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橋樑結構電算：有限元分析方法及其在MIDAS/Civil中的應用（簡體書）
商品資訊
系列名：21世紀交通版高等學校教材
ISBN13：9787114106491
出版社：人民交通出版社
作者：周水興
出版日：2013/08/01
裝訂／頁數：平裝／250頁
規格：23.5cm*16.8cm (高/寬)
版次：1
商品簡介
名人/編輯推薦
目次
書摘/試閱
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商品簡介
本書主要介紹了橋梁結構分析中有限元的建模和計算方法。鑒于MIDAS／Civil軟件在國內的教學、科研和生產中使用較廣，本書以MIDAS／Civil為例，較為系統地介紹了軟件的基本操作及靜、動力計算方法。為幫助未系統學習過有限單元法或結構矩陣分析的讀者能更好地理解有限元基本原理，專門編寫了桿系結構的矩陣位移法。
本書適合于高等理工院校土木工程專業(橋梁、道路等方向)、道路橋梁與渡河工程專業的本科、研究生及教師使用，也可供從事相關領域科學技術研究的工程技術人員學習參考。
名人/編輯推薦
《21世紀交通版高等學校教材:橋梁結構電算:有限元分析方法及其在MIDAS/Civil中的應用》適合于高等理丁院校土木工程專業（橋梁、道路等方向）、道路橋梁與渡河工程專業的本科、研究生及教師使用，也可供從事相關領域科學技術研究的工程技術人員學習參考。
目次
第1章緒論
1.1國內外橋梁結構分析軟件發展概況
1.1.1國外發展概況
1.1.2國內發展概況
1.2橋梁結構分析問題的分類
1.3橋梁結構分析基本過程
1.3.1模型建立
1.3.2施加荷載和約束
1.3.3求解
1.3.4后處理
1.4模型糾錯
1.4.1有限元分析中的常見錯誤
1.4.2計算結果的正確性判斷
1.4.3提高計算正確性的幾種方法
1.5計算結果的輸出與整理
1.5.1截面位置的標識
1.5.2表頭和表號
1.5.3有效位數
1.5.4編寫計算報告、必要的說明和附注
1.6開設“橋梁結構電算”課程的必要性
1.6.1復雜橋梁結構分析的需要
1.6.2精細化分析的需要
1.6.3橋梁創新的需要
1.6.4編制施工方案的需要
1.6.5工作技能的需要
思考題
第2章桿系結構的矩陣位移法
2.1概述
2.2總體坐標系和單元坐標系
2.2.1總體坐標系
2.2.2單元坐標系
2.3平面梁單元的單元剛度矩陣
2.3.1桿端位移和桿端力
2.3.2桿端力與桿端位移的關系
2.3.3單元剛度矩陣具有的性質
2.3.4考慮剪切變形的梁單元剛度矩陣
2.4總體坐標系中的單元剛度矩陣
2.4.1坐標轉換
2.4.2總體坐標系下的單元剛度矩陣
2.5總體剛度矩陣的集成
2.5.1總體剛度矩陣
2.5.2單元剛度矩陣的投放
2.5.3約束處理
2.6荷載列陣的形成
2.6.1等效節點荷載的概念
2.6.2綜合節點荷載的計算步驟
2.7方程求解
2.8桿件單元內力計算
2.8.1節點位移產生的截面內力
2.8.2節問荷載產生的內力
2.8.3單元截面內力
2.9支點反力計算及支承點沉陷產生的內力計算
2.9.1計算原理
2.9.2支承點沉陷產生的內力及反力計算
2.10矩陣位移法計算步驟與算例
2.10.1計算步驟
2.10.2算例
2.11空間梁單元
2.11.1空間梁單元剛度矩陣
2.11.2空間梁單元的坐標轉換矩陣
思考題
第3章橋梁結構的有限元建模
3.1建模前的規劃分析
3.1.1單元類型
3.1.2不同單元連接的處理
3.1.3梁單元中帶鉸的處理
3.1.4模型的對稱性
3.1.5網格劃分密度
3.2橋梁結構建模時的一些共性特點
3.2.1計算單位
3.2.2變截面
3.2.3剛臂
3.2.4剛性橫梁
3.2.5支座的處理
3.3橋梁結構建模的一般步驟
3.3.1明確計算目標
3.3.2橋梁構造分析與單元類型選擇
3.3.3定義截面特性和材料特性
3.3.4施工階段分析
3.3.5荷載分析
3.3.6建立有限元模型
3.4梁式橋有限元建模
3.4.1簡支梁橋
3.4.2連續梁橋與連續剛構橋
3.4.3預應力荷載的輸入
3.5拱橋有限元建模
3.5.1普通拱橋的有限元模型
3.5.2鋼管混凝土拱橋
3.5.3勁性骨架混凝土拱橋
3.6斜拉橋和懸索橋建模要點
3.7樁—土相互作用的計算
3.7.1集中質量法概念
3.7.2土彈簧剛度的計算方法
3.7.3地基系數C的概念及確定方法
3.7.4樁的計算寬度
3.7.5土的地基比例系數m值確定
3.7.6樁—土共同作用的有限元模擬
思考題
第4章MIDAS／Civil基本操作
4.1 MIDAS／Civil簡介
4.1.1 MIDAS／Civil用戶界面
4.1.2 MIDAS／Civil初始化設置
4.1.3 MIDAS／Civil界面操作
4.1.4數據輸入方式
4.2建立項目
4.2.1預應力簡支箱梁橋支架現澆示例參數
4.2.2建模要點
4.2.3創建項目文件
4.2.4設置結構類型
4.3創建節點
4.3.1建立節點
4.3.2復制或移動節點
4.3.3鏡像節點
4.3.4節點表格
4.4單元創建
4.4.1單元類型
4.4.2建立單元
4.4.3移動／復制單元
4.4.4單元鏡像
4.4.5合并與分割單元
4.4.6從AutoCAD導入模型
4.4.7修改單元參數
4.4.8單元表格
4.5材料與截面特性定義
4.5.1材料特性定義
4.5.2時間依存性材料定義
4.5.3材料表格
4.5.4截面特性輸入
4.5.5截面特性計算器（SPC）
4.5.6截面特性調整系數
4.5.7變截面、變截面組
4.5.8截面表格
4.6邊界條件
4.6.1一般支承
4.6.2彈性支承單元
4.6.3彈性連接單元
t 4.6.4剛性連接
4.6.5單元端部釋放
4.6.6梁端部剛性域偏移
4.6.7節點局部坐標軸
4.6.8邊界條件表格
4.7靜力荷載
4.7.1靜力荷載工況
4.7.2 自重
4.7.3節點荷載
4.7.4梁單元荷載
4.7.5溫度梯度和梁截面溫度
4.8預應力荷載
4.8.1鋼束特性值
4.8.2鋼束布置的形狀
4.8.3鋼束預應力荷載
4.9移動荷載
4.9.1移動荷載規范
4.9.2車道與車道面
4.9.3車輛
4.9.4移動荷載工況
……
第5章MIDAS/Civil橋梁結構動力與穩定計算
第6章MIDAS/Civil橋梁專題分析
思考題
參考文獻
1.1國內外橋梁結構分析軟件發展概況
1.1.1國外發展概況
1.1.2國內發展概況
1.2橋梁結構分析問題的分類
1.3橋梁結構分析基本過程
1.3.1模型建立
1.3.2施加荷載和約束
1.3.3求解
1.3.4后處理
1.4模型糾錯
1.4.1有限元分析中的常見錯誤
1.4.2計算結果的正確性判斷
1.4.3提高計算正確性的幾種方法
1.5計算結果的輸出與整理
1.5.1截面位置的標識
1.5.2表頭和表號
1.5.3有效位數
1.5.4編寫計算報告、必要的說明和附注
1.6開設“橋梁結構電算”課程的必要性
1.6.1復雜橋梁結構分析的需要
1.6.2精細化分析的需要
1.6.3橋梁創新的需要
1.6.4編制施工方案的需要
1.6.5工作技能的需要
思考題
第2章桿系結構的矩陣位移法
2.1概述
2.2總體坐標系和單元坐標系
2.2.1總體坐標系
2.2.2單元坐標系
2.3平面梁單元的單元剛度矩陣
2.3.1桿端位移和桿端力
2.3.2桿端力與桿端位移的關系
2.3.3單元剛度矩陣具有的性質
2.3.4考慮剪切變形的梁單元剛度矩陣
2.4總體坐標系中的單元剛度矩陣
2.4.1坐標轉換
2.4.2總體坐標系下的單元剛度矩陣
2.5總體剛度矩陣的集成
2.5.1總體剛度矩陣
2.5.2單元剛度矩陣的投放
2.5.3約束處理
2.6荷載列陣的形成
2.6.1等效節點荷載的概念
2.6.2綜合節點荷載的計算步驟
2.7方程求解
2.8桿件單元內力計算
2.8.1節點位移產生的截面內力
2.8.2節問荷載產生的內力
2.8.3單元截面內力
2.9支點反力計算及支承點沉陷產生的內力計算
2.9.1計算原理
2.9.2支承點沉陷產生的內力及反力計算
2.10矩陣位移法計算步驟與算例
2.10.1計算步驟
2.10.2算例
2.11空間梁單元
2.11.1空間梁單元剛度矩陣
2.11.2空間梁單元的坐標轉換矩陣
思考題
第3章橋梁結構的有限元建模
3.1建模前的規劃分析
3.1.1單元類型
3.1.2不同單元連接的處理
3.1.3梁單元中帶鉸的處理
3.1.4模型的對稱性
3.1.5網格劃分密度
3.2橋梁結構建模時的一些共性特點
3.2.1計算單位
3.2.2變截面
3.2.3剛臂
3.2.4剛性橫梁
3.2.5支座的處理
3.3橋梁結構建模的一般步驟
3.3.1明確計算目標
3.3.2橋梁構造分析與單元類型選擇
3.3.3定義截面特性和材料特性
3.3.4施工階段分析
3.3.5荷載分析
3.3.6建立有限元模型
3.4梁式橋有限元建模
3.4.1簡支梁橋
3.4.2連續梁橋與連續剛構橋
3.4.3預應力荷載的輸入
3.5拱橋有限元建模
3.5.1普通拱橋的有限元模型
3.5.2鋼管混凝土拱橋
3.5.3勁性骨架混凝土拱橋
3.6斜拉橋和懸索橋建模要點
3.7樁—土相互作用的計算
3.7.1集中質量法概念
3.7.2土彈簧剛度的計算方法
3.7.3地基系數C的概念及確定方法
3.7.4樁的計算寬度
3.7.5土的地基比例系數m值確定
3.7.6樁—土共同作用的有限元模擬
思考題
第4章MIDAS／Civil基本操作
4.1 MIDAS／Civil簡介
4.1.1 MIDAS／Civil用戶界面
4.1.2 MIDAS／Civil初始化設置
4.1.3 MIDAS／Civil界面操作
4.1.4數據輸入方式
4.2建立項目
4.2.1預應力簡支箱梁橋支架現澆示例參數
4.2.2建模要點
4.2.3創建項目文件
4.2.4設置結構類型
4.3創建節點
4.3.1建立節點
4.3.2復制或移動節點
4.3.3鏡像節點
4.3.4節點表格
4.4單元創建
4.4.1單元類型
4.4.2建立單元
4.4.3移動／復制單元
4.4.4單元鏡像
4.4.5合并與分割單元
4.4.6從AutoCAD導入模型
4.4.7修改單元參數
4.4.8單元表格
4.5材料與截面特性定義
4.5.1材料特性定義
4.5.2時間依存性材料定義
4.5.3材料表格
4.5.4截面特性輸入
4.5.5截面特性計算器（SPC）
4.5.6截面特性調整系數
4.5.7變截面、變截面組
4.5.8截面表格
4.6邊界條件
4.6.1一般支承
4.6.2彈性支承單元
4.6.3彈性連接單元
t 4.6.4剛性連接
4.6.5單元端部釋放
4.6.6梁端部剛性域偏移
4.6.7節點局部坐標軸
4.6.8邊界條件表格
4.7靜力荷載
4.7.1靜力荷載工況
4.7.2 自重
4.7.3節點荷載
4.7.4梁單元荷載
4.7.5溫度梯度和梁截面溫度
4.8預應力荷載
4.8.1鋼束特性值
4.8.2鋼束布置的形狀
4.8.3鋼束預應力荷載
4.9移動荷載
4.9.1移動荷載規范
4.9.2車道與車道面
4.9.3車輛
4.9.4移動荷載工況
……
第5章MIDAS/Civil橋梁結構動力與穩定計算
第6章MIDAS/Civil橋梁專題分析
思考題
參考文獻
書摘/試閱
第3章橋梁結構的有限元建模
3.1 建模前的規劃分析
在開展橋梁結構分析前，明確分析目標非常重要，雖然這項工作與所采用的分析軟件并無直接關系，完全取決于程序使用者的知識、經驗和職業技能，然而規劃分析將直接影響到生成模型時的其他選擇，如模型中應選取哪些單元類型、單元網格密度等。其次，還要考慮模型是整個結構還是結構中的一部分，是否需要采用子結構模型，結構有無對稱性，有無必要按施工階段模擬分析等。
模型規劃分析需要考慮的內容很多，包括單元類型選擇、不同單元的連接、模型的對稱性、單元細節以及網格密度等。
3.1.1單元類型
工程中的結構按照幾何特征大致可分為桿系結構、板殼結構和實體結構。桿系結構是其長度遠大于其他兩個尺度（截面高度和寬度）的桿件組成的結構；板殼結構是其厚度遠小于其他兩個尺度（長度和寬度）的結構；實體結構則是三個方向的尺度相近。這些結構可以采用有限元軟件中的點單元、線單元、面單元和實體單元來模擬。
按照桿軸線和外力的空間位置，又可分為平面結構和空間結構，相應地，有限元模型分為二維單元模型（平面模型）和三維單元模型（空間模型）。
點單元只有一個節點，沒有幾何長度。點單元用于模擬集中質量，也可用來模擬特殊支座行為，如隔振器、阻尼器和縫隙、分段線性彈簧以及其他；線單元有2個節點的單元和3個節點的單元，具體有桿單元、梁單元、索單元，用來模擬二維和三維的梁、柱、支承、桁架、索或管結構，以及三維軸對稱殼結構的二維模型，也可用來模擬特殊單元行為，如隔振器、阻尼器和縫隙、分段線性彈簧等，不同的是，后者可以具有零長度。二維實體單元包括3節點的三角形單元和4節點的矩形單元或四邊形單元，用于模擬平板結構（平面應力）、等截面的“無限長”結構（平面應變）或軸對稱實體結構。三維殼單元用于三維空間中的薄殼結構，而三維實體單元模型用于三維空間中截面積不等、也不是軸對稱的厚結構。在具體使用單元時，應了解各種單元的特性和使用注意事項。
1）線性單元和高次單元
在開展平面應力、平面應變或實體分析時要用到面單元和體單元。有限單元法中，線性面單元有二維的三角形單元和四邊形單元，線性體單元有三維的四面體單元和六面體單元，如圖3—1—1所示。常用的二次單元如圖3—1—2所示。這些單元能夠解決工程中的很多問題，且有良好的適應性。但在有應力集中的地方應避免使用二維線性三角形單元或四面體的三維線性單元。對于非線性結構分析，與使用二次單元相對粗糙的網格劃分相比，只要細致地劃分網格，使用線性單元將會以很少的代價獲得良好的效果。對彎曲殼體，建模時必須選用二次的（彎曲的）或平面的線性殼單元。
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