摘要：文章介紹應(yīng)用MIDAS Civil軟件建立結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有限元分析，具有直觀、快捷、便于結(jié)構(gòu)調(diào)整和計(jì)算準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(diǎn)。將其用于橋梁結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)在不同荷載組合作用下的力學(xué)變形分析，使橋梁結(jié)構(gòu)模型滿足設(shè)計(jì)要求。

[作者簡(jiǎn)介]張皓翔（2001—），男，在讀本科，研究方向?yàn)闃蛄?、隧道等土木工程?/p>

作為一款通用的空間有限元分析軟件，MIDAS Civil適用于橋梁、建筑等各類(lèi)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模、分析、后處理等方面提供了諸多便利功能。本文結(jié)合在重慶交通大學(xué)第八屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的橋梁結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)實(shí)例，利用MIDAS Civil進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與分析。

1 橋梁模型設(shè)計(jì)概況

以斜拉+桁架組合橋型的橋梁結(jié)構(gòu)模型為例，設(shè)計(jì)橋梁總長(zhǎng)1 200 mm，橋梁跨度為75 mm+825 mm+300 mm，橋面寬150 mm，沿橋橫向的橋墩支座中心距600 mm。橋墩、橋跨均采用桁架結(jié)構(gòu)，桁架高81 mm，立腹桿間距75 mm。

桁架上弦桿采用高6 mm、上、下翼板寬6 mm、腹板寬4 mm的工字形竹桿件，下弦桿、端部斜桿和索塔立柱均為6 mm×6 mm規(guī)格竹桿件，桁架立腹桿采用6 mm×3 mm規(guī)格竹桿件，主跨斜拉桿采用2 mm×2 mm規(guī)格竹桿件，橋梁結(jié)構(gòu)其他桿件均采用3 mm×3 mm規(guī)格竹桿件，橋面采用150 mm×1 mm竹片（圖1）。

竹材密度0.8 g/cm3，順紋抗拉強(qiáng)度60 MPa，抗壓強(qiáng)度30 MPa，彈性模量6 GPa。

2 橋梁建模

按以下步驟建立橋梁結(jié)構(gòu)模型，①設(shè)置單位系;②自定義竹材彈性模量6×103 N/mm2和容重0.007 84 N/cm3;③定義各種桿件截面及橋面板;④通過(guò)節(jié)點(diǎn)及單元功能建立橋梁模型;⑤定義橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部連接;⑥定義橋梁結(jié)構(gòu)的支承類(lèi)型;⑦依次設(shè)置自重荷載等恒載、活荷載;⑧設(shè)定荷載組合。完成建模后，運(yùn)行分析和查看計(jì)算結(jié)果。

（1）選擇單元類(lèi)型。斜拉索定義為“只受拉/鉤/索單元”，橋面板定義為“板單元”，其余桿件定義為“一般梁/變截面梁?jiǎn)卧薄?/p>

（2）建立邊界條件。索塔、主橋及橋墩之間接觸處均采用彈性連接-剛性連接。如圖1，每個(gè)橋梁支座共設(shè)4處一般支承，其中1處支承選擇D-ALL及RZ，其余3處支承選擇DZ、RZ。

（3）建立荷載。橋梁自重荷載取值Z=-1。分兩級(jí)建立橋梁活載，如圖1，一級(jí)荷載在主梁兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置80 N、70 N、50 N、60 N的點(diǎn)荷載;二級(jí)荷載則將對(duì)稱(chēng)布置的50 N點(diǎn)荷載改為橋梁一側(cè)點(diǎn)荷載100 N，另一側(cè)點(diǎn)荷載為0。在每個(gè)活載作用點(diǎn)按掛盤(pán)重量500 g設(shè)置點(diǎn)荷載為4.9 N。

（4）設(shè)定荷載組合。一級(jí)荷載組合為自重+掛盤(pán)重+一級(jí)荷載;二級(jí)荷載組合為自重+掛盤(pán)重+二級(jí)荷載。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

橋梁結(jié)構(gòu)模型建好后，先用軟件自帶功能檢查是否存在重復(fù)單元，然后再點(diǎn)擊運(yùn)行分析按鈕，完成分析后即可查看橋梁受力變形情況（圖2～圖4）。

3.1 桁架計(jì)算分析

選擇梁?jiǎn)卧獞?yīng)力和一級(jí)荷載組合，見(jiàn)圖2和圖3，橋梁結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)力最大值為31.5 MPa，彎曲應(yīng)力最大值為16.7 MPa，低于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa;組合應(yīng)力最小值為-25.2 MPa，彎曲應(yīng)力最小值為-23.9 MPa，低于竹桿件容許壓應(yīng)力30 MPa。

如圖4所示，一級(jí)荷載組合作用下的橋梁撓度W=2.0 mm，小于最大允許撓度限值[w]=±10 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

選擇梁?jiǎn)卧獞?yīng)力和二級(jí)荷載組合，橋梁結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)力最大值為37.9 MPa，彎曲應(yīng)力最大值為21.8 MPa，低于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa;組合應(yīng)力最小值為-25.2 MPa，彎曲應(yīng)力最小值為-25.0 MPa，低于竹桿件容許壓應(yīng)力30 MPa;橋梁撓度W=2.2 mm，小于最大允許撓度限值[w]=±10 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 斜拉桿計(jì)算分析

選擇桁架單元應(yīng)力-受拉和一級(jí)荷載組合，見(jiàn)圖5，橋梁斜拉桿承受的最大拉應(yīng)力為σ=5.1 MPa，小于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。

選擇桁架單元應(yīng)力-受拉和二級(jí)荷載組合，橋梁斜拉桿承受的最大拉應(yīng)力為σ=5.3 MPa，低于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 橋面板計(jì)算分析

選擇平面應(yīng)力單元/板單元應(yīng)力和一級(jí)荷載組合，見(jiàn)圖6，橋面板承受的最大拉應(yīng)力為σ=1.6 MPa，小于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。

選擇平面應(yīng)力單元/板單元應(yīng)力和二級(jí)荷載組合，橋面板承受的最大拉應(yīng)力為σ=1.7 MPa，低于竹桿件容許拉應(yīng)力60 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為跨越山澗、河流等為滿足交通需要而架設(shè)的建筑物。橋梁與人們的生活密切相關(guān)，橋梁結(jié)構(gòu)形式眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用MAIDAS Civil等有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算分析十分快捷簡(jiǎn)便，本文在竹制橋梁結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中應(yīng)用MAIDAS Civil軟件，在結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱順冬.橋梁工程軟件midasCivil應(yīng)用工程實(shí)例[M].北京：人民交通出版社，2011.