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MIDAS支座模拟


对于空间结构而言,墩柱与梁体连接条件,支座刚度的模拟至关重要。 首先“在支座下端建立节点,并将所有的支座节点按固结约束”,这是一种模拟 实际情况的建模方法。意思是:在墩顶处结构是全约束的,在各个方向都不可能 有位移和转角。 然后“复制支座节点到梁底标高位置生成支座顶部节点,并将支座节点与复制 生成的顶部节点用“弹性连接”中的“一般类型”进行连接,并按实际支座刚度定义 一般弹性连接

的刚度”,这句话的意思是相当于建立一个支座单元,它的三个方 向的刚度值则是由实际工程中支座的类型和尺寸来提供。 然后再建立支座顶部节点与主梁节点之间的联系。 此时将利用 Civil 提供的“刚 性连接”,以主梁节点作为主节点,支座顶部单元作为从节点,将其连接起来。 这样做的意思是: 将主梁节点与支座顶部节点形成一个受力的整体, 目的也是为 了真实模拟其受力情况。 在 MIDAS 中, 在使用“弹性连接”中的一般类型时, 会要求输入您说到的 SDX, SDY,SDZ 这三个值,它们分别是指:SDx:单元局部坐标系 x 轴方向的刚度。 SDy: 单元局部坐标系 y 轴方向的刚度。 SDz: 单元局部坐标系 z 轴方向的刚度。 另外,在弯桥中需要定义支座节点的局部坐标系和 BETA 角。 这三个值是由由实际桥梁工程使用的橡胶支座类型决定的, 也就是说与支座的 刚度系数指标有关。在桥梁工程中,一般使用较多的是板式支座和盆式支座。其 中大桥盆式支座使用相对较多, 在输入这种类型支座的刚度值时, 一般要么很大, 要么取 0;中小桥多用板式支座,在输入刚度值时可以根据支座橡胶层厚度来计 算即可。具体的计算式如下: 板式橡胶支座的刚度计算式: 单元局部坐标系 X 轴方向刚度:SDx=EA/L 单元局部坐标系 y ,z 轴方向刚度: SDy =SDz=GA / L 单元局部坐标系 x 轴方向转动刚度:SRx=GIp/L 单元局部坐标系 y.轴方向转动刚度:SRy=EIy/L 单元局部坐标系 y.轴方向转动刚度:SRz=EIz/L 式中:E、G 为板式橡胶支座抗压、抗剪弹性模量;A 为支座承压面积;Iy , Iz 为支座承压面对局部坐标轴 y、z 的抗弯惯性矩;Ip 为支座抗扭惯性知;L 为支

座净高。

固定盆式支座以较大的刚度约束板体的位移而放松对转动的约束,因此模拟 在墩顶设置一个横、纵、竖二维抗压、抗剪的大值,各方向抗弯的小值 . 即 SDx=SDy=SDz=无穷大,而 SRx=SRy=SRz=0 的一个弹性连接。

Midas 的提供的边界条件非常多,而且各有用途,初学 Midas 的朋友们都想 看看到底不同边界条件 之间有什么区别,下面在 Midas 帮助文件选取下来的,只是作一个比较,各 种边界条件的具体使用 参照 MIDAS 帮助文件。

1.定义一般弹性支承类型 SDx-SDy 整体坐标系 X 轴方向和 Y 轴方向(或已定义的节点局部坐标系 x 方向和 y 方向) 的相关弹性支承刚度。 注 一般弹性支承通常用于反映桩的支承刚度, 结构分析时可以考虑与各个自由度有 关的桩支承刚度。 在典型的建筑结构中, 分析模型不包括桩基础。而是假定在基础底面或桩帽处存 在弹性边界。下 面的通用刚度给出了桩单元的实际刚度。对斜桩,用节点局部坐标轴计算斜 向的刚度。 2.一般弹性支承 分配定义的一般弹性支撑类型,或输入节点通用刚度矩阵 (6× 6)。其中包括选定 的节点在整体坐 标系或节点局部坐标系内各自由度之间相关的刚度, 也可以替换或删除先前 定义的弹性支承刚度 SDxSDySDzSRxSRySRz

注 在一般弹性支承类型对话框中,上述 6 个弹性支承刚度值只表示 6 x 6 阶刚度矩 阵中的 6 个对角线刚 度值。实际分配给节点的刚度值为 6 x 6 阶刚度。 3.面弹性支承 输入平面或实体单元单位支承面上的弹簧刚度形成弹性支承。 并可同时形成弹性 连接的单元。 该功能主要用于在基础或地下结构分析中考虑地基的弹性支承条件。 弹性连接长度:弹性连接单元的长度。该数据对分析结果没有影响,只是为在分 析中定义一个内 部矢量。 只受拉,只受压:选中选项指定弹性连接为只受拉或只受压单元。 4.弹性连接 形成或删除弹性连接。由用户定义弹性连接及其弹性连接的两个节点。 SDxSDySDzSRxSRySRz。 5.一般连接特性值 建立、修改或删除非线性连接的特性值。一般连接功能应用于建立减隔振装置、 只受拉/受压单元 、塑性铰、弹性支撑等模型。一般连接可利用弹簧的特性,赋予线性或非线 性的特性。 一般连接的作用类型分为单元类型和内力类型。 单元类型一般连接在进行分析过程中, 用更新单元刚度矩阵直接反映单元的非线 性。 内力类型的一般连接不更新单元刚度矩阵, 而是根据非线性的特性计算出来的内 力置换成外部荷 载,间接的考虑非线性。 单元类型的一般连接提供的类型有弹簧、线性阻尼器、弹簧和线性阻尼器 3 种类 型的连接单元。 内力类型的一般连接提供的类型有粘弹性消能器(Viscoelastic

Damper)、间隙(Gap)、钩(Hook)、滞后系统(Hysteretic System)、铅芯橡胶支承隔震装置(Lead Rubber Bearing Isolator)、摩擦摆隔震装置(Friction Pendulum System Isolator)等六种类型的连接单元。 6.一般连接 添加或删除一般连接。由用户定义一般连接及其一般连接的两个节点。 一般连接特性值: 选择非线性连接的特性。当需要建立或编辑非线性连接的特性 值时,可以点击 右面的,将弹出非线性连接特性值对话框。 7.释放梁端约束 输入梁两端的梁端释放条件(铰接,滑动,滚动,节点和部分固定),或替换或删 除先前输入的梁 端释放条件。 8.设定梁端部刚域 定义 GCS 或梁单元局部坐标系下梁两端的刚域长度或考虑节点偏心。 该功能主要适用于梁单元(梁、柱)间的偏心设定。当梁单元间倾斜相交,用户要 考虑节点刚域效 果时,需使用该功能进行设定。在主菜单中的模型 >边界条件>刚域效果只 能考虑梁柱直交时的效 果。 9.刚性连接 强制某些节点(从属节点)的自由度从属于某节点(主节点)。 包括从属节点的刚度分量在内的从属节点的所有属性 (节点荷载或节点质量 )均 将转换为主节点的 等效分量。

10.刚域效果 自动考虑杆系结构中柱构件和梁构件 (与柱连接的水平单元 )连接节点区的刚域 效应,刚域效应反 映在梁单元中,平行于整体坐标系 Z 轴的梁单元将被视为柱构件,整体坐 标系 X-Y 平面内的梁单元 将被视为梁构件。 11.有效宽度系数 在计算梁截面应力时,对截面强轴的惯性矩(Iy)的调整系数。 该功能主要使用于预应力箱型梁的剪滞效应(shear lag)分析,即考虑上下板的有 效宽度(受压区) 后,对截面惯性矩进行相应的调整,最后进行应力计算。 该功能对内力计算没有影响。 我建模的时候用节点支撑模拟每根桩基的边界条件, 根据地质资料计算出每 个节点的值输入,计 算结果吻合桩的变形形状及下沉量。 节点弹性连接来模拟实际接触, 但建模时因为把体简化成线而脱开的节点。也可 以模拟梁的横向 联系。 刚性连接(其他程序叫主从节点)模拟橡胶支座等边界条件比较好。我在实用过 程中发现同一个 节点主从 2 次以上要报错, 还有就是主从后在下一施工阶段钝化了,运行的 时候要报错。 以上是我最近使用的一点感受。望各位指教!


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