劉美蘭-懸索橋步驟1207g

1、midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 1 二、二、 midas Civil中的懸索橋功能中的懸索橋功能 懸索橋與一般中小跨經(jīng)橋梁的區(qū)別區(qū)別就是懸索橋的自重和大部分施工荷載主要由主纜來承擔。懸索橋的自重和大部分施工荷載主要由主纜來承擔。 特別是成橋后在恒載作用下主纜和吊桿的張力、橋形應(yīng)與設(shè)計目標一致。特別是成橋后在恒載作用下主纜和吊桿的張力、橋形應(yīng)與設(shè)計目標一致。懸索橋的主纜是變形 性很大的承重構(gòu)件，施工過程中主纜和加勁梁的幾何形狀變化非常大，所以進行懸索橋設(shè)計時， 要做逆施工階段分析（倒拆分析），為了做考慮幾何非線性的倒拆分析還需要做自重荷載下的需要做自重荷載下的 初始平

2、衡狀態(tài)分析初始平衡狀態(tài)分析。 懸索橋在加勁梁的自重作用下產(chǎn)生變形后達到平衡狀態(tài)，在滿足設(shè)計要求的垂度和跨經(jīng)條 件下，計算主纜的坐標和張力的分析計算主纜的坐標和張力的分析一般稱為初始平衡狀態(tài)分析初始平衡狀態(tài)分析。這是對運營階段進行線性、 非線性分析的前提條件，所以應(yīng)盡量使初始平衡狀態(tài)分析結(jié)果與設(shè)計條件一致。 懸索橋的初始平衡狀態(tài)分析階段是以懸索橋的基本假定為基礎(chǔ)懸索橋的初始平衡狀態(tài)分析階段是以懸索橋的基本假定為基礎(chǔ)，利用節(jié)線法來計算空纜線 形的過程。節(jié)線法是利用加勁梁、吊桿自重作用下產(chǎn)生的內(nèi)力平衡條件來計算主纜的坐標和張 力的方法。此方法是懸索橋（廣安大橋、永宗大橋、日本明石海峽大橋）廣泛應(yīng)用的

3、方法。除 了節(jié)線法之外，還有利用彈性懸鏈線確定空纜線形的方法和考慮加勁梁、主纜、主塔體系來決 定整體結(jié)構(gòu)形狀的精確分析的方法。midas Civil軟件不僅能做節(jié)線法分析(懸索橋建模助手）懸索橋建模助手）， 而且還能對整體結(jié)構(gòu)體系做精確的初始平衡狀態(tài)分析（懸索橋分析）（懸索橋分析）。 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 2 1. 懸索橋建模助手功能 1.1采用節(jié)線法得到初始平衡狀態(tài)采用節(jié)線法得到初始平衡狀態(tài) 該方法采用了日本Ohtsuki博士使用的計算索平衡狀態(tài)方程式，是利用橋梁自重和主纜張力 的平衡方程計算主纜坐標和主纜張力的方法。其基本假定如下： (1) 吊桿僅在橫

4、橋向傾斜，垂直于順橋向。 (2) 主纜張力沿順橋向分量在全跨相同。 (3) 假定主纜與吊桿的連接節(jié)點之間的索呈直線形狀，而非拋物線形狀。 (4) 主纜兩端坐標、跨中垂度、吊桿在加勁梁上的吊點位置、加勁梁的恒荷載等為已知量。 吊桿間主纜的張力分布示意圖 一般來說將索分別投影在豎直面 和水平面上，利用在各自平面上張 力和恒荷載的平衡關(guān)系進行分析， 關(guān)于索力的豎向和水平面內(nèi)的分析 過程請參見資料“懸索橋分析”。 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 3 2. 懸索橋分析功能 通過節(jié)線法確定的主纜初始線形因為基本假定（假定因為基本假定（假定2：張力沿順橋向分量在全 跨相同。）的假

5、設(shè)）的假設(shè)，可能與主纜的最終實際線形有所差異。所以需要以節(jié)線法確定所以需要以節(jié)線法確定 的初始線形為基礎(chǔ)，的初始線形為基礎(chǔ)，使用懸鏈線索單元做更精確的分析懸鏈線索單元做更精確的分析。首先把主纜兩端的錨固點、首先把主纜兩端的錨固點、 主塔底部、吊桿下端均按固結(jié)處理，主塔底部、吊桿下端均按固結(jié)處理，然后建立由彈性懸鏈線主纜和吊桿形成的空纜 模型。通過節(jié)線法計算的主纜兩端坐標和無應(yīng)力長作為彈性懸鏈線的已知參數(shù)。無 應(yīng)力長L0是以主纜兩端坐標為基礎(chǔ)計算而得，主纜的水平張力Tx也是通過節(jié)線法來 計算，也是已知參數(shù)。初始平衡狀態(tài)的精確分析分析流程圖參見資料“懸索橋分 析”。 midas Civil 20

6、10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 4 幾種索單元類型幾種索單元類型: : 桁架單元 只受拉桁架單元 只受拉鉤單元 只受拉索單元 (恩斯特公式修正的索單元、 大變形的懸索單元) 3. 索單元模擬索單元模擬 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 5 索單元的不同分析方式索單元的不同分析方式: : 靜力線性分析: 按考慮恩斯特公式修正的等效桁架單元進行分析 靜力非線性分析(設(shè)置非線性分析控制): 按考慮大變形的懸索單元進行分析 施工階段考慮時間依存性效果（線性）: 按考慮恩斯特公式修正的等效桁架單元進行分析 施工階段考慮非線性分析: 按考慮大變形的懸索單元進行分析 移動荷載分析或支

7、座沉降分析: 按桁架單元(或考慮成橋時的幾何剛度)進行線性分析 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 6 成橋狀態(tài)橋狀態(tài)荷載載工況況不勾選選“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換”勾選選“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換”備備注 移動荷載按桁架單元考慮 （線性疊加） 考慮成橋狀態(tài)的索單元 和梁單元的幾何剛度 支座沉降同上同上 動力分析 （特征值分析等） 同上同上 溫度荷載按等效桁架單元考慮， 基于恩斯特公式進行 反復迭代計算 同上 其它靜力荷載按等效桁架單元考慮， 基于恩斯特公式進行 反復迭代計算 同上 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 7 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

8、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：對于近千米或者超過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 系桿拱橋的系桿：建議使用桁架單元 體內(nèi)預應(yīng)力或體外預應(yīng)力的鋼索（鋼束）：與索單元無關(guān)，使用預應(yīng)力荷 載功能按荷載來模擬即可。 進行細部分析時對于鋼束可以按桁架單元來模擬 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 8 成橋線性分析索單元：使用考慮恩斯特公式修正的等效桁架單元 E為考慮垂度影響的 拉索換算彈性模量 恩斯特公式，由德國著名學者 H.-

9、J.Ernst提出。公式表明：選 用高強度的材料，提高拉索的 工作應(yīng)力，采用輕而有效的拉 索防護手段，使拉索每延米的 重量不致過多增加，均有助于 提高拉索剛度，降低其非線性 影響。 midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 9 第一步 創(chuàng)建新模型，并保存模型； 定義主纜、主塔、主梁、吊桿等構(gòu)件的材料和截面特性 第二步 打開主菜單“模型/結(jié)構(gòu)建模助手/懸索橋”， 輸入相應(yīng)參數(shù)（各參數(shù)意義請參考聯(lián)機幫助的說明）； 將建模助手的數(shù)據(jù)另存為“*.wzd”文件，以便以后修改或確認； 第三步 建模助手數(shù)據(jù)文件輸入完成后，點擊確定，程序自動計算，并生成初始 平衡狀態(tài)模型（程序會提供懸索單元

10、和吊桿單元的幾何剛度初始荷載數(shù) 據(jù)和初始單元內(nèi)力數(shù)據(jù)，并自動生成“自重”的荷載工況，以及成橋的 幾何非線性分析控制對話框） 懸索橋建模助手流程 2.懸索橋建模助手自動生成初始平衡狀態(tài)懸索橋建模助手自動生成初始平衡狀態(tài) midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 10 定義三維模型懸索橫 橋向距離 定義橋面系荷載（包 括加勁梁自重和橋面 鋪裝等橋面系恒載) 在塔梁連接的位置， 通過賦予加勁梁端到 塔墩中心線的距離， 從而將橋面系荷載合 理分配給邊吊桿和索 塔（通常取索塔到塔 邊吊桿間距的一半）。 對于非標準懸索橋， 可以通過此處來定義 橋面系荷載。 midas Civil 20

11、10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 11 3.懸索橋分析得到修改模型的精確平衡狀態(tài)懸索橋分析得到修改模型的精確平衡狀態(tài) 第一步 在初始平衡狀態(tài)模型上刪除“幾何非線性分析控制”對話框 第二步 修改初始模型至成橋狀態(tài)，并定義二期恒載 第三步 定義懸索橋分析控制對話框，選擇更新節(jié)點組和垂點組 （垂點組中的節(jié)點必須存在于更新節(jié)點組） 懸索橋分析流程 第四步 運行懸索橋分析，程序自動進行精確平衡狀態(tài)求解，更新節(jié)點坐標，并且 大變形中的“幾何剛度初始荷載”和“節(jié)點平衡單元內(nèi)力”，以及小變形 中的“初始單元內(nèi)力” midas Civil 20 10 懸索橋?qū)ｎ}懸索橋懸索橋 12 進行倒拆模擬，先做一次成橋倒拆模擬， 檢查線