桥梁结构电算 有限元分析方法及其在MIDAS/Civil中的应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1国内外桥梁结构分析软件发展概况 1

1.1.1国外发展概况 1

1.1.2国内发展概况 1

1.2桥梁结构分析问题的分类 2

1.3桥梁结构分析基本过程 4

1.3.1模型建立 4

1.3.2施加荷载和约束 5

1.3.3求解 5

1.3.4后处理 5

1.4模型纠错 5

1.4.1有限元分析中的常见错误 5

1.4.2计算结果的正确性判断 7

1.4.3提高计算正确性的几种方法 8

1.5计算结果的输出与整理 9

1.5.1截面位置的标识 9

1.5.2表头和表号 10

1.5.3有效位数 10

1.5.4编写计算报告、必要的说明和附注 10

1.6开设“桥梁结构电算”课程的必要性 11

1.6.1复杂桥梁结构分析的需要 11

1.6.2精细化分析的需要 11

1.6.3桥梁创新的需要 11

1.6.4编制施工方案的需要 11

1.6.5工作技能的需要 11

思考题 11

第2章 杆系结构的矩阵位移法 13

2.1概述 13

2.2总体坐标系和单元坐标系 14

2.2.1总体坐标系 14

2.2.2单元坐标系 14

2.3平面梁单元的单元刚度矩阵 15

2.3.1杆端位移和杆端力 15

2.3.2杆端力与杆端位移的关系 16

2.3.3单元刚度矩阵具有的性质 18

2.3.4考虑剪切变形的梁单元刚度矩阵 19

2.4总体坐标系中的单元刚度矩阵 22

2.4.1坐标转换 22

2.4.2总体坐标系下的单元刚度矩阵 23

2.5总体刚度矩阵的集成 24

2.5.1总体刚度矩阵 24

2.5.2单元刚度矩阵的投放 26

2.5.3约束处理 27

2.6荷载列阵的形成 29

2.6.1等效节点荷载的概念 29

2.6.2综合节点荷载的计算步骤 30

2.7方程求解 31

2.8杆件单元内力计算 33

2.8.1节点位移产生的截面内力 33

2.8.2节间荷载产生的内力 33

2.8.3单元截面内力 34

2.9支点反力计算及支承点沉陷产生的内力计算 34

2.9.1计算原理 34

2.9.2支承点沉陷产生的内力及反力计算 35

2.10矩阵位移法计算步骤与算例 35

2.10.1计算步骤 35

2.10.2算例 35

2.11空间梁单元 43

2.11.1空间梁单元刚度矩阵 43

2.11.2空间梁单元的坐标转换矩阵 46

思考题 49

第3章 桥梁结构的有限元建模 50

3.1建模前的规划分析 50

3.1.1单元类型 50

3.1.2不同单元连接的处理 51

3.1.3梁单元中带铰的处理 58

3.1.4模型的对称性 60

3.1.5网格划分密度 61

3.2桥梁结构建模时的一些共性特点 61

3.2.1计算单位 61

3.2.2变截面 62

3.2.3刚臂 62

3.2.4刚性横梁 66

3.2.5支座的处理 66

3.3桥梁结构建模的一般步骤 68

3.3.1明确计算目标 68

3.3.2桥梁构造分析与单元类型选择 68

3.3.3定义截面特性和材料特性 69

3.3.4施工阶段分析 70

3.3.5荷载分析 73

3.3.6建立有限元模型 75

3.4梁式桥有限元建模 75

3.4.1简支梁桥 75

3.4.2连续梁桥与连续刚构桥 76

3.4.3预应力荷载的输入 76

3.5拱桥有限元建模 77

3.5.1普通拱桥的有限元模型 77

3.5.2钢管混凝土拱桥 78

3.5.3劲性骨架混凝土拱桥 80

3.6斜拉桥和悬索桥建模要点 81

3.7桩——土相互作用的计算 81

3.7.1集中质量法概念 81

3.7.2土弹簧刚度的计算方法 81

3.7.3地基系数C的概念及确定方法 82

3.7.4桩的计算宽度 82

3.7.5土的地基比例系数m值确定 83

3.7.6桩——土共同作用的有限元模拟 84

思考题 85

第4章 MIDAS/Civil基本操作 86

4.1 MIDAS/Civil简介 86

4.1.1 MIDAS /Civil用户界面 86

4.1.2 MIDAS/Civil初始化设置 88

4.1.3 MIDAS/Civil界面操作 89

4.1.4数据输入方式 95

4.2建立项目 95

4.2.1预应力简支箱梁桥支架现浇示例参数 95

4.2.2建模要点 98

4.2.3创建项目文件 98

4.2.4设置结构类型 99

4.3创建节点 100

4.3.1建立节点 100

4.3.2复制或移动节点 101

4.3.3镜像节点 102

4.3.4节点表格 102

4.4单元创建 103

4.4.1单元类型 103

4.4.2建立单元 108

4.4.3移动/复制单元 109

4.4.4单元镜像 109

4.4.5合并与分割单元 110

4.4.6从AutoCAD导入模型 111

4.4.7修改单元参数 112

4.4.8单元表格 113

4.5材料与截面特性定义 114

4.5.1材料特性定义 114

4.5.2时间依存性材料定义 116

4.5.3材料表格 118

4.5.4截面特性输入 118

4.5.5截面特性计算器（SPC） 120

4.5.6截面特性调整系数 122

4.5.7变截面、变截面组 124

4.5.8截面表格 126

4.6边界条件 127

4.6.1一般支承 129

4.6.2弹性支承单元 130

4.6.3弹性连接单元 132

4.6.4刚性连接 133

4.6.5单元端部释放 136

4.6.6梁端部刚性域偏移 137

4.6.7节点局部坐标轴 139

4.6.8边界条件表格 139

4.7静力荷载 140

4.7.1静力荷载工况 142

4.7.2自重 143

4.7.3节点荷载 144

4.7.4梁单元荷载 144

4.7.5温度梯度和梁截面温度 146

4.8预应力荷载 148

4.8.1钢束特性值 148

4.8.2钢束布置的形状 151

4.8.3钢束预应力荷载 154

4.9移动荷载 155

4.9.1移动荷载规范 156

4.9.2车道与车道面 156

4.9.3车辆 159

4.9.4移动荷载工况 160

4.10组的概念与应用 162

4.10.1结构组 163

4.10.2边界组 163

4.10.3荷载组 165

4.10.4钢束组 166

4.11施工阶段 166

4.12分析控制 169

4.12.1主控数据 170

4.12.2移动荷载分析控制 170

4.12.3施工阶段分析控制 172

4.13结果 174

4.13.1荷载组合 175

4.13.2反力 177

4.13.3内力 179

4.13.4位移 181

4.13.5影响线 181

4.13.6预应力效应 183

4.14设计 186

4.14.1 RC设计 188

4.14.2 PSC设计 194

思考题 199

第5章 MIDAS/Civil桥梁结构动力与稳定计算 200

5.1桥梁模态分析 200

5.1.1模态分析理论 200

5.1.2子空间迭代法 201

5.1.3 Lanczos法 202

5.1.4一般结构的模态分析 204

5.1.5有预应力结构的模态分析 209

5.2桥梁稳定（屈曲）分析 211

5.2.1桥梁稳定分析理论 211

5.2.2线弹性屈曲分析 212

5.3桥梁地震响应分析（反应谱法） 214

5.3.1反应谱的概念 214

5.3.2多模态反应谱分析理论 215

5.3.3反应谱分析 218

思考题 224

第6章 MIDAS/Civil桥梁专题分析 226

6.1斜拉桥拉索最优索力确定 226

6.1.1索力优化原理 226

6.1.2 MIDAS/Civil的未知荷载系数功能 227

6.1.3斜拉桥索力优化算例 228

6.2钢管混凝土连续梁桥分析 233

6.2.1联合结构 233

6.2.2工程实例 233

6.3梁格法 239

6.3.1梁格法的基本原理 239

6.3.2梁格划分 239

6.3.3工程实例 241

思考题 249

参考文献 250