如何用Midas/Civil進(jìn)行懸索橋分析

2016-10-27 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

Midas/Civil是橋梁工程專業(yè)后續(xù)學(xué)習(xí)、日后從事設(shè)計(jì)工作最常用的專用有限元設(shè)計(jì)分析軟件之一,如果在本科階段即開(kāi)始學(xué)習(xí)并逐漸應(yīng)用,對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)及日后的工作將大有幫助。

在學(xué)習(xí)階段的各種設(shè)計(jì)練習(xí)及實(shí)際工作中,可能會(huì)經(jīng)常遇到懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算。本文結(jié)合筆者自身體驗(yàn),敘述Midas/Civil計(jì)算懸索橋的基本步驟及使用中的心得技巧和注意事項(xiàng)。注:本文以Midas/Civil 2012為參照版本。

Midas/Civil計(jì)算懸索橋中的關(guān)鍵問(wèn)題在于初始成橋線性的確定,這是由于懸索橋?yàn)榇笞冃味A柔性結(jié)構(gòu)決定的。其分析過(guò)程及每步中的要點(diǎn)如下:

1.建立新文件,為了便于區(qū)分和查找,建議命名時(shí)加入文件創(chuàng)建日期及文件主要特征等信息;

2.按照初步設(shè)計(jì),定義主纜、橋塔、橫梁、加勁梁、橫隔板等部件的材料及截面特性值;

3.在結(jié)構(gòu)-懸索橋按鈕點(diǎn)出“懸索橋建模助手”,在其中輸入相關(guān)信息,利用建模助手功能生成初步模型以便后續(xù)修改。在此需指出,利用懸索橋建模助手可以確定索單元大致的初始內(nèi)力,利于后面的精細(xì)分析。實(shí)際上也完全可以自行建立懸索橋的全部梁、索單元,再進(jìn)行非線性分析控制和迭代,但該步驟比較繁瑣,因此一般推薦采用懸索橋建模助手生成初步模型;

在建模助手中有幾個(gè)要點(diǎn)和技巧:

1) 建模助手采用的默認(rèn)對(duì)象是雙塔三跨懸索橋。當(dāng)建立的模型為雙塔單跨懸索橋時(shí),可以在邊跨長(zhǎng)度框內(nèi)輸入一個(gè)很小的數(shù)值(如1e-6),一般在Midas/Civil中,距離小于1e-5的節(jié)點(diǎn)將被合并,從而達(dá)到實(shí)際只建立了中跨的效果;

2) 橋面系寬度,在橋塔豎直、索面豎直時(shí)指的是橋塔間距,也即主纜間距、吊桿吊點(diǎn)間距,在索面傾斜或橋塔傾斜時(shí),一般理解為吊桿在加勁梁上的吊點(diǎn)間距更加方便;

3) 橋面系單位重量,此處輸入的單位重量必須等于加勁梁的自重加上二期恒載等以梁?jiǎn)卧己奢d形式施加給加勁梁?jiǎn)卧牧簡(jiǎn)卧奢d的和,否則后面難以計(jì)算收斂。另外,當(dāng)建立的模型為雙塔單跨懸索橋時(shí),應(yīng)勾選此處“詳細(xì)”對(duì)話框,并在對(duì)話框中分別設(shè)置邊、中跨橋面系荷載集度,為了便于收斂,可以將實(shí)際不存在的邊跨設(shè)置一個(gè)非常小的集度,如1e-6;

4) 其余各項(xiàng)按照對(duì)話框要求及初步設(shè)計(jì)填寫即可,點(diǎn)擊“實(shí)際形狀”,會(huì)給出初步計(jì)算的主纜橫向內(nèi)力,該值應(yīng)該記下,以便在后面懸索橋分析控制中使用;

5) 填寫完成后建議命名并保存該wzd文件,以便后面再修改或重復(fù)利用。

4.建模助手填寫完畢后,點(diǎn)擊“確定”,即開(kāi)始進(jìn)行第一輪懸索橋生成時(shí)的初步非線性分析計(jì)算,根據(jù)懸索橋復(fù)雜程度不等,通常該過(guò)程會(huì)持續(xù)數(shù)秒到數(shù)十秒,此時(shí)宜耐心等待。該過(guò)程運(yùn)行結(jié)束后,程序會(huì)自動(dòng)生成幾何剛度初始荷載,并自動(dòng)生成“自重”荷載工況;

5.懸索橋建模助手生成的是程序默認(rèn)形式的地錨式豎直索面懸索橋,此時(shí)我們需根據(jù)實(shí)際橋梁情況進(jìn)行修改:比如自錨式懸索橋、空間主纜懸索橋、單塔懸索橋等,修改的內(nèi)容包括節(jié)點(diǎn)位置、邊界條件、構(gòu)件連接情況及荷載等。為了后文操作方便,建議給主纜、橋塔、橫梁、加勁梁、橫隔板等部件分別建立結(jié)構(gòu)組,并通過(guò)選擇和拖放功能賦予相應(yīng)節(jié)點(diǎn)單元,然后再建立三個(gè)結(jié)構(gòu)組:更新節(jié)點(diǎn)組、垂點(diǎn)組合所有結(jié)構(gòu)。更新節(jié)點(diǎn)組選中主纜上除了主纜錨固端以外的所有節(jié)點(diǎn),包括塔頂節(jié)點(diǎn);垂點(diǎn)組選擇塔頂節(jié)點(diǎn)和跨中主纜最低點(diǎn)。注意垂點(diǎn)組中的節(jié)點(diǎn)實(shí)際在計(jì)算中坐標(biāo)是不允許變化的,但根據(jù)程序編制要求,也要包含在更新節(jié)點(diǎn)組中;(選擇和拖放是midas非常具有細(xì)節(jié)操作技巧的功能,歡迎交流)

6.點(diǎn)擊分析-懸索橋,對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行修改?？刂茀?shù)中有兩個(gè)參數(shù):迭代次數(shù)和收斂誤差,這兩個(gè)參數(shù)的含義是:在迭代次數(shù)范圍內(nèi),達(dá)到收斂誤差或尚未到達(dá)收斂誤差但迭代次數(shù)已到設(shè)定值,均會(huì)停止迭代。因此若計(jì)算時(shí)覺(jué)得精度不夠,可以提高迭代次數(shù)(如50次甚至更大)并減小收斂誤差(如1e-6甚至更小),這要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試算加以確定;

7.進(jìn)行分析。分析過(guò)程中注意觀察信息窗口中的信息,確認(rèn)收斂。收斂完成后將提供平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力數(shù)據(jù);

8.為了確定懸索橋精確分析是否有效,應(yīng)該定義一個(gè)“一次成橋”施工階段。該階段激活所有的結(jié)構(gòu)組、荷載組、邊界組(還可能有鋼束組)。刪除“懸索橋分析數(shù)據(jù)”,定義“施工階段分析數(shù)據(jù)”,勾選“考慮非線性分析/獨(dú)立模型”,并勾選“使用平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力”。注意此處必須先刪除“懸索橋分析數(shù)據(jù)”,否則施工階段分析不予進(jìn)行;

9.運(yùn)行施工階段分析,運(yùn)行后查看結(jié)果判定懸索橋精細(xì)分析是否成功。一般比較常用的簡(jiǎn)單的判斷方法是:查看該“一次成橋”施工階段的位移,在迭代次數(shù)和收斂誤差控制得較好時(shí),通常該“一次成橋”施工階段的位移可以達(dá)到1e-4甚至更小,設(shè)計(jì)院中有時(shí)會(huì)精細(xì)到1e-6~1e-7。當(dāng)該條件滿足,表面懸索橋成橋狀態(tài)的精細(xì)分析已經(jīng)滿足要求;

10.此時(shí)在成橋以后的分析中,懸索橋的索單元實(shí)際已轉(zhuǎn)化為桁架單元進(jìn)行線性分析,與常規(guī)結(jié)構(gòu)的線性分析一樣,資不贅述。

以上為筆者常用的方法,親測(cè)有效。歡迎指教、歡迎交流。

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