midas桁架分析实例.doc

1、2. 桁架分析 概述 通过下面的例题，比较内部1 次超静定桁架和内、外部1次超静定桁架两种结构在制作误 差产生的荷载和集中力作用时结构的效应。 内部 1次超静 制作误差 5mm 内、外部 1 次超静定 制作误差 5mm 图 2.1分析模型 材料 钢材类型 :Grade3 截面 数据 :箱形截面300 300 12 mm 荷载 1.节点集中荷载: 50 tonf 2.制作误差 : 5 mm预张力荷载 (141.75 tonf) P = K= EA/L x= 2.1 x 10 7 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141.75 to nf 设定基本环境 打开新文件以桁架分析 .mgb

2、为名存档。 设定长度单位为m ,力单位为tonf 。 文件/新文件 文件/保存(桁架分析 ) 工具 /单位体系 长度 m ;力 tonf 图 2.2设定单位体系 设定结构类型为X-Z平面。 模型/结构类型 结构类型 X-Z 平面 定义材料以及截面 构成桁架结构的材料选择Grade3（中国标准），截面以用户定义的方式输入。 模型 /特性/材料 设计类型 钢材 规范 GB(S) ;数据库 Grade3 模型 /特性 /截面 数据库 / 用户 截面号( 1 );形状 箱形截面; 名称(300 x300 x12 );用户 （如图 2.4 输入数据） 图 2.3定义材料图 2.4定义截面 建立节点和单元

3、 首先建立形成下弦构件的节点。 正面捕捉点( 关)捕捉轴线( 关) 捕捉节点( 开)捕捉单元( 开)自动对齐( 开) 模型 /节点/建立节点 坐标系 (x , y, z )( 0, 0, 0 ) 图 2.5建立节点 用扩展单元功能建立桁架下弦。 参考在线用户手单元类型为桁架单元。 册的“单元类型” 的 “框架单元”部分 模型 /单元 /扩展单元 全选 扩展类型 节点线单元 单元属性 单元类型 桁架单元 材料1: Grade3;截面1: 300 x300 x12; Beta角 ( 0 ) 一般类型 复制和移动;复制和移动 等距离 dx, dy, dz( 6, 0, 0 );复制次数 ( 3 )

4、Z X 图 2.6建立下弦 复制下弦建立桁架上弦。 模型 /单元 /复制和移动单元 单元号( 开) 单选(单元:2 ) 形式 复制;移动和复制 等距离 dx, dy, dz( 0, 0, 8 );复制次数( 1 ) 图 2.7建立上弦 输入倾斜杆和竖向杆件。 模型 /单元 /建立单元 单元号( 关),节点号( 开) 单元类型 桁架单元 材料1: Grade3;截面1: 300 x300 x12 交叉分割 单元 ( 关) 节点连接(1, 5) (5, 2) (2, 6) (5, 3) (6, 3) (6, 4) 图 2.8输入斜杆以及竖向杆件 输入边界条件 3 维空间里节点有6个自由度 (Dx,

5、 Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。但结构类型为X-Z 平面，所以 只剩 3 个自由度 (Dx, Dz, Ry)。 铰支座约束自由度Dx, Dz,滚动支座约束自由度Dz。 模型 /边界条件 /一般支承 单选( 节点 :1 ) 关于支座条件的 详细事项参照在线选择 添加;支承条件类型Dx, Dz( 开) 帮助手册的“自由 度约束条件 ”部分 单选(节点 :4 ) ;支承条件类型Dz ( 开) 图 2.9输入支撑条件 输入荷载 定义荷载工况 荷载 /静力荷载工况 名称 (节点荷载 ) ;类型 用户定义的荷载（USER） 名称 (制作误差 ) ;类型 用户定义的荷载（USER） 图 2.10输

6、入荷载工况 输入节点荷载 在节点 2 输入集中荷载 50 tonf。 荷载 /节点荷载 s 单选(节点 :2 ) 荷载工况名称 节点荷载;选择 添加 节点荷载 FZ( -50 ) 图 2.11输入节点荷载 输入制作误差 长度小了 5 mm 的构件在实际施工时会产生拉力。为了把这个反映在模型当中, 把制作误 差换算为初拉力荷载输入到对应的杆件中。 7 P = K= EA/L x= (2.1 x 10 x 0.0135 / 10) x 0.005 = 141.75 tonf 荷载 /预应力荷载/初拉力荷载 单选( 单元:8 ) 荷载工况名称 制作误差 选择 添加;初拉力荷载( 141.75 ) 8

7、 图 2.12输入初拉力荷载 复制单元 复制模型1 来建立模型2.为了同时复制输入在模型1 的节点荷载、初拉力荷载和边界 条件，利用复制节点属性和复制单元属性功能来完成。 模型 /单元 /复制和移动单元 全选 形式 复制;复制和移动等距离 dx, dy, dz( 0, 0, -14 );复制次数( 1 ) 复制节点属性( 开 ),复制单元属性( 开) 模型 1 模型 2 图 2.13复制单元 更改边界条件 为了把模型2 改为外部 1 次超静定的结构， 定义为滑动铰支座的节点的支撑条件修改为限 制 X方向移动的铰接条件。 显示 边界条件 一般支承 ( 开) 模型 /边界条件/一般支承 单选(节点

8、 :10 ) 选择 添加 支承条件类型 Dx (开) 图 2.14变更支座条件 运行结构分析 运行结构分析 . 分析/运行分析 查看分析结果 反力 比较外部静定结构（模型1）和外部超静定（模型2）的外部节点荷载引起的反力。 可以看出模型2 发生水平 (X ? )方向反力。 节点号( 关) 显示 边界条件 一般支承 ( 关) 结果 /反力 /反力 荷载工况 /荷载组合 ST:节点荷载;反力 FXYZ 显示类型 数值 ( 开) ,图例 ( 开) 数值 小数点以下位数( 3 );指数型 ( 关) ;适用于选择确认( 开 模型 1 模型 2 图 2.15对节点荷载的反力 内部初拉力荷载在外部静定的模型

9、1 的情况不产生反力，但模型 2 的情况的 X方向的位移 自由度被约束而会产生水平方向的反力(FX) 。 结果 /反力 /反力/ 弯矩 荷载工况 /荷载组合 ST:制作误差;反力 FXYZ 显示类型 数值 ( 开) ,图例( 开) 模型 1 模型 2 图 2.16初拉力荷载下的反力 查看变形图 查看节点荷载的引起的变形图。DXZ=DX 2 DZ 2 . 结果 / 位移/位移形状 消隐( 开) 荷载工况 /荷载组合 ST:节点荷载;成分 DXZ 显示类型 变形前 ( 开),数值 ( 开),图例 ( 开) 数值 小数点以下位数( 1 );指数型 (开) ;适用于选择确认时( 开) 模型 1 模型

10、2 图 2.17节点荷载引起的变形图 查看内力 首先查看节点荷载产生的轴力（axial force） 。 查看相同荷载作用下的模型1 和模型 2的内力之差。 结果 /内力 /桁架单元内力 荷载工况 /荷载组合 ST:节点荷载;选择内力 受拉 显示类型 变形 ( 开),数值 ( 开),图例 ( 开) 数值 小数点以下位数( 1 );指数型 (关) ;显示角度 ( 关) 适用于选择确认时( 关) 数值的输出位置 最大值 选择内力选择“ 受 拉”则只输出受拉构件 的轴力 ,选择 “受压 ” 则 只输出受压构件轴力， 选择 “全部 ”则输出全部 构件的轴力。 图 2.18节点荷载产生的轴力 在初拉力荷载下模型1 的支座处不产生反力,所以连接在支座处的构件不产生轴力。 结果 /内力/桁架单元内力 荷载工况 /荷载组合 ST:制作误差 选择内力 全部 显示类型 变形 ( 开),数值 ( 开) ,图例 ( 开) 数值的输出位置最大值 模型 1 模型 2 图 2.19初拉力荷载下的轴力 习题 1.比较下面结构物产生的压力以及拉力情况。（材料和截面与例题相同） 2.求下面结构在节点荷载和制作误差作用下的各个构件的轴力。（材料和截面与例题相 同） 制作误差