midas斜拉橋建模

1、斜拉橋成橋階段和正裝施工階段分析目 錄概要 1橋梁基本數(shù)據(jù) 2荷載 2設定建模環(huán)境 3定義材料和截面特性值 4成橋階段分析 6建立模型 7建立加勁梁模型 8建立主塔 9建立拉索 11建立主塔支座 12輸入邊界條件 13索初拉力計算 14定義荷載工況 18輸入荷載 19運行結(jié)構(gòu)分析 24建立荷載組合 24計算未知荷載系數(shù) 25查看成橋階段分析結(jié)果 29查看變形形狀 29正裝施工階段分析 30正裝施工階段分析 34正裝施工階段分析 34正裝分析模型 36定義施工階段 38定義結(jié)構(gòu)組 41定義邊界組 48定義荷載組 53定義施工階段 59施工階段分析控制數(shù)據(jù) 64運行結(jié)構(gòu)分析 65查看施工階段分析結(jié)

2、果 66查看變形形狀 66查看彎矩 67查看軸力 68查看計算未閉合配合力時使用的節(jié)點位移和內(nèi)力值 69成橋階段分析和正裝分析結(jié)果比較 70 斜拉橋成橋階段與正裝施工階段分析 概要斜拉橋是塔、拉索和加勁梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系，橋形美觀，且根據(jù)所選的索塔形式以及拉索的布置能夠形成多種多樣的結(jié)構(gòu)形式，容易與周邊環(huán)境融合，是符合環(huán)境設計理念的橋梁形式之一。為了決定安裝拉索時的控制張拉力，首先要決定在成橋階段恒載作用下的初始平衡狀態(tài)，然后再按施工順序進行施工階段分析。一般進行斜拉橋分析時首先通過倒拆分析計算初張拉力，然后進行正裝施工階段分析。在本例題將介紹建立斜拉橋模型的方法、計算拉索初

3、拉力的方法、施工階段分析方法、采用未閉合配合力功能只利用成橋階段分析張力進行正裝分析的方法。本例題中的橋梁模型為三跨連續(xù)斜拉橋（如圖1），主跨110m、邊跨跨經(jīng)為40m。圖 1. 斜拉橋分析模型橋梁基本數(shù)據(jù)為了說明斜拉橋分析步驟，本例題采用了較簡單的分析模型，可能與實際橋梁設計內(nèi)容有所差異。本例題橋梁的基本數(shù)據(jù)如下。橋梁形式 三跨連續(xù)斜拉橋橋梁跨經(jīng) 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m橋梁高度主塔下部 : 20m，主塔上部 : 40m索主塔主梁主梁主塔索40m110m40m圖 2. 立面圖荷載分 類荷載類型荷載值² 使用MIDAS/Civil 軟件內(nèi)

4、含的優(yōu)化法則計算出索初拉力。自重自重程序內(nèi)部自動計算索初拉力初拉力荷載滿足成橋階段初始平衡狀態(tài)的索初拉力²掛籃荷載節(jié)點荷載80 tonf支座強制位移強制位移10 cm 設定建模環(huán)境為了做斜拉橋成橋階段分析首先打開新項目“cable stayed”為名保存文件，開始建立模型。 單位體系設置為“m”和“tonf”。該單位體系可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)類型隨時隨意更換。文件 / 新項目文件 / 保存 (cable stayed)工具 / 單位體系長度 m ；力 tonf ¿圖 3. 設定建模環(huán)境及單位體系定義材料和截面特性值輸入加勁梁、主塔下部、主塔上部、拉索的材料特性值。 在材料和截面

5、對話框中選擇材料表單點擊按鈕。模型 / 材料和截面特性 / 材料名稱 (加勁梁)設計類型 > 用戶定義² 定義多種材料時，使用按鈕會更方便一些。彈性模量 (2.1e7) ; 泊松比 (0.3)容重 (7.85)²¿按上述方法參照表1輸入主塔下部、主塔上部、拉索的材料特性值。表 1. 材料特性值號項目彈性模量(tonf/m2)泊松比容重(tonf/m3)1加勁梁2.1×1070.37.852主塔下部2.5×1060.172.53主塔上部2.1×1070.37.854拉索1.57×1070.37.85圖 4. 定義材料特性

6、值輸入加勁梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。在材料和截面特性對話框的截面表單選擇按鈕。模型 / 材料和截面特性 / 截面數(shù)值表單截面號 (1) ; 名稱 (加勁梁) 截面形狀>實腹長方形截面截面特性值>面積 (0.8) ¿按上述方法參照表2輸入加勁梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。表 2. 截面特性值號項目截面形狀面積(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)1加勁梁實腹長方形0.815.01.015.02主塔下部實腹長方形50.01000.0500.0500.03主塔上部實腹長方形0.35.05.05.04拉索實腹圓形0.0050.00.00.0

7、圖 5. 定義截面特性值對話框成橋階段分析建立好成橋階段模型后計算自重和二期荷載引起的索初拉力。然后利用拉索初拉力進行成橋階段初始平衡狀態(tài)分析。首先建立斜拉橋的成橋階段二維模型，利用包含索力優(yōu)化功能的未知荷載系數(shù)功能計算拉索初拉力。斜拉橋成橋階段模型參見圖6。 圖 6. 斜拉橋成橋階段模型建立模型首先建立成橋階段分析模型，待成橋階段分析結(jié)束后另存為其它名稱做施工階段分析。建立斜拉橋成橋階段模型的詳細步驟如下。1. 建立加勁梁模型2. 建立主塔模型3. 建立拉索模型4. 生成主塔上的支座5. 輸入邊界條件6. 拉索初拉力計算：利用未知荷載系數(shù)功能7. 輸入荷載工況以及荷載8. 運行結(jié)構(gòu)分析9.

8、計算位置荷載系數(shù)建立加勁梁模型首先用 建立節(jié)點 功能建立節(jié)點后使用 擴展單元 功能生成910+25+910m的梁單元模型。 正面, 捕捉節(jié)點 (開), 捕捉點柵格 (開) 自動對齊 (開), 節(jié)點號 (開)模型 / 節(jié)點 / 建立節(jié)點 坐標 ( -95, 0, 0 ) ¿模型 / 單元 / 擴展單元 全選擴展類型>節(jié)點à線單元 單元屬性>單元類型>梁單元材料>1 : 加勁梁 ; 截面>1 : 加勁梁 生成類型>復制和移動 復制和移動>任意間距 ; 方向>x間距>910, 25, 910 ¿ 圖 7. 建立加勁梁

9、單元建立主塔在主塔下部利用 建立節(jié)點 功能建立節(jié)點后，利用 擴展功能 建立10m5m的主塔下部梁單元。 模型 / 節(jié)點 / 建立節(jié)點 坐標 (-55 , 0, -20 ) 復制>復制次數(shù) (1) ; 距離 (110, 0, 0) ¿模型 / 單元 / 擴展單元 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖8的；節(jié)點22，23)生成類型>節(jié)點à線單元 單元屬性>單元類型>梁單元材料>2 : 主塔下部 ; 截面>2 : 主塔下部 生成類型>復制和移動 復制和移動>任意間距 ; 方向>z間距>10, 5 ¿ 選擇節(jié)點22, 23

10、圖 8. 建立主塔下部選擇節(jié)點后利用 擴展功能 建立加勁梁上部梁單元（10m+5m+310m）。 模型 / 單元 / 擴展單元 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖9的；節(jié)點26，27)擴展類型>節(jié)點à線單元 單元屬性>單元類型>梁單元材料>3 : 主塔上部 ; 截面>3 : 主塔上部 生成類型>復制和移動 復制和移動>任意間距 ; 方向>z間距>15, 310 ¿ 選擇節(jié)點26, 27 圖 9. 建立主塔上部建立拉索利用 建立單元 功能建立拉索單元。 顯示單元> 單元坐標軸(開) ¿模型 / 單元 / 建立單元 單

11、元類型>桁架單元材料>4: 拉索 ; 截面>4: 拉索; Beta角 ( 0 )節(jié)點連接 ( 34, 1 )8 節(jié)點連接 ( 34, 3 )8 節(jié)點連接 ( 34, 7 )8 節(jié)點連接 ( 34, 9 )8 節(jié)點連接 ( 35, 13 )8 節(jié)點連接 ( 35, 15 )8 節(jié)點連接 ( 35, 19 )8 節(jié)點連接 ( 35, 21 )8 ¿ 圖 10. 建立拉索建立主塔支座² 彈性連接單元是把兩個節(jié)點按用戶所需要的剛度連接而形成的有限計算單元。彈性連接單元由3個軸向剛度值和3個旋轉(zhuǎn)剛度組成，6個自由度按彈性連接單元的單元坐標系輸入。使用彈性連接(Ela

12、stic Link)建立主塔上的支座。支座的支承條件如下：SDx : 500000 tonf/m, SDy : 100000000 tonf/m, SDz : 1000 tonf/m模型 / 邊界條件 / 彈性連接² 窗口縮放 (圖21的)選項 > 添加 ; 連接類型 > 一般類型² 彈性連接單元軸向剛度輸入單位長度所施加的力，旋轉(zhuǎn)剛度輸入單位轉(zhuǎn)角所施加的彎矩值。SDx (tonf/m) (500000) ; SDy(tonf/m) (100000000) ; SDz(tonf/m) (1000) ²剪切型彈性支承位置 (開) ²到端點I的距

13、離比 : SDy (1) ; SDz (1)Beta角 > (0) ²2點 (26,5)² 輸入剪切型彈性支座在彈性連接單元的位置。2點 (27,17) ¿² 調(diào)整彈性連接單元的布置方向。窗口放大圖 11. 建立主塔支座輸入邊界條件分析模型的邊界條件如下。§ 主塔下端 : 固定端 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)§ 橋臺下端 : 鉸支座 ( Dy, Dz, Rx, Rz)輸入主塔和橋臺處邊界條件。 自動對齊 模型 / 邊界條件 / 一般支承 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖12的；節(jié)點22, 23)邊界組名稱 >

14、默認值選項 > 添加 ; 支承類型 > D-ALL , R-ALL ¿ 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖12的；節(jié)點1, 21)邊界組名稱 > 默認值選項 > 添加 ; 支承類型 > Dy, Dz, Rx, Rz ¿圖12. 輸入邊界條件索初拉力計算為了改善斜拉橋成橋階段的加勁梁、主塔、拉索、支座的受力狀態(tài)，給拉索施加初拉力荷載，使之與恒荷載平衡。斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)體系，所以計算拉索初拉力需要多次的反復計算。另外，對于每跟拉索的張力并不是只有一個解，對同一個斜拉橋不同的設計者可以選擇不同的拉索初拉力。MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能使用了索

15、力優(yōu)化法則，可以計算出特定約束條件的最佳荷載系數(shù)，在計算斜拉橋拉索初拉力非常有效。使用未知荷載系數(shù) 功能計算斜拉橋拉索初拉力的計算步驟如表3。步驟1. 建立斜拉橋模型步驟2. 定義主梁恒荷載和拉索的單位荷載的荷載工況步驟3. 輸入恒荷載和單位荷載步驟4. 建立恒荷載和單位荷載的荷載組合步驟5. 使用未知荷載系數(shù) 功能計算未知荷載系數(shù)步驟6. 查看分析結(jié)果以及索初拉力表 3. 拉索初拉力計算步驟流程圖初始平衡狀態(tài)分析 為了使斜拉橋結(jié)構(gòu)在恒載作用下拉索垂度、加勁梁縱段變形、拉索錨固點坐標、拉索張力、主塔坐標達到設計期望值，通過初始平衡狀態(tài)分析計算初始節(jié)點坐標、拉索變形前長度、拉索初始張拉力。斜拉橋

16、設計時，最重要的是如何使加勁梁和主塔的彎曲內(nèi)力達到最小狀態(tài)。通過初始平衡狀態(tài)分析可以使恒載作用下成橋階段變形形狀接近于設計期望狀態(tài)時，內(nèi)力也會達到最小狀態(tài)。對于斜拉橋分析，初始平衡狀態(tài)分析非常重要,且初始平衡狀態(tài)分析能夠計算出變形前拉索長度、追蹤拉索張力、加勁梁和主塔的預拱度、加勁梁的彎矩圖等設計參數(shù)。 斜拉橋的特殊結(jié)構(gòu)體系決定了主塔和加勁梁上將產(chǎn)生很大的軸力，這些軸力和拉索的張力決定結(jié)構(gòu)的變形形狀。為了確定拉索的初始張力，橋軸方向的變形和拉索的張力要反映到結(jié)構(gòu)分析計算中。但斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)體系，計算拉索初拉力需要多次的反復計算，所以計算出滿足初始狀態(tài)分析的施工控制張力不是簡單的事情。另

17、外，對于每跟拉索的張力并不是只有一個解，對同一個斜拉橋不同的設計者可以計算出不同的拉索初拉力。指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化 (Traditional "Zero Displacement" Method) 目前一般的斜拉橋都會使用多拉索結(jié)構(gòu)，所以拉索的橫向分力對加勁梁的彎曲內(nèi)力的影響可忽略不計。可以假設加勁梁彎曲內(nèi)力由斜拉索豎向分力和加勁梁恒載作用下產(chǎn)生。此方法為使拉索的錨固點的豎向位移接近“0”的方法，如果設計縱段線形比較完美時，加勁梁的彎矩分布與恒載作用下的剛性支承連續(xù)梁的狀態(tài)比較接近。將梁、索交點處設以剛性支承進行分析，計算出各支點反力，利用索力的豎向分力與剛性支點反力相等

18、的條件，計算其索力。只要加勁梁處斜拉索端部張力的豎向分力被確定，就不難計算出其水平分力和另一端的水平、豎向分力了。 利用計算得出的各分力，施加在沒有拉索體系的結(jié)構(gòu)上計算出加勁梁和主塔的彎矩分布情況。以此彎矩分布為目標，進行反復調(diào)索。反復調(diào)索步驟如下： 約束主塔的水平方向位移，張拉跨中拉索使跨中的加勁梁達到“0”位移狀態(tài)。 解除主塔的水平方向位移，張拉邊跨斜拉索使邊跨加勁梁和主塔達到“0”位移狀態(tài)。 上述方法如圖13所示。此方法假設結(jié)構(gòu)變形為線性變形，使用影響矩陣來進行計算。最終縱段線形接近期望狀態(tài)時，加勁梁彎矩分布就會與剛性支承連續(xù)梁的狀態(tài)非常接近。(a) 恒荷載作用下的變形(調(diào)索前)(b)

19、固定主塔橫向位移，恒荷載作用下的變形 (調(diào)索前)(c) 跨中調(diào)索(d) 解除主塔水平方向約束(e) 邊跨調(diào)索圖 13. 初始平衡狀態(tài)分析步驟利用MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能計算拉索初拉力 給斜拉橋的拉索施加初拉力，使之加勁梁產(chǎn)生的彎矩趨于最小，用這種法法來設計出更大跨經(jīng)橋梁。但是計算初始張力并不是簡單的事情，過去設計人員一般都是采用經(jīng)驗值來計算初拉力。 目前雖然計算斜拉橋拉索初拉力的方法很多，但是能夠計算出滿足設計條件的初拉力非常困難。 利用MIDAS/Civil優(yōu)化索力功能，可以計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)計算拉索初拉力。 優(yōu)化索力時

20、指定位移、反力、內(nèi)力的“0”值以及最大最小值作為控制條件，把拉索初拉力作為變量來計算。 計算未知荷載系數(shù)適用于線性結(jié)構(gòu)體系，為了計算出最佳的索力，必須要輸入適當?shù)目刂茥l件。 一般要滿足如下控制條件： 主塔不受或只受較小的彎矩作用 ； 主塔彎矩均勻分布 ； 最終索力不集中在幾根拉索，而是均勻分布在每根拉索上。 定義荷載工況為了計算恒載引起的拉索初拉力，定義自重、二期荷載、拉索單位初拉力等荷載工況。本例題斜拉橋為主塔兩側(cè)各有4根拉索的對稱結(jié)構(gòu)，需要的未知荷載系數(shù)為四個，定義四個荷載工況。² 使用MCT命令窗口輸入荷載工況更方便。荷載 / 靜力荷載工況名稱 (自重) ; 類型 > 恒

21、荷載²說明 (自重) ¿名稱 (二期荷載) ; 類型 >恒荷載說明 (二期荷載) ¿名稱 (拉索 1) ; 類型 > 用戶定義的荷載說明 (拉索 1- 單位初拉力) ¿.名稱 (拉索 4) ; 類型> 用戶自定義荷載說明 (拉索 4- 單位初拉力) ¿名稱 (支座強制位移) ; 類型 >用戶自定義荷載²說明 (邊跨支座強制位移) ¿輸入名稱 (拉索 1)至名稱 (拉索 4)的荷載工況。圖 18. 恒載和單位荷載的荷載工況輸入荷載輸入自重、加勁梁二期荷載、拉索單位荷載、支座強制位移荷載。 使用自重功能輸

22、入結(jié)構(gòu)自重。二期荷載包括防撞墻、橋面鋪裝等荷載。為了計算拉索初拉力輸入拉索的單位荷載。 對齊 荷載 / 自重 荷載工況名稱 > 自重荷載組名稱 > 默認值自重系數(shù) > Z ( -1 ) ¿圖 19. 輸入自重輸入作用于加勁梁的二期荷載。使用梁單元荷載功能輸入防撞墻、橋面鋪裝荷載，荷載大小為-3.0tonf/m 。荷載 / 梁單元荷載（單元） 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖20的 ; 節(jié)點 123)荷載工況名稱 > 二期荷載 ; 選項 > 添加荷載類型 > 均布荷載 ; 方向 > 整體坐標系 Z投影 > 否 數(shù)值 > 相對值 ; x1 (

23、0) , x2 (1) , W (-3) ¿二期荷載：-3.0 tonf /m圖 20. 輸入作用于加勁梁的二期荷載輸入拉索單元的單位初拉力。以橋梁跨中為對稱軸賦予兩側(cè)相同的索初拉力，且對稱拉索賦予相同的荷載工況。荷載 / 預應力荷載 / 初拉力荷載 交叉線選擇 (單元 :圖21的 ; 單元 33, 40)荷載工況名稱 > 拉索1 ; 荷載組名稱 > 默認值 選項 > 添加 ; 初拉力 ( 1 ) ¿ 荷載工況名稱 > 拉索4 ; 荷載組名稱 > 默認值 選項 > 添加 ; 初拉力 ( 1 ) ¿交叉線選擇交叉線選擇圖 21.

24、輸入拉索的單位初拉力拉索 2至拉索 4的單位初拉力荷載參照表4輸入。此時也可用MCT命令窗口來輸入。表 4. 荷載工況和單元號荷載工況單元號荷載工況單元號拉索 133, 40拉索 335, 38拉索 234, 39拉索 436, 37確認已輸入的拉索單位初拉力。圖 22. 已輸入的拉索單位初拉力利用支座強制位移功能輸入邊跨支座的支座強制位移荷載。 支座強制位移荷載如下：豎向位移 : 0.01 m² 支座強制位移可以給任意節(jié)點輸入強制位移。荷載 / 支座強制位移 ² 窗口選擇 (節(jié)點 : 圖23的 ; 節(jié)點 1, 21)荷載工況名稱>支座強制位移 ; 選項>添加位

25、移> Dz ( 0.01 ) ¿圖 23.支座沉降荷載運行結(jié)構(gòu)分析運行結(jié)構(gòu)自重、二期荷載、拉索單位初拉力、支座強制位移荷載的靜力分析。分析 / 運行分析 ¿建立荷載組合利用拉索的初拉力荷載工況（4個）和自重、二期荷載、支座強制位移荷載工況，建立荷載組合。結(jié)果 / 荷載組合荷載組合列表 > 名稱> LCB1荷載工況 > 自重(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 二期荷載(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 拉索 1(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 拉索 2(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 &

26、gt; 拉索 3(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 拉索 4(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 支座強制位移(ST) ; 分項系數(shù) (1.0) ¿圖 24.建立荷載組合計算未知荷載系數(shù)利用未知荷載系數(shù) 功能計算荷載組合LCB 1作用下滿足特定約束條件的未知荷載系數(shù)。控制條件為約束主塔水平位移（Dx）和控制加勁梁彎矩(Dy)。在未知荷載系數(shù)對話框輸入荷載工況、約束條件、構(gòu)成目標函數(shù)的方法等。未知荷載系數(shù)功能的詳細說明請參照用戶手冊第二冊“Civil分析功能>利用優(yōu)化設計方法求解未知荷載”和在線幫助的“結(jié)果>未知荷載系數(shù)”部分的說明。結(jié)果

27、/ 未知荷載系數(shù)未知荷載系數(shù)組 > 項目名稱 (未知荷載系數(shù)) ; 荷載組合> LCB 1目標函數(shù)類型 > 平方 ; 未知荷載系數(shù)符號 > 正負荷載工況 > 拉索 1 (開)荷載工況 > 拉索 2 (開)荷載工況 > 拉索 3 (開)荷載工況 > 拉索 4 (開)圖 25. 未知荷載系數(shù)詳細對話框在約束條件中輸入主塔的水平方向位移約束條件和控制加勁梁彎矩的約束條件。約束條件> 約束名稱 (節(jié)點 34)² 本例題將主塔水平位移和主梁彎矩作為約束條件。因分析模型是對稱結(jié)構(gòu)所以只定義1/2模型。 約束類型 > 位移 節(jié)點號 (34

28、) ²位移 > Dx約束條件 > 相等 ; 數(shù)值 ( 0 ) ¿約束條件 > 約束名稱 (單元 5) 約束類型 > 梁單元內(nèi)力 單元號 (5) ²位置 > I-端內(nèi)力 > My約束條件 > 相等 ; 數(shù)值 ( -300 ) ¿約束條件 > 約束名稱 (單元 6) 約束類型 > 梁單元內(nèi)力 單元號 (6) ²位置 > J-端內(nèi)力 > My約束條件 > 相等 ; 數(shù)值 ( -200 ) ¿約束條件 > 約束名稱 (單元 8) 約束類型 > 梁單元內(nèi)力 單元

29、號 (8) ²位置 > J-端內(nèi)力 > My約束條件 > 相等 ; 數(shù)值 ( -400 ) ¿² 可以使用MCT命令窗口方便地輸入計算未知荷載系數(shù)的約束條件。使用方法參照“斜拉橋成橋階段分析例題”。圖 26. 約束條件對話框在未知荷載系數(shù)結(jié)果對話框中查看約束條件和相應的未知荷載系數(shù)。²² 關于未知荷載系數(shù)計算的詳細說明參見用戶手冊第二冊“Civil分析功能>利用優(yōu)化設計方法求解未知荷載”章節(jié)。未知荷載系數(shù)組 > 圖35為使用未知荷載系數(shù)功能計算的未知荷載系數(shù)結(jié)果。² 點擊生成荷載組合可自動生成未知荷載系數(shù)

30、的荷載組合。² 點擊生成Excel文件按鈕，導出Excel文件格式計算結(jié)果。未知荷載系數(shù)(拉索初拉力)圖 27. 未知荷載系數(shù)分析結(jié)果利用生成荷載組合(圖27的)，自動生成使用未知荷載系數(shù)的荷載組合，查看新的荷載組合的分析結(jié)果是否滿足約束條件。圖 28. 自動使用未知荷載系數(shù)的LCB2荷載組合結(jié)果 / 荷載組合在圖27中計算得出的拉索1(ST)至拉索4(ST)的未知荷載系數(shù)在荷載組合對話框里的荷載工況系數(shù)中自動被輸入。圖 29. 使用未知荷載系數(shù)自動生成的荷載組合查看成橋階段分析結(jié)果查看變形形狀查看拉索初拉力、結(jié)構(gòu)自重以及二期荷載、支座強制位移荷載下成橋階段變形形狀。結(jié)果 / 位移

31、/ 位移形狀荷載工況 / 荷載組合 > CB:LCB 2 位移 > DXYZ² 可以調(diào)整變形顯示比例系數(shù)。顯示類型 > 變形前 (開) ; 圖例 (開)變形 > 變形圖的比例(0.5) ² ¿ 窗口縮放 圖 30. 查看變形形狀 正裝施工階段分析一般通過斜拉橋的成橋階段分析計算結(jié)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)和拉索的截面以及初拉力。斜拉橋的設計除了成橋階段的分析，而且還需要施工階段的分析。根據(jù)施工方案的不同，斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系會發(fā)生很大的變化，且施工中會產(chǎn)生比成橋階段更不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此在設計斜拉橋時，應嚴密準確地分析所有發(fā)生結(jié)構(gòu)體系變化的各施工階段的穩(wěn)定性以

32、及應力變化。按施工順序做的施工階段分析稱為正裝施工階段分析(Foeward Analysis)。通過正裝施工階段分析驗算施工中產(chǎn)生的應力、檢查施工順序、可施工性等，找出最佳的施工方法。 斜拉橋正裝施工階段分析較困難的部分是如何計算出拉索的施工控制張力。MIDAS/Civil可以利用未閉合配合力（Lack of Fit Force）功能，輸入拉索初拉力和使合攏段合攏時達到成橋階段狀態(tài)的配合力來進行正裝施工階段分析。 為了進行施工階段的分析，應將加勁梁、拉索、拉索錨固點、邊界條件、荷載條件等變化定義施工階段。 圖 31 斜拉橋的施工順序(1) 拉索未閉合配合力的計算首先，在安裝拉索的前一階段，求出

33、拉索兩端節(jié)點的位移。利用拉索兩端的位移，求拉索變形前長度（L）與變形后長度（L）之差。根據(jù)差值求出相應的拉索附加初拉力(T)。把求出的附加初拉力(T)和初始平衡狀態(tài)分析時計算得出的初拉力(T)疊加作為施工階段的控制張力進行施工階段的正裝分析。圖 32 未閉合配合力計算拉索（2）合攏段未閉合配合力的計算 三跨連續(xù)斜拉橋的中間合攏段合攏時，不會產(chǎn)生內(nèi)力（只產(chǎn)生自重引起的內(nèi)力），所以合攏段與兩側(cè)橋梁段之間形狀是不連續(xù)的。為了讓合攏段連續(xù)地連接在兩側(cè)橋梁段上，求出合攏段兩端所需的強制變形值，將其換算成能夠產(chǎn)生此變形的內(nèi)力，并將其施加給合攏段后連接在兩側(cè)橋梁段上。 圖 33 未閉合配合力計算合攏段正裝施

34、工階段分類本例題考慮荷載和邊界條件的變化，共分為13個施工階段。利用初始平衡狀態(tài)分析計算得出的拉索初拉力，直接進行了正裝施工階段分析。只對拉索、跨中的合攏段和Stage2階段激活的邊跨加勁梁部分使用了未閉合配合力。邊跨與支座連接時結(jié)構(gòu)體系也會變化，所以邊跨的加勁梁也考慮了未閉合配合力。本例題的施工階段如下。表 5. 施工階段列表施工階段內(nèi) 容備 注Stage 1主塔、主塔和加勁梁的臨時連接Stage 2邊跨施工、支架、邊跨支座考慮未閉合配合力Stage 3施加掛籃1荷載Stage 4拆除施工支架、生成拉索(單元 34，39)考慮未閉合配合力Stage 5生成加勁梁構(gòu)件(單元 6, 7, 14,

35、 15) Stage 6生成拉索 (單元 35, 36)考慮未閉合配合力Stage 7拆除掛籃1荷載施加掛籃2荷載Stage 7-1生成拉索(單元 33, 40)考慮未閉合配合力Stage 8生成加勁梁(單元 8, 9, 12, 13)Stage 9生成拉索 (單元 36, 37)考慮未閉合配合力Stage 10拆除掛籃2荷載施加掛籃3荷載Stage 11拆除掛籃3Stage 11-1生成合攏段 (單元 10, 11)考慮未閉合配合力Stage 12主塔與加勁梁連接體系轉(zhuǎn)換，施加支座強制位移荷載剛體連接à彈性連接Stage 13二期荷載、成橋階段正裝施工階段分析正裝分析是指按橋梁的施

36、工順序進行分析的方法。 通過正裝分析查看分析模型的結(jié)構(gòu)變化、拉索張力變化以及彎矩的變化。正裝施工階段分析順序如圖34。Stage 1Stage 3Stage 5Stage 7Stage 11Stage 13圖 34. 正裝施工階段分析的分析步驟把成橋階段分析的模型另存為其它名稱用于施工階段分析。文件 /另存為( cable stayed forward )建立施工階段分析模型的步驟如下。1 正裝施工階段分析模型成橋階段分析模型的桁架單元修改為索單元定義正裝分析荷載工況2 定義施工階段名稱劃分施工階段后定義施工階段名稱3 定義結(jié)構(gòu)組將各施工階段激活或拆除的單元和要輸入未閉合配合力的單元定義為結(jié)構(gòu)

37、組4 定義邊界組將各施工階段激活或拆除的邊界條件定義為邊界組5 定義荷載組將各施工階段激活或拆除的荷載定義為荷載組6 定義施工階段定義各施工階段的結(jié)構(gòu)組、邊界組、荷載組正裝分析模型為了建立施工階段模型，首先要刪除成橋階段分析模型中的荷載組合LCB1、2以及單位初拉力（拉索 1拉索 4）。正裝施工階段分析模型中要輸入拉索的初拉力荷載，所以要重新定義拉索初拉力的荷載工況。 結(jié)果 / 荷載組合荷載組合列表 > 名稱 > 刪除LCB 1, LCB 2 ¿荷載 / 靜力荷載工況名稱 ( 拉索 1 ) 名稱 ( 拉索 4 ) 名稱 ( 拉索初拉力 ) ; 類型 > 用戶自定義荷

38、載說明 ( 正裝分析初拉力 ) ¿圖 35. 拉索初拉力荷載工況的定義為了考慮斜拉橋拉索垂度的影響，應進行拉索的幾何非線性分析。將成橋階段分析中使用的桁架單元修改為索單元。 模型 / 單元 / 修改單元參數(shù) 選擇屬性 - 單元選擇類型 > 單元類型節(jié)點 (關) ; 單元 (開) (桁架) ¿參數(shù)類型 > 單元類型 (開)形式> 原類型> 桁架(開) ; 修改為 > 只受拉/鉤/索單元(開)索(開) ¿圖 36. 桁架單元轉(zhuǎn)換為索單元定義施工階段首先定義各個施工階段名稱。本例題定義了包括成橋階段在內(nèi)的13個施工階段。荷載 / 施工階段分

39、析數(shù)據(jù) 定義施工階段> ² 定義相同名稱以序列號定義多個施工階段。定義施工階段施工階段 > 名稱 ( Stage ) ; 后綴 ( 1to7 ) ²保存結(jié)果 > 施工階段(開) ² ¿施工階段> 名稱 ( Stage7-1 )保存結(jié)果>施工階段(開) ¿施工階段> 名稱 ( Stage ) ; 后綴 ( 8to11 ) 保存結(jié)果>施工階段(開) ¿施工階段> 名稱 ( Stage11-1 )保存結(jié)果>施工階段(開) ¿施工階段> 名稱 ( Stage ) ; 后綴

40、( 12to13 ) 保存結(jié)果>施工階段(開) ¿² 輸出分析結(jié)果時，保存每個施工階段的結(jié)果。圖 37.施工階段對話框圖 38. 施工階段對話框圖 39. 施工階段對話框圖 40. 施工階段對話框圖 41. 施工階段對話框定義結(jié)構(gòu)組將各施工階段添加或拆除的單元定義為結(jié)構(gòu)組。首先定義結(jié)構(gòu)組名稱，然后將相應單元賦予給結(jié)構(gòu)組。C組表單組>結(jié)構(gòu)組>新建名稱 ( Stage ) ; 后綴 ( 1to13 ) 名稱 ( 未閉合配合力 ) 圖 42. 定義結(jié)構(gòu)組 將各施工階段添加或拆除的單元賦予給相應結(jié)構(gòu)組。Stage 1階段為只有主塔部分施工完成狀態(tài)。Stage 2階

41、段為邊跨設置了支架的狀態(tài)，Stage 3階段為了在中跨設置加勁梁而施加掛籃荷載的狀態(tài)，所以沒有結(jié)構(gòu)變化。組 >結(jié)構(gòu)組 窗口選擇 (圖43的 )Stage 1 (拖放) 窗口選擇 (圖43的 )Stage 2 (拖放)拖放Stage 1拖放Stage 2圖 43. 生成結(jié)構(gòu)組Stage 1和結(jié)構(gòu)組Stage 2組 > 結(jié)構(gòu)組 交叉線選擇 (圖44的 )Stage 4 (拖放) 窗口選擇 (圖44的 )Stage 5 (拖放) 拖放拖放Stage 5Stage 4圖 44. 生成結(jié)構(gòu)組Stage 4和結(jié)構(gòu)組Stage 5組 > 結(jié)構(gòu)組 交叉線選擇 (圖45的 )Stage 6 (

42、拖放)交叉線選擇 (圖45的 )Stage 7 (拖放) 拖放Stage 6Stage 7拖放圖 45. 生成結(jié)構(gòu)組Stage 6和結(jié)構(gòu)組Stage 7組 >結(jié)構(gòu)組 窗口選擇 (圖46的 )Stage 8 (拖放) 交叉線選擇 (圖46的 )Stage 9 (拖放) 拖放Stage 9拖放Stage 8圖 46. 生成結(jié)構(gòu)組Stage 8和結(jié)構(gòu)組Stage 9定義合攏段添加階段(Stage 11)的結(jié)構(gòu)組。 窗口選擇 (圖47的)Stage 11 (拖放) 拖放Stage 11圖 47. 生成結(jié)構(gòu)組Stage 11組 > 結(jié)構(gòu)組 選擇節(jié)點 : 1to6 10to12 16to21

43、(圖48的 )選擇單元 : 1to5 10to11 16to20 33to36 37to40 (圖48的 )未閉合配合力 (拖放)未閉合配合力拖放圖 48. 生成結(jié)構(gòu)組（未閉合配合力組）定義邊界組將各施工階段添加或拆除的邊界條件定義為邊界組。首先建立邊界組名稱，然后將邊界條件賦予給相應邊界組。 全部激活 C組表單組>邊界組>新建名稱 (主塔固定端) ¿名稱 (橋臺鉸支座) ¿名稱 (主塔彈性連接) ¿名稱 (主塔臨時支座) ¿名稱 (支架) ¿圖 49. 定義邊界組將成橋階段分析中定義的主塔固定端、橋臺鉸支座、主塔彈性連接、主塔臨時

44、支座、支架等邊界條件賦予給各施工階段的邊界組。組>邊界組 窗口選擇 (圖50的 )主塔固定端 (拖放)選擇邊界類型 > 一般支承 (開) ¿組>邊界組 窗口選擇 (圖50的 )橋臺鉸支座 (拖放)選擇邊界類型 > 一般支承(開) ¿拖放圖 50. 定義邊界組 將主塔彈性連接邊界條件定義為邊界組。刪除成橋階段分析模型中定義的彈性連接，重新定義主塔和加勁梁的彈性連接，利用彈性連接的一般類型進行連接。SDx : 500,000 tonf/m, SDy : 100,000,000 tonf/m, SDz : 1,000 tonf/mSRx : 0 tonf/

45、m, SRy : 0 tonf/m, SRz : 0 tonf/m模型 / 邊界條件 / 彈性連接邊界組名稱：默認值選項 > 刪除 窗口選擇（節(jié)點：26，5，27，17）¿模型 / 邊界條件 / 彈性連接邊界組名稱 > 主塔彈性連接選項 > 添加 ; 連接類型 > 一般類型SDx (tonf/m) (500000) ; SDy(tonf/m) (100000000) ; SDz(tonf/m) (1000)SRx (tonf/m) (0) ; SRy(tonf/m) (0) ; SRz(tonf/m) (0) ¿兩點 (26,5)兩點 (27,17)

46、 ¿圖 51. 生成主塔彈性連接將主塔的臨時支座的邊界條件定義為邊界組。主塔和加勁梁的臨時支座利用彈性連接的剛性來連接。模型 / 邊界條件 / 彈性連接邊界組名稱> 主塔臨時支座選項 > 添加 ; 連接類型 > 剛性兩點 (26,5)兩點 (27,17) ¿圖 52. 生成主塔臨時支座將支架的邊界條件定義為邊界組。支架利用節(jié)點彈性支承來建立。支承條件如下：SDx : 0 tonf/m, SDy : 10,000,000 tonf/m, SDz : 10,000,000 tonf/mSRx : 10,000,000 tonf/m, SRy : 0 tonf/

47、m, SRz : 10,000,000 tonf/m模型 / 邊界條件/節(jié)點彈性支承 窗口選擇 (圖53的 ；節(jié)點：2, 4, 18, 20 )邊界組名稱 > 支架選項 > 添加 SDx (tonf/m) (0) ; SDy(tonf/m) (10000000) ; SDz(tonf/m) (10000000)SRx (tonf/m) (10000000) ; SRy(tonf/m) (0) ; SRz(tonf/m) (10000000) ¿選擇節(jié)點2、4選擇節(jié)點18、20圖 53. 生成支架邊界條件定義荷載組將各施工階段添加或拆除的荷載定義為相應荷載組。本例題考慮的荷載有結(jié)構(gòu)自重、二期荷載、拉索初拉力14、支座強制位移荷載以及掛籃13荷載。首先建立荷載組名稱，然后賦予給相應的荷載。C組表單組 > 荷載組> 新建名稱 (自重) ¿名稱 (二期荷載) ¿名稱 (拉索初拉力1) ¿名稱 (拉索初拉力2) ¿名稱 (