MIDAS懸索橋分析功能使用說(shuō)明

1、MIDAS/Civil懸索橋分析功能使用時(shí)的一些注意事項(xiàng)1)使用MIDAS/Civil分析懸索橋的基本操作步驟a) 定義主纜、主塔、主梁、吊桿等構(gòu)件的材料和截面特性；b) 打開(kāi)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(qǐng)參考聯(lián)機(jī)幫助的說(shuō)明以及下文中的一些內(nèi)容)；c) 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(rèn)；d) 運(yùn)行建模助手后，程序會(huì)提供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(dòng)生成“自重”的荷載工況；e) 對(duì)模型根據(jù)實(shí)際狀況，對(duì)單元、邊界條件和荷載進(jìn)行一些必要的編輯后，將主纜上的各節(jié)點(diǎn)定義為更新節(jié)點(diǎn)組，將塔頂節(jié)點(diǎn)和跨中最低點(diǎn)定義為垂點(diǎn)組；f) 定

2、義懸索橋分析控制數(shù)據(jù)后運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中需確認(rèn)是否最終收斂。運(yùn)行完了后程序會(huì)提供平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力數(shù)據(jù)；g) 刪除懸索橋分析控制數(shù)據(jù)，將所有結(jié)構(gòu)、邊界條件和荷載都定義為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)組、邊界組和荷載組，定義一個(gè)一次成橋的施工階段，在施工階段對(duì)話框中選擇“考慮非線性分析/獨(dú)立模型”，并勾選“包含平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力”；h) 運(yùn)行分析后查看該施工階段的位移是否接近于0以及一些構(gòu)件的內(nèi)力是否與幾何剛度初始荷載表格或者平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力表格的數(shù)據(jù)相同；i) 各項(xiàng)結(jié)果都滿足要求后即可進(jìn)行倒拆施工階段分析或者成橋狀態(tài)的各種分析；j) 詳細(xì)計(jì)算原理請(qǐng)參考技術(shù)資料用MIDAS做懸索橋分析。2)建模助手中選擇三維和不勾選三維

3、的區(qū)別？a) 勾選三維就是指按空間雙索面來(lái)計(jì)算懸索橋，需要輸入橋面的寬度，輸入的橋面系荷載將由兩個(gè)索面來(lái)承擔(dān)；b) 不勾選三維時(shí)，程序?qū)⒔o建立單索面的空間模型，不需輸入橋面的寬度，輸入的橋面系荷載將由單索面來(lái)承擔(dān)。3)建模助手中主梁和主塔的材料、截面以及重量是如何考慮的？a) 因?yàn)樗鲉卧仨毧紤]自重，因此建模助手分析中對(duì)于主纜和吊桿的自重，程序會(huì)自動(dòng)考慮；b) 但在建模助手中主梁和主塔的材料和截面并不介入分析，程序只是根據(jù)輸入的幾何數(shù)據(jù)，給建立幾何模型，以便進(jìn)行下一步的懸索橋精密分析。即，程序不會(huì)根據(jù)定義的主梁的材料和截面自動(dòng)計(jì)算自重并參與分析，用戶需要根據(jù)成橋狀態(tài)時(shí)的橋面系荷載(如，主梁自重

4、、二期恒載等)，在建模助手對(duì)話框中按線荷載或節(jié)點(diǎn)荷載來(lái)具體輸入；c) 之后在進(jìn)行懸索橋精密分析時(shí)，對(duì)于主梁的自重則將根據(jù)材料的容重以及截面面積來(lái)計(jì)算，對(duì)于二期恒載用戶可按梁?jiǎn)卧奢d等形式進(jìn)行定義；d) 注意：建模助手中輸入的橋面系荷載值須等于懸索橋精密分析時(shí)考慮的各荷載工況對(duì)于橋面系作用的荷載總和(例如等于按主梁自重計(jì)算的線荷載加上二期恒載梁?jiǎn)卧€荷載)。4）為什么靠近主塔處的兩根吊桿的初始內(nèi)力比別的吊桿大？a） 在建模助手中，對(duì)于輸入的橋面系荷載（線荷載）是由吊桿來(lái)承擔(dān)的。各吊桿承受的荷載大致是線荷載與吊桿間距的乘積（如果單索面承受荷載的話）；b） 在主塔處由于沒(méi)有吊桿，與主塔處相鄰的吊桿需

5、要承受的荷載為線荷載與1.5倍的吊桿間距的乘積，因此會(huì)較大；c） 如果成橋的結(jié)構(gòu)在主塔與主梁的連接處，主塔對(duì)主梁有支承作用，則上述方法求出的主塔處吊桿的初始內(nèi)力是不合理的；d） 此時(shí)可以在建模助手中通過(guò)勾選“加勁梁端到塔墩中心線的距離”，輸入G1和G2的值（吊桿到主塔距離的1/2）來(lái)處理。但在進(jìn)行懸索橋精密分析前，需要用戶建立該處的主梁?jiǎn)卧?，并?duì)主塔和主梁的支承關(guān)系進(jìn)行定義；e） 除了方法d）,還可以通過(guò)按點(diǎn)荷載的方式輸入橋面系荷載的方式來(lái)處理（勾選建模助手對(duì)話框中“橋面系單位重量詳細(xì)-”）。對(duì)于吊桿間距不等或者邊跨最外側(cè)吊桿受力大小要調(diào)整時(shí)，使用此方法更容易實(shí)現(xiàn)一些。5）懸索橋分析控制中的“

6、主纜內(nèi)力水平分量”有什么意義，如何使用？a） 對(duì)于地錨式懸索橋橋面系的荷載確定后，主纜內(nèi)力的水平分量理論上是一定的。但根據(jù)橋梁的實(shí)際情況，對(duì)于主梁吊裝連接后施加的二期恒載，主梁也會(huì)承受一部分彎矩，這時(shí)主纜上的水平分量會(huì)發(fā)生一些變化；b） 對(duì)于自錨式懸索橋，橋面系的荷載一部分是由主纜承擔(dān)，一部分是由主梁承擔(dān)的。因此根據(jù)主纜和主梁的荷載分配比率，自錨式懸索橋的成橋狀態(tài)可以有很多不同的解；c） 設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)調(diào)整懸索橋分析控制中的“主纜內(nèi)力水平分量”，來(lái)參與確定主纜和主梁所承受荷載的比率；d） 在第一步懸索橋建模組手對(duì)話框輸入所有參數(shù)后，點(diǎn)擊右下角的“實(shí)際形狀”或者“更新或重畫(huà)”的話，下端會(huì)顯示當(dāng)

7、前結(jié)構(gòu)的主纜內(nèi)力水平分量。在懸索橋分析控制中輸入的主纜內(nèi)力水平分量需是在結(jié)構(gòu)合理受力狀態(tài)范圍內(nèi)的值，可參考第一步中顯示的結(jié)果取值，不能隨便輸入。6）運(yùn)行懸索橋分析控制后，在分析信息中會(huì)顯示類似下面信息，其具體代表什么意義?NONLINEARSTATICLOADCASE:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1INCREMENTNO.:1ITERATIONNO.:1ITERATIONNO.:2ITERATIONNO.:3ITERATIONNO.:4ITERATIONN

8、O.:5ITERATIONNO.:6ITERATIONNO.:7DISPL.NORM:0.100E+01DISPL.NORM:0.361E+00DISPL.NORM:0.156E+00DISPL.NORM:0.734E-01DISPL.NORM:0.353E-01DISPL.NORM:0.176E-01DISPL.NORM:0.844E-02ITERATIONNO:2CONVERGENCERATIO:0.43322E+00a) "INCREMENTNO.:1"：是指荷載增幅步數(shù)。b) "ITERATIONNO.:1"：是指每荷載步內(nèi)的迭代次數(shù)，1表示第1

9、次迭代計(jì)算，2表示第2次迭代計(jì)算。c) “DISPL.NORM"：是指收斂計(jì)算中在每個(gè)荷載步驟下的位移收斂的“范數(shù)”，程序默認(rèn)的收斂控制參數(shù)為：迭代次數(shù)為30次，收斂標(biāo)準(zhǔn)范數(shù)為0.01,上面數(shù)據(jù)中迭代第7次時(shí)計(jì)算范數(shù)為0.844e-02小于0.01,所以結(jié)束了第2次迭代計(jì)算(ITERATIONNO:2)。d) "ITERATIONNO:2"：是指第2次迭代計(jì)算，迭代次數(shù)在懸索橋分析控制對(duì)話框中輸入，默認(rèn)為5。e) "CONVERGENCERATIO"：是根據(jù)更新的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、索的張力、平衡內(nèi)力計(jì)算的不平衡內(nèi)力引起的位移的收斂范數(shù)，其控制范數(shù)在懸索

10、橋分析控制對(duì)話框中輸入，默認(rèn)為1e-05o最終迭代次數(shù)(默認(rèn)為5)中計(jì)算范數(shù)小于1e-05即表示收斂了，但是一般在最終迭代次數(shù)中的計(jì)算范數(shù)小于1e-02時(shí)，可以認(rèn)為結(jié)果收斂了。一般來(lái)說(shuō)隨著計(jì)算CONVERGENCERATIO值應(yīng)該逐漸變小，當(dāng)逐漸變大時(shí)可認(rèn)為沒(méi)有收斂。f) 每個(gè)迭代次數(shù)內(nèi)的每荷載增步中的收斂控制參數(shù)，當(dāng)在分析非線性分析控制中設(shè)定了控制參數(shù)時(shí)，遵循設(shè)定的參數(shù)，沒(méi)有設(shè)定參數(shù)時(shí)如上面a中所述默認(rèn)為迭代次數(shù)為30次，收斂標(biāo)準(zhǔn)范數(shù)為0.01。分析非線性分析可設(shè)也可不設(shè)。g) 在懸索橋分析控制中選擇的荷載，最好放在同一個(gè)荷載工況內(nèi)。7)通過(guò)建模助手求到的平衡狀態(tài)中，塔底有較大彎矩時(shí)，應(yīng)如何

11、解決？a) 需在進(jìn)行第二步懸索橋分析之前，對(duì)模型進(jìn)行處理。即，將主塔頂?shù)墓?jié)點(diǎn)和該處主纜的節(jié)點(diǎn)使用上下兩個(gè)節(jié)點(diǎn)模擬。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間使用彈性連接或剛性連接，只約束豎向的位移(根據(jù)情況也可約束面外方向的變形)；b) 該處主纜的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)不要加入到更新節(jié)點(diǎn)組中；c) 進(jìn)行完懸索橋分析得到平衡內(nèi)力等數(shù)據(jù)后，在進(jìn)行施工階段或者成橋狀態(tài)分析時(shí)，再將該處兩個(gè)點(diǎn)的約束按最終狀況模擬。8)不通過(guò)建模助手，如何計(jì)算初始平衡狀態(tài)？a) 進(jìn)行非線性分析之后，不斷更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和索單元初拉力(定義索單元時(shí)輸入的)來(lái)求平衡狀態(tài)；b) 程序?qū)ο鄳?yīng)荷載工況進(jìn)行非線性分析，會(huì)產(chǎn)生位移和內(nèi)力，之后會(huì)將該內(nèi)力作為索單元的初拉力(單元表格中)

12、更新。c) 更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是將原坐標(biāo)和發(fā)生的位移的和作為新的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。如果懸索橋的索面是豎直的則只更新Z坐標(biāo)，如果是空間的，還需更新丫坐標(biāo)。d) 由于第一步計(jì)算時(shí)變形較大，故不第一步時(shí)一般不更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，從第二步開(kāi)始更新；e) 定義索單元時(shí)輸入的初拉力不會(huì)進(jìn)行迭加，而作為外荷載輸入的初拉力會(huì)進(jìn)行迭加，此為兩者最大差異。9）對(duì)于初始荷載的說(shuō)明在“荷載/初始荷載”中，分為大位移和小位移兩項(xiàng)，其內(nèi)又分為幾何剛度初始荷載、平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力、初始荷載控制數(shù)據(jù)、初始單元內(nèi)力共4項(xiàng)內(nèi)容。其作用分別如下：大位移/幾何剛度初始荷載：描述當(dāng)前荷載作用之前的結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)?？捎蓱宜鳂蚪Ｖ肿詣?dòng)計(jì)算給出結(jié)構(gòu)的初始平衡

13、狀態(tài)。用戶輸入幾何剛度初始荷載進(jìn)行非線性分析時(shí)，不需定義相應(yīng)的荷載工況，程序會(huì)自動(dòng)在內(nèi)部考慮相應(yīng)荷載和內(nèi)力，使其達(dá)到平衡，因此此時(shí)位移為0。如果用戶又定義了荷載工況，則荷載相當(dāng)于雙重考慮，此時(shí)不僅會(huì)發(fā)生位移，而且內(nèi)力也會(huì)增加1倍左右。幾何剛度初始荷載的概念，可以說(shuō)是為了描述一個(gè)有一定初始內(nèi)力和剛度的、位移為0的成橋狀態(tài)。此時(shí)有新的荷載參與作用時(shí)，我們可以通過(guò)分析得到新的作用引起的位移和內(nèi)力，注意：其中內(nèi)力結(jié)果包含成橋狀態(tài)的內(nèi)力。因此，在進(jìn)行懸索橋倒拆分析時(shí)，不需定義自重，但在鈍化構(gòu)件的同時(shí)，需要在索的吊桿連接位置輸入與構(gòu)件重量相同的反向節(jié)點(diǎn)荷載。對(duì)于幾何剛度初始荷載的幾點(diǎn)附加說(shuō)明如下：a） 靜

14、力線性分析：不起作用。因此如果使用索單元建模，且沒(méi)有初始單元內(nèi)力數(shù)據(jù)的話，分析時(shí)會(huì)發(fā)生奇異；b） 靜力非線性分析：根據(jù)幾何剛度初始荷載考慮結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)。根據(jù)不同荷載工況，幾何剛度會(huì)發(fā)生變化。另外，不同荷載工況作用效應(yīng)的算術(shù)迭加不成立；c） 施工階段非線性分析（獨(dú)立模型，不考慮平衡內(nèi)力）：大位移分析，即幾何剛度根據(jù)不同施工階段荷載的作用發(fā)生變化，且考慮索單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)變化引起的影響（索單元）；d） 施工階段非線性分析（獨(dú)立模型，考慮平衡內(nèi)力）：幾何剛度初始荷載不起作用，“初始荷載/平衡內(nèi)力”發(fā)生作用；e） 施工階段非線性分析（獨(dú)立模型，考慮平衡內(nèi)力，但未輸入平衡內(nèi)力，輸入了幾何剛度初始荷載）：幾

15、何剛度初始荷載不起作用，對(duì)施加的荷載工況進(jìn)行靜力非線性分析。下個(gè)階段中也一樣，但前一階段的荷載和本階段的荷載相當(dāng)于一同作用并對(duì)之進(jìn)行分析；f） 移動(dòng)荷載分析：程序會(huì)自動(dòng)將索單元轉(zhuǎn)換為等效桁架單元進(jìn)行線性分析，其幾何剛度將利用“小位移/初始單元內(nèi)力”來(lái)確定。大位移/平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力：該功能只適用于施工階段分析中選擇非線性分析的獨(dú)立模型，并且勾選了“包含平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力”選項(xiàng)時(shí)的情形。進(jìn)行斜拉橋或懸索橋逆施工階段分析時(shí)，通過(guò)計(jì)算由張拉力和恒載導(dǎo)致的成橋狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)力和構(gòu)件內(nèi)力，可以考慮在相應(yīng)成橋荷載作用下，位移為0的狀態(tài)。即，提前使結(jié)構(gòu)存在與外力相平衡的內(nèi)力，從而使結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形。（考慮平衡單元節(jié)點(diǎn)

16、內(nèi)力后進(jìn)行非線性分析時(shí)，位移量會(huì)趨近于0）因此，需要定義自重等的荷載工況。在倒拆分析時(shí)，只要鈍化構(gòu)件即可，不需加反向的節(jié)點(diǎn)荷載?？紤]平衡節(jié)點(diǎn)內(nèi)力時(shí)，程序會(huì)根據(jù)外力和平衡節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的差（不平衡力）進(jìn)行計(jì)算。相同時(shí)位移為0,例如懸索橋分析正常結(jié)束之后的狀態(tài)。進(jìn)行倒拆分析時(shí)，由于鈍化了荷載或結(jié)構(gòu)，外力會(huì)小于平衡內(nèi)力，程序會(huì)根據(jù)新的不平衡力重新進(jìn)行計(jì)算。與幾何剛度初始荷載的方式的差異，可以說(shuō)是平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的方式可以考慮加勁梁的內(nèi)力。對(duì)于地錨式懸索橋，加勁梁的內(nèi)力很小，所以兩種方式都適用。但對(duì)于自錨式懸索橋，加勁梁的內(nèi)力很重要，因此不宜適用幾何剛度初始荷載的方式。小位移/初始荷載控制數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析時(shí)

17、，將輸入的初始單元內(nèi)力添加給指定的荷載工況。如果不添加，則在分析時(shí)只考慮初始單元內(nèi)力引起的幾何剛度，在相應(yīng)荷載工況的內(nèi)力結(jié)果中，不包含初始單元內(nèi)力。另外，考慮平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力時(shí)，對(duì)于懸索橋，通過(guò)懸索橋分析控制，程序自動(dòng)提供平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的數(shù)據(jù)；對(duì)于斜拉橋，則可以通過(guò)在“初始荷載控制數(shù)據(jù)”中勾選“初始內(nèi)力組合”，并將要考慮的荷載工況全部添加之后進(jìn)行靜力分析，即可在“結(jié)果/分析結(jié)果表格/平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力”中得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，將其復(fù)制到“大位移/平衡單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力”即可。小位移/初始單元內(nèi)力只適用于線性分析或動(dòng)力分析，其作用與幾何剛度初始荷載相同。即通過(guò)形成幾何剛度來(lái)影響結(jié)構(gòu)的總體剛度，但其剛度并不隨作

18、用荷載的變化而變化?？梢哉f(shuō)是為了對(duì)于一個(gè)非線性結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性分析而需要的功能，比如對(duì)于懸索橋進(jìn)行特征值分析或者移動(dòng)荷載分析等。另外，在進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，如果要考慮自重等靜力荷載作用下的初始狀態(tài)時(shí)，需要將靜力荷載另行定義為一種時(shí)變荷載。利用這里的初始單元內(nèi)力功能，可以使構(gòu)件在進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)就處于相應(yīng)的初始狀態(tài)，而不需再將靜力荷載定義為時(shí)變荷載了。10）初始荷載控制數(shù)據(jù)-是否給單元添加初始荷載？非線性分析時(shí)，初始的幾何剛度（幾何剛度初始荷載）的影響將反映到內(nèi)力中去，因此不需要給單元添加初始荷載；線性分析時(shí)，使用“初始單元內(nèi)力”計(jì)算的幾何剛度只對(duì)剛度有影響，并不會(huì)反映到內(nèi)力中去。若要將其考慮為內(nèi)力，需給

19、單元添加初始荷載。11）如何得到施工階段過(guò)程中，各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)效應(yīng)？a） 建立成橋模型；b） 定義倒拆分析的施工階段；c） 在施工階段分析控制對(duì)話框中勾選考慮構(gòu)件平衡內(nèi)力”后進(jìn)行倒拆分析。12）懸索橋施工過(guò)程中的鞍座頂推如何模擬？a）模擬起來(lái)不是很方便。需使用程序提供的彈性連接、剛性連接等功能來(lái)模擬。13）對(duì)于懸索橋如何考慮溫度作用？a） 可以把溫度作用同樣作為一個(gè)施工階段加在最后一個(gè)階段上。但對(duì)升溫和降溫需建立不同的模型進(jìn)行分析后分別查看結(jié)果。此時(shí)對(duì)于溫度進(jìn)行的是非線性分析，有可能出現(xiàn)不容易收斂的情況。b） 也可將溫度作用定義為一般的荷載工況（不是施工階段荷載工況）。這樣程序在進(jìn)行完施工階段分

20、析后，會(huì)利用幾何剛度初始荷載形成結(jié)構(gòu)的幾何剛度，并對(duì)這種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度作用的分析。此時(shí)對(duì)于索單元是將其轉(zhuǎn)換為等效桁架單元來(lái)計(jì)算的。14）如何得到恒載作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)以及恒載+活載（或動(dòng)力荷載）的組合效應(yīng)？有兩種方法：可以定義一個(gè)空的荷載工況，將初始內(nèi)力添加到該荷載工況中。進(jìn)行完移動(dòng)荷載分析（動(dòng)力分析）后，將該荷載工況與移動(dòng)荷載工況進(jìn)行組合。另一種方法是定義施工階段的方法，步驟如下：a） 將通過(guò)建模助手得到的成橋模型只定義一個(gè)施工階段（即成橋階段），選擇施工階段分析控制的非線性分析并勾選考慮平衡內(nèi)力。（此時(shí)幾何剛度初始荷載不發(fā)生作用，是為了保存成橋狀態(tài)的構(gòu)件內(nèi)力，以便與活載計(jì)算結(jié)果組合）b） 輸入“小位移/初始單元內(nèi)力”，定義移動(dòng)荷載后進(jìn)行分析。（因?yàn)槭鞘┕るA段非線性分析的獨(dú)立模型，對(duì)于PostCS狀態(tài)進(jìn)行靜力分析時(shí)，不是利用最后階段的內(nèi)力計(jì)算幾何剛度。因此需另行輸入初始單元內(nèi)力，以用來(lái)計(jì)算PostCS狀態(tài)的幾何剛度。）c） 分