midasCivil2010拱橋?qū)ｎ}—拱橋分析專題

1、midas Civil 2010拱拱橋橋?qū)ｎ}拱橋分析專題Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres主講人：劉美蘭主講人：劉美蘭1.1.不同結(jié)構(gòu)中索單元的使用不同結(jié)構(gòu)中索單元的使用: : 懸索橋的主纜和吊桿：建議使用考慮大變形的懸索單元 大跨斜拉橋的斜拉索：對(duì)于近千米或者超過(guò)千米的斜拉橋建議使用考慮大變形的索單元 中小跨斜拉橋的斜拉索：建議使用考慮恩斯特公式修正的等效桁架單元 拱橋的吊桿：建議使用桁架單元或只受拉桁架單元拱橋的吊桿：建議使用桁架單元或只受拉桁架單元 系桿拱橋的系桿：建議使用桁架單元 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力或體外預(yù)應(yīng)力的

2、鋼索（鋼束）：與索單元無(wú)關(guān)，使用預(yù)應(yīng)力荷載功能按荷載來(lái)模擬即可。 進(jìn)行細(xì)部分析時(shí)對(duì)于鋼束可以按桁架單元來(lái)模擬midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震3 結(jié)果未知荷載系數(shù) 利用未知荷載系數(shù)功能，可以計(jì)算出最小誤差范圍內(nèi)的能夠滿足特定約束條件的最佳荷載系數(shù)，利用這些荷載系數(shù)計(jì)算拉索初拉力。 指定位移、反力、內(nèi)力的“0”值以及最大最小值作為約束條件，拉索初拉力作為變量（未知數(shù)）來(lái)計(jì)算。 計(jì)算未知荷載系數(shù)適用于線性結(jié)構(gòu)體系，為了計(jì)算出最佳的索力，必須要輸入適當(dāng)?shù)募s束條件。主梁的變形最小；最終索力不集中在幾根拉索，而是均勻分布在每根拉索上。2.未知荷載載系數(shù)數(shù)法功能midas

3、 Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震4 復(fù)制和粘貼復(fù)制和粘貼midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震5 考慮施工階段的未知荷載系數(shù)法考慮施工階段的未知荷載系數(shù)法 本程序還可考慮施工階段，計(jì)算未知荷載系數(shù)。利用此功能可直接計(jì)算出，施工過(guò)程中每根拉索的拉索控制力。定義正裝施工階段模型。將每個(gè)施工階段的拉索初拉力定義單位初拉力。（注：拉索過(guò)程必須單獨(dú)定義施工階段）運(yùn)行分析后，通過(guò)未知荷載系數(shù)計(jì)算，求得符合約束條件的施工過(guò)程中的拉索控制力。midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震6 索力的計(jì)算非常復(fù)雜，過(guò)去是依靠設(shè)計(jì)人員判斷

4、以及參考實(shí)際經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定拉索張力的。為了使設(shè)計(jì)人員可以更加便捷地計(jì)算拉索的初始張力，midas Civil 提供未知荷載系數(shù)功能。不過(guò)，由于未知荷載系數(shù)的功能提供的張力結(jié)果只是能夠滿足約束條件的解，所以有時(shí)無(wú)法完全滿足技術(shù)人員的設(shè)計(jì)意圖。 midas Civil 2010中，為了改善未知荷載系數(shù)功能，并且使設(shè)計(jì)過(guò)程中的反復(fù)調(diào)整工作盡可能簡(jiǎn)便，特別開(kāi)發(fā)和提供了索力調(diào)整功能。 索力調(diào)整功能使設(shè)計(jì)人員可以直接調(diào)整索力，并且不需要任何重新分析即可實(shí)時(shí)查看主梁或者主塔的變形情況，因此可以非常便捷、快速地獲得初始張力。3.索力調(diào)調(diào)整功能midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震7

5、 拉索的張力(或者荷載系數(shù))可以利用輸入窗口或柱狀圖進(jìn)行微調(diào)來(lái)確定最優(yōu)索力設(shè)計(jì)人員指定的范圍(紅線)隨拉索張力變化的結(jié)果(藍(lán)線)影響值(綠線)midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震8 在影響矩陣中確認(rèn)對(duì)單元影響最大的張力后，使用搜索功能，確定最優(yōu)索力midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震9 索力調(diào)調(diào)整步驟驟STEP 1. 拱橋建模STEP 2. 定義主梁的恒載和各索單位荷載的荷載工況STEP 3. 輸入恒載和單位荷載STEP 4. 對(duì)恒載和單位荷載進(jìn)行荷載組合STEP 5. 利用未知荷載系數(shù)功能計(jì)算未知荷載系數(shù)STEP 6. 利用調(diào)索

6、功能調(diào)整拉索初始索力STEP 7. 查看分析結(jié)果并最終確定初始索力midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震10 4.未閉閉合配合力功能 midas Civil能夠在小位移分析中考慮假想位移，以無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行正裝分析。這種通過(guò)無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)與索長(zhǎng)度的關(guān)系計(jì)算索初拉力的功能叫未閉合配合力未閉合配合力功能。未閉合配合力具體包括兩部分，一是因?yàn)槭┕み^(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移和結(jié)構(gòu)體系的變化而產(chǎn)生的拉索的附加初拉力，二是為使安裝合攏段時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)的成橋階段狀態(tài)合攏段上也會(huì)產(chǎn)生附加的內(nèi)力。利用此功能可不必進(jìn)行倒拆分析，只要進(jìn)行正裝分析就能得到最終理想的設(shè)計(jì)橋型和內(nèi)力結(jié)果。midas Ci

7、vil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震11 分析施工階段分析控制數(shù)據(jù) 斜拉橋施工時(shí)，最終階段往往是跨中合攏的施工。跨中合攏的一剎那，結(jié)構(gòu)體系完全轉(zhuǎn)換。需要說(shuō)明的是，利用成橋模型計(jì)算未知荷載系數(shù)時(shí)，跨中合攏段處于連續(xù)狀態(tài)。但在施工合攏段時(shí)，合攏段并非處于連續(xù)狀態(tài)，即兩端的彎矩為0。按照前面介紹的分析方法，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)閉合的情況。 通過(guò)未必和配合力的分析方法，可以得到最終合攏后的階段與成橋目標(biāo)函數(shù)完全閉合的結(jié)果。 未必和配合力方法，僅通過(guò)正裝模型就可以計(jì)算拉索張拉控制力，沒(méi)必要像前面所說(shuō)的方法，還需要建立一個(gè)倒拆模型來(lái)求得。 midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)

8、專題抗震12 未必和配合力計(jì)算原理：激活斜拉索之前，拉索兩端節(jié)點(diǎn)因前一階段的荷載，發(fā)生的變形。激活拉索時(shí)，已輸入的體內(nèi)力還不能把發(fā)生變形的節(jié)點(diǎn)拉回原位，還需要補(bǔ)一定量的張力，此張拉力即為未必和配合力。 程序不僅可以計(jì)算出，每根斜拉索的未必和配合力，還可計(jì)算出合攏段的未必和配合力。使最終階段的內(nèi)力以及變形結(jié)果與成橋目標(biāo)完全閉合。 （注：合攏段的未必和配合力，其實(shí)也沒(méi)有實(shí)際意義。因目前還沒(méi)有能夠?qū)τ诤蠑n段預(yù)加內(nèi)力的工具）midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震13 三、拱橋橋分析 本例題中的拱橋是一座80米跨徑的系桿拱橋，橋梁外部為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系，橋梁內(nèi)部為超靜定結(jié)構(gòu)體系

9、。1.系桿拱橋橋模型況況橋梁有限元模型midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震14 2.系桿拱橋橋成橋橋分析第一步 建立成橋模型關(guān)鍵點(diǎn)：為了結(jié)合未知荷載系數(shù)法進(jìn)行調(diào)索，索結(jié)構(gòu)必須用必須用桁架（線性）單元進(jìn)行模擬，這樣結(jié)構(gòu)才支持荷載的線性疊加功能。第二步 定義荷載工況關(guān)鍵點(diǎn)：將不同的索力定義為不同的荷載工況，作為未知荷載來(lái)考慮。第三步 采用未知荷載系數(shù)法進(jìn)行拱橋吊桿調(diào)索關(guān)鍵點(diǎn)：定義成橋約束條件，求解最優(yōu)的荷載組合系數(shù)（未知荷載系數(shù)）拱橋 成橋分析流程第四步 采用調(diào)索功能進(jìn)行拱橋吊桿索力微調(diào)關(guān)鍵點(diǎn)：結(jié)合影響矩陣，找出影響效應(yīng)大的吊桿單元，對(duì)此吊桿單元做優(yōu)先考慮的微微調(diào)調(diào)

10、（如果調(diào)索幅度太大的話，可能會(huì)引起其它結(jié)構(gòu)不滿足最優(yōu)化狀態(tài)）midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震15 3.系桿拱橋橋施工階階段仿真真模擬擬第一步 建立倒拆倒拆施工階段模擬模型關(guān)鍵點(diǎn)：將調(diào)索成功的成橋吊桿索力（單位荷載*組合系數(shù)）作為體內(nèi)力體內(nèi)力賦予給相應(yīng)的吊桿單元，然后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆模擬。第二步 得出倒拆的各施工階段的吊桿內(nèi)力拱橋 施工階段仿真分析流程方法一第三步 建立正裝正裝施工階段模擬模型關(guān)鍵點(diǎn)：將倒拆的各施工階段的吊桿內(nèi)力作為體外力體外力加在相應(yīng)的正裝階段。第四步 調(diào)整索力使正裝的最后階段與成橋基本相符關(guān)鍵點(diǎn)：采用未知荷載系數(shù)法進(jìn)行施工階段的索力二次調(diào)整m

11、idas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震16 第一步 建立正裝正裝施工階段模擬模型關(guān)鍵點(diǎn)：將調(diào)索成功的成橋吊桿內(nèi)力作為體外力參考值體外力參考值賦予給相應(yīng)的吊桿單元，加在相應(yīng)的正裝階段，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次張拉正裝模擬。第二步 調(diào)整索力使正裝的最后階段與成橋基本相符關(guān)鍵點(diǎn)：采用未知荷載系數(shù)法進(jìn)行施工階段的吊桿索力二次調(diào)整拱橋 施工階段仿真分析流程方法二midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震17 4.拱橋穩(wěn)橋穩(wěn)定分析 因?yàn)榍吞卣髦捣治鲋荒茉赑OSTCS階段進(jìn)行，因此當(dāng)為了求解某個(gè)施工階段狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性和自振周期特性時(shí)，可以通過(guò)指定施工階段

12、分析的截止階段，然后進(jìn)行屈曲分析或特征值分析數(shù)據(jù)即可。 如果要考慮施工階段內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，可以按以下步驟執(zhí)行：1）施工階段分析控制選擇2）選擇某個(gè)施工階段為分析的最終分析階段；3）執(zhí)行施工階段分析完成后，選擇某個(gè)終止的施工階段然后使用文件另存 當(dāng)前施工階段為功能另存為一個(gè)獨(dú)立模型；4）打開(kāi)荷載工具條，點(diǎn)擊初始荷載小位移初始單元內(nèi)力CS，將打開(kāi)的表格數(shù)據(jù)復(fù)制，然后黏貼到另存的獨(dú)立模型中的初始荷載小位移初始單元內(nèi)力表格中，在此基礎(chǔ)上就可以定義其它可變荷載的穩(wěn)定分析。拱橋施工階段穩(wěn)定分析 midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震18 方法一：可以借鑒施工階段的穩(wěn)定分

13、析，得到最后一個(gè)施工階段的初始單元內(nèi)力作為成橋的幾何剛度，然后定義成橋的可變荷載做問(wèn)題分析。拱橋成橋穩(wěn)定分析 方法二：直接以成橋模型為基礎(chǔ)，對(duì)成橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行可變荷載或者不變荷載的定義，然后對(duì)此狀態(tài)做成橋的穩(wěn)定分析。midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震19 5.混凝土拱橋橋模型模擬與設(shè)計(jì)關(guān)鍵擬與設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn) 混凝土拱橋設(shè)計(jì)時(shí)，一般混凝土拱圈是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，而拱上填料的傳力模擬是否合理，又是混凝土拱橋模型模擬的關(guān)鍵點(diǎn)。橋梁有限元模型midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規(guī)范設(shè)計(jì)專題抗震20 拱上填料在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起到豎向傳遞橋面系荷載的作用，因此是否正確模擬拱上填料，是建模成敗關(guān)鍵點(diǎn)。拱上填料模擬方法一：采用彈性連接進(jìn)行模擬，不考慮面外荷載效應(yīng)，所以可以模擬成Sry=0的彈性連接，軸向剛度模擬時(shí)要合理；拱上填料模擬方法二：采用立柱單元進(jìn)行傳力模擬，此單元用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，不考慮面外荷載效應(yīng)，所以可以對(duì)它采用釋放梁端My的約束進(jìn)行等效傳力模擬。如果考慮面外荷載效應(yīng)時(shí)，三維模型的等效上述方法就不可行，結(jié)構(gòu)就得要另外處理了