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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.MIDAS 培训资料第一章 关于MIDAS/Civil1.1 midas软件/Civil简介MIDASS系列软软件是以以有限元元为理论论基础开开发的分分析和设设计软件件。早在在19889年韩国国浦项集集团成立立CADD/CAAE研发机机构开始始专门研研发MIDDAS系列软软件，于于20000年9月正式式成立Infformmatiion Tecchnoologgy CCo., Lttd.(简称MIDDAS IT)。目前MIDDAS系列软软件包含含建筑（Gen）
2、，桥桥梁(Ciivill)，岩土土隧道(GTTS)，机械(MEEC)，基础(SDDS)，有限限元网格格划分(FXX+)等多种种软件。在计算机技技术方面面，MIDDAS/Civvil所使用用的是客客体指向向性计算算机语言言Vissuall C+，因此此可以充充分地使使32bbit视窗环环境的优优点和特特点得到到发挥。以以用户为为中心的的输入输输出功能能使用的的是精确确而且直直观的用用户界面面和尖端端的电脑脑图形技技术，从从而为考考虑施工工阶段或或者材料料时间依依存性的的土木建建筑物的的建模和和分析提提供了很很大的便便利。在结构设计计方面，MIDDAS/Civvil全面强强化了实实际工作作中结构构
3、分析所所需要的的分析功功能。通通过在已已有的有有限元库库中加入入索单元元、钩单单元、间间隙单元元等非线线性要素素，结合合施工阶阶段、时时间依存存性、几几何非线线性等最最新结构构分析理理论，从从而计算算出更加加准确的的和切合合实际的的分析结结果。建模技术采采用的是是自行开开发的新新概念CCAD形形式的建建模技术术，可以以更加提提高建模模效率。特特别是由由于拥有有如桥梁梁建模助助手等高高效自动动化建模模功能，所所以只要要输入截截面形状状、桥梁梁特点、预预应力桥桥的钢束束位置等等基本数数据，就就可以自自动建立立桥梁模模型以及及施工阶阶段的各各种数据据。悬索桥完成成系模型型为青潭大桥桥的抗震震设计所所
4、进行的的特征值值分析栈桥模型墩柱静力分分析1.2 MMIDAAS/CCiviil的适适用领域域MIDASS/Ciivill的适用用领域如如下。 所有有形式的的桥梁分分析与设设计钢筋混凝土土桥、钢钢桥、联联合梁桥桥、预应应力桥、悬悬索桥、斜斜张桥 大体体积混凝凝土的水水化热分分析桥台、桥墩墩、防波波堤、地地铁、其其它基础础建筑 地下下建筑的的分析地铁、通信信电缆管管道、上上下水处处理设施施、隧道道 发电电站及工工业设施施结构设设计发电站、铁铁塔、压压力容器器、水塔塔等 其它它国家基基础建设设结构设
5、设计飞机场、大大坝、港港湾等1.3 MIDDAS/Civvil的的特点*提供菜单单交互式式、表格格输入、导导入CAD等灵活活多样的的建模功功能。*提供供刚构桥桥、板型型桥、箱箱梁桥、顶顶推法桥桥梁、悬悬臂法桥桥梁、移移动支架架/满堂支支架法桥桥梁、悬悬索桥、斜斜拉桥的的建模助助手。*提供供中国、美美国、英英国、德德国、欧欧洲、日日本、韩韩国等国国家的材材料和截截面数据据库，以以及混凝凝土收缩缩和徐变变规范和和移动何何在规范范。*提供供桁架、一一般梁/边截面面梁、平平面应力力/平面应应变、只只受拉/只受压压、钩、索索、板、实实体单元元等工程程实际时时所需的的各种有有限元模模型。*提供供静力分分析
6、、动动力分析析、静/动力弹弹塑性分分析、几几何非线线形分析析、优化化索力、屈屈曲分析析、移动动荷载分分析（影影响线/影响面面分析）、支支座沉降降分析、施施工阶段段分析、联联合截面面施工阶阶段分析析等功能能。*在后后处理中中，可以以根据设设计规范范自动生生成荷载载组合，也也可以添添加和修修改荷载载组合。*可以以输出各各种反力力、位移移、内力力和应力力的图形形、表格格和文本本。*可在在进行结结构分析析后对多多种形式式的梁、柱柱截面进进行设计计和验算算。 1.4 分分析框图图1.5 操操作界面面第二章 土木结结构分析析2.1 MMIDAAS/CCiviil 中的数数值分析析模型结构分析模模型是由由节
7、点、单单元及边边界条件件三要素素所构成成的。其其中，节节点是用用来确定定构件的的位置；单元是是用分析析模型数数据表达达结构构构件的元元素，它它是由连连续的结结构构件件按有限限元法划划分而成成的；边边界条件件是用来来表达所所研究的的对象结结构与相相邻的结结构之间间的连接接方式。所谓的结构构分析就就是为了了研究结结构的力力学性能能，建立立结构的的数值分分析模型型，利用用假定的的外部环环境作用用，对数数学模型型作理论论性的实实验分析析的总过过程。在结构分析析时，需需要准确确的表现现结构的的特性和和结构所所处的外外部环境境。其中中外部环环境主要要就是指指荷载因因素。可可通过规规范或者者一些现现有的统统
8、计资料料得到。但但是，要要想把握握好结构构的特性性，充分分地了解解结构的的受力性性能，则则不是一一件非常常简单的的事情。它它将直接接影响到到结构的的受力分分析结果果。因此，作结结构分析析时必须须充分细细致的了了解实际际结构的的材料特特性，掌掌握结构构的变形形能力即即刚度，选选择合理理的有限限计算单单元，使使得计算算结构模模型同实实际结构构相接近近，使计计算结果果同实际际结构相相符合。但是，通常常结构的的形状是是复杂的的，而且且很难精精确地把把握其材材料的物物理特性性。要想想把结构构的刚度度（即变变形能力力）和质质量精确确地反映映到计算算结构模模型上，将将会花去去很大的的精力和和时间，有有时有可
9、可能带来来事倍功功半的效效果。因因此，进进行结构构分析时时，在不不破坏整整体结构构特征的的前提下下，必须须做到简简化、调调整计算算结构的的数学模模型，使使得用最最少的投投入，得得到最佳佳的结果果。例如，对桥桥梁的主主梁建立立数学模模型时，不不使用板板形单元元（平面面应力单单元或板板单元），而采采用线形形单元（桁桁架单元元或梁单单元）时时，不但但缩短结结构分析析时间，而而且更便于作结结构设计计。所谓的有限限元（Finnitee Ellemeent)就是用用分析模模型数据据表达结结构构件件特性的的元素，它是由由连续的的结构构构件按有有限元法法划分而而成的。它它必须充充分的反反映结构构受力特性，但通
10、通常很难难做到用用数学的的方法完完整地反反映出实实际结构构固有的的特性。因此，作为为用户必必须充分分地了解解实际结结构的受受力性能能，掌握握好各种种有限单单元的力力学特性，以以便较好好的选择择有限单单元，正正确地做做到结构构分析和和设计。2.2 坐坐标系和和节点MIDASS/Ciivill 软件使使用如下下几个坐坐标系系系统。. 全局局坐标系系 (GGlobbal Cooordiinatte SSysttem). 单元元坐标系系 (EElemmentt Cooorddinaate Sysstemm). 节点点坐标系系 (NNodee loocall Cooorddinaate Sysstemm
11、)全局坐标系系是由X 、Y 、Z 三轴满满足右手手螺旋法法则的空空间直角角坐标系系(Coonveentiionaal CCarttesiian Cooordiinatte SSysttem)，用大大写X、Y、Z 表示三三个轴的的方向。 通常利利用该坐坐标系表表达节点点坐标、节节点位移移、节点点反力及及相关于于节点的的其它输输入数据据。全局坐标系系是用来来确定所所分析对对象结构构空间位位置的坐坐标系统统。启动动MIDDAS/Civvil软件，在在系统界界面视窗窗区，将将自动生生成基准准点 (RRefeerennce Poiint) 即全局局坐标系系的原点点X=0、Y=0、Z=00 和全局局坐标系
12、系统。其其中Z 轴的方方向平行行于重力力加速度度方向并并与其反反向。因因此利用用软件建建立结构构的计算算模型时时，建议议做到结结构的垂垂直方向向与全局局坐标系系的Z 轴平行行建模，将将有利于于结构分分析。单元坐标系系也是由由x、y、z 三轴满满足右手手螺旋法法则的空空间直角角坐标系系统，可可用小写写x、y、z 表示三三个轴的的方向。通通常利用用该坐标标系表达达单元内内力、单单元应力力及相关关于单元元的其它它输入数数据。结结构端部部节点的的约束（支支撑）方方向、弹弹簧支撑撑方向及及节点的的强制位位移方向向同全局局坐标系系的坐标标轴方向向不相吻吻合时，通通常采用用节点坐坐标系。节点坐标系系也是由由
13、x、y、z 三轴满满足右手手螺旋法法则的空空间直角角坐标系系统，可可用小写写x、y、z 表示三三个轴的的方向。全局坐标系系和节点点坐标2.3 单单元种类类及主要要考虑事事项MIDASS/Ciivill 使用用以下几几种单元元类型。 桁架架单元 (Trrusss Ellemeent) 只受受拉单元元 (TTenssionn-onnly Eleemennt, 包含Hoook 功能) 索单单元 (Cabble Eleemennt) 只受受压单元元 (CComppresssioon-oonlyy Ellemeent, 包含
14、含Gapp 功能能) 梁单单元/变截面面梁单元元 (BBeamm Ellemeent/Tappereed BBeamm Ellemeent) 平面面应力单单元 (Plaane Strresss Ellemeent) 板单单元 (Plaate Eleemennt) 平面面应变单单元 (2D Plaane Strrainn Ellemeent) 平面面轴对称称单元 (2DD Axxisyymmeetriic EElemmentt) 空间间单元 (Soolidd Ellemeent
15、)输入有限单单元就是是输入相相关于单单元的种种类、材材料特性性、刚度度大小的的数据和和输入确确定单元元位置、形形状和大大小的节节点数据据的过程程。2.3.11 桁架单单元(Truuss Eleemennt) 一般般事项由2 个节节点构成成的桁架架单元是是属于“单向受受拉-受压的的三维线线性单元元(Uniiaxiial Tennsioon-CComppresssioon 33D LLinee Ellemeent)”，它只只能传递递轴向的的拉力和和压力。通通常利用用该单元元做空间间桁架结结构(Spaace Truuss) 或交交叉支撑撑结构(Diaagonnal Braace)
16、的受力力分析。 单元元自由度度和单元元坐标系系桁架单元的的两端各各有一个个沿单元元坐标系系的x 轴方向向的位移移，它具具有两个个自由度度。单元元坐标系系是单元元的内力力及单元元的应力力输出的的基准。在在梁单元元上，单单元的抗抗剪刚度度和抗弯弯刚度输输入方向向依据单单元坐标标系。所所以在做做结构分分析时必必须正确确地理解解单元坐坐标系的的概念。对于桁架单单元、只只受拉单单元及只只仅受压压单元等等只具有有轴向刚刚度的单单元而言言，只有有单元坐坐标系的的x 轴有意意义，它它是确定定结构变变形的基基准，但但利用y、z 轴可确确定桁架架截面在在视窗上上的方向向 。为便于用户户使用MI
17、DDAS/Civvil 软件，通通常可利利用 角 来表示示单元坐坐标系的的 y,z 轴方向向。线性单元的的单元坐坐标系里里，x 轴的方方向将平平行于节节点N1 和节点N2 的连线线方向（参参照下图） 如果，单单元坐标标系的x 轴平行行于全局局坐标系系的Z 轴， 角是全全局坐标标系X 轴与单单元坐标标系z 轴件的的夹角。该该角度的的正负符符号是，以以单元坐坐标系的的x 轴为旋旋转轴依依据右手手螺旋法法则来确确定。 如果单单元坐标标系的x 轴与全全局坐标标系的Z 轴不相相互平行行时， 角是全全局坐标标系的Z 轴与单单元坐标标系的x-zz 轴所构构成的平平面间的的夹角。 角概念念单元内力输输出单元的
18、输出出内力符符号见图图1.33 所示示，图中中以箭头头指示方方向为正正“+”。桁架单元的的单元坐坐标系及及单元的的输出内内力（应应力）符符号规定定2.3.22 梁单元元（Beeam Eleemennt） 一般般事项这是由2 个节点点构成的的，是属属于“等截面面或变截截面三维维梁单元元(Priismaaticc/Noonprrismmatiic3DD Beeam Eleemennt)”，它具具有拉、压压、剪、弯弯、扭的的变形刚刚度(依据Tiimosshennko Beaam TTheoory)。当梁截面面面积沿长长度范围围内不发发生变化化(Priismaaticc Beeam
19、 Eleemennt)时，把把一个截截面面积积(Secttionn)输入到到对话窗窗口；当当梁截面面面积沿沿长度范范围内发发生变化化(Nonn-Prrismmatiic BBeamm Ellemeent)时，把把梁两端端的两个个截面面面积输入入到对话话窗口。利利用MIIDASSI/CCiviil 软软件分析析变截面面梁时，截截面面积积、有效效抗剪截截面及截截面的抗抗扭刚度度都看作作是x 轴方向向的线性性函数(Linnearr Vaariaatioon)。而而横截面面面积对对该截面面的主轴轴计算的的截面惯惯性矩，按按用户选选择的不不同，沿沿x 轴方方向可以以形成为为1 次、2次、3 次性函函数。
20、 单元元自由度度及单元元坐标系系无论是在单单元坐标标系还是是在全局局坐标系系里，梁梁单元的的每一个个节点都都具有三三个方向向的线性性移动位位移和三三个方向向的旋转转位移，因因而每一一个节点点具有66 个自自由度。梁梁单元坐坐标系与与桁架单单元具有有相同的的坐标系系。相关功功能Creatte EElemmentts 输输入计算算单元Materriall 输入入材料的的物理特特性Sectiion 输入截截面特性性Beam Endd Reeleaase 确定两两节点的的连接方方式（释释放梁端端约束，刚刚结及铰铰接等）Beam Endd Offfseets 输入
21、梁梁端偏心心距离Elemeent Beaam LLoadds 输输入梁荷荷载 （作用用于梁上上的集中中及均布布荷载）Line Beaam LLoadds 确确定加荷荷范围并并输入线线荷载Assiggn FFlooor LLoadds 将将楼板荷荷载转换换成梁荷荷载来输输入Presttresss BBeamm Looadss 输入入预应力力荷载值值Tempeeratturee Grradiientt 输入入温度梯梯度 单元元内力输输出输出的单元元内力符符号如图图1.99 所示，箭箭头指向向为正（+）。构件应力的的正负号号规定与与单元内内力符号号规定相相同。但但在弯矩矩作用下下
22、截面上上产生应应力时，则则以受拉拉为正、受受压为负负来规定定其符号号。* 输出的的内力是是以箭头头指向为为正（+）。梁单元的单单元坐标标系及单单元内力力（或应应力）符符号规定定2.3.33板单元 （Plaate Eleemennt)一般事事项此本单元是是由同一一平面上上的3 到4 个节点点构成的的平板单单元（Plaate Eleemennt)，在工工程中可可以利用用它解决决平面张张拉、平平面压缩缩、平面面剪切及及平板沿沿厚度方方向的弯弯曲剪切切等结构构问题。MIDASS/Ciivill 软件所所采用的的板单元元，根据据平面外外刚度不不同可以以把单元元划分成成薄板单单元 DK
23、KT、DKQQ(Diiscrretee Kiichhhofff Ellemeent)和厚板板单元DKMMT、DKMMQ(DDisccretteKiirchhhofff-MMinddlinn Ellemeent)两种。其其中，根根据Kirrchhhofff Pllatee Thheorry 理论开开发了薄薄板单元元；依据据Minndliin-RReisssneer PPlatte TTheoory 理论开开发了厚厚板单元元。由于于板单元元考虑了了局部的的横向剪剪切应力力的影响响，因此此对于薄薄板单元元或厚板板单元都都能计算算出比较较准确的的结果。对三角形板板单元，利利用线性性应变三三角形理理论L
24、STT(Liineaar SStraain Triianggle)公式化化了板单单元的平平面内刚刚度。对对四边形形板单元元， 利用了了等参数数平面应应力理论论(Issopaarammetrric Plaane Strresss Foormuulattionn wiith Inccomppatiiblee Moodess)公式化化了单元元的平面面内刚度度。输入板厚的的方式有有两种，一一是为计计算平面面内的刚刚度(Inn-pllanee Sttifffnesss)输入板板厚，另另一是为为计算平平面外的的刚度(Ouut-oof-PPlanne-SStifffneess)输入板板厚。当当计算结结构的自
25、自重或质质量时软软件自动动取用前前者数据据。如果果用户只只输入了了计算平平面外刚刚度的厚厚度时，软软件取用用该值。单元自自由度及及单元坐坐标系板单元的自自由度是是以单元元坐标系系为基准准，每个个节点具具有x、y、z 轴方向向的移动动的线性性位移自自由度和和绕x、y 轴旋转转的旋转转位移自自由度。单元坐标系系是由x、y、z 三轴构构成的，满满足右手手螺旋法法则的空空间直角角坐标系系。单元元坐标系系的方向向类似于于平面应应力单元元的坐标标系统。单元相相关功能能Creatte EElemmentts 输入单单元Materriall 输入材材料的物物理特性性Th
26、ickknesss 输入单单元厚度度Presssuree Looadss 输入沿沿单元变变长分布布的受压压荷载值值Tempeeratturee Grradiientt 输入温温度梯度度四边形单元元的单元元坐标系系三角形单元元的单元元坐标系系单元内内力输出出按以下方式式输出平平板单元元的单元元内力及及应力，其其符号及及方向依依据单元元坐标系系或整体体坐标系系。下面面以单元元坐标系系为基准准对其说说明。 节点点单元内内力输出出 节点点和单元元中心处处上输出出单位长长度内力力 节点点及单元元中心处处输出截截面上部部和截面
27、面下部的的应力节点的单元元内力是是该节点点的位移移乘以该该节点的的刚度而而得到。节点和单元元中心处处的单位位长度内内力有平平面内内内力和平平面外内内力。这这些内力力可以按按计算点点处的应应力对厚厚度积分分方式计计算。在对钢筋混混凝土构构件设计计时可以以有效地地利用单单元的单单位长度度内力值值。节点和单元元中心的的应力是是把在该该单元积积分点上上(Gaausss Poointt)应力按按外推法法(Exxtraapollatiion)推算而而得到。 单元元内力输输出输出的单元元内力符符号规定定见图1.228 所示，其其中箭头头指向为为正（+）。 单位位长度上
28、上单元内内力输出出在节点和单单元中心心处，单单位长度度内力符符号规定定见图1.229 所示，其其中箭头头指向为为正（+）。 单元元应力输输出在节点和单单元中心心处，输输出的单单元应力力可分为为截面上上部(Toop SSurffacee)单元应应力和截截面下部部(Boottoom SSurffacee)单元应应力。符符号规定定见图1.330 所示，其其中箭头指向为为正（+）。l 输出的单元元应力依依据单元元坐标系系，箭头头指向为为正（+）。板单元的各各节点处处的内力力输出位位置及符符号规定定l 输出的单元元应力依依据单元元坐标系系，箭头头指向为为正（+）。板单元的单单位长度度
29、内力输输出及符符号规定定l 输出的单元元应力依依据单元元坐标系系，箭头头指向为为正（+）。板单元的单单元应力力输出位位置及输输出值的的符号规规定2.4 边边界条件件2.4.11自由度度约束利用自由度度约束(Coonsttraiint)功能可可以约束束节点的的位移；或者在在缺少自自由度的的单元（如如桁架单单元、平平面应力力单元、板板单元等等）之间间相互连连接时，利利用此功功能约束束这些节节点的自自由度，以以防止发发生奇异异(Siinguularr Errrorr)。在整体坐标标系(Gllobaal CCoorrdinnatee Syysteem)或在节节点坐标标系(Noode loccal Co
30、oordiinatte SSysttem)上的每每一个节节点都可可以输入入六个方方向的自自由度约约束条件件（Dx, Dyy, DDz, Rx, Ryy, RRz）。2.4.22 梁的节点点约束MIDASS/CIIVILL是三维维空间结结构分析析程序，故故每个节节点有6个自由由度(Dx, Dyy, DDz, Rx, Ryy, RRz)。如如果已将将结构类类型定义义X-Z平面，故故不需对对Dy, Rxx, RRz自由度度再做约约束。如如未定义X-Z平面，一一般需对Dy, Rxx, RRz自由度度进行约束束。对于活动铰铰，一般般只约束束Dx，固固定铰约约束Dx、Dz，固固定端约约束Dxx, DDz, Ry。2.4.33 梁单元元之间的的约束一般弹性支支承，定定义为DX1100000Knn/mmm,DYY10KKN/mmm，Dz110KNN/mmm，其余余释放弯弯矩，例例如贝雷雷和型钢钢横梁的的约束。