MIDAS-单跨拱桥
例题2 单跨拱桥
例题 2. 单跨拱桥
概要1
分析模型与荷载条件 / 2
打开文件与设定基本操作环境5
输入构件材料及截面7
使用节点和单元进行建模11
建立拱肋 / 11
建立吊杆 / 12
形成拱的主梁并复制构架 / 14
建立横系梁 / 16
建立支撑 / 17
输入结构的边界条件22
输入梁单元连接部的边界条件 / 23
建立虚设梁 / 25
输入车辆移动荷载和静力荷载28
设定荷载条件 / 28
输入静力荷载 / 29
输入车辆移动荷载 / 31
进行结构分析38
查看分析结果38
荷载组合 / 38
确认变形 / 40
查看影响线结果 / 41
剪力图与弯矩图 / 46
2
例题2. 单跨拱桥
概要
本例题主要介绍如何对有车辆荷载作用的单跨拱桥进行建模、结构分析及结果校
核。
在这里省略了例题1中所说明了的MIDAS/Civil的基本功能，而主要使用图标菜单。
对MIDAS/Civil的功能或结构分析过程有不解之处请参考在线用户手册。
在安装 CD中提供有包含此例题所有建模、分析和结果确认过程的动画及解说。通
过动画及解说先对整个分析过程获得一定了解的话，可以进一步提高跟随操作的效
果。
此例题所介绍的各阶段分析步骤如下。
1.打开文件并设定操作的基本环境
2.输入构件的材料及截面数据
3.使用节点和单元进行建模
4.输入建筑物的边界条件
5.输入车辆移动荷载和静力荷载
6.进行结构分析
7.对结果进行校核和分析
1
例题
2分析模型与荷载条件
拱桥的模型如图1所示，其基本情况如下。
?桥梁形式 : 拱桥
?桥梁等级 : 1等桥梁
?跨径 : 50m
?设计车道数 : 2条车道
?桥宽 : 14m
图1. 拱桥模型
单跨拱桥
3
结构的平面如下所示。(参考图2)
? 横系梁按5m 间距排列 ? 按桥轴方向设置纵向支撑
? 在中心线两端7m 的位置设置主梁和拱肋
(a) 平面图
(b) 立面图
图2. 拱桥的平面图和立面图
边界条件 : B1 – 约束所有方向的位移 B2 - 约束Y, Z 方向的位移
B3 – 约束X, Z 方向的位移
B4 - 约束Z 方向的位移
B B X
例题
4对于荷载条件，为了简化问题只考虑以下3种条件。
?荷载条件 1 : 固定荷载 90 kN/m (只作用于主梁)
?荷载条件 2 : 人行道荷载 6.2 kN/m (只作用于主梁)
?荷载条件 3 : 车辆移动荷载 (C-AL, C-AD)
本例题的主要目的是为了介绍MIDAS/Civil的各项功能，因此有些条件会与实际情况有出入，仅作参考。
单跨拱桥打开文件与设定基本操作环境
打开新文件(保存)来建立桥梁模型。
在画面下端的状态条点击单位选择键(
键
图3. 工具条输入窗口
5
例题
6
a
) 排
列T o o l b a r
(a) 排列工具条前的画面
( (b) 将Toolbar 排列后的画面
2 所添加的Toolbar 可通
过用鼠标按着Toolbar 的 Title Bar(图4 (a)的u )将其拉到所需位置。对于已有的Toolbar 可点击图4 (a)的v 来移动。
v
u
单跨拱桥
图4. 工具条的排列
输入构件材料及截面
结构构件的材料及截面按以下的数据输入。
?材料
1 : Grade3 –横系梁, 斜支撑，主梁, 拱肋, 吊杆
2 : Dummy –虚设梁
?截面
1 : B 2100×600×10/10 - 主梁
2 : H 1540×500×14/27 - 横系梁
3 : B 600×600×16/1
4 - 拱肋
4 : H 600×400×12/16 - 吊杆
5 : B 600×500×10/14 - 斜支撑和横向支撑
6 : H 400×400×13/21 - 水平斜支撑(包括纵梁)
7 : Dummy Beam - 虚设梁
截面1~5属于焊接制作的截面(Built-up Section)故可使用User功能，而截面6则可
使用程序中内存的GB标准截面DB。
上面的虚设梁是为了指定车辆移动荷载而设的。其材料和截面可使用以下数据来输
入。
Name Type Data
材料Dummy User Defined E = 1e-10 tonf/mm3
截面Dummy Beam Value I yy =1 mm4
对虚设梁的材料和截面可输入任意的足够小的值以使其不致于对分析结果产生影
响。
7
例题
8
图5. 截面设定对话窗口图6. 输入材料数据的对话窗口
1.在材料和截面特性点击
键
3.在一般的材料号输入栏确认‘1’(参考图6)
4.在类型选择栏确认‘钢材’
5.在钢材的规范选择栏选择‘GB(S)’
6.在数据库选择栏选择‘Grade3’
7.点击
键
单跨拱桥
图7. 截面数据的输入
1.在材料和截面特性对话窗口(图5)选择截面表单
(或在特性工具条选择
键
3.在数据库/用户表单的截面号输入栏确认‘1’ (参考图7)
4.在名称输入栏输入‘主梁’
5.在截面形状选择栏(图7的u)选择‘箱型截面’
6.在拥护和数据库中选择‘用户’
7.在H输入栏输入‘2100’
8.在B输入栏输入‘600’
9.在tw输入栏输入‘10’
10.在tf1输入栏输入‘10’
11.点击
9
例题
1012.按3~11的步骤输入截面2~5
13.在截面号输入栏确认‘6’
14.在名称输入栏输入‘水平斜支撑(包括纵向梁)’
15.在截面形状选择栏(图7的u)选择‘H-截面’
16.在用户和数据库中选择‘数据库’，并在右侧的选择栏确认‘GB’
17.用鼠标点击截面输入栏，输入‘H 400×400×13/21’或利用滚动条进行选
择2
18.对于Dummy Beam，在数值表单只在Iyy输入‘1’
19.点击
键
21.在状态条点击单位选择键(
键，利用Scroll Bar选择相应截面名称的方法。第二, 直接输入截面名称的方法。
利用第二种方法时须将键盘转换为英文输入状态。
单跨拱桥
11
使用节点和单元进行建模
建立拱肋
利用建立拱助手功能建立拱肋。(参考图8)
1. 在树菜单的菜单表单选择模型>结构建模助手>拱
2. 在插入/编辑表单的类型 选择栏确认‘抛物线形’2
3. 在分割数量 输入栏确认‘10’
4. 在L 输入栏输入‘50’
5. 在H 输入栏确认‘10’
6. 在边界条件 选择栏选择‘无’
7. 在显示单元号.的左侧表示‘ü’
8. 在材料 选择栏选择‘1 : Grade3’
9. 在截面 选择栏选择‘3 : 拱肋’
10. 在插入 表单的插入点 输入栏确认‘0, 0, 0’ 11. 点击
正面
图2
在输入&编辑表单的类型选择栏可以对拱的形式(投影等间距抛物线、等间距抛物线、投影等间距椭圆、等间距椭圆)作选择。这里考虑吊杆的等间距排列，选择‘Parabola1’ 形式以使拱肋上的节点投影到连接两端的直线上时为等间距。(参考图8)
例题
12建立吊杆
利用扩展单元功能将拱肋上生成的节点按竖直下方投影延长以输入吊杆。(参考图9)
1.在单元工具条点击
节点编号(Toggle on)
3.点击
键
13.点击
选择最新建立的个体(图9的w)
15.在参数类型选择栏选择‘Beta角’2
16.在形式选择栏确认‘分配’
17.在Beta角输入栏输入‘90’
18.点击
单跨拱桥
13
图9. 建立吊杆
图10. 调整吊杆的排列角度(Beta 角)
u v
x
z
y x z
y
w
v
u Beta 角 = 0°
Beta 角 = 90°
例题
14
点击隐藏面(图11的v)(Toggle on)，可确认‘Beta 角’的输入状况。确认输入状态后，点击隐藏面使其回到 Togg le off 状态。
形成拱的主梁并复制构架
连接构架的两端来输入拱的主梁，并将所完成的一侧构架复制到另一侧。
1.点击捕捉点(Toggle off)2
2.点击
建立单元
4.在单元类型选择栏确认‘一般梁/变截面梁’
5.在材料选择栏选择‘1 : Grade3’
6.在截面选择栏确认‘1 : 主梁’
7.在方向的Beta角输入栏确认‘0’
8.在交叉分割选择栏确认节点左侧的‘ü’
9.用鼠标点击节点连接输入栏使其变为草绿色后指定节点1和节点11
10.点击
单元的复制和移动
12.在形式选择栏确认‘复制’
13.在移动和复制选择栏确认‘等间距’
14.在dx, dy, dz 输入栏输入‘0, 14, 0’
15.在复制次数输入栏确认‘1’
16.点击
捕
捉点格功能设置为Toggle off状态。
单跨拱桥
图11. 主梁和拱的完成
15
例题
16建立横系梁
利用扩展单元将一侧主梁上的节点扩展到另一侧的主梁来建立横系梁。
1.点击
用多边形选择(图12的u)并选择节点1和节点11~20
3.在扩展类型选择栏确认‘节点→线单元’
4.在单元类型选择栏确认‘梁单元’
5.在材料选择栏确认‘1 : Grade3’
6.在截面选择栏选择‘2 :横系梁’
7.在生成形式选择栏选择‘投影’
8.在投影形式选择栏确认‘将节点投影在直线上’
9.点击定义基准线的P1输入栏使其变为草绿色后指定节点21和节点31
10.在方向选择栏确认‘法向’2
11.点击
单跨拱桥
图12. 建立横系梁
建立支撑
对新建立的横系梁激活之后，利用捕捉点功能和建立单元功能来完成纵向支撑(加强肋，Stringer)。
1.点击
单元编号 (Toggle on)
4.点击
单元编号 (Toggle off) (参考图13)
17
例题
18
图13. 完成纵向支撑
现在输入桥面的对角斜支撑。
1.在建立单元 Dialog Bar的单元类型选择栏确认‘一般梁/变截面梁’
2.在材料选择栏确认‘1 : Grade3’
3.在截面选择栏确认‘6 : 水平斜支撑(包括纵向支撑)’
4.用鼠标点击节点连接输入栏使其变为草绿色之后分别连接节点1和43以及节
点43和21输入两个单元
5.点击
单选并选择上面所生成的两个斜支撑单元
u