MIDAS之加载点、截面偏心影响对比计算.doc

鉴于本人在斜拉桥建模计算过程中，斜拉桥主梁在斜拉索锚固点及截面偏心不同时，主梁产生不同的轴向变形（有的出现伸长现象，明显与实际不符），故作midas加载对比计算如下：
模型结构说明：模型结构选用相同材料：Q235；相同截面：P 194×10钢管；相同单元长度：2m；相同约束条件：底端固结；相同竖向荷载值：100kN。建立模型结构如图1所示，图中模型结构从左向右依次编号为：单元1~6。
单元1：截面不偏心、荷载加载位置：截面型心，单元上端节点上。
单元2：截面右侧偏心（偏心距r）、荷载加载位置：截面右侧偏心（偏心距r）点，单元上端节点上。
单元3：截面右侧偏心（偏心距r）、荷载加载位置：截面型心，截面型心位置节点（与单元3上端节点间设弹性连接——刚性）。
单元4：截面右侧偏心（偏心距r）、荷载加载位置：截面左侧偏心（偏心距r），截面左侧偏心（偏心距r）位置节点（与单元上端节点间设弹性连接——刚性）。
单元5：截面不偏心、荷载加载位置：截面左侧偏心（偏心距r），截面左侧偏心（偏心距r）位置节点（与单元上端节点间设弹性连接——刚性）。
单元6：截面不偏心、荷载加载位置：截面左侧偏心（偏心距2r），截面左侧偏心（偏心距2r）位置节点（与单元上端节点间设弹性连接——刚性）。
由midas/civil 2010（v 7.8.0）建模计算得：

图1. 单元1~6模型结构图（kN）

一、 内力计算结果

图2. 单元1~6轴力（kN

图3. 单元1~6弯矩图（kN·m）

图4. 单元1~6局部z轴剪力图（kN）
二、变形计算结果

图5. 单元1~6—DXYZ变形图（mm）

图6. 单元1~6—DX变形图（mm）
图7. 图7. 单元1~6—DZ变形图（mm）
三、计算结果分析
1、内力计算结果
工况一：荷载加载位置相同，截面偏心不同
A、 加载位置为截面型心时：
单元1截面不偏心：M=0；单元3截面偏心：M=0。
B、 加载位置为截面左侧偏心时：
单元4截面偏心：M=9.7=100×0.097kN·m；
单元5截面偏心：M=100×0.097=9.7kN·m。
工况二：截面偏心相同，荷载加载位置不相同
A、 截面不偏心：
单元1加载位置为截面型心：M=0；
单元5加载位置为截面左侧偏心：M=9.7=100×0.097kN·m。
单元6加载位置为截面左侧偏心（2r）：M=19.4=100×0.194kN·m。
B、 截面偏心：
单元2加载位置为截面右侧偏心：M=9.7=100×0.097kN·m；
单元3加载位置为截面型心：M=0。
综上，midas在进行内力计算时，据荷载相对截面型心位置加载计算（单元局部z轴出现剪力（与理论不符），且有差异但结果较小，可以忽略）。
2、变形计算分析
A、水平位移：简单分析可知，单元水平位移是由弯矩产生的。由结构力学图乘法计算得：

（与midas计算结果相符）
B、竖向位移：
竖向位移由单元轴压及弯矩产生.
单元轴压产生的竖向位移：

单元弯曲产生的竖向位移：

单元2上端节点竖向位移：
单元4上端节点竖向位移：
单元2上端节点竖向位移计算结果、变形同号，表明单元2在单位荷载作用下产生的弯矩与外荷载作用下产生的弯矩同号，而荷载加载点和截面偏心正好在截面型心轴同侧，单元4上端节点竖向位移计算结果、变形异号，表明单元4在单位荷载作用下产生的弯矩与外荷载作用下产生的弯矩异号，而荷载加载点和截面偏心正好在截面型心轴异侧，截面出现拉伸情况（此时显示单元4上端节点位移向上与我的模型，在只有斜拉索初拉力作用下出现主梁伸长现象相同）。则midas所显示节点位移为按截面偏心位置计算得位移。

四、结论
综上，midas在计算过程中，按相对截面型心轴位置加载；位移计算时，按单元截面偏心位置计算其位移。个人理解出现变形差异的原因可能为：截面偏心时，程序默认在偏心点与截面型心间增加一刚臂，使得单元受到一附加弯矩的影响，当偏心距较大时，附加弯矩也就越大，对结构轴向变形影响也就越大，当然这种情况只是在截面偏心时，对结构轴向位移的影响，对结构内力无影响。
则midas在计算时，加载点位置对结构内力无影响。单元截面偏心对单元轴向变形有影响。

- 6 -