midas斜拉桥建模Word文档格式.docx
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定义施工阶段59
施工阶段分析控制数据64
运行结构分析65
查看施工阶段分析结果66
查看变形形状66
查看弯矩67
查看轴力68
查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和内力值69
成桥阶段分析和正装分析结果比较70
概要
斜拉桥是塔、拉索和加劲梁三种基本结构组成的缆索承重结构体系，桥形美观，且根据所选的索塔形式以及拉索的布置能够形成多种多样的结构形式，容易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
为了决定安装拉索时的控制张拉力，首先要决定在成桥阶段恒载作用下的初始平衡状态，然后再按施工顺序进行施工阶段分析。
一般进行斜拉桥分析时首先通过倒拆分析计算初张拉力，然后进行正装施工阶段分析。
在本例题将介绍建立斜拉桥模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析方法、采用未闭合配合力功能只利用成桥阶段分析张力进行正装分析的方法。
本例题中的桥梁模型为三跨连续斜拉桥（如图1），主跨110m、边跨跨经为40m。
图1.斜拉桥分析模型
桥梁基本数据
为了说明斜拉桥分析步骤，本例题采用了较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所差异。
本例题桥梁的基本数据如下。
桥梁形式
三跨连续斜拉桥
桥梁跨经
40.0m+110.0m+40.0m=190.0m
桥梁高度
主塔下部:
20m，主塔上部:
40m
40m
图2.立面图
荷载
分类
荷载类型
荷载值
使用MIDAS/Civil软件内含的优化法则计算出索初拉力。
自重
程序内部自动计算
索初拉力
初拉力荷载
满足成桥阶段初始平衡状态的
挂篮荷载
节点荷载
80tonf
支座强制位移
强制位移
10cm
设定建模环境
为了做斜拉桥成桥阶段分析首先打开新项目“cablestayed”为名保存文件，开始建立模型。
单位体系设置为“m”和“tonf”。
该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意更换。
文件/新项目
文件/保存（cablestayed）
工具/单位体系
长度＞m；
力＞tonf
图3.设定建模环境及单位体系
定义材料和截面特性值
输入加劲梁、主塔下部、主塔上部、拉索的材料特性值。
在材料和截面对话框中选择材料表单点击按钮。
模型/材料和截面特性/材料
名称（加劲梁）
设计类型>
用户定义
定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。
弹性模量（2.1e7）;
泊松比（0.3）
容重（7.85）
按上述方法参照表1输入主塔下部、主塔上部、拉索的材料特性值。
表1.材料特性值
号
项目
弹性模量
（tonf/m2）
泊松比
容重
（tonf/m3）
1
加劲梁
2.1×
107
0.3
7.85
2
主塔下部
2.5×
106
0.17
2.5
3
主塔上部
4
拉索
1.57×
图4.定义材料特性值
输入加劲梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。
在材料和截面特性对话框的截面表单选择按钮。
模型/材料和截面特性/截面
数值表单
截面号
（1）;
名称（加劲梁）
截面形状>
实腹长方形截面
截面特性值>
面积（0.8）
按上述方法参照表2输入加劲梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。
表2.截面特性值
截面形状
面积
（m2）
Ixx
（m4）
Iyy
Izz
实腹长方形
0.8
15.0
1.0
50.0
1000.0
500.0
5.0
实腹圆形
0.005
0.0
图5.定义截面特性值对话框
成桥阶段分析
建立好成桥阶段模型后计算自重和二期荷载引起的索初拉力。
然后利用拉索初拉力进行成桥阶段初始平衡状态分析。
首先建立斜拉桥的成桥阶段二维模型，利用包含索力优化功能的未知荷载系数功能计算拉索初拉力。
斜拉桥成桥阶段模型参见图6。
图6.斜拉桥成桥阶段模型
建立模型
首先建立成桥阶段分析模型，待成桥阶段分析结束后另存为其它名称做施工阶段分析。
建立斜拉桥成桥阶段模型的详细步骤如下。
1.建立加劲梁模型
2.建立主塔模型
3.建立拉索模型
4.生成主塔上的支座
5.输入边界条件
6.拉索初拉力计算：
利用未知荷载系数功能
7.输入荷载工况以及荷载
8.运行结构分析
9.计算位置荷载系数
建立加劲梁模型
首先用建立节点功能建立节点后使用扩展单元功能生成9@10+2@5+9@10m的梁单元模型。
正面,捕捉节点（开）,捕捉点栅格（开）
自动对齐（开）,节点号（开）
模型/节点/建立节点
坐标（-95,0,0）
模型/单元/扩展单元
全选
扩展类型>
节点线单元
单元属性>
单元类型>
梁单元
材料>
1:
加劲梁;
截面>
加劲梁
生成类型>
复制和移动
复制和移动>
任意间距;
方向>
x
间距>
9@10,2@5,9@10
图7.建立加劲梁单元
建立主塔
在主塔下部利用建立节点功能建立节点后，利用扩展功能建立10m＋5m的主塔下部梁单元。
坐标（-55,0,-20）
复制>
复制次数
（1）;
距离（110,0,0）
窗口选择（节点:
图8的①；
节点22，23）
节点线单元
2:
主塔下部;
主塔下部
z
10,5
①
选择节点22,23선택
图8.建立主塔下部
选择节点后利用扩展功能建立加劲梁上部梁单元（10m+5m+3@10m）。
图9的①；
节点26，27）
3:
主塔上部;
主塔上部
15,3@10
选择节点26,27
图9.建立主塔上部
建立拉索
利用建立单元功能建立拉索单元。
显示
单元>
单元坐标轴（开）
模型/单元/建立单元
桁架单元
4:
拉索;
拉索;
Beta角（0）
节点连接（34,1）
节点连接（34,3）
节点连接（34,7）
节点连接（34,9）
节点连接（35,13）
节点连接（35,15）
节点连接（35,19）
节点连接（35,21）
图10.建立拉索
建立主塔支座
弹性连接单元是把两个节点按用户所需要的刚度连接而形成的有限计算单元。
弹性连接单元由3个轴向刚度值和3个旋转刚度组成，6个自由度按弹性连接单元的单元坐标系输入。
使用弹性连接（ElasticLink）建立主塔上的支座。
支座的支承条件如下：
SDx:
500000tonf/m,SDy:
100000000tonf/m,SDz:
1000tonf/m
模型/边界条件/弹性连接
窗口缩放（图21的①）
选项>
添加;
连接类型>
一般类型
弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所施加的力，旋转刚度输入单位转角所施加的弯矩值。
SDx（tonf/m）（500000）;
SDy（tonf/m）（100000000）;
SDz（tonf/m）（1000）
剪切型弹性支承位置（开）
到端点I的距离比:
SDy
（1）;
SDz
（1）
Beta角>
（0）
2点（26,5）
输入剪切型弹性支座在弹性连接单元的位置。
2点（27,17）
调整弹性连接单元的布置方向。
窗口放大
图11.建立主塔支座
输入边界条件
分析模型的边界条件如下。
主塔下端:
固定端（Dx,Dy,Dz,Rx,Ry,Rz）
桥台下端:
铰支座（Dy,Dz,Rx,Rz）
输入主塔和桥台处边界条件。
自动对齐
模型/边界条件/一般支承
图12的①；
节点22,23）
边界组名称>
默认值
添加;
支承类型>
D-ALL,R-ALL
图12的②；
节点1,21）
Dy,Dz,Rx,Rz
④
③
②
图12.输入边界条件
索初拉力计算
为了改善斜拉桥成桥阶段的加劲梁、主塔、拉索、支座的受力状态，给拉索施加初拉力荷载，使之与恒荷载平衡。
斜拉桥是多次超静定结构体系，所以计算拉索初拉力需要多次的反复计算。
另外，对于每跟拉索的张力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以选择不同的拉索初拉力。
MIDAS/Civil的未知荷载系数功能使用了索力优化法则，可以计算出特定约束条件的最佳荷载系数，在计算斜拉桥拉索初拉力非常有效。
使用未知荷载系数功能计算斜拉桥拉索初拉力的计算步骤如表3。
步骤6.查看分析结果以及索初拉力
表3.拉索初拉力计算步骤流程图
初始平衡状态分析
为了使斜拉桥结构在恒载作用下拉索垂度、加劲梁纵段变形、拉索锚固点坐标、拉索张力、主塔坐标达到设计期望值，通过初始平衡状态分析计算初始节点坐标、拉索变形前长度、拉索初始张拉力。
斜拉桥设计时，最重要的是如何使加劲梁和主塔的弯曲内力达到最小状态。
通过初始平衡状态分析可以使恒载作用下成桥阶段变形形状接近于设计期望状态时，内力也会达到最小状态。
对于斜拉桥分
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