03拱分析典尚设计

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1、3. 拱结构分析概述分析拱高度(H)和长度(L)之比(H:L)分别为1:4、1:5和1:7的拱结构，比较其产生的位移和内力。拱肋吊杆主梁图 3.1 分析模型 材料钢材类型 : 1: Grade3 截面拱肋 : 箱形 1000 1000 20 mm主梁 : 箱形 1000 1000 20 mm吊杆 : 工字形截面500 200 10 /16 mm 荷载均布荷载 : 10.0 tonf/m设定基本环境打开新文件，以拱.mgb为名存档。设定长度单位为m, 力的单位为tonf。文件 / 新文件文件 / 保存 (拱)工具 / 单位体系长度 m ; 力 tonf 图 3.2 设定单位体系设定结构类型为X-

2、Z平面。模型/ 结构类型结构类型 X-Z 平面 定义材料和截面定义材料为Grade3，定义各个构件的截面。吊杆选择数据库中的工字形截面。模型 / 特性 / 材料类型钢材规范GB(S) ; 数据库Grade3 模型 / 特性 / 截面截面数据截面号 ( 1 ) ; 名称 ( 肋和梁 ) 截面形状箱形截面 ; 用户 H ( 1 ) ; B ( 1 ) ; tw ( 0.02 ) ; tf1 ( 0.02 ) 在截面名称栏里可以直接输入截面名称或者选择数据库栏里的所需截面。截面号( 2 ) ; 截面形状 工字形截面 ; 数据库GB-YB名称 HN 50020010/16 选择截面后会自动输入截面的主

3、要数据和刚度数据。点击键可以查看刚度数据。图 3.3 定义材料 图 3.4 定义截面建立节点和单元用拱建模助手功能建立高度和长度的比为1:4的模型 1的拱肋。梁单元 (beam element)是直线单元, 所以把拱曲线分为若干个直线 (segment)单元。 正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关) 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动调节 (开) 模型 / 结构建模助手 / 拱 输入/编辑 类型 抛物线形 1 ; 分割数量 ( 10 ) 跨度( 50 ) ; 高度( 12.5 ) ; 边界条件无 材料1: Grade3 ; 截面1: 拱肋和主梁 插入 插入点 ( 0, 0, 0

4、) 旋转 Alpha ( 0 ) ; Beta ( 0 ) ; Gamma ( 0 ) 图 3.5 拱建模助手对话框模型 1 图 3.6 生成拱肋用扩展单元功能来建立模型 1的吊杆。 消隐是显示线单元的截面形象的功能。模型 / 单元 / 扩展单元 节点号(开), 消隐(开), 观察缩小单元后的形状(开), 标准视图, 窗口选择 ( 节点 : 2 10 )扩展类型节点线单元单元属性单元类型梁单元 材料1: Grade3 ; 截面2: HN 50020010/16 Beta 角 ( 90 )生成类型投影 ; 投影形式将节点投影在直线上 定义基准线P1 ( 0, 0, 0 ), P2 ( 50, 0

5、, 0 )8 或 P1 ( 节点1 ), P2 ( 节点 11 )8 方向法向 b angle = 0b angle = 90在Beta 角输入90, 指吊杆的腹板面和桥轴成直角。对Beta角的详细说明参照在线帮助“建立单元”部分 图 3.7 建立吊架节点1和节点11之间输入主梁。模型 / 单元 / 建立单元s 消隐 (关), 观察缩小单元后的形状(关), 正面单元类型一般梁 / 变截面梁 材料1: Grade3 ; 截面1: 肋和梁 ; Beta 角 ( 0 ) 交叉分割节点 (开) ; 单元 (开) 节点连接 ( 1, 11 )8 图 3.8 输入主梁输入边界条件约束模型 1左端(节点 1

6、)的Dx、Dz方向自由度来输入铰支条件，约束右端(节点 11)的 Dz方向的自由度来输入滚动支座条件。模型 / 边界条件 / 一般支承 单选 ( 节点 : 1 ) 选择添加 ; 支承条件类型Dx, Dz, (开) 单选 ( 节点 : 11 ) 方向添加 ; 支承条件类型Dz (开) 图 3.9 输入边界条件吊杆的两端输入铰接条件。模型 / 边界条件 / 释放梁端约束 节点号 (关), 单元号(开) 交叉线选择 ( 单元 : 11 19 ) 方向添加/替换 选择释放和约束比率 交叉线选择图 3.10 吊架端部输入铰接条件输入荷载定义荷载工况为输入荷载定义荷载工况。荷载 / 静力荷载工况 名称 (

7、 均布荷载 ) ; 类型用户定义的荷载（USER） 图 3.11 输入荷载工况输入均布荷载给拱的主梁输入均布荷载1tonf/m。 荷载 / 梁单元荷载(单元) 单元号 (关) 窗口选择 ( 单元 : 图 3.12的 )荷载工况名称均布荷载 ; 选择添加 荷载 类型均布荷载 ; 方向整体坐标系 Z ; 投影否 数值相对值 x1 ( 0 ), x2 ( 1 ), W ( -1) 图 3.12 输入均布荷载建立模型 2和模型 3复制模型1来建立模型2和模型3。同时复制输入在模型 1的均布荷载和边界条件。 模型 / 单元 / 复制和移动 全选形式复制 ; 移动和复制等距离dx, dy, dz ( 0,

8、 0, -15 ) ; 复制次数 ( 2 )复制节点属性 (开) ; 复制单元属性 (开) 模型 1模型2模型3图 3.13 复制单元用调整节点距离功能修改复制的拱(模型 2, 模型 3)的高度。模型 / 节点 / 调整节点距离 节点号 (开) 窗口选择 ( 节点 : 22 30 )间距缩放系数sfx ( 1.0 ) ; sfy ( 1.0 ) ; sfz ( 4/5 )间距缩放参考点用户设定 ( 25, 0, -15 )8 ; 选择类型用户选择 窗口选择 (节点: 42 50 )间距缩放系数sfx ( 1.0 ) ; sfy ( 1.0 ) ; sfz ( 4/7 )间距缩放参考点User

9、( 25, 0, -30 )8 ; 选择类型用户选择 (25,0,-15)Model 1Model 2Model 3(25,0,-30) 图 3.14 修改拱的形状运行结构分析对输入的结构运行结构分析. 分析 / 运行分析查看分析结果查看变形图首先查看变形图。DXZ=。结果 / 位移 / 位移形状 节点号 (关) 荷载工况/荷载组合ST: 均布荷载 ; 成分DXZ 显示类型变形前(开) 可以看出拱的高度越低，挠度就越大。这说明对相同构件的拱结构来说，它的拱高度越小刚度也越小。模型1模型2模型3 图 3.15 均布荷载产生的变形图查看轴力查看均布荷载产生的轴力。拱的高度越低，在主梁和拱肋发生的轴

10、力越大。结果 / 内力 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合 ST: 均布荷载 ; 内力 Fx 显示选择 5 点 ; 线涂色显示类型 等值线 (开) 模型1模型2模型3 图 3.16 均布荷载产生的轴力图查看弯矩查看均布荷载产生的弯矩。拱的高度越低对主梁和拱肋作用的弯矩的绝对值越大，拱肋和主梁交接处的弯矩减少。结果 / 内力 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合ST: 均布荷载 ; 内力My 显示选择 5 点 ; 线涂色显示类型 等值线 (开) Model 1Model 2Model 3 图 3.17 均布荷载产生的弯矩图习题1. 分析下面结构的拱肋和主梁截面的刚度差带来的影响。截面：单元：m