定义施工阶段，如图所示，首先点击荷载，然后点击下拉菜单中的施工阶段分析书据，再点击子菜单中的定义施工阶段。需要注意哦是，在设定施工阶段菜单中，单元、边界与荷载均需按照实际施工阶段时所施加的添加，并保证结构为不可变体系。且施工阶段持续时间较长时，应定义子步骤。8