桥梁移动荷载动力时程分析

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1、桥梁移动荷载时程分析时程分析(timehistoryanalysis)是对受动力荷载的结构通过动力方程式进行求解的过程，即根据结构本身的特性和所受的荷载来分析在任意时刻结构的反应，如位移、内力等。时程分析方法可分为直接积分法(directIntegration)和振型叠加法(modalsuperposition)，MIDAS/Civil中包含了这两种分析方法。下面通过对桥梁结构的移动荷载进行时程分析，来介绍使用MIDAS/Civil进行时程分析的方法，其具体步骤如下。1.建立结构模型2.输入质量数据3.输入特征值分析数据4.进行特征值分析5.分析特征值分析结果6

2、.输入时程分析数据7.进行时程分析8.查看时程分析结果建立结果模型例题如图1所示，为一30m跨的单跨桥梁，所施加的车辆荷载可将其理想化为如图2所示的三角形荷载。模型的尺寸和荷载等数据如下。0.4mV⋅tP=1kN,V=80km/hr1mZ60@0.5m=30mX截面图1.例题模型ß特性值°单元类型:梁单元°材料混凝土:30号混凝土4弹性模量:E=3.0303x10MPa°截面特性4惯性矩:I=3333333cm2截面面积:A=400cmß荷载由于车辆荷载作用在节点时是个瞬间作用后随即消失的一种冲击荷载，所以在这里将其近似地模拟为最大值为1kN的三角形荷载(具体到

3、某种车辆时，可输入该车辆的总轴重，也可以在定义节点动力荷载时，调整其中的系数)，其中时间t1和t2间的时间差由车辆的速度和所建模型的节点间距来决定。Force1kNt1t2Time(sec)图2.将车辆荷载近似模拟为三角形荷载车速为80km/hr，所以t1=单元长度/车速=0.5m/(80km/hr)=0.0225sect2=t1x2=0.045sec输入质量数据振型叠加法是根据特征值分析的结果来进行的，所以需要输入特征值分析所需的质量数据。MIDAS/Civil中输入质量数据的方法有节点质量、将荷载转换为质量、将结构自重转换为质量等方法，这里使用第三种方法将结

4、构的自重转换为节点质量(lumpedmass)。在程序主菜单的模型/结构类型中可调出此对话窗口，输入内容如下。图3.结构类型对话框°结构类型在X-Z平面进行2D分析，故选择‘X-Z平面’°将结构的自重转换为质量对此模型进行特性值分析时只考虑竖直方向，所以选择“转换到Z”。°重力加速度输入重力加速度，输入时需注意单位。Tip!!按均布荷载或节点荷载的形式输入铺装或护栏的荷载时，可使用“模型/将荷载转换成质量”的功能将荷载转换成节点质量。输入特征值分析数据在特征值分析控制对话框输入最大频率数量。增加频率数量可以提高结果的精确性，但所需的分析时间会很长，而且高阶模态对

5、结构的动力反应的影响不是很大，所以我们对这个模型考虑到第8个模态，之后查看其振型质量参与系数。在主菜单选择分析>特征值分析控制，按图4所示输入相应数据。图4.特征值分析控制对话框进行特征值分析时程分析中所输入的分析时间步长对分析结果影响很大，一般将分析时间步长设为最高阶振型周期的1/10比较合适。因此，尽管时程分析与特征值分析可以同时进行，但为了查看最高阶振型的周期和振型参与系数，这里先进行特征值分析。分析>运行分析查看特征值分析结果振型叠加法的时程分析是基于特征值分析的基础上的，所以需先查看特征值分析的结果。另外如前所述，还需查看最高阶振型的周期以便设定分析时

6、间步长。根据特征值分析结果，模态8的自振周期为0.009714秒，故可近似地将分析时间步长设为0.001秒。分析时间步长(∆t)=0.001≈TP/10=0.00097结果>周期与振型图5.模态8的振型和自振周期下面查看自振周期和振型参与质量。如图6所示，到模态8为止的振型参与质量的合计为96.42%，因此我们可以判断对于竖直方向的反应，所参与的质量已经足够可以获得结构动力反应的主要特征了。选择结果>分析结果表格>振型和周期图6.自振周期和振型参与质量输入时程分析数据输入时程分析数据的顺序如下。首先在荷载/时程分析数据/时程荷载函数中定义动力荷载；然后在时程荷载

7、工况中输入分析时间总长、分析时间步长、阻尼比等数据；最后在节点动力荷载中考虑车速来输入所定义的时程荷载函数和时程荷载工况到达相应节点的时间(arrivaltime)。ß定义时程荷载函数使用来输入前面将车辆荷载所近似模拟的三角形荷载。荷载>时程分析数据>时程荷载函数图7.时程荷载函数对话框点击后，考虑模型中节点的间距和车速来输入1kN大小的车辆荷载。若想定义成实际车辆荷载的大小，在定义节点动力荷载时，调整其中的系数即可。图8.添加时程函数对话框输入时程荷载函数时可使用以下三种方法。°点击来输入经常使用的时程分析荷载文件的方法°点击输入数据库中内置的地震波数据的方法

8、°用户直接输入的方法关于