midasCivil在橋梁承載能力檢算及荷載試驗中的應用(以Civil_V2012為例)

1、目錄1 橋梁承載能力檢算評定 . 21.1 檢算總述 . 21.2 作用及抗力效應計算 . 22 橋梁荷載試驗 . 72.1 靜載試驗 . 72.1.1 確定試驗荷載 . 72.1.2 試驗荷載理論計算 . 102.1.3 試驗及數(shù)據(jù)分析 . 122.1.4 試驗結(jié)果評定 . 152.2 動載試驗 . 162.2.1 自振特性試驗 . 162.2.2 行車動力響應試驗 . 182.2.2.1 移動荷載時程分析 . 182.2.2.2 動力荷載效率 . 292.2.3 試驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)構(gòu)動力性能評價 . 29參考文獻 . 30精選文檔結(jié)合公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程，應進行橋梁承載能力檢算評定，

2、判斷 荷載作用檢算結(jié)果是否滿足要求。另外如果作用效應與抗力效應的比值在 1.0 1.2 之間時，尚需根據(jù)規(guī)范規(guī)定進行荷載試驗評定承載能力。下面將對 midas civil 在橋梁承載能力檢算評定及荷載試驗中的應用詳細敘述。1 橋梁承載能力檢算評定1.1 檢算總述進行橋梁承載能力檢測評定時需要進行（1）橋梁缺損狀況檢查評定（2）橋 梁材質(zhì)與狀態(tài)參數(shù)檢測評定（3）橋梁承載能力檢算評定。通過（1）、（2）及 實際運營荷載狀況調(diào)查，確定分項檢算系數(shù)，根據(jù)得到的分項檢算系數(shù)，對橋梁 承載能力極限狀態(tài)的抗力及正常使用極限狀態(tài)的容許值進行修正，然后將計算作 用效應值與修正抗力或容許值作對比，判斷檢算結(jié)果是否

3、滿足要求。一般來說承 載能力檢算主要包括抗彎、正斜截面抗剪承載力檢算、裂縫寬度檢算、撓度檢算、 穩(wěn)定性驗算等。1.2 作用及抗力效應計算為得到檢測橋梁在荷載作用下的計算效應值，可以通過 midas civil 進行計算分 析得到。對于預應力混凝土及鋼筋混凝土等配筋混凝土橋梁，為得到結(jié)構(gòu)抗力效 應值，可以結(jié)合 psc 設計、rc 設計驗算得到相應抗力值。前處理當中需要考慮 自重、二期及其他恒載、預應力荷載、成橋時候的溫度作用（整體升降溫+梯度 升降溫）、移動荷載、支座沉降（根據(jù)實測得到的變位定義）等荷載作用；定義 施工階段分析，可設置包括一次成橋及服役時間長度的收縮徐變兩個階段。計算 分析完畢后

4、，先進行荷載組合：結(jié)果荷載組合，選擇“混凝土設計”表單，可 以結(jié)合通用設計規(guī)范 d60-04 自動生成功能生成荷載組合，組合類型按照檢測評 定規(guī)程選擇承載能力極限狀態(tài)設計和正常使用極限狀態(tài)設計，分別進行結(jié)構(gòu)抗 彎、剪、扭驗算及抗裂驗算。2精選文檔進行 psc 設計驗算時，輸出參數(shù)中可以只選擇抗彎、剪、扭驗算及抗裂驗算 內(nèi)容；如果不考慮扭矩驗算，相應選項可不勾選。進行 rc 設計時，選擇承載能 力極限狀態(tài)驗算，進行抗彎、剪、扭驗算及裂縫寬度驗算。3精選文檔對于混凝土橋梁，可以結(jié)合規(guī)范檢測評定規(guī)程（jtg/t j21-2011）6.4 節(jié)的 規(guī)定確定檢測位置及內(nèi)容：跨中正彎矩、支點附近剪力、1/4

5、 截面附近彎剪組合 連續(xù)梁墩頂負彎矩等，選中這些位置處的單元，作為設計位置。當然也可以將全 橋主梁單元均作為設計位置。設計驗算完畢后，可以在結(jié)果當中表格里面通過表格查找到橋梁作用效應值 及抗力值。（1）對于抗彎、抗剪、抗扭驗算，以承載能力極限狀態(tài)抗彎設計驗算為例， mu 即為考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的作用效應值，mn 為橋梁抗彎承載能力。4精選文檔(2)對于正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算，以正常使用極限狀態(tài)正截面抗剪驗算為例， 程序分別輸出截面頂板、底板及四個角點位置處的正應力結(jié)果，然后取其最大值 得到 sig_max，即可作為作用效應值， sig_alw 為容許應力值，即正截面抗裂抗 力值。(3)對于裂

6、縫寬度驗算，可以在 rc 設計驗算中輸出，也可以在 psc 設計驗算中對 b 類部分預應力橋梁輸出。以 b 類部分預應力橋梁裂縫寬度驗算為例，sig_ss 表示受拉鋼筋應力，w_tk 是計算裂縫寬度，w_ac 為允許裂縫寬度。在檢測評定 規(guī)范 7.3.4 中裂縫寬度限值表也給出了各類別橋梁容許最大裂縫寬度。5精選文檔(4)對于撓度檢算，在 civil 中不需要進行設計，可以直接在結(jié)果變形當中查找 到相應荷載組合或工況下的位移，如下圖中承載能力極限狀態(tài)組合 1 下的位移， 提取相應檢算位置處的變形，將其與容許變形對比進行檢算。6精選文檔（5）對于穩(wěn)定性驗算，可以通過 civil 進行屈曲分析，得

7、出橋梁結(jié)構(gòu)在自重等 靜力荷載作用下的特征值，即安全系數(shù)，安全系數(shù)越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。通過計算分析得到作用效應值及抗力值后，尚需根據(jù)橋梁缺損狀況檢查評定 和橋梁材質(zhì)與狀態(tài)參數(shù)檢測評定確定承載能力檢算系數(shù) z1,對于鋼筋混凝土橋 梁尚需確定承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)、鋼筋截面折減系數(shù)等，通過規(guī)范 公式 7.3.1、7.3.3-1、7.3.3-2、7.3.3-3 分別進行強度、應力、變形、裂縫寬 度驗算。對于圬工結(jié)構(gòu)橋梁可以通過 civil 計算分析得到荷載作用效應值，然后將其 與引入承載能力檢算系數(shù) z1 修正的抗力值作對比，進行檢算。對于鋼橋，可以 通過 civil 計算分析得到荷載作用下的應

8、力及變形，然后將引入承載能力檢算系 數(shù) z1 修正的應力變形容許值對比檢算。對于拉吊索承載能力檢算，主要是將計 算拉索應力與考慮檢算系數(shù)的容許應力限值做對比。詳細內(nèi)容可參照公路橋梁 承載能力檢測評定規(guī)程第 7 章內(nèi)容，確定檢算公式及檢算系數(shù)等。2 橋梁荷載試驗根據(jù)公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程規(guī)定，如果荷載作用效應與結(jié)構(gòu)抗力效 應的比值在 1.01.2 之間時，尚需根據(jù)規(guī)范規(guī)定進行荷載試驗評定承載能力。 故本節(jié)主要講解如何結(jié)合 midas civil 及 fea 進行荷載試驗分析。2.1 靜載試驗2.1.1 確定試驗荷載首先是確定靜力試驗荷載，根據(jù)控制內(nèi)力、應力或變位等效原則，選擇滿足靜力荷載試

9、驗效率的試驗荷載及加載方案。7精選文檔-靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內(nèi)力/ 變形的最大計算效應值；-檢算（控制）荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力、應力或變位的最不利 效應計算值；-按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值；驗收性荷載試驗- ：0.851.05；鑒定性荷載試驗- ：0.951.05。對于加載控制截面，可以參考公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程中表 8-1-3 “不同類型橋梁主要加載測試項目”及公路橋梁荷載試驗規(guī)程中 5.2.2-1/ 2/3/4“各橋型試驗荷載工況及控制截面”進行選擇確定。s 表示檢算荷載或控 制荷載作用下的計算效應值，此荷載一般取移動設計荷載，如車道荷載或者是其

10、 他設計荷載。對于沖擊系數(shù)，如果在 civil 中定義了移動荷載分析控制中沖擊系數(shù)，那么計算結(jié)果中即包含了沖擊效應，可以直接用計算靜載試驗效率。以一連續(xù)梁橋為例，跨徑布置為 25+35+25，依據(jù)上述規(guī)范條文選擇試驗工 況及控制截面如下：（1） 主跨支點位置最大負彎矩工況，主跨支點截面，圖示 b 截面 （2） 主跨跨中截面最大正彎矩工況，主跨最大彎矩截面，圖示 c 截面 （3） 邊跨主梁最大正彎矩工況，邊跨最大彎矩截面，圖示 a 截面根據(jù)公路橋梁荷載試驗規(guī)程說明，靜載試驗工況應包括中載工況和偏載 工況，故設置兩個移動荷載工況：偏載和中載。偏載車道布置依據(jù)通用設計規(guī)范 中最不利的布置形式設置。計

11、算分析后分別查看兩個工況 a、b、c 三個控制截面8精選文檔的計算效應值，此時如前處理中在移動荷載分析控制定義了沖擊系數(shù)，則計算效 應值已經(jīng)包括沖擊效應。以 a 截面為例，模型中為 12 號單元中點位置，查看其 在偏載移動工況作用下的最大正彎矩為 5411.1kn*m，此值即為公式中的分母值， 如圖所示。得到檢算控制荷載計算效應值后，可以通過移動荷載結(jié)果影響線梁單元內(nèi) 力，輸出 12 號單元中點在偏載三個車道下的彎矩影響線，如下圖偏載 1 車道下 彎矩影響線，同時可將影響線數(shù)據(jù)通過“生成文件”導出為 mct 文件。通過移動荷載結(jié)果移動荷載追蹤器梁單元內(nèi)力，輸出 12 號單元中點產(chǎn)生 最大正彎矩

12、時的移動荷載布置情況，如圖所示，并可通過“輸出最大/最小荷載 文件”將移動荷載布置情況輸出為 mct 格式文件，導入 civil 后作為靜力荷載計 算分析。9精選文檔根據(jù)上述導出的彎矩影響線數(shù)據(jù)、最不利移動荷載布置情況，結(jié)合其他輔助 工具（檢測行業(yè)自編小工具），確定試驗車輛荷載布置在哪些位置時可以使公式 中 ss 項滿足靜載試驗效率的要求。2.1.2 試驗荷載理論計算確定試驗荷載加載位置后，即可采用試驗車輛或重物加載試驗，關(guān)于如何在 civil 中模擬試驗荷載加載，以下述例子進行說明。首先是對于單梁模型，試驗 車輛荷載可以采用荷載梁荷載線集中荷載進行施加模擬，假設試驗車輛荷載 為 3 軸重車,

13、軸重與軸距統(tǒng)計如下表所示：前軸80kn后軸 1130kn后軸 2130kn前后軸間距3.5m后軸間距1.3m如將該試驗車輛加載在最外側(cè)車道上，如圖所示，選擇集中荷載后，因試驗 車輛荷載加載在最外側(cè)車道上，所以需要勾選“偏心”，下面選擇“中心”表示 以截面質(zhì)心位置處作為參考位置，“偏心”表示以設置截面偏心后的位置作為參 考位置；方向選擇局部坐標系 y 設置橫向偏心，通過距離參考位置（加載區(qū)間確 定的直線）i-端、j-端的偏心距離，確定加載位置，因為最外側(cè)車道中心線距離 車道單元-4.35m，故此處距離輸入 4.35；然后輸入根據(jù)軸距分配數(shù)值，后軸 2 放在 10 號節(jié)點，后軸 1 則相對位置為

14、1.3/5.094，前軸相對位置為 4.8/5.094， 輸入對應軸重，選擇加載區(qū)間兩點即可完成試驗車輛荷載的輸入。10精選文檔對于梁格模型，可以參照單梁模型對縱梁單元施加梁荷載模擬試驗車輛，也 可以在梁格模型上添加一個虛擬板或者橋面板單元，如果是添加虛擬板，將其容 重設為 0，厚度設置較小，此時主要是方便在梁格模型任意位置處參加平面荷載， 如果建立橋面板單元，按照橋面板實際厚度建立相應板單元。在板單元上施加試 驗荷載，首先通過荷載壓力荷載分配平面荷載定義平面荷載類型，假設在此 板單元上施加兩輛車組成的試驗車輛荷載（假設從左側(cè)開上橋梁），車輛軸重、 軸距、車距統(tǒng)計如下表：前軸后軸 1后軸 2前

15、后軸間距后軸間距車距80kn130kn130kn 3.3m 1.3m3m定義車輛荷載名稱，選擇荷載類型為集中荷載，定義試驗車輛的荷載的局部 坐標，假設第一輛車的后軸 2 位于 0 點，根據(jù)軸距及車距，依次定義其余軸重位 置，完成試驗車輛荷載的定義。完成平面荷載定義后，選擇分配平面荷載，主要 是把之前定義的車輛平面荷載放在加載位置上，加載位置通過三點確定：原點、 x 軸上任意點、x-y 平面上任意點。一般可以將平面荷載中第一個集中荷載放在 加載平面原點位置處，方面平面荷載的定義和分配。11精選文檔如果靜載試驗荷載需要進行逐級加載，對于理論計算，可以通過定義施工階 段，將不同階段分級荷載定義為不同

16、的荷載組，然后在不同施工階段激活模擬。 試驗過程中要以理論計算結(jié)果作為參考，分析控制各分級加載過程。2.1.3 試驗及數(shù)據(jù)分析根據(jù)公路橋梁荷載試驗規(guī)程（征求意見稿）中 5.3 節(jié)測試內(nèi)容中說明，靜載 試驗主要關(guān)注控制截面的應力（應變）觀測、撓度變形測試、構(gòu)件表面開裂狀況、 環(huán)境溫度等，并給出不同橋型的試驗測試內(nèi)容表格。另外 5.5 節(jié)給出了詳細的應 變測點、變形測點的布置示意圖，可根據(jù)此規(guī)定選擇相應的控制截面應變、變形 測點布置，并在試驗過程中作為記錄和監(jiān)測。12精選文檔試驗完畢后，需要結(jié)合公路橋梁荷載試驗規(guī)程（征求意見稿）進行試驗數(shù)據(jù) 分析，主要包括對于試驗資料進行測值、溫度影響修正和支座沉

17、降影響的修正； 各測點變形與應變計算；主要測點的相對殘余變形；靜載加載試驗主要測點的校 驗系數(shù)；詳見公路橋梁荷載試驗規(guī)程（征求意見稿）5.7 節(jié)。在此主要列出靜載加載試驗主要測點的校驗系數(shù)計算：式中 表示試驗荷載作用下量測的彈性變形（或應變）值；表示試驗荷載作用下的理論計算變形（或應變）值。與 的比較，可用實測的橫截面平均值與設計值比較，也可考慮荷載橫向不均勻分布而選用實測最大值與考慮橫向增大系數(shù)的計算值進行比較。橫向增大 系數(shù)最好采用實測值，如無實測值也可采用理論計算值，實測橫向不均勻增大系數(shù) ，為實測變形（或應變）的最大值， 為橫向各測點實測變形（或應變）平均值。對于 理論計算值，civi

18、l 計算可以輸出變形和應力值，其中通過結(jié)果變形中查看相應控制截面位置處的變形值（不能輸出各個測點的變 形）；通過結(jié)果應力梁單元應力查看相應控制截面的最大組合應力，如果要結(jié) 合測點布置輸出相應位置的應力情況，可以通過結(jié)果詳細梁單元細部分析輸出 截面上任意點的應力情況，默認輸出的是 1-10 個應力點，可以結(jié)合規(guī)范測點規(guī) 定在前處理截面管理器應力點中添加其他應力測點為附加應力點，然后提取結(jié) 果。對于簡單結(jié)構(gòu)的計算應力，可以通過胡克定律計算得到相應測點的應變，然 后與實測應變值進行對比校驗。13精選文檔對于復雜或者重要的橋梁，如果想要在各測點位置處直接進行變形和應變對 比校驗，可以通過 midas

19、fea 進行三維實體計算分析，可以計算得到各測點位置 處的變形和應變值，并分別計算每個測點的校驗系數(shù)。截面測點布置圖注：（1）“”表示應變測點，“”表示撓度測點，fea各測點撓度變形計算結(jié)果，可以通過查詢結(jié)果并進行標記，如下圖示。偏載工況邊跨最大正彎矩（a 截面）橫斷面理論撓度圖fea各測點應變計算結(jié)果，可以通過查詢結(jié)果并進行標記，如下圖示。14精選文檔偏載工況邊跨最大正彎矩（a 截面）橫斷面理論應變圖計算完校驗系數(shù)后，根據(jù)試驗規(guī)程規(guī)定，需要保證 滿足一定的要求式中 、 值可參考表 5.7.1 所列值。當 ，表明結(jié)構(gòu)彈性工作效率偏低，需要重新檢查結(jié)構(gòu)的尺寸、材料性能、靜力計算圖式、試驗荷載效率

20、、荷 載稱量和量測儀器的正常工作等，排除原因后再試驗一次，以保證試驗結(jié)果的可 靠性。另外對于量測的殘余變形值（ ）與量測的總變形（ ）的比值也要滿足一 定的要求，否則需要重復試驗。除上述試驗數(shù)據(jù)處理外，尚需進行試驗曲線繪制，包括主要測點位置實測變 形（或應變）與相應的理論計算值關(guān)系曲線，各加載工況下主要控制點的變形（或 應變）與荷載的關(guān)系曲線，各加載工況下控制截面應變（或撓度）分布圖、沿縱 橋向撓度分布圖、截面應變沿高度分布圖等，通過上述曲線對試驗截面進行評價， 找出異常點、判斷結(jié)構(gòu)是否處于彈性狀態(tài)、判斷應變分布是否符合平截面假定等。另外要進行受力裂縫的描述，對于試驗加載前后的裂縫情況進行描述

21、，關(guān)注 各加載階段的裂縫長度和寬度的發(fā)展。2.1.4 試驗結(jié)果評定（1）結(jié)構(gòu)工作狀況評定15精選文檔校驗系數(shù)應力（應變）校驗系數(shù)及變形校驗系數(shù)，應該不大于 1，且其值 越小結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，并應滿足表格 5.7.2-1 相應橋梁類型要求。實測值與理論值的關(guān)系曲線測點實測變形（或應變）與其理論值成線性關(guān) 系，則說明結(jié)構(gòu)處于良好的線彈性工作狀況。截面應變分布狀況實測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件主要控制截面應變沿高度分布圖應 符合平截面假定。殘余變形(應變)主要控制測點的相對殘余變形（或應變）越小，說明結(jié)構(gòu) 越接近彈性工作狀況，當大于 20%時，表面橋梁承載能力不滿足要求。（2）裂縫及其擴展情況評定試驗荷載作用下

22、新橋裂縫擴展寬度不應超過公路鋼筋混凝土及預應力混凝 土橋涵設計規(guī)范（jtg d62-2004）的容許值，并且卸載后其擴展寬度應閉合到 設計規(guī)范容許值的 1/3。試驗前后在用橋梁裂縫寬度不超過表格 5.7.2-2 規(guī)定的各橋型允許值。 2.2 動載試驗橋梁動載試驗包括結(jié)構(gòu)自振特性試驗、行車動力響應試驗及振動法測試索力 試驗；測試參數(shù)主要包括自振頻率、振型、阻尼比、沖擊系數(shù)和索力。2.2.1 自振特性試驗自振特性理論計算可以通過 midas civil 及 midas fea 進行特征值分析得到， 主要要將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，定義特征值分析控制，即可計算得到振型、周期、頻 率、振型參與向量等。在 ci

23、vil 中將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，通過結(jié)構(gòu)類型中將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，如果要 將其他恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量參與特征值分析計算，可以通過荷載結(jié)構(gòu)荷載/質(zhì)量荷 載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量實現(xiàn)；特征值分析控制主要定義特征值分析的方法，一般可以選擇 特征值向量中子空間迭代或 lanczos 任一均可。16精選文檔fea 中特征值分析，在分析控制中定義結(jié)構(gòu)質(zhì)量，添加修改分析工況時指定 分析類型為特征值分析，然后在右側(cè)分析控制中選擇任一計算方法及計算振型數(shù) 量，特征值計算分析結(jié)果如下圖示。17精選文檔2.2.2 行車動力響應試驗行車動力響應試驗測試內(nèi)容主要包括動撓度、動應變、振動加速度或速度、 沖擊系數(shù)等，測試截面及測點布置可參照【公路

24、橋梁荷載試驗規(guī)程設置，保證能 滿足結(jié)構(gòu)性能評價及數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理的要求。對于無障礙行車試驗，可采用 midas civil 及 fea 進行理論分析計算，通過時程分析中的動力節(jié)點荷載模擬行車效應， 詳細過程如下所示。2.2.2.1 移動荷載時程分析時程分析(time history analysis)是通過動力方程式對受動力荷載作用的的結(jié) 構(gòu)進行求解的過程，即根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的特性和所受的荷載來分析其在任意時刻結(jié) 構(gòu)的反應，如位移、內(nèi)力等。對于橋梁結(jié)構(gòu)的移動荷載進行時程分析，其具體步 驟如下。1. 建立結(jié)構(gòu)模型2. 輸入質(zhì)量數(shù)據(jù)3. 輸入特征值分析數(shù)據(jù)4. 進行特征值分析5. 分析特征值分析結(jié)果6.

25、輸入時程分析數(shù)據(jù)7. 進行時程分析8. 查看時程分析結(jié)果18精選文檔（1）建立結(jié)構(gòu)模型例題如圖 1 所示，為一 30m 跨的單跨橋梁，所施加的車輛荷載可將其理想 化為如圖 2 所示的三角形荷載。模型的尺寸和荷載等數(shù)據(jù)如下：0.4 mv tp=1 kn , v=80 km/hr1 mzx600.5 m=30 m圖 1. 例題模型截面采用梁單元建模分析，c30 混凝土，彈性模量 : e=3.0303x104 mpa，截面 慣性矩 3333333 cm4 ，截面如上圖示。由于車輛荷載作用在節(jié)點時是個瞬間作用后隨即消失的一種沖擊荷載，所以 在這里將其近似地模擬為最大值為 1kn 的三角形荷載，其中時間

26、 t1 和 t2 間的時 間差由車輛的速度和所建模型的節(jié)點間距來決定。force1 knt t time(sec)1 2圖 2. 將車輛荷載近似模擬為三角形荷載設車速為 80 km/hr，所以 t1=單元長度/車速=0.5 m/(80 km/hr)=0.0225 sec t2= t1x 2 =0.045 sec。（2）輸入質(zhì)量數(shù)據(jù)振型疊加法是根據(jù)特征值分析的結(jié)果來進行的，所以需要輸入特征值分析所 需的質(zhì)量數(shù)據(jù)，將自重通過結(jié)構(gòu)類型將自重轉(zhuǎn)化為質(zhì)量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量數(shù)據(jù)，對此 模型進行特性值分析時只考慮豎直方向，所以選擇“轉(zhuǎn)換到 z”，其他參數(shù)如圖 示。如果考慮二期恒載的質(zhì)量，可使用“模型將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量

27、”的功能將荷 載轉(zhuǎn)換成節(jié)點質(zhì)量。19精選文檔圖 3. 結(jié)構(gòu)類型對話框（3）輸入特征值分析數(shù)據(jù)在主菜單選擇分析 特征值分析控制，按圖 4 所示輸入相應數(shù)據(jù)。分析類 型選擇特征值向量中的子空間迭代或 lanczos 均可。在特征值分析控制對話框中 輸入振型數(shù)量，增加頻率數(shù)量可以提高結(jié)果的精確性，但所需的分析時間會很長， 而且高階模態(tài)對結(jié)構(gòu)的動力反應的影響不是很大，所以我們對這個模型考慮到第 8 個模態(tài)，之后查看其振型質(zhì)量參與系數(shù)，查看選取振型數(shù)量是否足夠。圖 4. 特征值分析控制對話框（4）進行特征值分析時程分析中所輸入的分析時間步長對分析結(jié)果影響很大，一般將分析時間步 長設為最高階振型周期的 1

28、/10 比較合適。因此，盡管時程分析與特征值分析可 以同時進行，但為了查看最高階振型的周期和振型參與系數(shù)，這里先進行特征值 分析。（5）查看特征值分析結(jié)果20精選文檔根據(jù)特征值分析結(jié)果，模態(tài) 8 的自振周期為 0.009714 秒，查看自振周期和 振型參與質(zhì)量到模態(tài) 8 為止的振型參與質(zhì)量的合計為 96.42%，因此我們可以判 斷對于豎直方向的反應，所參與的質(zhì)量已經(jīng)足夠可以獲得結(jié)構(gòu)動力反應的主要特 征了。故可近似地將分析時間步長設為 ( t) = 0.001 秒 t/10 = 0.00097。圖 6. 自振周期和振型參與質(zhì)量（6）輸入時程分析數(shù)據(jù)首先在荷載時程分析數(shù)據(jù)時程荷載函數(shù)中定義動力荷載

29、；然后在時程荷 載工況中輸入分析時間總長、分析時間步長、阻尼比等數(shù)據(jù)；最后在節(jié)點動力荷 載中考慮車速來輸入所定義的時程荷載函數(shù)和時程荷載工況到達相應節(jié)點的時 間(arrival time)。定義時程荷載函數(shù):荷載 時程分析數(shù)據(jù) 時程荷載函數(shù)，點擊添加時程 函數(shù)，考慮模型中節(jié)點的間距和車速來輸入 1kn 大小的車輛荷載。若想定義成 實際車輛荷載的大小，在定義節(jié)點動力荷載時，調(diào)整其中的系數(shù)即可。21精選文檔圖 8. 添加時程函數(shù)對話框定義時程荷載工況：荷載 時程荷載數(shù)據(jù) 時程荷載工況分析時間總長：輸入總的分析時間。例題中車輛以 80km/hr 的時速通過 30m 跨徑的橋梁需要 1.35 秒，但為

30、了了解車輛通過后結(jié)構(gòu)的動力效應，在分析時間 總長 欄中如圖 9 所示輸入8秒。分析時間步長：時程分析的分析時間步長對結(jié)果的精確度影響很大。分析時 間步長的大小與結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)的周期和荷載的周期有密切的關(guān)系。車輛荷載作 為一種沖擊荷載，它的周期很難確定，因此我們在這里如前所述考慮結(jié)構(gòu)的高階 模態(tài)的周期來決定分析時間步長，輸入0.001 秒。22精選文檔輸出時間步長：確定時程分析結(jié)果的輸出步驟數(shù)，輸入1的話將輸出所有 步驟的計算結(jié)果。時程類型 ：瞬態(tài)-時程荷載函數(shù)不反復作用；周期-時程荷載函數(shù)反復作用， 本例中選擇瞬態(tài)。振型的阻尼比：所有振型的阻尼比 : 輸入對所有振型使用的阻尼比?；炷?土結(jié)構(gòu)的

31、阻尼比為 0.050.10，故這里取 0.05 作為此結(jié)構(gòu)的阻尼比。各振型阻尼比 : 各振型的阻尼比不同時，可分別輸入不同的阻尼比。 定義節(jié)點動力荷載：荷載 時程分析數(shù)據(jù) 節(jié)點動力荷載，考慮車輛時程荷載到達各節(jié)點的時間，如圖 10 所示定義節(jié)點動力荷載。函數(shù)名稱方向: 在函數(shù)名稱 中選擇定義的時程荷載函數(shù) : 選擇荷載作用的方向 (整體坐標系)到達時間 : 時程荷載作用于相應節(jié)點的時間設定車輛荷載的作用從節(jié)點 2 開始。如圖 10 所示，選擇節(jié)點 2，在到達時 間欄輸入0秒，點擊 。節(jié)點間距為 0.5m，車速為 80km/hr，所以對于節(jié)點 3 輸 入0.0225秒。注：被作用節(jié)點動力荷載 的

32、節(jié)點，若同時在加載方向上被約束了的話，程序會出現(xiàn)錯 誤。因此這里對兩端 z 方向被約束的節(jié)點(節(jié)點 1、節(jié)點 61)不輸入節(jié)點動力荷載。系數(shù): 定義的時程荷載函數(shù)的作用方向為重力方向相同，所以輸入負值，假設荷載為-250kn，因為前面時程函數(shù)定義的是集中力 1kn，所以此處應填 入-250。 （沖擊荷載大小的確定？）圖 10. 輸入節(jié)點動力荷載23精選文檔對于所有節(jié)點都需根據(jù)不同的到達時間反復輸入節(jié)點動力荷載，非常繁瑣。 此時可以先對某個節(jié)點輸入節(jié)點動力荷載后，利用節(jié)點動力荷載表格和 excel 表 格的互換功能，比較方便地輸入剩余節(jié)點的動力荷載。利用表格輸入節(jié)點動力荷載 的方法如下。1. 在

33、主菜單選擇 荷載 荷載表格 節(jié)點動力荷載2. 將如圖11所示的已輸入的一個節(jié)點的內(nèi)容復制到 excel表格中3. 如圖12所示，在excel表格中考慮節(jié)點和相應的到達時間來生成節(jié)點動力荷載數(shù)據(jù) 4. 將excel表格中的結(jié)果復制到節(jié)點動力荷載表格 中(圖13)圖 11. 節(jié)點動力荷載表格（7）運行時程分析所有數(shù)據(jù)輸入完畢后，運行分析。（8）查看時程分析結(jié)果利用結(jié)果變形、內(nèi)力、應力可以輸出分析時間內(nèi)結(jié)果的最大、最小值和包絡結(jié)果。圖 15. 時程荷載工況下變形形狀24精選文檔時程荷載工況下彎矩包絡圖時程荷載工況下應力包絡圖查看各個時刻的結(jié)構(gòu)的反應時，可利用結(jié)果 時程分析結(jié)果功能，時程分析結(jié)果包括位

34、移(速度、加速度)、內(nèi)力和應力。另外程序也支持以時程圖形和文本的形式輸出結(jié)果。25精選文檔選擇結(jié)果 時程分析結(jié)果 時程圖表，在定義函數(shù) 選擇欄選擇位移或梁單元內(nèi)力/ 應力，然后添加新的函數(shù)，輸入結(jié)果函數(shù)內(nèi)容。圖 17. 時程圖形對話框所示輸入各項參數(shù)，以輸出跨中（節(jié)點 31、單元 31）的位移和彎矩圖形。26精選文檔圖 18. 指定輸出內(nèi)容和輸出的位置圖 19 和圖 20 分別為位移和彎矩的時程分析圖形。由于分析時間總長設為了 8 秒(圖 9)，所以盡管車輛已經(jīng)通過了橋梁，但結(jié)構(gòu)仍然存在動力反應。圖 20. 跨中的彎矩時程曲線圖 19. 跨中的位移時程曲線車速對動力反應的影響下圖是按照不同的車

35、速(10、80、120km/hr)分別建模進行分析后，顯示的位移變化圖形。車速不同則車輛荷載作用在各節(jié)點的時間會發(fā)生變化，因此需要在時程荷載函數(shù)對話框(圖 8)中修改時間間距，并在時程荷載工況對話框(圖 9)中修改分析時間總長。另外在節(jié)點 動力荷載中還需根據(jù)車速調(diào)整到達時間。根據(jù)分析結(jié)果，車速為 10km/hr 時跨中的最大位移為 5.612mm，與靜力分析的結(jié)果 5.586mm 很接近，但隨著車速增加，動力反應逐漸明顯，最大位移也逐漸加大了。(a) 車速為 10km/hr 時的位移變化 車速 最大位移 通過橋梁時間: 10 km/hr: 5.612 mm: 10.80 sec27 最大位移發(fā)生時間 : 5.124 sec精選文檔(b) 車速為 80km/hr 時的位移變化 車速 最大位移 通過橋梁時間: 80 km/hr: 6.013 mm: 1.35 sec 最大位移發(fā)生時間 : 0.498 sec(c) 車速為 120km/hr 時的位移變化 車速 最大位移 通過橋梁時