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跟MIDAS学结构力学(二)

9. 强制位移分析

概述

本例题为梁单元组成的2跨连续梁结构,查看梁单元上施加均布荷载和两个支座产生沉

降时的支点反力、变形图及内力。

特别是为了考虑支座沉降的输入强制位移时应考虑的事项和查看结构分析后发生支座

沉降前后的支座反力和各种内力的变化。

材料

弹性模量: 1.0×104 ksi

截面

截面面积(Area) : 1.0 in2

截面惯性矩(Iyy) : 3,000 in4

荷载

1. 均布荷载: 2kips/ft

2. 在支座2和支座3各发生支座沉降1.5 in和 1.0 in

图 9.1 分析模型

设定基本操作环境

打开新文件以‘Sdp.mgb’为名保存。

文件 / 新文件

文件 / 保存(Sdp )

定义单位体系和结构类型。

本例题的结构类型定义为X-Z 平面。

工具 / 单位体系

长度> in ; 力> kips?

模型 / 结构类型

结构类型 -> X-Z 平面?

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点格(关) 捕捉点 (关)

跟MIDAS学结构力学(二)

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节点号单元号, 正面

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图 9.2 定义单位体系和结构类型

定义材料和截面

定义材料和截面。为了便于分析,使用用户定义和数值输入的方法。

模型 /材料和截面特性 / 材料

一般 > 名称( 材料 ) ; 类型 > 用户定义

用户定义>规范> 无

用户定义> 弹性模量( 1.0E+4 ) ?

模型 /材料和截面特性 / 截面

数值

名称( 截面)

截面特性值> Iyy ( 3,000 )?

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图 9.3 定义材料图 9.4 定义截面

建立节点和单元

为了便于输入把长度单位变更为 ft 后,利用建立节点功能建立节点。

工具 / 单位体系

长度 > ft?

模型 / 节点 / 建立节点

坐标(x, y, z) ( 0, 0, 0 )

复制次数( 2 )

距离(dx, dy, dz) ( 15, 0, 0 )?

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图 9.5 建立节点

使用建立单元功能建立梁单元。

模型 / 单元/ 建立单元

单元类型 > 一般梁/变截面梁

材料 > 1:材料

截面 > 1:截面

节点连接(1, 3 )

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图 9.6 建立单元

输入边界条件

输入结构各支点的边界条件。

节点1的边界条件输入固定条件(Dx, Dz , Ry),为了考虑支座沉降在节点2、3中输入

强制位移,在这里不输入节点2、3的边界条件(Dz)。

模型 /边界条件 / 一般支承

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单选( 节点: 1 )

支承条件类型 > Dx, Dz, Ry(开)

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图 9.7 输入边界条件

输入荷载

定义荷载工况

为输入均布荷载和支座沉降定义荷载工况。

荷载/ 静力荷载工况

名称( 均布荷载) ; 类型 > 用户定义荷载

名称( 支座沉降荷载 ) ; 类型 > 用户定义荷载

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图 9.8 定义荷载工况

输入均布荷载

在梁单元施加重力方向的均布荷载2 kips/ft.

荷载/ 梁单元荷载(单元)

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单选(单元: 1, 2)

荷载工况名称> 均布荷载

方向 > 整体坐标系Z

数值> x1 ( 0 ) ; W ( -2 )

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图 9.9 输入均布荷载

输入支座沉降

利用节点的强制位移功能输入支座沉降量.

工具 / 单位体系

长度 > in ?

荷载/ 节点的强制位移

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单选 ( 节点: 2 ) 荷载工况名称> 支座沉降荷载 位移(局部方向) > Dz ( - 1.5 ) ?

单选 ( 节点: 3 )

位移(局部方向) > Dz ( - 1.0 ) ?

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图 9.10 输入强制位移

关于强制位移的详细说明参考用户手册的“支座强制位移” 部分

运行结构分析

运行结构分析.

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节点号 ( 关 ), 单元号( 关 )

分析/ 运行分析

查看分析结果

荷载组合

利用以输入的单位荷载工况建立荷载组合条件。

荷载组合条件 : 1.0 均布荷载+ 1.0 支座沉降荷载

结果 > 荷载组合

荷载组合列表 > 激活( 开) ; 名称(LCB)

描述(均布荷载+ 支座沉降荷载)

荷载工况(均布荷载(ST)) ; 系数( 1.0 )

荷载工况(支座沉降荷载 ) ; 系数( 1.0 )

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图 9.11 荷载组合条件

查看变形图

查看结构变形图。

可以看出施加强制位移的节点2的位移是1.5 in.

结果 >变形 > 变形形状

荷载工况/荷载组合( CB : LCB )

变形

变形图的比例( 2 )

变形的表现方式 > 实际变形

适用于选择确认( 关) ?

变形前(开)

数值(开) ?

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图 9.12 变形图

查看反力

查看支座沉降发生前 (均布荷载, 支座沉降荷载)和后(LCB)的反力变化。

窗口 > 新窗口

视图 > 视点 > 正面(-Y)

窗口 > 新窗口

视图 > 视点 > 正面(-Y)

窗口 > 水平排列

结果 > 反力 > 反力/弯矩

荷载工况/荷载组合(ST : 均布荷载)

反力( FZ )

跟MIDAS学结构力学(二)

数值

小数点以下位数( 1 ) ?

模型窗口 : 1

结果 > 反力 > 反力/弯矩

荷载工况/荷载组合( ST : 支座沉降荷载)

反力( FZ )

跟MIDAS学结构力学(二)

数值

小数点以下位数( 1 ) ?

模型窗口

结果 > 反力 > 反力/弯矩

荷载工况/荷载组合( CB : LCB )

反力( FZ)

跟MIDAS学结构力学(二)

数值

小数点以下位数( 1 )

适用于选择确认( 开 )?

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图 9.13 支座反力的比较

均布荷载作用的情况下连续端(节点2)的反力最大。在考虑支座沉降的情况,沉降量最大的节点

2产生了负向反力。在荷载组合的条件下输出各个荷载引起的反力之和。

查看弯矩

工具/ 单位体系

长度> ft?

结果>内力> 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合( CB : LCB )

内力( My )

显示选择> 精确 ; 线涂色

显示类型 > 等值线( 开 ), 变形( 开 )

跟MIDAS学结构力学(二)

数值

小数点以下位数( 1 )

适用于选择确认 ( 关 ) ?变形前 ( 开 )

输出位置 > 全部 ( 开 ) ?

模型窗口 : 1

结果>内力> 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合( ST : 支座沉降荷载)

内力(My )

显示选择>精确 ; 线涂色

显示类型 > 等值线 ( 开 ) > 变形( 开 )

跟MIDAS学结构力学(二)

数值

小数点以下位数( 1 )

适用于选择确认 ( 关 ) ?

变形前 ( 开 )

输出位置 > 全部 ( 开 ) ?

模型窗口 : 2 结果 > 内力 > 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合 ( ST : 均布 荷载)

内力 ( My )

显示选择> 精确解 ; 线涂色

显示类型 > 等值线 ( 开 ). 变形( 开 )

数值

跟MIDAS学结构力学(二)

小数点以下位数 ( 1 ) 适用于选择确认 ( 关 ) ?

变形前 ( 开 )

输出位置 > 全部 ( 开 ) ? ?

图 9.14 查看弯矩图 均布荷载

支座沉降荷

LCB

分析结果的比较

荷载组合 (LCB)状态下构件产生弯矩的分析结果与正确解的比较。

[单位: k-ft]

节点 1 节点 2 节点 3

分析结果561.2 315.5 0

弯矩(My)

精确值561.0 315.0 0

例题中可以看出支座沉降分析功能是用于模型中反应出支座沉降影响,而且用于反应结

构特征部位的应力及位移的细部分析,也可用在全结构模型的荷载或变形轻松的反应在

详细模型中的情况。

习题

1.比较如下图模型中的梁的弯矩大小。

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材料

弹性模量:2.1×105 kgf/cm2

截面尺寸

B3H:4003600 mm

截面惯性矩(Iyy):3,000 in4

荷载

模型 1 : 跨中竖向集中荷载P=7,257.6 kgf

模型 2 :节点 2的支座沉降1 cm

10. 预应力分析

概述

本例题查看如图10.1的预应力连续的预应力荷载引起的弯矩。

材料

弹性模量: 1.0 tonf/m2

截面

形状 : 实腹长方形截面

大小 : 0.305 0.559 m

荷载

偏心和抛物线形式布置的钢束上施加预应力荷载90.7 tonf。

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钢束

图 10.1 分析模型

设定基本环境

打开新文件以‘预应力.mgb’为名保存.

文件/ 新文件

文件/ 保存 (预应力)

定义单位体系和结构类型。

设定结构类型为X-Z 平面。

工具 / 单位体系

长度>m ; 力>tonf ?

模型 / 结构类型

结构类型>X-Z 平面?

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点格( 关 ), 捕捉点( 关 ), 捕捉轴线( 关 )

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节点号, 单元号, 正面

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图 10.2 设定单位体系和结构类型