midas斜拉橋建模參考模板

1、斜拉橋成橋階段和正裝施工階段分析1 / 76目 錄概要 1橋梁基本數(shù)據(jù) 2荷載 2設(shè)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(jì)算 14定義荷載工況 18輸入荷載 19運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析 24建立荷載組合 24計(jì)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(yùn)行結(jié)構(gòu)分析 65查看施

2、工階段分析結(jié)果 66查看變形形狀 66查看彎矩 67查看軸力 68查看計(jì)算未閉合配合力時(shí)使用的節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)理念的橋梁形式之一。為了決定安裝拉索時(shí)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(jìn)行施工階段分析。一般進(jìn)行斜拉橋分析時(shí)首先通過倒拆分析計(jì)算初張拉力，然后進(jìn)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(jì)算拉索初拉力的方法、施工階段分析

3、方法、采用未閉合配合力功能只利用成橋階段分析張力進(jìn)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(jiǎn)單的分析模型，可能與實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)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 使用MIDAS/Civil 軟件內(nèi)含的優(yōu)化法則計(jì)算出索初拉力。自重自重

4、程序內(nèi)部自動(dòng)計(jì)算索初拉力初拉力荷載滿足成橋階段初始平衡狀態(tài)的索初拉力掛籃荷載節(jié)點(diǎn)荷載80 tonf支座強(qiáng)制位移強(qiáng)制位移10 cm 設(shè)定建模環(huán)境為了做斜拉橋成橋階段分析首先打開新項(xiàng)目“cable stayed”為名保存文件，開始建立模型。 單位體系設(shè)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(shí)隨意更換。文件 / 新項(xiàng)目文件 / 保存 (cable stayed)工具 / 單位體系長(zhǎng)度 m ；力 tonf 圖 3. 設(shè)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。 在材料和截面對(duì)話框中選擇材料表單點(diǎn)擊按鈕。模型 / 材料和截面特性 /

5、材料名稱 (加勁梁)設(shè)計(jì)類型 用戶定義 定義多種材料時(shí)，使用按鈕會(huì)更方便一些。彈性模量 (2.1e7) ; 泊松比 (0.3)容重 (7.85)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(hào)項(xiàng)目彈性模量(tonf/m2)泊松比容重(tonf/m3)1加勁梁2.11070.37.852主塔下部2.51060.172.53主塔上部2.11070.37.854拉索1.571070.37.85圖 4. 定義材料特性值輸入加勁梁、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(duì)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(hào) (1) ;

6、 名稱 (加勁梁) 截面形狀實(shí)腹長(zhǎng)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(hào)項(xiàng)目截面形狀面積(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)1加勁梁實(shí)腹長(zhǎng)方形0.815.01.015.02主塔下部實(shí)腹長(zhǎng)方形50.01000.0500.0500.03主塔上部實(shí)腹長(zhǎng)方形0.35.05.05.04拉索實(shí)腹圓形0.0050.00.00.0圖 5. 定義截面特性值對(duì)話框成橋階段分析建立好成橋階段模型后計(jì)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(jìn)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

7、包含索力優(yōu)化功能的未知荷載系數(shù)功能計(jì)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(xì)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(jì)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(yùn)行結(jié)構(gòu)分析9. 計(jì)算位置荷載系數(shù)建立加勁梁模型首先用 建立節(jié)點(diǎn) 功能建立節(jié)點(diǎn)后使用 擴(kuò)展單元 功能生成910+25+910m的梁?jiǎn)卧Ｐ汀?正面, 捕捉節(jié)點(diǎn) (開), 捕捉點(diǎn)柵格 (開) 自動(dòng)對(duì)齊

8、(開), 節(jié)點(diǎn)號(hào) (開)模型 / 節(jié)點(diǎn) / 建立節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo) ( -95, 0, 0 ) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 全選擴(kuò)展類型節(jié)點(diǎn)線單元 單元屬性單元類型梁?jiǎn)卧牧? : 加勁梁 ; 截面1 : 加勁梁 生成類型復(fù)制和移動(dòng) 復(fù)制和移動(dòng)任意間距 ; 方向x間距910, 25, 910 圖 7. 建立加勁梁?jiǎn)卧⒅魉谥魉虏坷?建立節(jié)點(diǎn) 功能建立節(jié)點(diǎn)后，利用 擴(kuò)展功能 建立10m5m的主塔下部梁?jiǎn)卧?模型 / 節(jié)點(diǎn) / 建立節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo) (-55 , 0, -20 ) 復(fù)制復(fù)制次數(shù) (1) ; 距離 (110, 0, 0) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖8的；節(jié)點(diǎn)

9、22，23)生成類型節(jié)點(diǎn)線單元 單元屬性單元類型梁?jiǎn)卧牧? : 主塔下部 ; 截面2 : 主塔下部 生成類型復(fù)制和移動(dòng) 復(fù)制和移動(dòng)任意間距 ; 方向z間距10, 5 選擇節(jié)點(diǎn)22, 23 圖 8. 建立主塔下部選擇節(jié)點(diǎn)后利用 擴(kuò)展功能 建立加勁梁上部梁?jiǎn)卧?0m+5m+310m）。 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖9的；節(jié)點(diǎn)26，27)擴(kuò)展類型節(jié)點(diǎn)線單元 單元屬性單元類型梁?jiǎn)卧牧? : 主塔上部 ; 截面3 : 主塔上部 生成類型復(fù)制和移動(dòng) 復(fù)制和移動(dòng)任意間距 ; 方向z間距15, 310 選擇節(jié)點(diǎn)26, 27 圖 9. 建立主塔上部建立拉索利用 建立單元 功能建立

10、拉索單元。 顯示單元 單元坐標(biāo)軸(開) 模型 / 單元 / 建立單元 單元類型桁架單元材料4: 拉索 ; 截面4: 拉索; Beta角 ( 0 )節(jié)點(diǎn)連接 ( 34, 1 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 34, 3 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 34, 7 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 34, 9 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 35, 13 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 35, 15 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 35, 19 )8 節(jié)點(diǎn)連接 ( 35, 21 )8 圖 10. 建立拉索建立主塔支座 彈性連接單元是把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)按用戶所需要的剛度連接而形成的有限計(jì)算單元。彈性連接單元由3個(gè)軸向剛度值和3個(gè)旋轉(zhuǎn)剛度組成，6個(gè)自由度按彈性連接單元的單元坐標(biāo)系輸入

11、。使用彈性連接(Elastic 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 窗口縮放 (圖21的)選項(xiàng) 添加 ; 連接類型 一般類型 彈性連接單元軸向剛度輸入單位長(zhǎng)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) 剪切型彈性支承位置 (開) 到端點(diǎn)I的距離比 : SDy (1) ; SDz (1)B

12、eta角 (0) 2點(diǎn) (26,5) 輸入剪切型彈性支座在彈性連接單元的位置。2點(diǎn) (27,17) 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(tái)下端 : 鉸支座 ( Dy, Dz, Rx, Rz)輸入主塔和橋臺(tái)處邊界條件。 自動(dòng)對(duì)齊 模型 / 邊界條件 / 一般支承 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖12的；節(jié)點(diǎn)22, 23)邊界組名稱 默認(rèn)值選項(xiàng) 添加 ; 支承類型 D-ALL , R-ALL 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖12的；節(jié)點(diǎn)1, 21)邊界組名稱 默認(rèn)值選項(xiàng) 添加 ;

13、 支承類型 Dy, Dz, Rx, Rz 圖12. 輸入邊界條件索初拉力計(jì)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(jì)算拉索初拉力需要多次的反復(fù)計(jì)算。另外，對(duì)于每跟拉索的張力并不是只有一個(gè)解，對(duì)同一個(gè)斜拉橋不同的設(shè)計(jì)者可以選擇不同的拉索初拉力。MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能使用了索力優(yōu)化法則，可以計(jì)算出特定約束條件的最佳荷載系數(shù)，在計(jì)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(jì)算斜拉橋拉索初拉力的計(jì)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

14、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(jì)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(jì)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(diǎn)坐標(biāo)、拉索張力、主塔坐標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)期望值，通過初始平衡狀態(tài)分析計(jì)算初始節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、拉索變形前長(zhǎng)度、拉索初始張拉力。斜拉橋設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的是如何使加勁梁和主塔的彎曲內(nèi)力達(dá)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(shè)計(jì)期望狀態(tài)時(shí)，內(nèi)力也會(huì)達(dá)到最小狀態(tài)。對(duì)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

15、能夠計(jì)算出變形前拉索長(zhǎng)度、追蹤拉索張力、加勁梁和主塔的預(yù)拱度、加勁梁的彎矩圖等設(shè)計(jì)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(jì)算中。但斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算拉索初拉力需要多次的反復(fù)計(jì)算，所以計(jì)算出滿足初始狀態(tài)分析的施工控制張力不是簡(jiǎn)單的事情。另外，對(duì)于每跟拉索的張力并不是只有一個(gè)解，對(duì)同一個(gè)斜拉橋不同的設(shè)計(jì)者可以計(jì)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(huì)

16、使用多拉索結(jié)構(gòu)，所以拉索的橫向分力對(duì)加勁梁的彎曲內(nèi)力的影響可忽略不計(jì)?？梢约僭O(shè)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(diǎn)的豎向位移接近“0”的方法，如果設(shè)計(jì)縱段線形比較完美時(shí)，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(diǎn)處設(shè)以剛性支承進(jìn)行分析，計(jì)算出各支點(diǎn)反力，利用索力的豎向分力與剛性支點(diǎn)反力相等的條件，計(jì)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(jì)算出其水平分力和另一端的水平、豎向分力了。 利用計(jì)算得出的各分力，施加在沒有拉索體系的結(jié)構(gòu)上計(jì)算出加勁梁和主塔的彎矩分布情況。以此彎矩分布為目標(biāo)，進(jìn)行反復(fù)調(diào)索。反復(fù)調(diào)索

17、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(dá)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(dá)到“0”位移狀態(tài)。 上述方法如圖13所示。此方法假設(shè)結(jié)構(gòu)變形為線性變形，使用影響矩陣來進(jìn)行計(jì)算。最終縱段線形接近期望狀態(tài)時(shí)，加勁梁彎矩分布就會(huì)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) 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(jì)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

18、的彎矩趨于最小，用這種法法來設(shè)計(jì)出更大跨經(jīng)橋梁。但是計(jì)算初始張力并不是簡(jiǎn)單的事情，過去設(shè)計(jì)人員一般都是采用經(jīng)驗(yàn)值來計(jì)算初拉力。 目前雖然計(jì)算斜拉橋拉索初拉力的方法很多，但是能夠計(jì)算出滿足設(shè)計(jì)條件的初拉力非常困難。 利用MIDAS/Civil優(yōu)化索力功能，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。 優(yōu)化索力時(shí)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(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)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

19、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(jì)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?yàn)橹魉蓚?cè)各有4根拉索的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，需要的未知荷載系數(shù)為四個(gè)，定義四個(gè)荷載工況。 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 恒荷載說明 (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(qiáng)制位移) ;

20、類型 用戶自定義荷載說明 (邊跨支座強(qiáng)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(qiáng)制位移荷載。 使用自重功能輸入結(jié)構(gòu)自重。二期荷載包括防撞墻、橋面鋪裝等荷載。為了計(jì)算拉索初拉力輸入拉索的單位荷載。 對(duì)齊 荷載 / 自重 荷載工況名稱 自重荷載組名稱 默認(rèn)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?jiǎn)卧奢d功能輸入防撞墻、橋面鋪裝荷載，荷載大小為-3.0tonf/m 。荷載 / 梁?jiǎn)卧奢d（單元） 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖20的 ; 節(jié)點(diǎn) 123)

21、荷載工況名稱 二期荷載 ; 選項(xiàng) 添加荷載類型 均布荷載 ; 方向 整體坐標(biāo)系 Z投影 否 數(shù)值 相對(duì)值 ; x1 (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(duì)稱軸賦予兩側(cè)相同的索初拉力，且對(duì)稱拉索賦予相同的荷載工況。荷載 / 預(yù)應(yīng)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(rèn)值 選項(xiàng) 添加 ; 初拉力 ( 1 ) 荷載工況名稱 拉索4 ; 荷載組名稱 默認(rèn)值 選項(xiàng) 添加 ; 初拉力 ( 1 ) 交叉線選擇交

22、叉線選擇圖 21. 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(shí)也可用MCT命令窗口來輸入。表 4. 荷載工況和單元號(hào)荷載工況單元號(hào)荷載工況單元號(hào)拉索 133, 40拉索 335, 38拉索 234, 39拉索 436, 37確認(rèn)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(qiáng)制位移功能輸入邊跨支座的支座強(qiáng)制位移荷載。 支座強(qiáng)制位移荷載如下：豎向位移 : 0.01 m 支座強(qiáng)制位移可以給任意節(jié)點(diǎn)輸入強(qiáng)制位移。荷載 / 支座強(qiáng)制位移 窗口選擇 (節(jié)點(diǎn) : 圖23的 ; 節(jié)點(diǎn) 1, 21)荷載工況名稱支座強(qiáng)制位移 ; 選項(xiàng)添加位移 Dz ( 0.01

23、 ) 圖 23.支座沉降荷載運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析運(yùn)行結(jié)構(gòu)自重、二期荷載、拉索單位初拉力、支座強(qiáng)制位移荷載的靜力分析。分析 / 運(yùn)行分析 建立荷載組合利用拉索的初拉力荷載工況（4個(gè)）和自重、二期荷載、支座強(qiáng)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(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 二期荷載(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 拉索 1(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 拉索 2(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 拉索 3(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 拉索 4(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0)荷載工況 支座強(qiáng)制位

24、移(ST) ; 分項(xiàng)系數(shù) (1.0) 圖 24.建立荷載組合計(jì)算未知荷載系數(shù)利用未知荷載系數(shù) 功能計(jì)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)?？刂茥l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(duì)話框輸入荷載工況、約束條件、構(gòu)成目標(biāo)函數(shù)的方法等。未知荷載系數(shù)功能的詳細(xì)說明請(qǐng)參照用戶手冊(cè)第二冊(cè)“Civil分析功能利用優(yōu)化設(shè)計(jì)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 / 未知荷載系數(shù)未知荷載系數(shù)組 項(xiàng)目名稱 (未知荷載系數(shù)) ; 荷載組合 LCB 1目標(biāo)函數(shù)類型 平方 ; 未知荷載系數(shù)符號(hào) 正負(fù)荷載工況 拉索 1 (開)荷載工況 拉索

25、 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(xì)對(duì)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(diǎn) 34) 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(duì)稱結(jié)構(gòu)所以只定義1/2模型。 約束類型 位移 節(jié)點(diǎn)號(hào) (34) 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?jiǎn)卧獌?nèi)力 單元號(hào) (5) 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?jiǎn)卧獌?nèi)力 單元號(hào) (6) 位置 J-端內(nèi)力

26、 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?jiǎn)卧獌?nèi)力 單元號(hào) (8) 位置 J-端內(nèi)力 My約束條件 相等 ; 數(shù)值 ( -400 ) 可以使用MCT命令窗口方便地輸入計(jì)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(duì)話框在未知荷載系數(shù)結(jié)果對(duì)話框中查看約束條件和相應(yīng)的未知荷載系數(shù)。 關(guān)于未知荷載系數(shù)計(jì)算的詳細(xì)說明參見用戶手冊(cè)第二冊(cè)“Civil分析功能利用優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算的未知荷載系數(shù)結(jié)果。 點(diǎn)擊生成荷載組合可自動(dòng)生成未知荷載系數(shù)的荷載組合。

27、 點(diǎn)擊生成Excel文件按鈕，導(dǎo)出Excel文件格式計(jì)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(duì)話框里的荷載工況系數(shù)中自動(dòng)被輸入。圖 29. 使用未知荷載系數(shù)自動(dòng)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(qiáng)制位移荷載下成橋階段變形形狀。結(jié)果 / 位移 / 位移形狀荷載工況 /

28、 荷載組合 CB:LCB 2 位移 DXYZ 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) 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(jì)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(shè)計(jì)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(huì)發(fā)生很大的變化，且施工中會(huì)產(chǎn)生比成橋階段更不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此在設(shè)計(jì)斜拉橋時(shí)，應(yīng)嚴(yán)密準(zhǔn)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)定性以及應(yīng)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

29、施工階段分析驗(yàn)算施工中產(chǎn)生的應(yīng)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(jì)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(shí)達(dá)到成橋階段狀態(tài)的配合力來進(jìn)行正裝施工階段分析。 為了進(jìn)行施工階段的分析，應(yīng)將加勁梁、拉索、拉索錨固點(diǎn)、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(jì)算首先，在安裝拉索的前一階段，求出拉索兩端節(jié)點(diǎn)的位移。利用拉索兩端的位移，求拉索變形前長(zhǎng)度（L）與變形后長(zhǎng)度（L）之差。根據(jù)差值求出相應(yīng)的

30、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(shí)計(jì)算得出的初拉力(T)疊加作為施工階段的控制張力進(jìn)行施工階段的正裝分析。圖 32 未閉合配合力計(jì)算拉索（2）合攏段未閉合配合力的計(jì)算 三跨連續(xù)斜拉橋的中間合攏段合攏時(shí)，不會(huì)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(qiáng)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(jì)算合攏段正裝施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(gè)施工階段。利用初始平衡狀態(tài)分析計(jì)算得出的拉索初拉力

31、，直接進(jìn)行了正裝施工階段分析。只對(duì)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(shí)結(jié)構(gòu)體系也會(huì)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(shí)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, 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

32、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(qiáng)制位移荷載剛體連接彈性連接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工順序進(jìn)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

33、。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)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

34、 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?jiǎng)h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(yīng)進(jìn)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

35、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(diǎn) (關(guān)) ; 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(gè)施工階段名稱。本例題定義了包括成橋階段在內(nèi)的13個(gè)施工階段。荷載 / 施工階段分析數(shù)據(jù) 定義施工階段 定義相同名稱以序列號(hào)定義多個(gè)施工階段。定義施工階段施工階段 名稱 ( Stage ) ; 后綴 ( 1to7 ) 保存結(jié)果 施工階段(開) 施工階段 名稱 ( Stage7-1 )保存結(jié)果施工階段(開) 施工階段 名稱

36、 ( 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 ( 12to13 ) 保存結(jié)果施工階段(開) 輸出分析結(jié)果時(shí)，保存每個(gè)施工階段的結(jié)果。圖 37.施工階段對(duì)話框圖 38. 施工階段對(duì)話框圖 39. 施工階段對(duì)話框圖 40. 施工階段對(duì)話框圖 41. 施工階段對(duì)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(yīng)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

37、 ) 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(yīng)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階段為邊跨設(shè)置了支架的狀態(tài)，Stage 3階段為了在中跨設(shè)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

38、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 (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.

39、 生成結(jié)構(gòu)組Stage 11組 結(jié)構(gòu)組 選擇節(jié)點(diǎn) : 1to6 10to12 16to21 (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(yīng)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(tái)鉸支座) 名稱 (主塔彈性連接) 名稱 (主塔臨時(shí)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(tái)鉸支座、主塔彈

40、性連接、主塔臨時(shí)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(tái)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(jìn)行連接。SDx : 500,000 tonf/m, SDy : 100,000,000 tonf/m, SDz : 1,000 tonf/mSRx : 0 tonf/m, SRy : 0 tonf/m, SRz

41、 : 0 tonf/m模型 / 邊界條件 / 彈性連接邊界組名稱：默認(rèn)值選項(xiàng) 刪除 窗口選擇（節(jié)點(diǎn)：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(xiàng) 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(diǎn) (26,5)兩點(diǎn) (27,17) 圖 51. 生成主塔彈性連接將主塔的臨時(shí)支座的邊界條件定義為邊界組。主塔和加勁梁的臨時(shí)支座利用彈性連接的剛

42、性來連接。模型 / 邊界條件 / 彈性連接邊界組名稱 主塔臨時(shí)支座選項(xiàng) 添加 ; 連接類型 剛性兩點(diǎn) (26,5)兩點(diǎn) (27,17) 圖 52. 生成主塔臨時(shí)支座將支架的邊界條件定義為邊界組。支架利用節(jié)點(diǎn)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/m, SRz : 10,000,000 tonf/m模型 / 邊界條件/節(jié)點(diǎn)彈性支承 窗口選擇 (圖53的 ；節(jié)點(diǎn)：2, 4, 18, 20 )邊界組名稱 支架選項(xiàng) 添加 SDx (tonf/m) (0) ; SDy(tonf/m) (10000000) ; SDz(tonf/m) (10000000)SRx (tonf/m) (10000000) ; SRy(tonf/m) (0) ; SRz(t