跟MIDAS学结构力学框架分析

1、目 录4. 框架分析概述查看下面框架结构的内力和沉降现象。Ø 材料弹性模量 : 1.0 kip/ft2Ø 截面截面面积(Area): 1.0 ft2截面惯性矩(Iyy): 1.0 ft4Ø 荷载1 . 给模型的横梁施加1.5 kips/ft 的均布荷载2 .节点2和12施加 (+) X方向的集中荷载 25kips 图 4.1 分析模型本例题是全构件刚体连接的模型1和单元的中间设置铰接的模型2两个模型。查看有无铰接条件两个框架的内力和变形形状的差异。模型 1模型2图 4.2 分析模型设定基本环境打开新文件, 以框架.mgb为名存档。文件/ 新文件文件/ 保存 ( 框

2、架 )设定单位体系和结构类型。 工具 /单位体系 长度> ft ; 力> kips ¿ 图 4.3 设定单位体系在分析2维平面的结构的时候，就要约束平面以外的所有自由度。比如X-Z 平面结构,就要约束所有节点的Dy, Rx, Rz 自由度。这种节点约束条件，我们可以把分析范围局限在2维平面上,自动约束平面以外的约束条件。为了便于X-Z平面结构的建模，把X-Z平面定义为用户坐标系 (UCS) x-y 平面。²²参照在线帮助的 “用户坐标系和栅格”部分模型 / 结构类型结构类型>X-Z 平面 ¿模型 / 定义用户坐标系 / X-Z 平面 坐

3、标>原点 ( 0, 0, 0 ) 旋转角度>角度 ( 0 ) ¿ 捕捉轴线 ( 关 ), 正面 (开 )图 4.4 设定用户坐标系在用户坐标系 (UCS) x-y 平面布置 1ft 间隔的点栅格(point grid)。模型 / 定义轴网/ 定义点格栅格间距>dx, dy ( 1, 1 ) ¿图 4.5 设定点栅格定义材料和截面输入材料和截面。为了便于分析用 用户定义类型和 数据类型。模型 / 特性 / 材料一般>名称 ( 材料 ) ; 类型>用户定义 用户定义>规范>无分析数据>弹性模量 ( 1 ) ¿模型 /特性

4、/ 截面数值截面号 ( 1 ) ; 名称( 截面 ) ; 截面形状>实腹长方形截面截面特性值> 面积 ( 1 ) ; Iyy ( 1 ) ¿ 图 4.6 定义材料 图 4.7 定义截面建立节点和单元用捕捉点栅格建立节点和梁单元 (beam element)。用鼠标编辑功能依次点击UCS坐标系的坐标 (0, 0, 0) 和 (0, 30, 0) 建立单元1。参照点的坐标值可以在画面下端的状态栏上查看(图 4.8 )。 节点号, 单元号模型 / 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²打开捕捉点功能

5、的话，可用鼠标点击画面上的任意点栅格(grid point)来建立节点.交叉分割>节点 ( 开 ) ;单元 ( 开 ) ; 节点连接 ( 1, 2 )8²²U (0, 30, 0)U(0, 0, 0) U (0, 30, 0)²点击 显示选项，可以调节label的大小和字体U(0, 0, 0)图 4.8 建立单元1用鼠标编辑功能依次指定用户坐标系的坐标 (30, 0, 0), (30, 30, 0)和 (0, 30, 0), (30, 30, 0) 建立单元2和单元3 (图 4.9)。被捕捉的用户坐标系(UCS)、整体坐标系(GCS)的坐标值显示在画面下端的

6、状态条里。 图 4.9 建立单元 2,3为了在已建立的单元中央输入铰支点, 用分割单元功能把单元1、2、3等分。只在模型 2中输入铰接条件。模型 /单元 / 分割单元 点格 ( 关 ), 捕捉点 ( 关 ), 全选 分割>单元类型>线单元 ; 等距离x方向分割数量>2 ¿ 图 4.10 分割单元输入边界条件完成了结构建模, 给两个柱的下端部输入固定支承条件。²参照用户手册的 “自由度约束条件”对应的节点以刚体条件约束自由度来反应固定支撑。²模型 / 边界条件 / 一般支承 自动对齐 单选 ( 节点 : 1, 3 )选择>添加 ; 支承条件类

7、型> Dx, Dz, Ry (开) ¿²支撑条件标志的右上的三角形指节点局部坐标系（节点局部坐标系未指定时为整体坐标系）X轴方向的平移自由度，顺时针依次为Y、Z轴方向的平移自由度，绕X、Y、Z轴方向的旋转自由度。 图 4.11 输入支承条件输入荷载定义荷载工况为输入均布荷载和节点荷载，首先定义荷载工况。 荷载 / 静力荷载工况名称 ( 荷载 1 ) ; 类型>用户定义的荷载名称 ( 荷载 2 ) ; 类型>用户定义的荷载 ¿图 4.12 输入荷载工况输入静力荷载给梁单元、节点输入均布荷载、节点荷载(图 4.1)。荷载 / 梁单元荷载(单元) 单选

8、 (单元 : 3, 6 )荷载工况名称>荷载 1 ; 选择>添加 荷载类型>均布荷载 ; 方向>整体坐标系 Z V数值>W ( -1.5 ) ¿荷载 / 节点荷载 单选( 节点 : 2 )荷载工况名称> 荷载 2 ; 选择>添加 节点荷载>FX ( 25 ) ¿图 4.13 输入荷载建立模型 2 为了比较全部刚体连接的模型1和使用3个铰接的模型2的分析结果，建立模型2。用复制和移动功能向右复制模型 1来建立模型2。(图 4.14)模型 /单元 / 复制和移动 全选 形式>复制 ; 移动和复制>等间距dx, dy,

9、dz ( 40, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 1 )²可以同时复制输入在复制对象的边界条件和荷载。复制节点属性, 复制单元属性(开)² ¿复制节点属性 边界条件>一般支承 (开) 静力荷载>节点荷载 (开) ¿ 复制单元属性 静力荷载>梁单元荷载 (开) ¿40 ft 图 4.14 建立模型 2输入内部铰支给模型 2输入内部铰接。激活模型 2，输入边界条件 (Beam End Release).模型 / 边界条件 / 释放梁端约束选择最新建立的个体， 激活 单选 (单元 : 7, 8, 9 ) 选择>添加/替换 选择

10、类型释放比率>i-节点>My, Mz ( 关 ) ¿图 4.15 输入铰接点运行结构分析完成所有框架结构,边界条件以及荷载,运行结构分析. 全部激活 分析 / 运行分析查看分析结果查看变形图查看重力方向荷载(荷载 1)下结构变形图 (deformed shape)。模型 2的梁中间的铰接点上发生了与悬臂梁相似的大变形。结果 / 位移/ 位移形状 荷载工况/荷载组合>ST:荷载1 ; 成分>DXZ 显示类型>变形前 (开) ¿变形 变形图的比率( 1.5 ) ; 变形的表现方式>实际变形 ¿ 使用于选择确认时 (关)图 4.16

11、重力方向荷载引起的的变形图(deformed shape)查看横向力(荷载 2)作用下的结构变形图 (deformed shape)。可以看到模型 2的柱中间铰接点为基准，结构急剧变化的变形形状。交接点上部的横向荷载以剪力传达到交接点下部，上部构件不能约束下部构件的旋转自由度。变形情况如同下部固定、上部自由的柱受横向力的结构的变形。结果/ 变形/ 变形形状 荷载工况/荷载组合>ST:荷载 2 ; 成分>DXZ 显示类型>变形前(开) ¿变形 变形图的比率( 1.5 ) ; 变形的表现方式>实际变形 ¿ 图 4.17 横向荷载产生的变形(deforme

12、d shape)查看内力查看重力方向荷载 (荷载 1)作用下的结构内力图。在模型2中重力荷载引起的上部柱上的弯矩为168.75kips×ft。铰接点产生的剪力为11.25(=168.75/15)kips。（式中的15为上半柱的长度）结果 / 内力 / 梁单元内力图荷载工况/荷载组合> ST:荷载 1 ; 内力>Fz显示选项>精确解 ; 线涂色 ; 系数 ( 2 )显示类型>等值线 ( 关 ) ; 变形 ( 关 ) 数值 小数点以下位数 ( 2 ) 适用于选择确认时 ( 关 ) ¿ 输出位置>绝对最大(开) ¿图 4.18 梁单元内力图(shear force diagram)查看弯矩查看重力方向荷载作用下产生的弯矩。由于模型2的柱中间为铰接，柱的弯矩图与悬臂梁相同。结果 / 内力 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合>ST:荷载 1 ; 内力>My显示选择>精确解 ; 线涂色 ; 系数 ( 1 )显示类型>等值线( 关 ) ; 数值 ( 开 ) 输出位置>绝对最大( 开 ) ¿图 4.19 重力方向荷载产生的弯矩图 (bending moment diagram)查看横向力作用下的弯矩。结果 / 内力 / 梁单元内力图