[分享]桥梁设计midas刚性连接与弹性连接的问题

发表于2020-09-23     248人浏览     1人跟帖     总热度:369  

关于桥梁设计计算建模软件midas刚性连接与弹性连接中的刚性连接问题

桥梁设计midas刚性连接与弹性连接的问题_1

首先需要明确:
刚性连接=主从节点 弹性连接中的刚性连接=刚臂
刚性连接的功能是强制某些节点(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。


弹性连接中的刚性连接只是使得被连接的两个节点具有相同的自由度,没有刚性连接的从属关系,一般用于一个节点已经有约束的情况。


主从约束:是老的FEM软件里的说法,是指两个或多个节点在特定自由度上其总体矩阵(刚度、质量、荷载)取相同的编号。主从约束和刚臂有很多区别,在结构分析时要注意区分。主从约束可以在节点的某个自由度上建立,没有距离效应。
刚臂:顾名思义,所有自由度都连接在一起,存在你说的剪力二次弯矩。


桥梁设计计算建模软件midas中,弹性连接的刚接就是形成刚臂单元(由于刚臂用来模拟共节点但不同坐标,可以认为同编号的节点间形成了一个刚臂单元),主要用来模拟墩梁固结位置和同位置左右截面不同的情况。在这里我有一个小问题就是,为什么midas中将墩梁固结处应本共节点的位置设置成两个节点,可能是程序中不像平面程序共节点之间自动形成刚臂,不过计算结果应该是一样的,因为在有限元分析中,都应该是加入一个[A]矩阵来处理的,只是midas中需要指定刚臂。而主从约束,是对于两个节点而言的,顾名思义主要是模拟两个节点自由度之间的关系,在有限元分析中,增加一个自由度方向上的主从约束关系相当于增加一个约束方程,在实际计算中采用充0置1法,也就说,主从自由度改变了总刚的阶数,只是为了计算方便,才保留原结构的刚度矩阵阶数不变,这是两者分析上的不同。而且刚臂位置是一个单元,因此存在二次弯矩,而主从约束一般是同一个位置的两个节点。

相同点:两者都可以作为刚臂,都考虑附加弯矩作用。
不同点:弹性连接刚性——连接两点的的所有自由度耦合,相当于100x100m断面的钢梁的刚度;可以在任何分析中使用,没有限制条件。
主从约束刚性连接:注意区分主、从关系,刚度为无限大,可以指定某个和某几个自由度的耦合,可以在任何分析中使用,但在施工阶段分析中只能激活,不能钝化。
任何弹性连接实质上都是一种单元,因此其刚度也会影响结构的整体刚度,所以在用一般弹性连接模拟支座时建议使用主从刚性连接(具体模拟方法我在本论坛上发了贴子)处理主梁和支座间的连接关系。
如果仅以节点支承(一般支承或弹性支承)模拟支座,那么只能用弹性连接刚性来处理主梁和支座间的刚臂连接。

桥梁设计midas刚性连接与弹性连接的问题_2总之在具体应用上,依据具体情况做选择。


桥梁设计计算建模软件MIDAS多支座模拟注意事项:

单支座模拟时,我们在支座实际位置建立节点,定义约束内容,然后用刚性弹簧(弹性连接的刚性类型)连接主梁节点和支座节点。但在模拟多支座时,尤其是支座数量多于2个时,这样的模拟方法就不对了,会出现靠近主梁的支反力特别大的情况。多支座时正确的模拟方法如下:
1、要求模拟出支座的高度情况,在支座底部采用一般支承进行全约束(D-ALL,R-ALL);
2、用一般弹性连接模拟支座(注意弹性连接的刚度是按照弹簧的局部坐标输入,输入支座的各个自由度的实际刚度);
3、主梁节点为主节点,各支座顶部节点为从属节点建立主从约束刚性连接。
4、额外的操作:对于弯桥建模时,支座的约束方向通常是沿桥的径向和切向,可以通过修改弹性连接的beta角来实现。

宽梁用单梁模拟的确不太合适,不过还是见过不少梁宽15、6m的仍然坚持用单梁模拟。上面说的应该有个前提,就是针对已经决定用单梁建模的情况,尤其是 对弯桥,即使桥面不是很宽,最好还是要按空间分析,这里顺便补充一句,对于弯桥的多支座模拟时,如果用一般弹性连接模拟支座,那么修要修改弹性连接的 beta角以保证弹簧的约束方向为该点曲线的切向或径向,如果是用一般支承+刚性弹簧模拟的话,那么需要修改支座节点的局部坐标。


注意:

1、在单(双)支座模拟时,连接支座节点与主梁节点之间,既可以采用弹性连接的刚性,也可以用主从约束的刚性约束。在下面有图2和图4两种连接方式,所得支座反力完全一致。

2、在设置了(中部偏上)偏心的情况下,在连接主梁顶部节点与主梁底部节点时,一般均可以采用主从约束的刚性来处理。

3、在使用主从连接刚性来模拟支座时,一定不能在从属节点做支座节点来添加其约束情况。因为从节点已经定义了,其自由度完全与主节点相同,而且不能再多余定义。因此才需要建立其下方的支座节点并加约束,然后建立支座节点与从节点(即主梁底部节点)之间的弹性连接。注意,此时并不是使用弹性连接的刚性,而是按照实际支座刚度来输入6个数值。






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 发表于2020-09-23   |  只看该作者      

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主从约束刚性连接:注意区分主、从关系,刚度为无限大,可以指定某个和某几个自由度的耦合,可以在任何分析中使用,但在施工阶段分析中只能激活,不能钝化。

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