反应谱分析-典尚设计

1、典尚设计-路桥效果图、三维动画midas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures目录简要1设定操作环境及定义材料和截面2定义材料2定义截面3建立结构模型4主梁及横向联系梁模型4输入横向联系梁5输入桥墩5刚性连接7建立桥墩和系梁9输入边界条件10输入支座的边界条件10刚性连接11输入横向联系梁的刚域12输入桥台的边界条件13输入二期恒载14输入质量15输入反应谱数据17输入反应谱函数17输入反应谱荷载工况18运行结构分析19查看结果20荷载组合20查看振型形状和频率21查看桥墩的支座反力24典尚设计-路桥效果图、三维动画htt

2、pmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures简要本例题介绍使用MIDAS/CIVIL的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。例题模型使用的是简化了的钢箱型桥梁模型，由主梁、横向联系梁和桥墩。桥台部分由于刚度很大，不另外建立模型只输入边界条件；基础部分假设完全固定，也只按边界条件来定义。下面是桥梁的一些基本数据。跨桥径：45 m + 50 m + 45 m =宽：11.4 m140 m主梁形式：钢箱梁钢混材：GB(S) Grade3（主梁）B_Civil(RC) 30（桥墩）凝：mm图1. 桥梁剖面图典尚设计-路桥效果图

3、、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures设定操作环境及定义材料和截面新项目），以Response.mcb为名保存(保存)。开新文件（文件 /新项目t文件 / 保存 ( Response )将体系设定为kN(力), m(长度)。工具 /体系长度m ; 力kN 定义材料分别输入主梁和桥墩的材料数据。模型 / 材料和截面特性材料号 (1) ;规范GB(S) ;材料号 (2) ;/材料类型S钢材数据库Grade3 类型 混凝土数据库30 规范GB-Civil(RC);图2. 定义材料典尚设计-路桥效果图、

4、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures定义截面使用用户定义来输入主梁、横向联系梁以及桥墩的截面数据。主梁：箱型截面200025001216/18工字型截面12实腹长方形截面 1.51.5横向联系梁：柱桥帽：墩：实腹圆形截面1.5主梁与桥墩连接的支座部分使用弹性连接(Elastic Link)来模拟。模型 / 材料和截面特性 /数据库/用户截面名称 (Girder) ;截面形状箱型截面 ; 用户偏心H ( 2 )心; B ( 2.5 ); tw ( 0.012 )tf1 (

5、 0.016 ) ;C ( 2.3 ); tf2 ( 0.018 )名称 (Cross) ;截面形状工型截面 ; 用户偏心H ( 1.5 )名称( Co偏心心; B ( 0.3 ) ;tw ( 0.012 ) ;tf1 ( 0.012 ); 截面形状实腹长方形截面 心 用户 ; H ( 1.5 ); B ( 1.5 ) 输入截面尺寸时，若只输入tf1，不输入 t f 2 ， 则t f 2 与t f 1 相同。名称 ( Column ); 截面形状实腹圆形截面D ( 1.5 )用户 ;图3. 定义截面典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution

6、for Bridge and Civil Structures建立结构模型主梁及横向联系梁模型建立节点 建立节点后，通过单元来建立主梁。扩展单元 功能将节点按28使用5m扩展顶面,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 ( 0,0, 0 )次数 (1);距离 (0, 7.7, 0) 模型 / 单元 /全选扩展单元扩展类型节点线单元单元属性单元类型梁单元材料1:Grade3 ;截面1 : Girder生成形式和移动和移动等间距dx, dy, dz ( 5, 0, 0 )次数( 28 ) ;图4.输入主梁典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas C

7、ivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入横向联系梁在主梁起点处使用建立单元 功能连接两个节点建立一个横向联系梁后，可通过将该梁按纵桥方向来建立剩余横向联系梁。节点号 (开)模型 / 单元/建立单元单元类型一般梁/变截面梁材料1:Grade3; 截面2:Cross ; Beta Angle ( 0 )节点连接( 1, 2模型/ 单元 /选择和移动建立的形式;和移动等间距dx, dy, dz ( 5, 0, 0 ) ;次数( 28 )图5. 输入横向联系梁输入桥墩如图6所示，在桥墩的位置建立模型后，通过刚性连接(Rigid模拟实

8、际结构。桥墩的剖面如图7所示。Link)来典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures图6. 桥墩和上部结构连接示意图图7. 桥墩模型典尚设计-路桥效果图、三维动画http立面侧面: m1.57.02.023.85=7.72.0: m50.75刚性连接刚性连接弹性连接刚性连接midas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures刚性连接选择主梁支座处的节点，将其向z轴方向，生

9、成要进行刚性连接的节点。(参考图6)显示边界一般支承 (开)多边形选择( 单元 : 中跨中的单元)激活标准视图,节点号 (开)模型/节点 /单选形式 方向z和移动( Nodes : 19, 20, 39, 40 );和移动任意间距间距 ( -1.25, -0.2, -0.75 ) ;图8.节点典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures在要建立桥墩和系梁的位置生成节点。模型/ 节点 /分割节点间距分割等间距分割数量 (2)分割的节点号 (67, 68) ;(69, 70)模型/ 节

10、点 /单选形式和移动(节点 : 71, 72 );和移动任意间距方向y ; 间距 ( 11.7/2, -11.7 ) 前次选择间距 -0.75, 7-1 ) 方向z;图9. 输入桥墩的节点典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures建立桥墩和系梁使用建立单元 功能建立桥墩和系梁。(参考图7)模型/ 单元 /建立单元单元类型一般梁/变截面梁材料2:30 ; 截面3:CoBeta Angle ( 0 ); 交叉分割节点 (开) (图10的1 )节点连接 ( 73, 75 )节点连接(

11、74, 76 )材料2:30 ; 截面4:ColumnBeta Angle ( 0 )节点连接( 77, 91节点连接( 78, 92交叉分割节点 (开);)图10. 建立系梁和桥墩典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入边界条件输入支座的边界条件使用Zoom Window 放大系梁的连接部分，并使用弹性连接功能输入支座的边界条件。窗口缩放 (放大第一个桥墩的系梁部分)/ 边界条件 / 弹性连接选择添加/替换 ;连接类型一般类型模型SDx SRx两点(1e11) ; SDy

12、(0) ; SRy(0) ( 59, 63 )(1e11) ; SDz (1e11) 弹性连接各方向弹簧的刚度需按单元坐;SRz(0)标系输入。方向输入为“0”, 固定方向输入为“1e11”以保证其刚性运动。SDx(1e11) ; SDy SRx (0) ; SRy(0)两点( 60, 64 )(0); SDz(1e11)SRz(0)对齐,SDx窗口缩放 (放大第二个桥墩的系梁部分)(1e11) ; SDy(1e11) ; SDz (0)SRx(0) ; SRy(0);SRz(0)两点( 61, 65 )SDx(1e11) ; SDy(0); SDz(1e11)SRx (0) ; SRy两点(

13、 62, 66 )(0)SRz(0)图11. 只激活连接部分的单元典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures刚性连接将在实际位置建立的主梁和支座、支座和桥墩分别使用刚性连接接起来。（参考图6）连对齐,窗口缩放 (放大第一个桥墩的系梁部分)/边界条件/ 刚性连接单选( 节点 : 60 )模型)主节点号 ( 20刚性连接(开)方向x类型刚体 单选(节点 : 59 ); 间距 ( 50 ) 已输入的刚性连接可进行。)主节点号( 19单选(节点: 68 )主节点号( 64单选(节点: 6

14、7 )主节点号( 63单选(节点: 77 )主节点号( 71图12. 主梁和支座及桥墩间的刚性连接典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入横向联系梁的刚域由于建模时所有的单元是以中心轴为准相互连接的，故会有如图15所示的主梁和横向联系梁间由于主梁的梁宽导致的重复部分出现。对此可使用排除。刚域 功能通过输入刚域长度使程序在计算刚度时将该部分的影响输入 刚域长度的方法有整体坐标系和单元坐标系两种类型。若选择整体坐标系类型，则对于所输入的刚域长度不考虑荷载，只针对剩余的单元长度计

15、算刚度和自重。相反选择单元坐标系的话，只在计算刚度时排除输入的刚域长度，而在计算自重和施加荷载时则将该部分包含在内。（参考手册）这里使用单元坐标系来输入刚域长度。此时由于需在梁单元的i、j端输入轴向的刚域长度，故需事先确认梁单元的单元坐标系方向。左面,隐藏 (开)/ 边界条件 /刚域交叉线选择 (单元选择添加/替换 ;模型: 横向联系梁)刚域长度类型单元坐标系RGDj ( 2.3/2 )RGDi ( 2.3/2 );图13. 输入横向联系梁的刚域长度典尚设计-路桥效果图、三维动画httpj 端i 端midas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civi

16、l Structures输入桥台的边界条件本例题主梁与桥墩系梁的支座部分使用弹性连接和刚性连接功能来模拟。桥台的边界条件如图14所示。基础则假设其完全固定，故约束所有度。双向单向固定图14. 桥台的约束条件隐藏 (关)，标准视图，全部激活一般支承模型/边界条件 /单选 (节点 : 1, 57)选择添加 ; 支承条件类型Dy, Dz (开) 单选 (节点 : 2, 58)选择添加 ; 支承条件类型Dz (开) 单选 (节点 : 91, 92); 支承条件类型 D-All (开), R-All (开) 选择添加 使用查询查询节点功能(图12的)可在信息窗口查询相应节点的各种输入情况，并可非常容易地

17、查看两个节点间的距离。图15. 输入边界条件典尚设计-路桥效果图、三维动画http固定端桥台45 m50 m45 mmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入二期恒载首先定义二期恒载的静力荷载工况。荷载 /静力荷载工况名称 ( DL ) ;类型恒荷载图16. 输入静力荷载工况假设二期恒载为10kN/m大小的均布荷载，使用梁单元荷载功能输入。左面荷载 / 梁单元荷载窗口选择 ( 单元 : 主梁，图17的1 )荷载工况名称DL ; 选择添加荷载类型均布荷载方向整体坐标系 Z ; 投影否w ( -10) 数值相对值 ;

18、x1 ( 0 );x2 ( 1 );图17. 输入主梁二期恒载典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入质量由于在进行反应谱分析之前需先进行特征值分析，故输入进行特征值分析所需的结构的质量。在MIDAS/Civil中输入质量有两种类型。一个是将所建结构模型的自重转换为质量，还有一个是将输入的其它恒荷载（铺装及护栏荷载等）转换为质量。对于结构的自重不需另行输入，即可在模型结构类型框中完成转换。而二期荷载一般是以外部荷载(梁单元荷载、楼面荷载、压力荷载、节点荷载等)的形式输入的，

19、可使用模型质量荷载转换为质量能来转换。本例题也使用上述两种方法来输入质量。首先将所输入的二期荷载（梁单元荷载）转换为质量。功模型/ 质量 / 将荷载转换成质量质量方向X, Y, Z转换的荷载种类梁单元荷载 (开)重力加速度 ( 9.806 ); 荷载工况DL组合值系数 ( 1 ); 添加图18. 将梁单元荷载转换为质量典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures下面将单元的自重转换为质量。模型 / 结构类型将结构的自重转换为质量转换到 X, Y, Z 图19. 将结构的自重自动转换

20、为质量质量输入结束后，可使用查询质量统计表格 功能确认质量输入得是否正确。表格中荷载转化为质量是指被转换成质量的外部荷载，结构质量指的是被转换的自重。在表格下端的合计（图20的1 ）里的数值为被转换的所有质量的合计。查询/ 质量统计表格图20. 质量统计表格典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入反应谱数据输入反应谱函数进行抗震计算，这里使用振型分解反应谱法。输入项参数如下。荷载所需的各基本烈度：场地类别：重要性修正系数：综合影响系数：最大周期：7I 1.00.2010秒如

21、图21，将以上参数输入后就可自动得到公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)的影响系数曲线。荷载 /反应谱分析数据/ 反应谱函数 添加设计反应谱 ; 设计反应谱China(JTJ004-89)基本烈度7场地类别重要性修正系数1.0综合影响系数0.20 反应谱函数中输入的最大周期必须包含特征值分析所计算出的最大、最小周期的范围。最大周期( 10 )图21. 输入反应谱函数典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures输入反应谱荷载工况输入反应谱函数后，按桥梁纵向(整体坐标系X方向)和

22、侧向(整体坐标系Y方向)分别定义反应谱荷载工况。荷载 / 反应谱函数/反应谱荷载工况荷载工况名称 ( X-dir ); 函数名称CH-JTJ004-89角度 ( 0 ) 方向X-Y;放大系数 ( 1 )操作添加荷载的方向与X-Y平面平行，则选择X-Y方向。荷载工况名称( Y-dir ) ; 函数名称CH-JTJ004-89角度 ( 90 )角度是指荷载的方向X-Y放大系数;方向与整体坐标系X轴的夹角，角度的符号对于Z轴遵循右手法则。( 1 );操作添加图22.输入反应谱荷载工况典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge

23、and Civil Structures下面定义进行特征值分析和反应谱分析时的分析方法。特征值分析控制(图22的1 )频率数量( 25 )反应谱分析控制 (图22的2 )振型组合方法SRSS 如果分析后振型参与质量达不到规范所规定的90%，则需适当增加频率数量重新进行分析。图23. 特征值分析控制框 选 择 振 型 组 合 方 法 (SRSS, Square Root -of the Sum of the Squa -res) 若选择考虑振型的正负号，则在对各振型的结果进行组合时会考虑正负号，并需选择符号的考虑方式，详见手册。图24. 反应谱分析控制框运行结构分析建立模型并所有参数后，即可运行

24、结构分析。分析 /运行分析典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures查看结果荷载组合结构分析结束后，对于分析结果进行线性组合，并取组合结果中的绝对值最大值(ABS)。对于桥梁纵向和侧向分别按以下方法进行荷载组合，来查看支座的水平方向反力。荷载组合1(LCB1)荷载组合2(LCB2): 1.0 |X-dir| + 0.3 |Y-dir|: 0.3 |X-dir| + 1.0 |Y-dir|结果 /荷载组合激活(开) ;名称( LCB1 ); 类型ABS荷载工况X-dir(RS);荷

25、载工况Y-dir(RS) ;系数 (1 )系数 ( 0.3 )激活(开) ; 名称 ( LCB2 ); 类型ABS荷载工况X-dir(RS)荷载工况Y-dir(RS);系数( 0.3 )系数( 1 )图25.荷载组合框典尚设计-路桥效果图、三维动画httpmidas CivilOne Stop Solution for Bridge and Civil Structures查看振型形状和频率各振型的质量参与比率可通过结果分析结果表格振型形状看。来查结果/ 分析结果表格 / 振型形状激活模态 1 (on) 在激活框中不选择右侧的特征值模态并点击的话， 则只显示振型参与质量，不显示特征值向量。 图26 的表格中，1 、2分别为X、Y方向上相应模态的振型参与质量，合计(3 )栏中的数值为到该模态为止