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悬臂梁和简支梁

北京迈达斯技术有限公司

建立模型○1

设定操作环境 (2)

定义材料 (4)

输入节点和单元 (5)

输入边界条件 (8)

输入荷载 (9)

运行结构分析 (10)

查看反力 (11)

查看变形和位移 (11)

查看内力 (12)

查看应力 (15)

梁单元细部分析（Beam Detail Analysis） (16)

表格查看结果 (17)

建立模型○2

设定操作环境 (20)

建立悬臂梁 (21)

输入边界条件 (22)

输入荷载 (22)

建立模型○3

建模 (24)

输入边界条件 (25)

输入荷载 (25)

建立模型○4

建立两端固定梁 (27)

输入边界条件 (28)

输入荷载 (29)

建立模型○5○6○7○8

简要

本课程针对初次使用MIDAS/Civil 的技术人员，通过悬臂梁、简支梁等简单的例题，介绍了MIDAS/Civil 的基本使用方法和一些基本功能。包含的主要内容如下。

1. MIDAS/Civil 的构成及运行模式

2. 视图(View Point)和选择(Select)功能

3. 关于进行结构分析和查看结果的一些基本知识(GCS, UCS, ECS 等)

4. 建模和分析步骤(输入材料和截面特性、建模、输入边界条件、输入荷载、结构分析、查看结果)

使用的模型如图1所示包含8种类型，为了了解各种功能分别使用不同的方法输入。

图1. 分析模型

○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6 ○

7 ○

8 6@2 = 12 m

截面 : HM 440×300×11/18

材料 : Grade3 悬臂梁、两端固定梁简支梁

建立模型○1

设定操作环境

首先建立新项目

( 新项目)，以‘Cantilever_Simple.mcb ’ 为名保

存

( 保存)。

文件

/ 新项目文件

/ 保存( Cantilever_Simple )

单位体系是使用tonf(力), m(长度)。

1. 在新项目选择工具>单位体系

2. 长度选择‘m ’, 力(Mass) 选择‘tonf(ton)’

点击

工具 / 单位体系

长度>m ; 力>tonf

本例题将主要使用图标菜单。默认设置中没有包含输入节点和单元所需的图标，用户可根据需要将所需工具条调出，其方法如下。

1. 在主菜单选择工具>用户制定>工具条

2. 在工具条选择栏钩选‘节点’, ‘单元’, ‘特性’

点击

4. 工具>用户制定>工具条

工具条>节点 (开), 单元 (开), 特性 (开)

图2. 工具条编辑窗口

也可使用窗口下端

的状态条(图4(b))来转换单位体系。

将调出的工具条参考图3拖放到用户方便的位置。

(a ) 调整工具条位置之前

(b) 调整工具条位置之后

图3. 排列工具条

移动新调出的工具条时，可通过用鼠标拖动工具条名称(图3(a)的①)来完成。对于已有的工具条则可通过拖动图3(a)的②来移动。

①

②

Status Bar

Grid & Snap Activation

Selection Element

Node

Properties

View Point

Zoom & Pan Dynamic View

定义材料

使用CIVIL 数据库中内含的材料Grade3来定义材料。

点击材料

点击

3. 确认一般的材料号为‘1’（参考图4)

4. 在类型栏中选择‘钢材’

5. 在钢材的规范栏中选择‘GB(S)’

6. 在数据库中选择‘Grade3’

点击

模型/ 特性值

材料

类型>钢材 ; 钢材规范>GB(S) ; 数据库>Grade3

图4. 输入材料数据

材料类型中包括钢材、混凝土、组合材料(SRC)、用户定义等4种类型，包含的规范有G B , ASTM, JIS, DIN, BS, EN, KS 等。

也可不使用图标菜单而使用关联菜单的材料和截

面特性>材料来输入。关联菜单可通过在模型窗口点击鼠标右键调出。

使用内含的数据库时，不需另行指定材料的名称，数据库中的名称会被自动输入。

定义截面

模型 / 特性值

截面

数据库/用户 ; 截面形状>工字形截面 ; 数据库; DB>KS 截面名称>H 440×300×11/18

图5. 输入截面数据

输入节点和单元

CIVIL 是为分析三维空间结构而开发的，对于二维平面内的结构需约束不需要的自由度。对此可通过选择结构类型简单地处理。

本例题的模型处于整体坐标系(Global Coordinate System, GCS)的X-Z 平面，故可将结构指定为二维结构(X-Z Plane)。

模型 / 结构类型

结构类型>X-Z 平面

建模之前先简单介绍一下鼠标编辑功能。

在建立、复制节点和单元或者输入荷载等建模过程中，需输入坐标、距离、节点或单元的编号等数据，此时可使用鼠标点击输入的方式来代替传统的键盘输入方式。

用鼠标点击一下输入栏，其变为草绿色时，即可使用鼠标编辑功能。对于大部分前处理工作都可使用鼠标编辑功能，用户手册或例题资料中的‘ ’标志即表示该处可使用鼠标编辑功能。

为使用鼠标编辑功能需将捕捉功能激活，根据需要也可定义用户坐标系 (User-defined Coordinate System, UCS)。

点栅格是为了方便建模而在UCS 的x-y 平面内显示的虚拟参照点。激活点栅格捕捉功能，鼠标就会捕捉距离其最近的参照点。

正面,

点格 (开),

捕捉点 (开)

捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开)

模型 /用户坐标系统

X-Z 平面

坐标 > 原点 ( 0, 0, 0 ) 旋转角度 > 角度 ( 0 )

图6. 各种被激活的捕捉功能图标以及GCS 和UCS

对于模型○

1，采用先建立节点后再利用这些节点建立单元的方法来建模。

节点号 (开), 单元号 (开)

模型 / 节点 / 建立节点

坐标 ( 0, 0, 0 )

UCS

GCS

Point Grid

Element 1/2 Snap

E lement 的1/2 捕捉功能被激活时，鼠标就会捕捉单元的中点，另外也可将其设置为1/3或1/5。

点栅格的间距可在 Model>Grids>Define Point Grid 中调整。

捕捉功能的详细说

明请参考在线帮助手册。

处于开启状态的捕捉功能

图 7. 在原点(0, 0,

0)建立节点

将建立的节点复制到梁单元的各节点位置。(将12m 长的梁单元分割

成6等分)

自动对齐 (开)

模型 / 节点

/ 移动和复制

单选 (节点 : 1 ) 移动和复制 >等间距

dx, dy, dz ( 2, 0, 0 )

; 复制次数 ( 6 ) 图 8. 复制节点

③

Status Bar 的U 指

UCS , G 指GCS 。

开启Aut o Fit ting 可将新建立的节点、单元及整个模型自动缩放使其充满窗口。

②

6@2 = 12 m

点栅格间距的默认值为0.5m ，可以此确认复制的节点间的距离是否正确。

(0, 0, 0)

输入dx, dy, dz 等两节点间距离时可使用鼠标编辑功能通过连续点击相应节点来方便地输入。

在捕捉点被激活的状态下利用建立单元功能输入梁单元

钩选交叉分割(图9的○

1)的话，即使直接连接单元的起点(节点1)和终点(节点2)，在各节点处还是会自动分割而生成6个单元。

模型/ 单元

/ 建立

单元类型 > 一般梁 / 变截面梁

材料>1 : Grade3 ; 截面>1 : HM 440x300x11/18

交叉分割 > 节点 (开) ; 节点连接 ( 1, 7 )

图9. 输入梁单元

输入边界条件

使用一般支承输入边界条件，即将节点1的Dx, Dz, Ry 自由度约束使其成为悬臂梁。

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。

MIDA S/CIVIL 是三维空间结构分析程序，故每个节点有6个自由度(D x, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。如图10所示，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。

输入单元时使用鼠

标编辑功能的话，点击节点的同时会生成单元，故不需另行点击

键。

点击隐藏面可如图显示输入的梁单元的实际形状。

○

单元号 (关)

模型 / 边界条件 / 一般支撑

单选 (节点 : 1 ) 选择> 添加

支撑条件类型>Dx (开), Dz (开), Ry (开)

图10. 输入边界条件(固定端)

输入荷载

输入节点荷载、梁单元荷载、压力荷载等荷载前，需先定义静力荷载工况(Static Load Case)。

荷载 / 静力荷载工况

名称 ( NL ) ; 类型>用户定义的荷载

图11. 定义荷载工况

D x D y D z

R x

R y

R z

右上角(D x)代表节点坐标系(未定义节点坐标系时为整体坐标系) 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

在悬臂梁中央（节点4）输入大小为1 tonf 的节点荷载。

荷载 / 节点荷载

单选 ( 节点 : 4 )

荷载工况名称>NL ; 选择>添加 ; FZ ( -1 )

图12. 输入节点荷载

运行结构分析

建立悬臂梁单元、输入边界条件和荷载后，即可运行结构分析。

分析/ 运行分析

节点荷载的方向为 G C S 的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。

荷载表单

GCS Z 轴

加载方向

查看反力

查看反力的步骤如下。由结果可以看出分析结果与手算的结果一致。（竖向反力1tonf ，弯矩–6 tonf*m ）

结果 / 反力

反力/弯矩

荷载工况/荷载组合>ST:NL ; 反力>FXYZ 显示类型> 数值 (开) ; 图例 (开) ?

图13. 查看反力

查看变形和位移

查看集中荷载的位移。

节点号 (关)

结果 / 位移 / 变形形状

荷载工况/组合>ST:NL ; 内力组成>DXYZ 显示组成>变形 (开) ; 变形前 (开) 图例(开)

数值>

小数点 ( 3 ) ; 指数型 (开)

最大值最小值>最大绝对值 ; 显示范围(%) ( 1 ) ?

选择FX YZ 可同时

查看水平反力和竖向反力。

选择数值可在窗口显示结果的大小，选择图例可在窗口右侧查看最大、最小值。

如要在模型窗口显示施加的荷载，可点击显示，在荷载表单选择相应荷载类型(这里选择节点荷载)和荷载值即可。

快速查询

荷载

图例

数值

在后处理模式中开启快速查询(Fast Qu er y )的话，鼠标所在的节点或单元的相关分析结果就会在画面上显示。

DXYZ

??? 3????? ?? ??? ??? ??.

选择最大和最小值的话，在显示范围内(%)的结果就会在画面显示。

节点1的反力结果

图14. 查看变形形状

查看内力

构件内力根据相应单元的单元坐标系输出。首先确认单元坐标系，并查看弯矩。图15中My 为弯矩，Fz 为剪力，Fx 为轴力。

显示

荷载>荷载值, 节点荷载 (关) 单元>局部坐标轴 (开)

初始画面 ;

隐藏(开)

图15. 确认单元坐标系

取消之前显示的节

点荷载。

最大值

将单元坐标系显示于画面。

回到初始画面状态。

单元坐标系

对于单元坐标系的说明请参考在线帮助手册。

下面查看悬臂梁中点作用集中荷载时的弯矩。

结果 /内力

/ 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合>ST:NL ; 内力>My

显示选项>5 点 (开) ; 线涂色 (开) ; 系数 (1) 显示类型>等值线图 (开) ; 图例 (开) ?

图16. 查看弯矩

查看弯矩后查看剪力。

结果 / 内力 / 梁单元内力图

荷载组合/荷载工况>ST:NL ; 内力>Fz

显示选项>5 点 (开) ; 线涂色 (开) ; 系数 (1) 显示类型>等值线图 (开) ; 数值 (开) 图例(开)

数值>

小数点 ( 3 ) ; 指数型 (关)

最大值最小值>最大绝对值 (开) ; 显示范围(%)( 1 ) ?

通过内力图查看构件内力。

图17. 结构的剪力图

查看应力

构件的应力成分(Components)中

Sax为单元坐标系x轴方向的轴向应力,

Ssy, Ssz分别为单元坐标系y, z轴方向的剪切应力,

Sby, Sbz分别为单元坐标系y, z轴方向的弯曲应力。

Combined为组合应力，显示Sax ±Sby ±Sbz中的最大或最小值。下面选择Sbz成分查看弯曲应力。

结果/ 应力/ 梁单元应力

荷载工况/荷载组合>ST:NL; 应力>Sbz

显示类型>变形(开) ; 图例(开)

图18. 查看梁单元的弯曲应力

梁单元细部分析（Beam Detail Analysis ）

进行完一般静力分析(移动荷载分析、反应谱分析除外)后，可使用梁单元细部分析(Beam Detail Analysis )查看梁单元细部的位移、剪力、弯矩、最大应力的分布及截面内的应力分布等。

在梁单元细部分析画面的下端选择截面表单，图形上就会给出左侧截

面应力(Stress Section, 图19的○

1)栏中选择的相应应力类型的结果。详细内容请参考在线帮助手册。

结果 / 梁单元细部分系

荷载工况/荷载组合>ST:NL ; 单元号 ( 1 ) 截面应力>Von-Mise s

图19. 查看梁的详细分析结果

②

可通过移动图19的②，查看梁单元i 端到j 端任意位置的结果。

①

表格查看结果

MIDAS/Civil 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。这里对1~3号单元的i 端和j 端的结果进行查看。

结果 / 分析结果表格 / 梁单元 / 内力

节点或单元 (1to3)

荷载工况/组合>ST:NL (开)

位置号>位置 i (开), 位置 j (开)

图20. 激活纪录对话框

图21. 1 ~ 3号梁单元的构件内力

对于表格输出的结果可以按递增或递减的顺序进行排序。

排序时在表格上点击鼠标右键调出排序信息对话框后，将要作为排

序标准的列的名称从左侧移动到右侧，并通过排序(Priority, 图22的○

1)功能调整各项的优先顺序。

排序对话框

表格>弯矩-y

分类

Asc|弯矩-y (开) ; 排序>上

钩选As c |弯矩-y 的话，

会按递增顺序排列，取消钩选的话则按递减顺序排列。

图22. 排序信息对话框

下面介绍指定分析结果表格形式的方法。

在类型对话框中可对结果的小数点位置、列宽、数值的对齐方式等进行调整。

类型对话框

弯矩-y>格式>Scientific ; 小数点 (2)

图23. 设定表格类型的对话框及结果

可选择指数形式输出结

果。

○