Midas桁架分析.doc

2. 桁架分析概述通過下面的例題，比較內部1次超靜定桁架和內、外部1次超靜定桁架兩種結構在制作誤差產生的荷載和集中力作用時結構的效應。內部1次超靜內、外部1次超靜定制作誤差5mm制作誤差5mm圖 2.1 分析模型 材料鋼材類型 : Grade3 截面數據 : 箱形截面 30030012 mm 荷載1. 節(jié)點集中荷載 : 50 tonf2. 制作誤差 : 5 mm 預張力荷載(141.75 tonf)P = Kd = EA/L x d = 2.1 x 107 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141.75 tonf設定基本環(huán)境打開新文件以 桁架分析.mgb為名存檔。設定長度單位為 m, 力單位為 tonf。文件/ 新文件文件/ 保存 ( 桁架分析 )工具 / 單位體系長度 m ; 力 tonf 圖 2.2 設定單位體系設定結構類型為 X-Z 平面。模型/ 結構類型 結構類型 X-Z 平面 定義材料以及截面構成桁架結構的材料選擇Grade3（中國標準），截面以用戶定義的方式輸入。模型 / 特性/ 材料設計類型 鋼材規(guī)范 GB(S) ; 數據庫 Grade3 模型 / 特性 / 截面數據庫/用戶 截面號 ( 1 ) ; 形狀 箱形截面 ; 名稱 (300x300x12 ) ; 用戶（如圖2.4輸入數據）圖2.3 定義材料 圖 2.4 定義截面建立節(jié)點和單元首先建立形成下弦構件的節(jié)點。正面 捕捉點 (關) 捕捉軸線 (關) 捕捉節(jié)點 (開) 捕捉單元(開) 自動對齊 (開)模型 / 節(jié)點/ 建立節(jié)點坐標系 (x , y, z ) ( 0, 0, 0 ) 圖 2.5 建立節(jié)點用擴展單元功能建立桁架下弦。 參考在線用戶手冊的“單元類型”的 “框架單元” 部分單元類型為桁架單元。模型 / 單元 / 擴展單元 全選擴展類型 節(jié)點 線單元單元屬性 單元類型 桁架單元材料1: Grade3 ; 截面1: 300x300x12 ; Beta 角 ( 0 )一般類型 復制和移動 ; 復制和移動 等距離dx, dy, dz ( 6, 0, 0 ) ; 復制次數( 3 ) ZX圖 2.6 建立下弦復制下弦建立桁架上弦。 模型 / 單元 / 復制和移動單元 單元號 (開) 單選 ( 單元: 2 )形式 復制; 移動和復制 等距離dx, dy, dz ( 0, 0, 8 ) ; 復制次數 ( 1 ) 圖 2.7 建立上弦輸入傾斜桿和豎向桿件。模型 / 單元 / 建立單元 單元號 (關), 節(jié)點號 (開)單元類型 桁架單元材料1: Grade3 ; 截面1: 300x300x12交叉分割 單元 (關)節(jié)點連接 (1, 5) (5, 2) (2, 6) (5, 3) (6, 3) (6, 4)8圖 2.8 輸入斜桿以及豎向桿件輸入邊界條件 關于支座條件的詳細事項參照在線幫助手冊的 “自由度約束條件”部分 3維空間里節(jié)點有6個自由度(Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。但結構類型為 X-Z平面，所以只剩3個自由度 (Dx, Dz, Ry)。 鉸支座約束自由度Dx, Dz, 滾動支座約束自由度Dz。模型 / 邊界條件 / 一般支承 單選 ( 節(jié)點 : 1 ) 選擇 添加; 支承條件類型 Dx, Dz (開) 單選 ( 節(jié)點 : 4 ) ; 支承條件類型 Dz (開) 圖 2.9 輸入支撐條件輸入荷載定義荷載工況荷載 / 靜力荷載工況名稱 ( 節(jié)點荷載 ) ; 類型 用戶定義的荷載（USER）名稱 ( 制作誤差 ) ; 類型 用戶定義的荷載（USER） 圖 2.10 輸入荷載工況輸入節(jié)點荷載在節(jié)點2輸入集中荷載50 tonf。 荷載 / 節(jié)點荷載s 單選 ( 節(jié)點 : 2 )荷載工況名稱 節(jié)點荷載 ; 選擇 添加節(jié)點荷載 FZ ( -50 ) 圖 2.11 輸入節(jié)點荷載輸入制作誤差長度小了 5 mm 的構件在實際施工時會產生拉力。為了把這個反映在模型當中,把制作誤差換算為初拉力荷載輸入到對應的桿件中。P = Kd = EA/L x d = (2.1 x 107 x 0.0135 / 10) x 0.005 = 141.75 tonf荷載 /預應力荷載/初拉力荷載 單選 ( 單元: 8 )荷載工況名稱 制作誤差選擇 添加; 初拉力荷載 ( 141.75 ) 8圖 2.12 輸入初拉力荷載復制單元復制模型 1來建立模型 2. 為了同時復制輸入在模型 1的節(jié)點荷載、初拉力荷載和邊界條件，利用復制節(jié)點屬性和復制單元屬性功能來完成。 模型 / 單元 / 復制和移動單元 全選 形式 復制; 復制和移動 等距離dx, dy, dz ( 0, 0, -14 ) ; 復制次數 ( 1 )復制節(jié)點屬性 (開), 復制單元屬性 (開) 模型1模型2圖 2.13 復制單元更改邊界條件為了把模型 2改為外部1次超靜定的結構，定義為滑動鉸支座的節(jié)點的支撐條件修改為限制X方向移動的鉸接條件。 顯示邊界條件 一般支承 (開) 模型 /邊界條件/ 一般支承 單選 ( 節(jié)點 : 10 )選擇 添加 支承條件類型 Dx (開) 圖 2.14 變更支座條件運行結構分析運行結構分析. 分析/ 運行分析查看分析結果反力比較外部靜定結構（模型1）和外部超靜定（模型2）的外部節(jié)點荷載引起的反力?？梢钥闯瞿Ｐ?1發(fā)生水平 (X)方向反力。 節(jié)點號 (關) 顯示邊界條件 一般支承 (關) 結果 / 反力 / 反力荷載工況/荷載組合 ST:節(jié)點荷載 ; 反力 FXYZ顯示類型 數值 (開), 圖例 (開) 數值 小數點以下位數 ( 3 ) ; 指數型(關) ; 適用于選擇確認(開模型1模型2圖 2.15 對節(jié)點荷載的反力內部初拉力荷載在外部靜定的模型 1的情況不產生反力，但模型 2的情況的X方向的位移自由度被約束而會產生水平方向的反力(FX)。 結果 / 反力 / 反力/彎矩荷載工況/荷載組合 ST:制作誤差 ; 反力 FXYZ顯示類型 數值 (開), 圖例 (開) 模型1模型2圖 2.16 初拉力荷載下的反力查看變形圖查看節(jié)點荷載的引起的變形圖。 DXZ=. 結果 /位移/ 位移形狀 消隱 (開)荷載工況/荷載組合 ST:節(jié)點荷載 ; 成分 DXZ顯示類型 變形前 (開), 數值 (開), 圖例 (開) 數值 小數點以下位數 ( 1 ) ; 指數型(開) ; 適用于選擇確認時(開) 模型1模型2 圖 2.17 節(jié)點荷載引起的變形圖查看內力首先查看節(jié)點荷載產生的軸力（axial force）。查看相同荷載作用下的模型1和模型2的內力之差。結果 / 內力 / 桁架單元內力荷載工況/荷載組合 ST:節(jié)點荷載 ; 選擇內力 受拉顯示類型 變形 (開), 數值 (開), 圖例 (開)數值 小數點以下位數 ( 1 ) ; 指數型(關) ; 顯示角度 (關) 適用于選擇確認時 (關) 數值的輸出位置 最大值 選擇內力選擇 “受拉”則只輸出受拉構件的軸力, 選擇“受壓”則只輸出受壓構件軸力，選擇“全部”則輸出全部構件的軸力。圖 2.18 節(jié)點荷載產生的軸力在初拉力荷載下模型1的支座處不產生反力, 所以連接在支座處的構件不產生軸力。結果 / 內力/ 桁架單元內力荷載工況/荷載組合 ST