midas例题演示(扣塔模型)课件.ppt

1、MIDAS/CivilMIDAS/Civil培训交流培训交流重庆交通大学桥梁系重庆交通大学桥梁系张雪松张雪松扣塔的静力分析扣塔的静力分析 一一 模型建立模型建立 二二 分析及结果查看分析及结果查看l合江长江一桥扣塔（重庆岸）为例 扣塔高为132.8m+13.91m，采用866012（或16）毫米钢管，立柱主钢管内灌注C50混凝土，组成钢管混凝土格构柱扣塔。主管、主管腹杆、主管横联的上下弦杆采用Q345钢材；主管横联腹杆、横联间斜撑及横联平联采用Q235钢材。重庆岸扣塔总体布置图如下图所示。工程概述工程概述l 扣塔模型建立步骤扣塔模型建立步骤 设置操作环境 定义材料和截面建立结构模型建立边界条件

2、预应力束输入输入静力荷载（自重和预应力荷载）一、模型建立一、模型建立1 1、设置操作环境、设置操作环境1.1 1.1 项目建立项目建立操作步骤操作步骤建立新项目建立新项目以以扣塔计算扣塔计算.mcb.mcb 为名为名保存保存 1 1、设置操作环境、设置操作环境1.2 1.2 结构类型的选择结构类型的选择操作步骤操作步骤模型模型/结构类结构类型型本模型采用三本模型采用三维计算，结构维计算，结构类型类型3-D 3-D 点击确认点击确认1 1、设置操作环境、设置操作环境1.3 1.3 单位选择单位选择操作步骤操作步骤工具工具/单位体系单位体系长度长度mm;mm;力力NN，点击确认。，点击确认。2 2

3、、定义材料和截面、定义材料和截面2.1 2.1 定义材料定义材料操作步骤操作步骤模型模型 /材料材料和截面特性和截面特性 /材料材料添加添加类型类型 钢材钢材 ;规范规范GB03(S)GB03(S)；数据库；数据库Q235(Q345)Q235(Q345)点击确认点击确认2.1 2.1 定义材料定义材料操作步骤操作步骤同理可以定义同理可以定义预应力和混预应力和混凝土材料。凝土材料。（类型（类型 钢材钢材；规范；规范JTG04(S);JTG04(S);数据库数据库strand1860strand1860）2.2 2.2 定义截面定义截面操作步骤操作步骤模型模型 /材料和截面特材料和截面特性性 /截

4、面截面添加添加数据库数据库/用户用户 截面号截面号 (3);(3);名称名称 (500 x10)(500 x10)根据截面形式输入数根据截面形式输入数据据点击适用，同样可定点击适用，同样可定义其他钢管及混凝土义其他钢管及混凝土3 3、建立结构模型、建立结构模型操作步骤操作步骤本例节点和单元采用导入本例节点和单元采用导入AUTOCADAUTOCAD的的DXFDXF文件来生成文件来生成 首先在首先在AUTOCADAUTOCAD中绘制扣塔模型，取型钢几何中心为轴线，根据尺寸中绘制扣塔模型，取型钢几何中心为轴线，根据尺寸画出模型如下图所示。画出模型如下图所示。在在CADCAD中直线段导入后就默认为一个

5、单元，直线段的两端点即为模型中直线段导入后就默认为一个单元，直线段的两端点即为模型的节点。的节点。注意：在绘制注意：在绘制CADCAD图时可将不同材制及不同截面的杆件绘制在不同图时可将不同材制及不同截面的杆件绘制在不同的图层，这样导入时方便赋予材料及截面形式。的图层，这样导入时方便赋予材料及截面形式。CADCAD三维图三维图在在MIDAS/CIVILMIDAS/CIVIL里里点文件点文件 导入导入AUTOCAD DXFAUTOCAD DXF文件文件。注意，在导入时根注意，在导入时根据不同的材料及截据不同的材料及截面选取不同的图层面选取不同的图层分别输入分别输入 选取不同截面选取不同截面不同材料

6、的图层不同材料的图层4 4、输入边界条件、输入边界条件4.1 4.1 输入模型支承条件输入模型支承条件 MIDAS/Civil MIDAS/Civil是三维空间结是三维空间结构分析程序，故每个节点有构分析程序，故每个节点有6 6个自由度个自由度(Dx,Dy,Dz,Rx,(Dx,Dy,Dz,Rx,Ry,Rz)Ry,Rz)。本例中塔吊底端属于固定本例中塔吊底端属于固定，不能转动也不能在，不能转动也不能在X X、Y Y、Z Z三个方向移动，所以将三个方向移动，所以将6 6个自个自由度全部约束。由度全部约束。操作步骤操作步骤选择要加边界选择要加边界条件的节点条件的节点模型模型 边界边界条件条件 一般一

7、般支承支承Dx,Dy,DzDx,Dy,Dz处处点 选；点 选；R x,R x,Ry,RzRy,Rz点选。点选。适用。并用相适用。并用相同的方法加其同的方法加其它边界条件它边界条件4.2 4.2 设置弹性连接设置弹性连接 扣塔的锚固点与扣塔钢管扣塔的锚固点与扣塔钢管之间的连接属于弹性连接中之间的连接属于弹性连接中的刚性连接。的刚性连接。具体操作见下具体操作见下操作步骤操作步骤点击模型点击模型 边界条件边界条件 弹性连接弹性连接选择需要施加连接的节点选择需要施加连接的节点选择施加连接的组选择施加连接的组选择连接类型选择连接类型 刚性刚性输入所施加的连接的约束值输入所施加的连接的约束值 4.2 4.

8、2 设置弹性连接设置弹性连接扣塔顶部扣塔顶部弹性连接弹性连接5 5、预应钢束输入、预应钢束输入5.1 5.1 钢束特征值钢束特征值操作步骤操作步骤荷载荷载 预预应力荷载应力荷载 钢束特钢束特征值征值添加添加 编编辑钢束特辑钢束特征值（钢征值（钢束名称、束名称、类型、材类型、材料、张拉料、张拉力等）力等）操作步骤操作步骤荷载荷载 预应力预应力荷载荷载 钢束布钢束布置形状置形状添加添加 添加添加/编编辑钢束形状辑钢束形状按照相关图纸按照相关图纸要求输入钢束要求输入钢束名称、钢束特名称、钢束特性值、类型、性值、类型、几何线形及插几何线形及插入点入点适用。并用相适用。并用相同的方法添加同的方法添加其他

9、钢束。其他钢束。5.2 5.2 钢束形状钢束形状6 6、输入静力荷载、输入静力荷载（自重和预应力荷载）（自重和预应力荷载）6.1 6.1 定义静力荷载工况定义静力荷载工况荷载荷载 静力静力荷载工况荷载工况编辑静力荷编辑静力荷载工况载工况(自自重、塔吊支重、塔吊支反力、吊装反力、吊装拱圈段反力拱圈段反力等如图所示等如图所示)具体静力荷载工况分类：具体静力荷载工况分类：1#1#节段节段2#2#节段节段 工况一、安装一节工况一、安装一节 段段+吊塔反力吊塔反力 工况二、安装二节工况二、安装二节段段+吊塔反力吊塔反力具体静力荷载工况分类：具体静力荷载工况分类：如此可得到工况如此可得到工况3-3-工况工

10、况9 9（安（安装第装第9 9节段节段+吊塔反力）和工况吊塔反力）和工况1010（最大悬臂最大悬臂+吊塔反力吊塔反力）1#1#2#2#3#3#4#4#5#5#6#6#7#7#8#8#9#9#6.2 6.2 自重荷载自重荷载 荷载荷载 自重自重 荷载工况名荷载工况名称称 自重；荷载自重；荷载组名称组名称 自重；自重；自 重 系 数：自 重 系 数：X(0),Y(0),X(0),Y(0),Z(-Z(-1)1)添加添加操作步骤操作步骤6.3 6.3 节点荷载节点荷载NOTENOTE 本实例考虑为吊扣合一体系，只需要建立扣塔模型。首先在模拟吊装过程中，计算其最不利状态下吊塔的水平力和竖向力；其次，模型

11、中用节点荷载模拟水平力和竖向力。6.3 6.3 节点荷载节点荷载操作步骤操作步骤 点击荷载点击荷载 节点荷载节点荷载定义荷载组及荷载工况名称定义荷载组及荷载工况名称填写各方向数据，添加填写各方向数据，添加相同的方法定义其他荷载相同的方法定义其他荷载根 据 实 际 模 拟根 据 实 际 模 拟填写相关数据填写相关数据6.4 6.4 预应力荷载预应力荷载操作步骤操作步骤 点击荷载点击荷载 预应力荷载预应力荷载定义荷载组及荷载工况名称定义荷载组及荷载工况名称添加添加注意注意：赋截面和材料时候，采用赋截面和材料时候，采用MidasMidas特有的拖放功特有的拖放功能。其中能。其中钢管混凝土钢管混凝土单

12、元采用单元采用双单元模拟双单元模拟，即两次选，即两次选中相应单元分别拖放混凝土和钢管材料。中相应单元分别拖放混凝土和钢管材料。根据施工情况及扣索索力本实例计划分根据施工情况及扣索索力本实例计划分1010个个工况，分别为安装工况，分别为安装1#1#段，安装段，安装2 2号段号段安装安装9 9号段号段,最大悬臂状态最大悬臂状态+风荷载。其中索力通过在扣点位置加风荷载。其中索力通过在扣点位置加节点力实现。同时在每个施工阶段中都计入吊塔传下节点力实现。同时在每个施工阶段中都计入吊塔传下来的偏载。偏载反力取施工单位计算的工况一（靠边来的偏载。偏载反力取施工单位计算的工况一（靠边吊运最重节段）所提供的支点

13、反力。吊运最重节段）所提供的支点反力。具体操作时应分清该静力荷载工况中具体有具体操作时应分清该静力荷载工况中具体有哪些荷载，选择相应的节点荷载、梁单元荷载及预应哪些荷载，选择相应的节点荷载、梁单元荷载及预应力荷载等添加模拟。力荷载等添加模拟。1 1、屈曲计算、屈曲计算二、屈曲分析及结果查看二、屈曲分析及结果查看 采用模态分析则用于求结构的线性屈曲临界采用模态分析则用于求结构的线性屈曲临界值。模态分析得到的第一阶模态通常可以看作是值。模态分析得到的第一阶模态通常可以看作是结构发生屈曲失稳时结构的形态。结构发生屈曲失稳时结构的形态。本例题采用本例题采用5 5个模态数量分析，可查看其相个模态数量分析

14、，可查看其相应的失稳形态，并在实际应用时对其加强处理。应的失稳形态，并在实际应用时对其加强处理。操作步骤操作步骤 分析分析 屈屈曲分析控制曲分析控制 模 态 数模 态 数量（量（5 5）屈 曲 分屈 曲 分析荷载组合析荷载组合 荷 载 工 况荷 载 工 况（选择最不（选择最不利情况）利情况）添加添加选择最不利选择最不利的情况组合的情况组合NOTENOTE:屈曲分析控制中，其荷载组合屈曲分析控制中，其荷载组合是选择是选择最不利工况最不利工况进行分析。本例进行分析。本例选择吊塔支架反力选择吊塔支架反力1 1、安装第、安装第9#9#段段拱肋、风荷载三种工况分析。拱肋、风荷载三种工况分析。2 2、分析

15、及结果查看、分析及结果查看操作步骤操作步骤 分析分析 运行分析运行分析 结果结果 应力（内力）应力（内力）梁单元梁单元 同理可以查看相应荷载工况下的变形、反同理可以查看相应荷载工况下的变形、反力、内力等。其结果是否满足要求应根据钢结力、内力等。其结果是否满足要求应根据钢结构设计规范构设计规范GB50017-2003GB50017-2003。应力结果查看应力结果查看可选择其他工况查看可选择其他工况查看选择要查看的组合状况选择要查看的组合状况模态结果查看模态结果查看结果结果 屈曲模态屈曲模态可选择其他可选择其他ModelModel点击选择所要查看的方向点击选择所要查看的方向可选择其他可选择其他Mo

16、delModel点击选择所要查看的方向点击选择所要查看的方向3 3、本实例相关分析、本实例相关分析3.1 3.1 各工况分析各工况分析现以第现以第1010工况为例工况为例最大最大悬臂悬臂阶段（有偏载）阶段（有偏载）+风荷载风荷载主管钢管全部受压，主管钢管全部受压，最小应力为最小应力为-130.7 MPa-130.7 MPa主管钢管应力图（主管钢管应力图（Q345Q345）主管内砼只受压，最主管内砼只受压，最小应力为小应力为-21.9 Mpa-21.9 Mpa主管混凝土应力图主管混凝土应力图主管腹杆最大应力为主管腹杆最大应力为96.2MPa,96.2MPa,最小应力为最小应力为-102.5 MP

17、a102.5 MPa主管腹杆应力图（主管腹杆应力图（Q345Q345）主管横撑最大应力主管横撑最大应力为为119.5 MPa119.5 MPa，最小，最小应力为应力为-83.6 Mpa-83.6 Mpa主管横撑应力图（主管横撑应力图（Q345Q345）主管横联上下弦杆最主管横联上下弦杆最大应力为大应力为139.3 MPa139.3 MPa，最小应力为最小应力为-131.9 MPa-131.9 MPa主管横联上下弦杆应主管横联上下弦杆应力图（力图（Q345Q345）主管横联腹杆最大应力主管横联腹杆最大应力164.7 MPa164.7 MPa为，最小应力为，最小应力为为-277.7 MPa-277

18、.7 MPa主管横联腹杆应力图主管横联腹杆应力图（Q235Q235）主管横联斜撑最大主管横联斜撑最大应力为应力为54.5MPa54.5MPa，最，最小应力为小应力为-104.3MPa-104.3MPa主管横联斜撑应力图主管横联斜撑应力图主管横联平联最大应力主管横联平联最大应力为为165.3MPa165.3MPa，最小应力，最小应力为为-163.9MPa-163.9MPa主管横联平联应力图主管横联平联应力图（Q235Q235）3 3、本实例相关分析、本实例相关分析3.2 3.2 整体稳定性分析整体稳定性分析 在吊装到最大悬臂情况下，考虑自重、塔顶在吊装到最大悬臂情况下，考虑自重、塔顶吊装偏载及风

19、荷载的共同作用下求得线性屈曲的吊装偏载及风荷载的共同作用下求得线性屈曲的最小系数为最小系数为8.548.54。模态。模态1 1为主管根部侧向失稳，为主管根部侧向失稳，临界荷载系数临界荷载系数8.58.5；模态；模态2 2为主管中部侧向失稳，为主管中部侧向失稳，临界荷载系数临界荷载系数9.79.7；模态；模态3 3为横联及斜撑纵向失稳为横联及斜撑纵向失稳，临界荷载系数，临界荷载系数9.89.8；模态；模态4 4是主管上部侧向失稳是主管上部侧向失稳临界荷载系数临界荷载系数10.410.4。整体稳定性满足要求整体稳定性满足要求(模态图如下模态图如下)Model 1Model 1Model 2Mode

20、l 2Model 3Model 3Model 4Model 4结论结论 在模型中，由于很难模拟扣点钢锚箱的实在模型中，由于很难模拟扣点钢锚箱的实际情况，而在扣点附近的主管与主管腹杆（包括预际情况，而在扣点附近的主管与主管腹杆（包括预应力）节点处因有钢锚箱的作用其刚度会很大，所应力）节点处因有钢锚箱的作用其刚度会很大，所以弯矩作用可能在此以弯矩作用可能在此局部应力局部应力会产生会产生较大偏差较大偏差。但。但从结果看，偏大的结果也没有超出限值。从结果看，偏大的结果也没有超出限值。由于偏载的影响，使得纵、横平联端部产由于偏载的影响，使得纵、横平联端部产生弯矩较大，生弯矩较大，建议建议局部加强或增设横

21、向联系。局部加强或增设横向联系。结论结论 从计算结构可以看出，主管横联的一个腹杆从计算结构可以看出，主管横联的一个腹杆应力超限应力超限，分析是由于上下斜撑传力大，且腹杆截，分析是由于上下斜撑传力大，且腹杆截面较小所至，如图所示位置（此问题有待解决）。面较小所至，如图所示位置（此问题有待解决）。现将此杆件直接拿掉后，计算结构显示其他杆件应现将此杆件直接拿掉后，计算结构显示其他杆件应力都很正常，也不超出限值。所以力都很正常，也不超出限值。所以建议建议此处做局部此处做局部处理。处理。处理方法如下：可将此类处正处理方法如下：可将此类处正Y Y撑都改为倒撑都改为倒Y Y撑撑以避免这根腹杆的应力集中现象。图见下页以避免这根腹杆的应力集中现象。图见下页可将此类处正可将此类处正Y Y撑撑都改为倒都改为倒Y Y撑撑谢谢 谢谢 观观 看看