MIDAS應(yīng)用之張弦結(jié)構(gòu)

例題張弦結(jié)構(gòu)分析例題張弦結(jié)構(gòu)分析PAGE10PAGE11PAGE1張弦結(jié)構(gòu)分析

例題4.張弦結(jié)構(gòu)分析概要此例題將介紹利用MIDAS/Gen做張弦結(jié)構(gòu)分析的整個(gè)過(guò)程，以及查看分析結(jié)果的方法。該例題的建模部分可以參見(jiàn)MIDAS/Gen語(yǔ)音資料的弧形網(wǎng)架建模動(dòng)畫(huà)，這里不再做介紹。通過(guò)該例題希望用戶能夠了解做張弦結(jié)構(gòu)分析的一般步驟和過(guò)程，重點(diǎn)是讓用戶了解在MIDAS/Gen中施加和調(diào)整索單元張拉力的方法、幾何非線性分析的設(shè)置及如何對(duì)帶有索單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性反應(yīng)譜分析。張弦結(jié)構(gòu)概述張弦結(jié)構(gòu)是將上弦剛性受壓構(gòu)件通過(guò)撐桿與下弦拉索組合在一起形成自平衡的受力體系，是一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系。張弦結(jié)構(gòu)上弦剛性構(gòu)件可以是實(shí)腹式梁，也可以是格構(gòu)式桁架，據(jù)此對(duì)不同的張弦結(jié)構(gòu)可稱作張弦梁或張弦桁架。本例題中介紹的模型使用張弦桁架。張弦結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)張弦結(jié)構(gòu)在保證充分發(fā)揮索的抗拉性能的同時(shí)，由于引進(jìn)了具有抗壓和抗彎能力的桁架或梁而使體系的剛度和穩(wěn)定性大為增強(qiáng)。對(duì)張弦結(jié)構(gòu)中索施加一定的預(yù)拉力，這既可使索具有適當(dāng)?shù)某跏伎嚲o度，也可對(duì)索與桁架或梁之間的受力比例進(jìn)行必要調(diào)整；既充分發(fā)揮了索的抗拉能力，又調(diào)整了桁架或梁的內(nèi)力分布（使桁架或梁中的內(nèi)力分布趨于均勻）張弦結(jié)構(gòu)的形態(tài)定義張弦結(jié)構(gòu)像懸索結(jié)構(gòu)等柔性結(jié)構(gòu)一樣，根據(jù)張弦結(jié)構(gòu)的加工，施工及受力特點(diǎn)，通常將其結(jié)構(gòu)形態(tài)定義為零狀態(tài)、初始態(tài)和荷載態(tài)三種。（1）：零狀態(tài)零狀態(tài)是拉索張拉的前狀態(tài)，實(shí)際上是指構(gòu)件的加工和放樣狀態(tài)，通常也稱結(jié)構(gòu)放樣態(tài)。當(dāng)索張拉完畢后，結(jié)構(gòu)上弦構(gòu)件的形狀將發(fā)生偏離，從而不能滿足建筑的要求，因此，張弦結(jié)構(gòu)上弦構(gòu)件的加工放樣要考慮這種索張拉后帶來(lái)的變形影響，這是張弦結(jié)構(gòu)要進(jìn)行零狀態(tài)定義的原因。（2）：初始態(tài)初始態(tài)是拉索張拉完畢后，結(jié)構(gòu)安裝就位的形態(tài)，通常也稱預(yù)應(yīng)力態(tài)。初始態(tài)是建筑施工圖中所明確的結(jié)構(gòu)外形。（3）：荷載態(tài)荷載態(tài)是外荷載作用在初始態(tài)結(jié)構(gòu)上發(fā)生變形后的平衡狀態(tài)。張弦桁架在MIDAS中的計(jì)算此例題的分類及各自的步驟如下:一、在工程中已知索單元初拉力的情況下，加其它荷載進(jìn)行分析，求索單元的拉力變化及結(jié)構(gòu)的變形。打開(kāi)建好的張弦桁架模型、輸入其它荷載輸入索單元的初拉力（即對(duì)索單元進(jìn)行張拉）定義幾何非線性分析控制數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析查看結(jié)果二、對(duì)帶有索單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)譜分析打開(kāi)建好的張弦桁架模型添加各類荷載、設(shè)定反應(yīng)譜及工況使用小位移輸入索單元的初拉力（即對(duì)索單元進(jìn)行張拉）運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析查看有關(guān)結(jié)果分析模型與荷載工況本例題張弦桁架的幾何形狀、邊界條件以及所使用的構(gòu)件如圖1所示。本例題的邊界條件設(shè)定為一端鉸接，另一端為滑動(dòng)支座。本例題中荷載只考慮自重、屋蓋作用恒荷載、活荷載、索的初拉力。(本例題數(shù)據(jù)僅供參考)注意：進(jìn)行幾何非線性分析時(shí)，需要查看幾種荷載按一定的方式進(jìn)行荷載組合作用后的結(jié)果，必須將該荷載組合作為一個(gè)工況進(jìn)行非線性分析，查看該工況的結(jié)果。不能象彈性分析時(shí)，直接查看分析后幾種單獨(dú)工況的線性組合結(jié)果。荷載10kN（節(jié)點(diǎn)荷載）荷載5kN（節(jié)點(diǎn)荷載）1000kN軸側(cè)圖平面圖立面圖圖1.分析模型輸入各種荷載自重、屋面恒、活荷載的輸入設(shè)定荷載工況，輸入自重、荷載、荷載。關(guān)于荷載的輸入，可以參見(jiàn)平面網(wǎng)架的例題。由荷載組合建立荷載工況需要查看幾種荷載按一定的方式進(jìn)行荷載組合作用后的結(jié)果，必須將該荷載組合作為一個(gè)工況進(jìn)行非線性分析，查看該工況的結(jié)果。MIDAS/Gen中可以通過(guò)“荷載>由荷載組合建立荷載工況”將某一荷載組合生成一種荷載工況，再利用該工況進(jìn)行分析。本例題中，假設(shè)需要查看的是在1.2倍恒荷載（包括自重）和1.4倍活荷載（即1.2D+1.4L）組合下的結(jié)果。圖2.由荷載組合生成荷載工況添加索單元的初拉力主菜單>荷載>初始荷載>大位移>幾何剛度初始荷載。選擇好需要加初拉力的索單元后，利用該菜單給索單元加初拉力。注：在MIDAS/Gen中，進(jìn)行幾何非線性分析（大位移）分析時(shí)，給索單元加初拉力的方法有三種：荷載>初始荷載>大位移>幾何剛度初始荷載，在建立單元的時(shí)候，“單元類型”選擇為索單元時(shí)，使用無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度“Lu”或者直接加“初拉力”，3、荷載>預(yù)應(yīng)力荷載>初拉力荷載。方法一施加的初拉力相當(dāng)于內(nèi)力，在查看某一荷載工況下的構(gòu)件內(nèi)力時(shí)，顯示的數(shù)值為初拉力和該荷載工況作用下索單元內(nèi)力兩者的合力。方法二、三施加的初拉力相當(dāng)于外力。方法二施加的初拉力，不需要設(shè)定為荷載工況，在計(jì)算后，查看某工況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，得到的結(jié)果是該工況和初拉力共同作用的結(jié)果。方法三需要設(shè)定初拉力為某一荷載工況，當(dāng)需要查看另外一個(gè)工況和初拉力共同作用的結(jié)果時(shí)，要將二者放在同一個(gè)工況內(nèi)，進(jìn)行非線性計(jì)算。在需要考慮施工過(guò)程（例如分批張拉索單元）的時(shí)候，可以采用這種方法施加初拉力并設(shè)定施工階段進(jìn)行分析。MIDAS/Gen施工階段的定義可參加相關(guān)例題。圖3.添加索單元的初拉力設(shè)定非線性分析控制數(shù)據(jù)主菜單>分析>非線性分析控制。設(shè)定幾何非線性的分析，選擇計(jì)算方法、加載步驟數(shù)量、子步驟內(nèi)迭代次數(shù)，選擇收斂條件。添加“非線性分析荷載工況”，則對(duì)該工況使用單獨(dú)設(shè)定的計(jì)算方法及加載步驟數(shù)量，其余的荷載工況使用添加“非線性分析荷載工況”，則對(duì)該工況使用單獨(dú)設(shè)定的計(jì)算方法及加載步驟數(shù)量，其余的荷載工況使用“計(jì)算方法”中設(shè)定的參數(shù)。如果不定義“非線性分析荷載工況”，則“計(jì)算方法”中設(shè)定的參數(shù)對(duì)所有工況都適用。圖4.非線性分析控制數(shù)據(jù)運(yùn)行分析并查看結(jié)果運(yùn)行分析后，注意信息窗口里面的提示，如果有不收斂，如圖5所示，需要調(diào)整“非線性分析控制數(shù)據(jù)”里面的有關(guān)參數(shù)。通過(guò)“主菜單單>結(jié)果>位移>位移等值值線”、“主菜單>結(jié)果>內(nèi)力>桁架單元元內(nèi)力”，可以圖形形方式查看看結(jié)構(gòu)的位位移、桁架架及索單元元的內(nèi)力，分分別見(jiàn)圖6、圖7。通過(guò)“主菜單單>結(jié)果>分析結(jié)果果表格>索單元>內(nèi)力”、“主菜單>結(jié)果>分析結(jié)果果表格>索單元>信息”，可以表表格方式查查看索單元元的內(nèi)力及及有關(guān)信息息，見(jiàn)圖8、圖9。也可以通過(guò)“主菜單>結(jié)果>分析結(jié)果果表格>桁架單元元>內(nèi)力”、“主菜單>結(jié)果>分析結(jié)果果表格>桁架單元元>應(yīng)力”，在“選擇類型”中選擇“只受拉桁桁架單元”，點(diǎn)擊，也也可以查看看索單元的的內(nèi)力、應(yīng)應(yīng)力，見(jiàn)圖圖10、圖11。圖5.信信息窗口的的提示圖6.以以圖形方式式顯示結(jié)構(gòu)構(gòu)的位移如果只想顯示結(jié)構(gòu)中部分單元的內(nèi)力數(shù)值，而其它的構(gòu)件又要同時(shí)顯示出來(lái)時(shí)，可以單擊“顯示選項(xiàng)”按鈕，選擇如果只想顯示結(jié)構(gòu)中部分單元的內(nèi)力數(shù)值，而其它的構(gòu)件又要同時(shí)顯示出來(lái)時(shí)，可以單擊“顯示選項(xiàng)”按鈕，選擇“繪圖”下面的“被鈍化的目標(biāo)”，在右邊的“選擇值”中勾選“顯示單元、節(jié)點(diǎn)”。圖7.以以圖形方式式顯示索單單元的內(nèi)力力圖8.以以表格方式式顯示索單單元的內(nèi)力力圖9.顯顯示索單元元的信息圖10.以表格方方式顯示索索單元的內(nèi)內(nèi)力圖11.以表格方方式顯示索索單元的應(yīng)應(yīng)力對(duì)帶有索單元元的結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行反應(yīng)譜譜分析各類荷載的添添加、設(shè)定定反應(yīng)譜及及工況本例例題不再重重復(fù)敘述，可可以參見(jiàn)其其它學(xué)習(xí)例例題。索單元拉力的的添加在對(duì)帶有索單單元的結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)應(yīng)譜分析的的時(shí)候，注注意到反應(yīng)應(yīng)譜分析屬屬于彈性分分析，索單單元在分析析時(shí)等代成成桁架單元元參與計(jì)算算。此時(shí)對(duì)于索單單元初拉力力的添加方方法是：主主菜單>荷載>初始荷載>小位移>初始單元元內(nèi)力。見(jiàn)圖12。圖12.初始單元元內(nèi)力運(yùn)行分析并查查看結(jié)果本例題中，在在這里我們們只顯示查查看振型及及周期。其其余結(jié)果