Midas Civil软件应用-挂篮建模.ppt

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1、Midas Civil软件应用挂篮建模,中铁七局武汉公司工程部 李 娜二0一三年五月,常见临时结构设计及检算培训,挂篮计算组成,目 录,四、挂篮建模主桁架,三、挂篮建模前下横梁,二、挂篮建模底模纵梁,一、迈达斯建模一般步骤,五、挂篮建模模板,六、挂篮细部计算,一、迈达斯建模一般步骤,1、设定操作环境（前处理）1.1 建立新项目：文件新项目另存为.1.2 定义单位体系：工具单位体系1.3 确定结构类型：模型结构类型1.4 定义材料：模型材料和截面特性材料1.5 定义截面：模型材料和截面特性截面,1.6 建立节点：模型节点1.7 建立单元：模型单元1.8 建立支座：模型边界条件1.9 建立荷载工况

2、/组合：荷载静力荷载工况/荷载 组合1.10施加荷载：荷载自重/节点荷载/梁单元荷载/压力荷载等1.11分析：分析屈曲分析控制/运行分析,2、结果查看（后处理）2.1查看反力：结果反力2.2查看位移：结果位移2.3查看内力：结果内力2.4查看应力：结果应力2.5查看整体稳定：结果屈曲模态,挂篮正视图,挂篮侧视图,二、挂篮建模底模纵梁,1、设计荷载、节段混凝土自重；、挂篮主桁(包括前、后上下横梁)、侧面模板、底模板系统重量（承重系统）；、施工荷载（人员及机具荷载），取2.5kN/m2；、倾倒及振捣砼时产生的冲击荷载，取2kN/m2；、挂篮走行时，冲击附加系数0.3。,荷载组合表,2、荷载组合（详

3、见建筑结构荷载规范）2.1 按极限状态法设计时，应考虑荷载分项系数及有关规定所列荷载系数和调整系数：构件和连接的强度计算和稳定性验算采用荷载效应的基本组合：结构的变形验算采用荷载效应的标准组合：2.2 按容许应力法设计时，则不考虑荷载分项系数。,3、采用的应力计算公式：3.1 正应力计算公式：3.2 剪应力计算公式：式中:为型钢截面对中性轴的面积矩，为型钢截面的惯性矩，W为构件的截面抵抗矩，具体可根据钢结构设计手册查得。,3.3 采用极限状态法计算时，计算结果的比较 其中：材料的抗弯、抗剪强度设计值；3.4 采用容许应力法计算时，计算结果的比较 其中：材料的抗弯、抗剪容许应力。,挂篮荷载分解图

4、,4、以砼施工工况下为例的迈达斯建模计算：4.1 底模纵梁计算：底模纵梁采用I36b工字钢，L=6.5m,计算参数:单位重65.6kg/m，惯性矩I=16530cm4，W=919cm3,Sx=541.2cm3；底模重2569.5kg，底模面积74.5m2。,4.2 取单位长度底模纵梁计算荷载：每片纵梁承担砼重q1：q1=砼自重*分配到该片纵梁上的砼横截面积；每片纵梁上的底模重q2：q2=底模总重量/底模面积*分配到该片纵梁上底模的宽度；施工荷载q3(以2.5KN/m2计):q3：q3=2.5*分布宽度；振捣砼时产生的冲击荷载q4（以2KN/m2计）:q4:q4=2*分布宽度。,1#块施工各片纵

5、梁上的荷载如下表：单位KN/m（注：表中q1为节段根部荷载，q1为端部荷载，为计算简洁可假定荷载为较大的q1荷载）,取承受荷载最大的纵梁I1为例详细介绍迈达斯建模计算过程，I2-I8计算步骤与I1相同。（梁受均布荷载算例）计算简图如下：,1、设定操作环境1.1建立新项目：文件新项目另存为.,1.2 定义单位体系：工具单位体系长度（m），力（KN）确定。,1.3 确定结构类型 Midas/Civil是为分析三维空间结构而开发的，可以把空间结构简化为平面结构来计算，故对于二维平面内的结构不需要约束平面外的自由度。因此可通过选择结构类型简单化处理。本例题的模型处于整体坐标系的X-Z平面，可将结构指定

6、为二维结构(X-Z Plane)。X方向表示为杆系单元的长度方向，Z方向为竖直方向。,模型结构类型（X-Z平面）确定。,1.4 定义材料：模型材料和截面特性材料添加设计类型（钢材），规范（GB03S),数据库（Q235）确认。,1.5 定义截面：模型材料和截面截面添加名称（输入I36b）；截面（选择下拉菜单相应的工字钢截面）确认。,1.6 输入节点和单元：模型节点建立输入节点坐标（0,0,0）适用（0.5,0,0）适用（1.3,0,0）适用（4.8,0,0）适用（5.5,0,0）适用（6.5,0,0）关闭。,1.7 模型单元建立选择材料（Q235），截面（I36b）关闭。特别注意：当模型中出现

7、多种材料及截面类型，在建立单元时要注意选择相应的材料号和截面号。,1.8 输入边界条件：模型边界条件一般支撑支撑条件类型（2号节点Dz,Dx；3号节点Dz）适用/关闭。将节点2的Dx,Dz自由度约束，把节点3的Dz自由度约束,使其成为简支梁。因为已将结构类型定义为了X-Z平面，故不需对Dy,Rx,Rz自由度再做约束。,MIDAS/CIVIL是三维空间结构分析程序，故每个节点有6个自由度(Dx,Dy,Dz,Rx,Ry,Rz)。这6个自由度在模型中是由6个三角形按顺序组成的6边形表现的，被约束的自由度其三角形颜色会变成绿色，以便区分。,1.9 建立荷载工况：荷载静力荷载工况名称（砼施工）,类型（用

8、户定义的荷载）添加关闭。,1.10 施加荷载：荷载自重添加确定。,注：因为前面施加的均布荷载在分析时未考虑纵梁的自重，所以在添加荷载时要增加自重荷载，否则软件计算时会忽略自重。,1.10 施加荷载：荷载梁单元荷载荷载工况名称（砼施工）方向（整体坐标系Z）数值（相对值）输入荷载值（-0.656）选择需要施加荷载的梁单元 关闭。,注：选中的梁单元及变成绿色；节点荷载的方向为Z轴的 反方向，荷载的加载方向 按+,-号来输入。,1.11 分析：运行结果分析：分析运行分析。,2、结果查看2.1查看反力：荷载工况/荷载组合（砼施工）反力（FXYZ）数值图例适用。,底模纵梁最大支座反力61.05KN，即为计

9、算前、后下横梁时所受的集中力。,2.2 查看位移和变形：结果位移位移等值线荷载工况/荷载组合（砼施工）位移（DXYZ）显示类型（数值、变形、图例）适用。,最大位移4.5mm。,注：从变形图看出，此时的变形与实际变形有一定差距，说明梁单元的划分还不够细致，梁单元划分越细，结果与实际越符合，同时计算量也越大。模式前处理器模型单元分割x方向分割数量（5）选择需要进行细化的梁单元（此模型选择中间段的梁单元）适用。,重新计算，分析运行分析。最大位移7.05mm，与规范规定的允许变形L/400相比较，得出刚度是否满足要求的结论。,2.3 查看内力：结果内力梁单元内力图荷载工况/荷载组合（砼施工）内力（My

10、）显示类型（数值、变形、图例）适用。注：My：绕y轴方向的弯矩，Fz：Z轴方向的剪力，Fx：X轴方向的轴力。,最大正弯矩95.1KN/m。,2.4 查看应力：结果应力梁单元应力图荷载工况/荷载组合（砼施工）应力（组合应力）组合（最大值）适用。,应力选项框力几个数值的含义：Sax：单元坐标系x轴方向的轴向应力；Ssy,Ssz：单元坐标系y,z轴方向的剪切应力；Sby,Sbz：单元坐标系y,z轴方向的弯曲应力；组合应力，显示Sax Sby Sbz中的最大或最小值。,最大组合应力103.3MPa，与规范规定的材料允许应力进行比较，得出强度是否满足要求的结论。,2.5 表格查看结果：结果内力分析表格梁

11、单元内力和应力荷载工况/荷载组合（砼施工）确认。可以对所有分析结果通过表格来查看。对于梁单元，程序会在5个位置(i,1/4,1/2,3/4,j)输出结果。,挂篮前下横梁均采用双拼工字钢45b，总长9m。计算参数：I45b工字钢单位重87.4kg/m，惯性矩I=33760cm4，W=1500cm3，Sx=887.1cm3。前下横梁计算简图如下：其中R1-R8的取值，即为上步计算中底模纵梁计算得到的支座反力。,三、挂篮建模前下横梁,1、设定操作环境1.1 建立新项目：文件新项目另存为.1.2 定义单位体系：工具单位体系长度（m），力（KN）确定。,1.3 确定结构类型：模型结构类型选择（X-Z平面

12、）确定。,1.4 定义材料：模型材料和截面特性材料添加设计类型（钢材）；数据库（Q235）确认。,1.5 定义截面：模型材料和截面截面添加名称（前下横梁或双拼工45b）；截面（选择下拉菜单相应截面）确认。注意：在双拼工字钢截面构件计算时，由于软件中不包含双拼工字钢截面类型，可采用：、取一半构件计算，即构件取单根工字钢计算，构件上施加的荷载也要相应的取原计算结果的一半考虑；、在型钢组合中考虑采用近似截面代替双拼工字钢；、采用用户自定义截面计算。本例中采用近似截面代替计算。,截面型钢组合H型+板；或截面数值箱形截面。,1.6 建立节点：模型节点建立输入节点坐标适用/关闭。或模型节点复制或移动形式（

13、复制）输入间距，输入次数选择被复制节点适用。,输入节点：模型节点复制和移动复制（0.3,0,0）/（1.2,0,0）/（0.94,0,0）/（0.3,0,0）/（0.4,0,0）/（1,0,0）复制次数（5）/（0.4,0,0）/（0.3,0,0）/（0.94,0,0）/（1.2,0,0）适用/关闭。注意：每输完一个节点要点适用才可生成节点；复制时基准点的选择。可点取选择最新建立的个体即为上一步建立的点,1.7 建立单元：模型单元建立（材料 Q235，截面 双拼I45b）适用/关闭。,1.8 输入边界条件：模型边界条件一般支撑支撑条件类型（1号节点DZ,DX；4号节点DZ）适用/关闭。Dx代表

14、节点坐标系 x轴方向的位移自由度，并按顺时针方向分别代表y、z 方向位移及绕x、y、z轴的转动位移。,1.9 建立荷载工况：荷载静力荷载工况名称（纵梁反力）类型（恒载）关闭。,1.10 施加荷载：荷载自重添加确定。,1.11 施加荷载：荷载节点荷载适用/关闭。节点荷载的方向为Z轴的反方向，故在FZ输入栏中输入-1。荷载的加载方向按+,-号来输入。,1.12 运行结果分析：分析运行分析。,2、查看结果2.1 查看反力：结果查看反力，最大反力147.7KN。,2.2 查看应力：结果应力梁单元应力图，最大组合应力13.8MPa，与允许应力相比较得出结论。,2.3 查看位移：结果位移位移等值线，最大位

15、移0.3mm。与允许变形L/400相比较得出结论。,后下横梁、吊带、前上横梁、内外导梁、及空载走行时的各构件计算步骤同上。,菱形架采用350mm350mmH型钢拼装组成，弦杆与腹杆间采用节点板镙栓连接。计算参数：350mm350mmH型钢单位重87.4kg/m，惯性矩I=39506.17cm4，W=2257.49cm3,Sx=1246.59cm3；由前上横梁计算可知，菱形主桁架单侧主桁前支点反力为407.14KN。,四、挂篮建模主桁架,挂篮主桁架计算模型如下图：,1、设定操作环境1.1 建立新项目：文件新项目另存为.1.2 定义单位体系：工具单位体系长度（m），力（KN）确定1.3 模型结构类

16、型选择（3D平面）确定。1.4 定义材料：模型材料和截面特性材料添加设计类型（钢材）；数据库（Q235）确认。,1.5 定义截面：模型材料和界面截面添加名称（输入主桁或H350*350）；截面（选择下拉菜单相应截面）确认。,1.6 输入节点：模型节点建立输入节点坐标（0,0,0）/（1,0,0）/（4.5,0,0）/（4.5,0,3）/（10.5,0,3）适用/关闭。,1.7 建立单元：模型单元建立（材料 Q235，截面 H350*350）适用/关闭。注意：若主桁架横杆、立杆、斜杆截面尺寸均不相同，建立单元时注意选择相应的截面,1.8 输入边界条件：模型边界条件一般支撑支撑条件类型（1号节点D

17、-ALL,R-ALL；3号节点DZ）适用/关闭 Dx代表节点坐标系 x轴方向的位移自由度，并按顺时针方向分别代表y、z 方向位移及绕x、y、z轴的转动位移。,1.9 建立荷载工况：荷载静力荷载工况名称（前上横梁反力）类型（恒载）、名称（自重）类型（恒载）关闭。,注意：与前面不同的是，此处建立了两种荷载工况，将自重单独建立一个荷载工况，是因为后面钢结构整体要进行屈曲分析。,1.10 施加荷载：荷载自重荷载工况名称选择（自重）自重系数Z输入-1添加确定,1.11 施加荷载：荷载节点荷载荷载工况名称（前上横梁反力）Fz（-407.1）适用。,1.12 建立荷载组合：荷载由荷载组合建立荷载工况荷载工况

18、和系数（前上横梁反力，系数1，自重，系数1）自动生成关闭注意点击查看各组合值得含义，gLCB3表示前上横梁反力和自重系数均为1，是我们需要的组合，所以在后面查看结果时，注意选择荷载组合为gLCB3这一状态,注意：对于结构建立多种工况，如存在不同的性质的荷载同时作用在结构上时，均应进行荷载组合，否则在产看反力、内力、位移、应力时的计算结果仅为单一荷载工况下的结果。,由此可以延伸到，用极限状态法设计时，将恒载、活载分别建立不同的荷载工况，系数分别取1.2和1.4进行叠加组合。,1.12 运行结果分析：分析屈曲分析控制模态数量（5）荷载工况（前上横梁），荷载类型（可变）添加荷载工况（自重），荷载类型

19、（不变）添加确定。,注：迈达斯屈曲分析是将荷载作为变量，分析荷载达到多大倍数时结构失稳破坏，而自重荷载是不变的常量，因此前面建立荷载工况时要单独建立自重这一工况。,1.13 分析运行分析,2、查看结果2.1 查看反力：结果反力，后锚处的支点反力637.8KN。注意选择相应的荷载工况，可根据主桁后锚支座反力计算后锚。,2.2 查看位移：结果位移（选择相应的荷载组合）。主桁最大位移19mm。注：公路桥涵施工规范规定：挂篮变形与吊带变形之和不宜大于20mm。,2.3 查看内力：结果内力梁单元内力图My,2.4 查看应力：结果应力梁单元应力图组合应力，最大值适用。主桁结构所受最大组合应力174MPa。

20、与允许值进行比较得出结论。,2.5 整体稳定性分析：结果屈曲模态荷载工况（mode1）模态成分（Md-xyz）图例适用。临界荷载系数=1.2E+002。,五、挂篮建模底模,挂篮底模采用6mm厚钢板，横肋采用C8，间距30cm。底板下底模计算简图：,1、设定操作环境1.1建立新项目：文件新项目另存为.,1.2 定义单位体系：工具单位体系长度（m），力（KN）确定。,1.3 确定结构类型模型结构类型（3-D平面）确定。,1.4 定义材料：模型材料和截面特性材料添加设计类型（钢材），规范（GB03S),数据库（Q235）确认。,注：如进行木模板计算，设计类型可选择用户定义，输入所用模板的弹性模量、泊

21、松比、线胀系数、容重等自定义数据。,1.5 定义厚度：模型材料和截面截面厚度添加面内和面外（0.006）确认。,1.6 输入节点和单元：模型节点建立输入节点坐标（0,0,0）适用（0.3,0,0）适用（0.3,0.625,0）适用（0,0.625,0）关闭。,1.7 模型单元建立单元类型（板），材料号（1）厚度号（1）关闭。特别注意：当模型中出现多种材料及截面类型，在建立单元时要注意选择相应的材料号和截面号。,1.8 输入边界条件：模型边界条件一般支撑支撑条件类型（D-ALL；R-ALL）选择节点（1,2,3,4）适用/关闭。,1.9 建立荷载工况：荷载静力荷载工况名称（砼施工）,类型（用户定

22、义的荷载）添加关闭。,1.10 施加荷载：荷载自重添加确定。,1.10 施加荷载：荷载压力荷载荷载工况名称（砼施工）方向（整体坐标系Z）数值（相对值）输入荷载值（-198.2）选择需要施加荷载的面单元 关闭。,注：选中的单元及变成绿色；节点荷载的方向为Z轴的 反方向，荷载的加载方向 按+,-号来输入。,1.11 分析：运行结果分析：分析运行分析。,2、结果查看2.1查看反力：荷载工况/荷载组合（砼施工）反力（FXYZ）数值图例适用。,2.2 查看位移和变形：结果位移位移等值线荷载工况/荷载组合（砼施工）位移（DXYZ）显示类型（数值、变形、图例）适用。,从变形图看出，此时的变形为0，检查模型无

23、误，与实际变形不相符，这是因为未对板单元进行划分的缘故，单元划分越细，结果与实际越符合，同时计算量也越大。模式前处理器模型单元分割单元类型（其他平面单元）x方向分割数量（5）y方向分割数量（5）选择需要进行细化的梁单元（此模型选择中间段的梁单元）适用。,对板边新分割的节点施加边界条件,重新计算，分析运行分析。模型边界条件一般支撑支撑条件类型（D-ALL；R-ALL）选择节点适用/关闭。注意：如不对新增节点进行支座约束，则模板只受四角约束，边缘未约束，变形如下图，与实际不符。,重新计算，分析运行分析。最大位移7.05mm，与规范规定的允许变形L/400相比较，得出刚度是否满足要求的结论。板单元变

24、形如图：,2、结果查看2.1查看反力：荷载工况/荷载组合（砼施工）反力（FXYZ）数值图例适用。,2.2 查看应力：板单元的有效应力,挂篮整体建模，可以用迈达斯建模，或CAD导入图形。,挂篮变形,0#块模板支架整体模型,0#块模板支架变形,1、后锚精轧螺纹钢筋计算：悬浇挂篮施工时后锚采用6根32精轧螺纹钢筋，精轧螺纹钢筋抗拉强度设计值为；1.1 螺栓抗拉强度计算 由主桁计算可知：后锚反力F=637.8kN；由6根精轧螺纹钢承受主拉力。则有：单根精轧螺纹钢承受拉力N=F/6=106.3kN；=N/A,六、挂篮细部计算,1.2 后锚扁担梁计算由主桁计算得后锚抗倾覆荷载F1=637.8kN，计算结构最大应力=M/W；为确保后锚系统的安全，要求有至少2倍安全系数。,2、菱形架节点板计算取节点板1为例计算：杆件间连接采用两侧节点板连接，,2.1 螺栓计算：抗剪承载力设计值单个螺栓所受的剪应力：其中：受剪面数目。承压承载力设计值螺栓孔壁受压：其中：被连接件重受挤压孔壁的最小长度。螺栓的抗剪和抗压强度设计值。,单个螺栓的抗剪承载力：单个螺栓所受的剪力：其中：N桁架杆件所受的轴力,2.2 节点板计算：节点板应力：be板件有效宽度，当用螺栓链接时，应减去孔径。t板件厚度。,谢谢大家！,