midas gts n 三维移动列车荷载案例
midas移动荷载加载方式
定义车辆荷载
midas移动荷载加载方式
定义移动荷载工况
注意：
横向折减系数： 多车道横向折减系数。
组合选项： 组合：按提供的系数组合各子荷 载工况。 单独：各子荷载工况独自发生作 用。
子荷载工况里的系数： 子工况计算效应的增减系数，（ 类似横向分配系数的概念）。
定义车辆荷载
1）车轮荷载：一个车轮的标准中70kN。
2）分布宽度：1m 纵向宽度：1m
3）最多车道数：该横向框架分析模型上可 能作用的最多车道数。
midas移动荷载加载方式
移动荷载工况
比例系数：冲击系数
midas移动荷载加载方式
2.盖梁计算移动荷载的施加
模型的注意事项
注意：
1.对于预制结构：一般支座间距小，可不模拟横梁。 2.对整体现浇结构：一般支座较稀疏，必须模拟横梁。
midas移动荷载加载方式
定义车道荷载：
注意： 1.对于预制结构：移动荷载直接施加在盖梁上。 2.对整体现浇结构：移动荷载施加在横梁上。 3.车道起终点的设计应满足规范要求。（直接施加到盖 梁上时，应为最外侧支座之间的区域）
midas移动荷载加载方式
定义车辆
注意： 1.车辆荷载：纵向计算单车道反力的一半（车道一个车轮的 反力，但交接墩考虑两孔效应叠加）。 2.车道数量：考虑实际的车道数量。 4.特别注意车轮至路缘距离如在定义车道时已考虑这里填0 3.可以勾选中央分隔带考虑双幅桥的情况。
注意：
组合： 考虑将两侧人群荷载叠加。 即总效应最大。
对应关系： 车辆和车道对应起来。
midas移动荷载加载方式
1.桥面板计算移动荷载的施加
midas移动荷载加载方式
桥梁跨径： 配合定义车辆荷载定义时的计算跨 径。 比例系数：1
一 纵向施加移动荷载
3.人行荷载的加载方式—车辆荷载
注意： 建立人群荷载的两种方法：
（添加标准车辆(对应各规范)）
用户定义：
一 纵向施加移动荷载
公路通用规范标准人群：
同一模型中只能定义1个标准人群荷载
集度
宽度
一 纵向施加移动荷载
新城市规范标准人群：
一 纵向施加移动荷载
定义车道荷载
注意： 1.车辆荷载的分布： 车道单元：单梁计算 横向联系梁：梁格计算 2.偏心距离： 车道中心线到选择单元连线的距离，注意方向正负号。 3.桥梁跨度：
连续梁时输入最大跨度。
4.比例系数： 跨径>150m时的纵向折减系数。 5.选择 两点：便于直线桥选择车道参考线单元，点选首末单元即可。 单元：便于曲线桥选择相关单元，直接输入单元号。例如：1to80。
1.设计车道数量（施工图中的车道数量）。 2.截面可以布置的最多车道数。
公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004）
一 纵向施加移动荷载
为什么要考虑偏载：
对上述模型分别考虑中载和偏载两种情况,竖向弯矩（My）如下图所示：
6000 4000
2000
外偏(最小) 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 -2000 -4000 -6000 外偏(最大) 中载(最小)
中载(最大)
对于曲线梁桥偏载对结构弯矩（My）的影响很小（各色曲线重合）
一 纵向施加移动荷载
midas GTS 铁道移动荷载分析(动力)
路床
加固路基 上部路基 下部路基
粉沙
风化土
软岩
GTS 2D 16铁道移动荷载分析（动力）
1
01 材料特性
网格组属性
属性名称(ID) 软岩 风化土 粉沙 下部路基 上部路基 加固路基 路床 类型 平面 平面 平面 平面 平面 平面 平面 材料名称 (ID) 软岩 风化土 粉沙 下部路基 上部路基 加固路基 路床 特性名称 (ID) -
5
7
选择特殊节点，在节点对 应的时间上确认变形图表
GTS 2D 16铁道移动荷载分析（动力）
18
2
1
对应节点中载入每个荷载 进行累计由工作表格输出。 列车移动方向被模拟为在 节点间隔为2.5m，速度为1 80km/h，列车移动方向被 定义为美0.05输出一次
GTS 2D 16铁道移动荷载分析（动力） 13
12
Step
分析>分析工况
1
MIDAS IT Co., Ltd.
操作过程
2
1）在主菜单里选择【分析】 >分析工况 2）【添加】 3）【名称】处输入“铁道 移动荷载分析”，【类型】 选择“时程分析（线性）” 4）点击“分析控制” 5）频率中输入“10” 6）点击“确定” 7）如图所示，将组数据中 的单元和荷载拖放到“激 活数据” 8）点击【确定】
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
网格组名 称 阮岩层 风化土层 分沙层 下部路基 层 上部陆基 层 加固路基 路床
•确认“GTS 2D例题16.gtb”文件中地基材质特性和材料特性
GTS 2D 16铁道移动荷载分析（动力） 2
02
Step
文件>打开
操作过程
08_3D 移动列车荷载时程分析
选择列车荷载施加的节点(即车轮通过点)。 根据火车的方向选择开始和结束的节点。 列车类型设置为“KTX,20 节车”,输入速度 83.33 米/秒。 选择-Z 方向。 动力荷载命名为“列车动力荷载”。 考虑到列车的车轮左右两边都有 , 对另一个目标对象生成动力荷载函 数。 点击“显示图形”,查看各个点的动力荷载函数。
5.2 分析设置
*
:分析 >分析工况 >一般类型
• • • •
分析名称为“特征值”。 求解类型选择“特征值”。 激活所有网格和边界条件。 单击[确定]。
5.3 运行分析
*
•
: 分析 > 分析 > 运行 运行分析
10 | Chapter 10.3D Moving Train Load Time History
Chapter 10.3D Moving Train Load Time History |
7
Basic Tutorials
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History
• • • • • • ▶表。网格命名。
选择[映射- 区域]表单。 选择“自动映射边界”，选择如下图所示每个区域的四边。 尺寸输入“5”,属性选择“8：仅显示”。 网格组名称输入“路基(2D)”。 点击[适用]。 以相同的方式,生成区域 B～I 的二维网格。 区域 A B C D, E, F G H I 网格命名 路面（2D） 加固路堤（2D） 上层路堤（2D） 底层路堤（2D） 淤泥(2D) 风化土(2D) 软岩(2D)
跟随例题
三维移动列车荷载案例
第 6 部分
分析结果 (特征值 )
▶结果分析表格
*
:结果 >特征值>特征值分析结果表格
midas移动荷载加载
道路条件
设置道路的平整度、坡度等参 数，以考虑道路条件对车辆行 驶的影响。
车辆间距
设置车辆之间的间距，以考虑 车辆之间的相互作用对动态作
用的影响。
CHAPTER 03
MIDAS移动荷载加载实例分析
实际工程案例介绍
工程背景
某高速公路桥梁，需要进行移动荷载加载分析， 以评估桥梁的承载能力和安全性。
工程参数
建筑结构
MIDAS可以模拟地震、风等自然灾 害对建筑结构的动态影响，为建筑 结构的抗震、抗风设计提供依据。
MIDAS的优势与局限性
优势
MIDAS能够模拟和分析复杂的移动荷载作用，提供高精度的结构响应分析结果； 其用户界面友好，易于操作和学习；具有广泛的适用领域和行业认可度。
局限性
MIDAS主要适用于移动荷载的分析，对于静态或准静态问题可能不适用；对于 大规模复杂结构的分析可能存在计算效率问题；需要专业的工程背景和技能来 正确使用和解释分析结果。
在移动荷载加载过程中，注重环保和可持 续发展，采用低能耗、低排放的技术和设 备，降低对环境的影响。
制定和完善移动荷载加载技术的标准和规 范，促进技术的普及和应用。
MIDAS软件未来的改进方向
拓展应用领域
不断拓展MIDAS软件的应用领域，将其应用 于更多类型的结构和工程领域。
优化用户界面
改进MIDAS软件的界面设计，使其更加友好、 易用，降低用户的学习成本。
MIDAS移动荷载加载
CONTENTS 目录
• MIDAS简介 • MIDAS移动荷载加载原理 • MIDAS移动荷载加载实例分析 • MIDAS与其他软件的比较 • MIDAS移动荷载加载的未来发展
CHAPTER 01
midasgts简单例题
有限元分析在隧道施工中的应用姓名：学号：手机：邮箱：摘要TBM全断面施工是现阶段特别是地铁隧道施工的重要方式之一，其速度快，成型好，支护及时，得到广泛的应用。
隧道的开挖方式和支护永远是隧道施工的重点话题。
隧道类型分为很多，大体上可以分为山岭隧道，浅埋隧道以及水下隧道。
在条件允许时，TBM都可以用作以上隧道的主要施工方式。
而在城市隧道施工过程中，由于一般城市隧道埋藏较浅，而且上层多有建筑物覆盖，所以施工要求较高，一般选取TBM活着浅埋暗挖法进行施工。
而由于浅埋暗挖法施工工期长，施工难度大，故TBM施工称为首选。
MIDAS gts是专门针对岩土问题，主要是基坑，隧道，边坡和渗流，都能进行有效分析计算的商业有限元软件。
在此选取某市政工程的地铁隧道施工，利用MIDAS GTS进行施工阶段模拟。
关键词：TBM，midas gts,隧道盾构法施工简介TBM（Tunnel Boring Machine）-----全断面隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用正在迅猛增长。
软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。
采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。
这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。
TBM施工的优点：（1）快速。
TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。
（2）优质。
TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。
midas移动荷载加载方式
反力，但交接墩考虑两孔效应叠加）。
2.车道数量：考虑实际的车道数量。 4.特别注意车轮至路缘距离如在定义车道时已考虑这里填0 3.可以勾选中央分隔带考虑双幅桥的情况。
二 横向施加移动荷载加载
各参数的关系
注意： 1. 总效应=（车轮荷载x车道比例系数x纵向宽度）/分布宽度。 2. 程序内部仍然按195kN（100*3/2*1.3）加载，计算各效应时考虑“车道比例系数”。 3. 特别注意：一个车道按两个车轮，间距取1.8m加载，所以表格中的反力结果是（195*4*2）。
三 移动荷载分析工具
3.利用并发反力组结果输出下部计算数据
注： 1. 通过并发反力可以得到 某支座最大反力情况下， 其余支座的对应反力。 2.在进行下部计算过程 中，绝对不可以直接采用 程序反力结果中查得的各 支座最大反力。 3.拱桥分析中建议将桥台 建模分析，不然即使采用 并发反力组计算并发反力 仍很复杂。 98号节点 发生Fz方向 最大反力 时，其余节 点（99节 点）的反力 情况
1.设计车道数量（施工图中的车道数量）。 2.截面可以布置的最多车道数。
公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004）
一 纵向施加移动荷载
为什么要考虑偏载：
对上述模型分别考虑中载和偏载两种情况,竖向弯矩（My）如下图所示：
6000 4000
2000
外偏(最小) 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 -2000 -4000 -6000 外偏(最大) 中载(最小)
规范相关内容
06_MIDAS GTS NX 分析手册-荷载应变
uS
K FS u F f F u = f A = f K SS S S
(6.1.2)
in the equation above is a determined value and thus the 2nd row of the stiffness matrix does not
u uA = F u S
uF uS
(6.1.1)
: DOF without assigned specified displacement : DOF with assigned specified displacement
The stiffness matrix can also be classified and expressed using the same principle:
1.1
Structural Load Types
Table 6.1.1 Usable loads in GTS NX
Nodal force Nodal forces are the most basic loads and have 3 force component inputs and 3 moment component inputs for each node. The direction can be defined about an arbitrary coordinate system. Pressure load The pressure load is input as a distributed force form for an element face or edge. The surface pressure load is applicable for 2D or 3D elements and the edge pressure load is applicable for 1D or 2D elements. The input direction can be specified as an arbitrary coordinate axis direction, arbitrary vector direction or normal direction. Figure 6.1.1 displays the pressure load acting on various elements.
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Basic TutorialsChapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryChapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 1三维移动列车荷载案例1.1学习目的列车振动是周期加载现象,这是由于火车车轮间隔性地与铁轨发生震动。
振动周期与铁轨间隔及列车速度有关。
列车振动的特点受到各种因素的影响,如车辆、轨道、支撑结构、地面、地下结构等。
这些因素是交互作用,激发和传播的,是比较复杂的振动现象。
在本教程中,会涉及以下概念: •从二维网格拓展生成三维网格。
•特征值分析。
•生成移动列车荷载。
•分析结果——周围的振动效应和垂直地面沉降。
•分析结果——建立随时间变化曲线Section 1学习目的及概要▶列车动力荷载Chapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryBasic Tutorials2 | Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History1.2模型和分析总概述本教程进行动力分析,分析了列车移动荷载通过路堤的时候的振动荷载周围结构的影响和地表响应,火车上行为移动载荷应用于堤防。
分别建立底层、顶层、分层的加固层的路基，最后在最上层加上路面。
Basic TutorialsChapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryChapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 3[打开附加开始文件(10 _train_start)]*:分析> 分析工况>设置•设置模型类型,重力方向,初始参数和单元系统。
单位系统可以在建模过程中随时改变甚至在执行分析之后。
输入的参数会自动转换为当下单位系统对应的值。
•本教程是一个三维模型，重力方向是Z 向，使用SI 单位制(kN,m,sec)。
Section 2设置分析条件▶分析设置Chapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryBasic Tutorials4 | Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History3.1土体和结构材料的定义对于材料的本构模型,土体选择“摩尔-库仑”，路基选择“弹性”,因为不需要考虑它的非线性。
土体和结构材料定义如下[Unit : kN, m]材料 各向同性 各向同性 各向同性 各向同性 各向同性 各向同性 各向同性 一般弹性系数(E) 1.2E+06 2.0E+04 2.0E+04 1.0E+05 3.0E+04 1.3E+05 2.3E+07 泊松比(v) 0.28 0.28 0.35 0.30 0.35 0.25 0.18 单位重量(r)22 20 18 20 19 19 25 Ko 0.50.5 0.5 0.50.5 0.5 0.5 渗透性容重（饱和） 22 20 18 20 19 19 25 初始孔隙比 排水参数 排水排水 排水 排水 排水 排水排水粘着力 100 20 10 0 15 0 - 摩擦角373028403135-Section 3定义材料及特性▶表.土体材料.▶定义岩土材料 - 一般▶▶定义岩土材料 – 渗透性▶▶▶定义岩土材料 – 非线性Basic TutorialsChapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryChapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 53.2属性定义属性代表网格的物理性质,并将在网格生成时分配到网格上。
而定义地面和结构属性,首先定义要使用的材料。
定义材料之后，确定结构类型和截面形状(截面刚度)。
名称 软岩 风化土 淤泥 底层路基 上层路基 加固路基 路面 仅二维 类型 3D 3D 3D 3D 3D3D 3D仅二维 材料 软岩 风化土 淤泥 底层路基 上层路基 加固路基 路面 -“仅二维”是土体或路堤的二维网格，之后会用来拓展为三维模型。
因此不需要截面或材料信息。
▶表。
岩土属性。
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryBasic Tutorials6 | Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History本教程的主要目的是学习从二维到三维的网格拓展,定义移动列车荷载,并验证结果。
可以通过打开开始文件，在此文件中基本材料和属性已经预定义了。
4.1几何建模*:主菜单> 导入> DXF 2D(线框)… 导入AutoCAD R13版本的DXF 文件。
• 打开‘10_train.dxf ’. *:几何> 顶点与曲线>交叉分割执行这一步骤开创建线段交叉的节点。
• 选择所有线，单击[确认]。
4.2生成网格*:网格>>控制>>尺寸控制。
可以通过尺寸控制来觉得网格大小，从而得到高质量且网格数量较少的网格划分结果。
• 参考下面图表,选择“边缘B1,B2,D1,D2,E1,E2,G1,G2,K1,K2,N1,N2的路堤。
• 方法选择“分割数量”。
输入“1”。
• 选择预览按钮检查生成的种子。
单击“适用”。
• 请参考下表确定网格种子。
边 方法 分割数量 B1, B2, D1, D2, E1, E2, G1, G2, K1, K2,N1, N2分割数量 1I1, I2, L1, L2 分割数量 3 O1, O2 分割数量 2 A, C 分割数量 6 F, H, J 分割数量 8 M 分割数量 10 P分割数量 12 Q, R 分割数量 2Section 4建模▶表.尺寸控制与分割数量.▶边(A~F)Basic TutorialsChapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryChapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 7通过工作目录树>网格控制>尺寸控制,可以看到生成的种子的几何形状。
使用[相同播种线] 基于现有播种信息对其余部分定义网格大小。
*:网格>>网格控制>>相同播种线。
•根据上图,目标对象“边S ”。
• 选择基准线“边P,Q,R ”。
• 选择匹配方法“投影”。
• 选择预览按钮检查生成的种子，单击“适用”。
• 以同样的方式分配播种“T”,“U”。
使用[相同播种线]基于现有播种信息对其余部分定义网格大小。
使用映射网格生成二维网格。
*:网格>>生成>>2D 。
• 选择[映射-区域]选项卡。
• 选择“自动映射边界”。
选择如下图所示每个区域的四边。
• 尺寸输入“5”,属性选择“8：仅二维”。
• 网格组名称输入“路基(2D )”。
•点击【适用】。
▶边(G~R)▶边(Q~U)Chapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryBasic Tutorials8 | Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History•以相同的方式,创建区域B~I 的二维网格。
区域 网格命名 A 路面（2D ） B 加固路堤（2D ） C上层路堤（2D ） D, E, F 底层路堤（2D ） G 淤泥(2D) H 风化土(2D) I软岩(2D)IABCFEDGH如果播种值已经分配给一个对象,网格尺寸的输入来生成网格将不会生效。
然而播种值将被作为一个优先选择。
尽管映射网格不是最方便的建模方法,它有生成高质量的网格的优势。
*：网格>>拓展>>延伸。
沿Y 方向将二维网格拓展生成三维网格。
将50米的总长度划分生成为20个网格单元。
• 选择【2D->3D 】选项卡。
• “选择过滤器”设置为“单元(T)”。
选择“软岩(2D )”。
• 软岩的单元是拓展的模板，在下面的步骤中不会再用到了，点击“删除”选项来删除。
• 选择“y ”作为延伸方向• 【延伸信息】设置为“均匀”,“偏移/次数”。
• 输入“2.5”, “偏移/次数”为“20”。
• 属性指定“软岩”。
• 网格命名为“软岩”。
单击“适用”。
• 以相同的方式,创建三维网格“风化土”、“淤泥”、“底层路堤”、“上层路堤”、“加固路基”、“路面”。
▶表。
网格命名。
▶生成二维网格。
Basic Tutorials Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History▶创建三维网格Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 9Chapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryBasic Tutorials10 | Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History情形1特征值分析是用来分析结构本身的动态特性。
它也被称为“自由振动分析”。
本教程的阻尼矩阵的确定和在特征值分析得到的第一和第二振型的自然周期将用于时程分析。
5.1设置边界条件*：网格>>单元>>建立• 在[其他]选项卡中,选择“地面曲线弹簧”。
• 选择所有网格。
• 选择弹性边界,“地基反力系数”输入“1”。
• 点击“固定底部条件”选择,网格命名为“弹性边界”。
•单击[确定]。
进行特征值分析,将点的条件定义为弹性边界。
根据铁路设计标准的地面反应系数计算弹簧边界值。
垂直地面反应系数: 3/40()30v v v Bk k -=⋅ 水平地面反应系数: 3/40()30h h hB k k -=⋅在这里,001,,30vo h v v h h k E k B A B A α=⋅⋅= = =Av 和Ah 是垂直和水平方向的横截面。
E0地面弹性模量。
α通常取于1.0。
在GTS NX,可以通过地面曲线弹簧很容易地生成弹性边界。
5.2分析设置*:分析>分析工况>一般类型 • 分析名称为“特征值”。
• 求解类型选择“特征值”。
• 激活所有网格和边界条件。
•单击[确定]。
5.3 进行分析* : 分析> 分析 > 运行•运行分析Section 5设置分析 特征值分析Basic TutorialsChapter 10. 3D Moving Train Load Time HistoryChapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 11分析完成后可以开始后处理。