桥梁设计答疑汇编

  一、Midas Civil 能否完美解决桥梁结构的有限元分析?需要学桥博、ANSYS吗?

  观点一:

  作为粗糙的结构规范验算软件,midas

civil也就只能应付下整体设计,不能算真正的有限元软件(至少太不完整了)。Civil是工程应用级别的,偏向实际桥梁工程应用,基本上完全按照规范做验算的,对整体把控方面做的不错,属于傻瓜式验算软件,能解决大部分常规问题,深受设计院欢迎。civil开发出来就是为桥梁设计服务的,而且一般用来做整体分析比较多,规范结合得比较好。但想要精细化分析某一个手机复杂的地方,还是不太够的。

  ANSYS属于科研软件,是理论研究级别的,用途更广,能解决很多复杂问题,全世界公认,但使用起来比较麻烦。ANSYS是高于规范的软件,需要操作者有较强的力学知识!ANSYS通用性比较广,可以考虑得比较细致,适合用来做局部分析,而且里面集成了大量的单元、材料可以调用,更多更强大的功能现在仍在不断开发中,适合学术科研类。

  工程问题midas足够了,首先一般水平的人用midas分析建模比ansys快很多,设计的工期摆在那里。另外两者学习成本不一样,ansys是英文的这就是难学的一方面。如果付出有限的学习时间,你想把一把屠龙刀学一招半式,还是把一把杀猪刀耍得炉火纯青,这就看自己了。

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  观点二:

  MIDAS

CIVIL是专业软件,用于解决桥梁专业的常规计算,效率高。但是碰到特殊的计算问题,如细部受力分析、非线性分析、接触问题、热分析,那大型通用有限元软件ANSYS就是解决问题的利器了。写论文的话,一方面为了逼格高,另一方面也是习惯问题,ANSYS是全世界通用的软件,认可度高。对于工作,如果你CIVIL用的很好,相应的力学知识和有限元知识觉得大体掌握了,而工作中可能会遇到比较复杂的有限元计算,那还是学一学ANSYS,要花蛮多时间的,对力学和有限元知识要求更高。如果工作搞设计,excel和CIVIL够了,科研的话,MATLAB和ANSYS基本是标配。时间多的话,还是学ANSYS吧,CIVIL先不管,你ANSYS掌握的差不多了,工作时学CIVIL那就容易得多了啊。虽然很多人工作后买车用车都是自动挡,但为什么驾校都是教手动挡,道理是类似的。单做为桥梁设计软件来说,midas

civil从他的建模功能来讲,你能想象到的合理可行的桥civil都能建,他也是桥梁设计三维通用有限元分析软件,而且跟各国规范结合都很好,对于国人来说软件都是中文界面。只要你稍微是个科班出身,略懂有限元,看看他们官方的学习资料,你上手基本没问题,但是想要用的好,还需自身钻研,毕竟桥梁结构设计不是你说想玩就能玩!随着你的工作经验和对桥梁结构的了解,你会发现midas

civil 软件是个很好的设计伙伴。当然civil也有他的先天不足,实体仿真,细部分析功能相对于ANSYS差距挺远的,毕竟术业有专攻。midas

FEA实体仿真软件就可以弥补civil的不足,这款软件相对于ANSYS的编程建模方便了不是一点点。有了这款实体软件,你还会选择ANSYS吗?软件不就是为了方便攻城狮们使用的嘛!欢迎加入桥梁设计又问必答群:716992956轩锐教育-土木行业教育专家 - Powered By EduSoho

  观点三:

  midas

civil基本上就是线弹性小变形梁单元计算软件,只是附加了少量设计可能会用到的非线性修正;而ansys之流是大型通用有限元软件,梁、板、块单元都有,并且不局限于线弹性范围。所以两者本质上就不是一个层次的东西。举个例子,civil就像专为游戏配置的高级台式机,什么双显卡四屏幕游戏鼠标机械键盘都有,而ansys像数据中心的超级计算机。

  观点四:

  1.在学习以及使用的复杂程度上,桥博最简单,而ANSYS最难。ANSYS的建模是比较麻烦的,容易出错,而且报错了也不知道在哪里改,在这方面桥博和迈达斯还行,桥博是因为模型比较容易建立,而迈达斯的建模有规律,一般都是3–4步一个小步骤,检查起来比较方便。ANSYS的使用命令流建模有他的优越性,容易修改。而且如果建模比较熟练的话还是比较容易检查出错误的,而且最重要的是ANSYS的命令流减少了大量建模的工作量,假设如果要分析一系列的模型,比如说,要建一组30m至100m跨径逐级递增的桥梁,迈达斯可能在修改模型的方面可能会复杂一点。这就是ANSYS是个科研的原因之一,可以高效率的建立大量的模型,在这些模型的计算结果中通过对比归纳总结,得出自己想要的结论。

2.关于模型的区别,桥博使用的是平面杆系模型,模型相对来说比较简单,在处理复杂的桥型时就不及迈达斯和ANSYS了。迈达斯和ANSYS在建模上最大的不同在于,有限元的划分,也就是空间网格的划分,迈达斯是自动划分的,而ANSYS是手动划分的,而且划分网格也有一定的技巧。在一些ANSYS的学习论坛上甚至还有分网的竞赛,可见ANSYS对于网格的划分是相当重视的,这也就决定了ANSYS和迈达斯分析方向的不同。ANSYS主要重视的是模型的各个部分,细部的受力,而在科研工作中这也是我们重视的问题,有时我们希望知道构件的哪个部分受力如何,ANSYS能够很好的回答这些问题。

而迈达斯建模方式的不同,决定了他在后处理中与ANSYS之间的差异。迈达斯所关心的是结构整体的受力情况,这在与我们工程设计所想要得到的结果是一致的。

  3.在后处理上,这一点桥博做的比较好,主要是能出比较直观好看易懂的计算书。迈达斯的后处理内容很多,比较繁杂。ANSYS目前不知道能不能出计算书,好像是不能吧,后处理的结果应该是和迈达斯差不多的,但在内容上差了不少,计算结果的没有迈达斯表达得那么清晰,不过计算书并不是后处理的全部。迈达斯中各种荷载组合下的受力情况都比较详细,这有利于我们更好的认识到构件在各种情况下的整体受力情况,这在实际的工程设计上也是我们想要得到的。在此也可以做一个不恰当的比喻,ANSYS就像是武侠中的屠龙刀倚天剑,行走江湖杀人越货,是科学研究和领域创新必备。迈达斯就像是一把锋利的杀猪刀,上可烹杀牛羊,下可砍瓜切菜,应该是在结构分析上对简单的复杂的构件进行整体分析的方面非常得心应手。桥梁博士就是是一把称手的家用菜刀,家常小菜不在话下,但要完成屠龙大业,就需要使用者有深厚的功力了。想简单的分析简单结构的受力,用桥梁博士就够了。想要对结构有一个全局性的把控和认识,试试迈达斯。想要对结构有全面的分析又想在细节上有所把控,ANSYS是不错的选择。综上所述,在结构设计这个方面,有用屠龙刀切菜的,也有用切菜刀屠龙的(想当年没电脑的时候,那些老一辈的工程师,都是用手算来搞科研的),软件只是工具而已,能否得到想要的结果,主要看使用者的内力,结构分析的基本概念基本方法是否清晰,结构的受力情况是否能够整体把握,对于规范参数是否熟悉等等。

  观点五:在桥梁领域,civil不能解决高度非线性的桥梁抗风和碰撞,其余的问题基本都能很好的解决。civil是杆系单元,不能进行细部结构的计算,并不是能够进行细部精细分析的软件就很牛,ansys和fea都能进行细部结构分析,而且有限元求解计算方法都是相同的,这些理论早已经成熟,最主要的问题在于你建立的模型真的与实际的细部受力是否一致。统一材料的单构件没问题,但是桥梁中的预应力混凝土怎么考虑预应力,钢筋混凝土中怎么考虑钢筋的贡献,钢结构中高强螺栓节点板之间的接触等的模拟,已经超越了有限元的基础理论,而是模拟方法和参数选取的问题,最后都是由实验作为依据,有限元的计算结果最多是相互验证。


 midas系列软件最大的优势在于,它已经将土木结构设计计算中遇到的问题,都采用了最新的理论和模拟方法集成程序,用户只需要输入相应的参数就可以得到较为满意的解,而ansys需要自己编程,举几个简单的例子!

  1.钢筋混凝土怎么考虑钢筋的贡献?仔细一想这个问题是很复杂的,钢筋混凝土构件是否满足平截面假定?如满足,问题就简单了,杆系单元中截面特性考虑钢筋就行了。若不满足,那就要就行精细的分析。怎么来模拟钢筋呢?桥梁中混凝土里的钢筋太多,而且部分钢筋形状不规则,相互交叉,若用ansys来模拟,最常用的方法就是将钢筋用桁架单元模拟,钢筋轴线上必须要有混凝土节点,将混凝土节点和钢筋单元节点耦合在一起,那么多的钢筋轴线上都要划分混凝土节点,我想没有人会有耐心去干这个事情!若采用midas

fea软件,你只需要画出混凝土空间实体和钢筋轴线,将混凝土按一定尺寸自动划分实体网格,将钢筋线划分为钢筋单元,程序会自动搜寻哪些混凝土单元中有钢筋单元,那么就将钢筋的刚度等效到该混凝土单元中,最后的结果是钢筋周围的混凝土单元都自动考虑钢筋的效应,参与求解计算的时候就只有混凝土单元,最后通过混凝土的应变反算钢筋的力学特性。这个例子可以看出,程序只有有限元是不行的,还应该具有辅助模拟方法的程序来提高效率。

  2.大跨斜拉桥的计算上面举了一个细部计算的问题,这里再举一个整体计算的例子。一般而言,civil中计算一座混凝土斜拉桥,一个星期足已,其中包含了建模工作、预应力工作、成桥索力调整、按照规范验算成桥组合效应、施工阶段计算等。熟练ansys也能很快的建立模型并进行计算,但是要面临两个问题,预应力混凝土你怎么按规范验算荷载组合,你通过什么方法计算合理成桥索力?而这两个问题在civil中都已经集成成程序,只需要明白其理论,很快就能完成上述工作。若是钢主梁斜拉桥、钢管拱等预制钢节段现场拼装的桥,其施工计算就较为复杂了。先不讨论两个软件对于索的垂度效应所采用的不同计算方法,钢节段的安装是切线拼装,怎么计算一组合适的施工索力使得钢主梁能顺利合拢且成桥后与设计状态一致,这个问题需要采用我国两位大师分别提出方法:秦顺全的无应力状态法和肖汝诚的影响矩阵法。影响矩阵法解决索力优化计算,无应力状态法则解决成桥后与设计状态一致!而这两个方法都已经被集成在了civil中,所以不管桥梁的跨径有多大,有多复杂,都能轻松的应对其设计过程的计算要求。而ansys则需要自己编程实现上述两个方法,自己编写的程序可能没几人敢用在实际工程中。桥梁是实际工程,远远超出了有限元的基础理论,更注重实战,midas作为专业土木有限元软件,基本解决了目前土木结构中遇到的问题,都采用最新的研究理论,且集成程度高。桥梁有civil,细部构造有fea,岩土有gts,房建有gen,高度非线性问题有nfx,是一个庞大的具有实战能力的软件体系。我采用midas的软件我可以出去讲,工程结构计算基本都没问题,哪怕你不会,学也是一个星期的事,实在不行那就两个星期,ansys两个星期可能英文单词都没认完。

  观点六:MIDAS CIVIL是一种专用设计软件,他的基本原理是有限元法,但他的使用思路其实与结构设计的思路是保持一致的。也就是说,使用MIDAS

CIVIL的目的是辅助设计计算。一般的设计思路大致是:确定方案-拟定尺寸-确定荷载-计算内力-验算截面、位移等。方案、尺寸、荷载、结果限值等等都需要通过规范来确定。使用MIDAS

CIVIL的一个好处是:它结合了国内外的许多设计规范,设计者可以方便的从中调用数据。MIDAS

CIVIL还内置了许多方便使用的功能,比如:移动荷载追踪器、未知荷载系数等等。ANSYS属于通用有限元软件,这些软件并不是专门用于桥梁结构计算的。他的适用范围很广,可以用于分析静力、动力、热耦合、流固耦合、接触分析、电磁等等各种非线性复杂问题分析,所以适用的专业也很广泛。MIDAS能解决的问题ANSYS能不能解决呢?当然可以,但是效率很低。反过来,如果你需要验算特殊复杂结构的应力分布,梁单元肯定不能适用了,需要运用空间实体单元。其次,含有较大非线性因素的情况,例如索鞍、桩土、钢混结合段等含有接触关系的情况,也必须用通用有限元软件来解决。在设计院里,会熟练使用如MIDAS

CIVIL一类的专用计算软件(还包括桥梁博士、BSAS等等)是基本功,但是如果遇到非标准的、复杂的结构,例如:变宽变箱室的道岔梁、含多向预应力的零号块、塔梁墩固结段、拱脚等等结构,拿不准其结果如何,最快速的方法就是用ANSYS建立三维实体模型计算了。

  二、突然很好奇各种跨海大桥是怎么建起来的,好神奇呀?

  桥都是差不多的建造方法,跨海大桥相比普通江河桥,有几点需要特别考虑。选桥位时,要和洋流垂直,降低洋流对桥的冲刷,地质也是很重要的。需要在合适的地质条件下,选取一条影响最小,线路最短的最优路线。材料方面,需要抗海水腐蚀,结构方面,需要抗大风海啸,适当的地方要考虑远期通航要求。

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