关于MIDAS/Civil悬索桥分析的一些功能说明
1）建模助手的功能
使用简化方法计算获得索的水平张力和主缆的初始形状，利用悬索单元的柔度矩阵重新进行迭代分析。当获得了所有主缆单元的无应力长之后，则构成由主缆和吊杆组成的索的体系，即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理。当将无应力索长赋予悬索单元时，将产生不平衡力引起结构变形，然后通过坐标的变化判断收敛与否，当不收敛时则更新坐标重新计算无应力索长直至收敛，建模助手分析结束。
2）悬索桥分析控制
以建模助手生成的主缆坐标、无应力索长、水平张力为基础进行悬索桥整体结构的初始平衡状态分析。
对于地锚式悬索桥，其通过建模助手建立的模型，若小范围地调整加劲梁，对索的无应力长度和主缆坐标影响不是很大，因此一般来说直接采用建模助手的结果即可，当需要做精密的分析时也可采用悬索桥分析控制功能进行第二阶段分析。
而自锚式悬索桥，由于其加劲梁受较大轴力的作用，加劲梁端部和索墩锚固位置会发生较大变化，即主缆体系将发生变化，所以从严格意义来说建模助手获得的索体系和无应力长与实际并不相符。因此必须对整体结构重新进行精密分析。其过程如下：
将主缆和吊杆的力按静力荷载加载到由索塔墩和加劲梁组成的杆系结构上，计算加劲梁和索塔墩的初始内力，并将其作用在整体结构上。通过反复计算直至收敛，获得整体结构的初始平衡状态。（参考技术资料《自锚式悬索桥的计算》）
3）对于初始荷载的说明
671版本开始，在“荷载/初始荷载”中，分为大位移和小位移两项，其内又分为几何刚度初始荷载、平衡单元节点内力、初始荷载控制数据、初始单元内力共4项内容。其作用分别如下：
大位移/平衡单元节点内力：
该功能只适用于施工阶段分析中选择非线性分析的独立模型，并且钩选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。
进行斜拉桥或悬索桥逆施工阶段分析时，通过计算由张拉力和恒载导致的成桥状态的节点力和构件内力，可以考虑在外力作用下，位移为0的状态。即，提前使结构存在与外力相平衡的内力，从而使结构不发生变形。小位移/初始单元内力
只适用于线性分析，其作用与几何刚度初始荷载相同。即通过形成几何刚度来影响结构的总体刚度，但其刚度并不随作用荷载的变化而变化。可以说是为了对于一个非线性结构进行线性分析而需要的功能，比如对于悬索桥进行特征值分析或者移动荷载分析等。
另外，在进行时程分析时，如果要考虑自重等静力荷载作用下的初始状态时，需要将静力荷载另行定小位移/初始荷载控制数据
生成初始荷载，或将输入的初始荷载添加给特定的荷载工况。大位移/几何刚度初始荷载：
描述当前荷载作用之前的结构的初始状态。可由悬索桥建模助手自动计算给出结构的初始平衡状态。义为一种时变荷载。利用这里的初始单元内力功能，可以使构件在进行时程分析时就处于相应的初始状态，而不需再将静力荷载定义为时变荷载了。
在结果表格中可以查看与各荷载工况向对应的平衡单元节点内力，用户若要考虑初始荷载，可以将其复制输入到前处理的初始荷载部分的表格中。
4）几何刚度初始荷载（671前版本）
静力线性分析：
会影响单元的几何刚度，但几何刚度并不根据荷载工况发生变化。若存在只受拉单元，因对应不同荷载工况会有不同的单元退出工作，故不能将结果进行算术迭加；静力非线性分析：
根据几何刚度初始荷载考虑结构的初始状态。根据不同荷载工况，几何刚度会发生变化，因此同样，不同荷载工况作用效应的算术迭加不成立；
施工阶段线性分析（考虑时间依存性）：
会影响单元的几何刚度，且几何刚度根据不同施工阶段荷载的作用，发生变化。但不考虑索单元节点坐标的变化（等效桁架单元）；施工阶段非线性分析（独立模型，不考虑平衡内力）：
大位移分析，即几何刚度根据不同施工阶段荷载的作用发生变化，且考虑索单元节点坐标变化引起的影响（索单元）；施工阶段非线性分析（独立模型，考虑平衡内力）：
几何刚度初始荷载不起作用，“初始荷载/平衡内力”发生作用；
施工阶段非线性分析（独立模型，考虑平衡内力，但未输入平衡内力，输入了几何刚度初始荷载）：
几何刚度初始荷载不起作用，对施加的荷载工况进行静力非线性分析。下个阶段中也一样，但前一阶段的荷载和本阶段的荷载相当于一同作用并对之进行分析；移动荷载分析：
程序会自动将索单元转换为等效桁架单元进行线性分析，其几何刚度将利用几何刚度初始荷载确定。
5）初始荷载控制数据－是否给单元添加初始荷载？
非线性分析时，几何刚度初始荷载的影响将反映到内力中去，因此不需要给单元添加初始荷载；
线性分析时，几何刚度初始荷载只对几何刚度有影响，并不会反映到内力中去。若要将其考虑为内力，需给单元添加初始荷载。
6）为什么利用建模助手得到成桥模型后，建立主梁模型，考虑自重后进行分析，模型发生位移且内力发生变化？
悬索桥建模助手中没有模拟主梁，是将主梁的自重等以节点荷载的形式赋予了结构。模拟主梁后，其刚度会对整个结构产生影响。
因此我们引入了平衡单元节点内力的方法。
7）如何得到恒载作用下的结构效应以及恒载+活载的组合效应？
a)将通过建模助手得到的成桥模型只定义一个施工阶段（即成桥阶段），选择施工阶段分析控制的非线性分析并钩选考虑平衡内力。(此时几何刚度初始荷载不发生作用,是为了保存成桥状态的构件内力，以便与活载计算结果组合)
b)输入几何刚度初始荷载，定义移动荷载后进行分析。(因为是施工阶段非线性分析的独立模型，对于PostCS状态进行静力分析时，不是利用最后阶段的内力计算几何刚度。因此需另行输入几何刚度初始荷载，以用来计算PostCS状态的几何刚度。)
c)分析前需把自重、二期恒载等的荷载类型（定义静力荷载工况时）定义为施工阶段荷载。
（对于移动荷载工况，程序会自动将索单元转换为等效桁架单元进行线性分析。但对于其它荷载工况，程序还是按索单元计算，因此有可能出现不收敛的情况。而且由于对于自重、二期恒载的效应已经包含在了成桥状态的内力中，因此将其设为施工阶段荷载，以便对于PostCS状态不再分析计算）
d)在PostCS定义一个CS:
合计的组合，再定义一个合计与移动荷载的组合。
8）如何得到施工阶段过程中，各构件的结构效应？
a)
b)
c)建立xx模型
定义倒拆分析的施工阶段
在施工阶段分析控制对话框中钩选“考虑构件平衡内力”后进行倒拆分析
9）对于悬索桥如何考虑温度作用？
a)可以把温度作用同样作为一个施工阶段加在最后一个阶段上。但对升温和降温需建立不同的模型进行分析后分别查看结果。此时对于温度进行的是非线性分析，有可能出现不容易收敛的情况。
b)也可将温度作用定义为一般的荷载工况（不是施工阶段荷载工况）。这样程序在进行完施工阶段分析后，会利用几何刚度初始荷载形成结构的几何刚度，并对这种状态的结构进行温度作用的分析。此时对于索单元是将其转换为等效桁架单元来计算的。
1. 连续梁分析概述 比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）下的反力、位移、 内力。 3跨连续两次超静定 3跨静定 3跨连续1次超静定 图 1.1 分析模型
?材料 钢材: Grade3 ?截面 数值 : 箱形截面 400×200×12 mm ?荷载 1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m 2. 温度荷载 : ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差) 设定基本环境 打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。单位体系设定为‘m’和‘tonf’。 文件/ 新文件 文件/ 存档(连续梁分析 ) 工具 / 单位体系 长度> m ; 力 > tonf 图 1.2 设定单位体系
设定结构类型为 X-Z 平面。 模型 / 结构类型 结构类型> X-Z 平面? 设定材料以及截面 材料选择钢材GB（S）（中国标准规格），定义截面。 模型 / 材料和截面特性 / 材料 名称( Grade3) 设计类型 > 钢材 规范> GB(S) ; 数据库> Grade3 ? 模型 / 材料和截面特性 / 截面 截面数据 截面号( 1 ) ; 截面形状 > 箱形截面; 用户：如图输入 ; 名称> 400×200×12 ? 选择“数据库”中的任 意材料，材料的基本特 性值（弹性模量、泊松 比、线膨胀系数、容 重）将自动输出。 图 1.3 定义材料图 1.4 定义截面建立节点和单元
为了生成连续梁单元，首先输入节点。 正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关) 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动对齐 模型 / 节点 / 建立节点 坐标 ( x, y, z ) ( 0, 0, 0 ) 图 1.5 建立节点 参照用户手册的“输 入单元时主要考虑事项”
北京迈达斯技术有限公司
目录 概要 (3) 设置操作环境........................................................................................................... 错误!未定义书签。定义材料和截面....................................................................................................... 错误!未定义书签。建立结构模型........................................................................................................... 错误!未定义书签。PSC截面钢筋输入 ................................................................................................... 错误!未定义书签。输入荷载 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。定义施工阶段. (60) 输入移动荷载数据................................................................................................... 错误!未定义书签。输入支座沉降........................................................................................................... 错误!未定义书签。运行结构分析 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。查看分析结果........................................................................................................... 错误!未定义书签。PSC设计................................................................................................................... 错误!未定义书签。
迈达斯技术
目录 概要 (3) 设置操作环境................................................................................................................ 错误!未定义书签。定义材料和截面............................................................................................................ 错误!未定义书签。建立结构模型................................................................................................................ 错误!未定义书签。PSC截面钢筋输入......................................................................................................... 错误!未定义书签。输入荷载 ........................................................................................................................ 错误!未定义书签。定义施工阶段. (62) 输入移动荷载数据........................................................................................................ 错误!未定义书签。输入支座沉降................................................................................................................ 错误!未定义书签。运行结构分析................................................................................................................ 错误!未定义书签。查看分析结果................................................................................................................ 错误!未定义书签。PSC设计 ......................................................................................................................... 错误!未定义书签。
栈桥分析 北京迈达斯技术有限公司
目 录 栈桥分析 (1) 1、工程概况 (1) 2、定义材料和截面 (2) 定义钢材的材料特性 (2) 定义截面 (2) 3、建模 (4) 建立第一片贝雷片 (4) 建立其余的贝雷片 (8) 建立支撑架 (9) 建立分配梁 (12) 4、添加边界 (17) 添加弹性连接 (17) 添加一般连接 (19) 释放梁端约束 (22) 5、输入荷载 (22)
添加荷载工况 (22) 6、输入移动荷载分析数据 (23) 定义横向联系梁组 (23) 定义移动荷载分析数据 (23) 输入车辆荷载 (24) 移动荷载分析控制 (26) 7、运行结构分析 (27) 8、查看结果 (27) 生成荷载组合 (27) 查看位移 (28) 查看轴力 (29) 利用结果表格查看应力 (30)
栈桥分析 1、工程概况 一座用贝雷片搭建的施工栈桥，跨径15m（5片贝雷片），支承条件为简支，桥面宽6米。设计荷载汽—20，验算荷载挂—50。贝雷片的横向布置为5×90cm，共6片主梁，在贝雷片主梁上布置I20a分配梁，位置作用于贝雷片上弦杆的每个节点处，间距约75cm。如下图所示： 贝雷片参数：材料16Mn；弦杆2I10a槽钢（C 100x48x5.3/8.5，间距8cm），腹杆I8(h=80mm,b=50mm, tf=4.5mm ,tw=6.5mm)。贝雷片的连接为销接。 图1 贝雷片计算图示（单位：mm） 支撑架参数：材料A3钢，截面L63X4。 分配横梁参数：材料A3钢，截面I20a，长度6m。
建模要点：贝雷片主梁用梁单元，销接释放绕梁端y-y轴的旋转自由度；支撑架用桁架单元；分配横梁用梁单元，与贝雷主梁的连接采用节点弹性连接（仅连接平动自由度，旋转自由度不连接）；车道布置一个车道，居中布置。 2、定义材料和截面 定义钢材的材料特性 模型 / 材料和截面特性 / 材料/添加 材料号：1 类型>钢材；规范：JTJ(S) 数据库>16Mn （适用） 材料号：2 类型>钢材；规范：JTJ(S) 数据库>A3 确认 定义截面 注：midas/Civil的截面库中含有丰富的型钢截面，同时还拥有强大的截面自定义功能。 模型 / 材料和截面特性 / 截面/添加 数据库/用户 截面号1； 名称：（弦杆） 截面类型：（双槽钢截面） 选择用户定义，数据库名称（GB-YB）； 截面名称：C 100x48x5.3/8.5 C：（80mm）点击适用
司
目录 概要......................................................... 设置操作环境 ................................................. 定义材料和截面 ............................................... 建立结构模型 ................................................. PSC截面钢筋输入 .............................................. 输入荷载 ..................................................... 定义施工阶段 ................................................. 输入移动荷载数据 ............................................. 输入支座沉降 ................................................. 运行结构分析 ................................................. 查看分析结果 ................................................. PSC设计......................................................
2. 桁架分析 概述 通过下面的例题，比较内部1次超静定桁架和内、外部1次超静定桁架两种结构在制作误 差产生的荷载和集中力作用时结构的效应。 页脚内容1
图2.1 分析模型 材料 钢材类型: Grade3 截面 数据: 箱形截面300×300×12 mm 荷载 1. 节点集中荷载: 50 tonf 2. 制作误差: 5 mm 预张力荷载(141.75 tonf) P = K = EA/L x = 2.1 x 107 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141.75 tonf 设定基本环境 打开新文件以‘桁架分析.mgb’为名存档。设定长度单位为‘m’, 力单位为‘tonf’。 文件/ 新文件 文件/ 保存( 桁架分析) 工具/ 单位体系 页脚内容2
长度> m; 力> tonf 图2.2 设定单位体系 页脚内容3
设定结构类型为X-Z 平面。 模型/ 结构类型 结构类型> X-Z 平面 定义材料以及截面 构成桁架结构的材料选择Grade3（中国标准），截面以用户定义的方式输入。 模型/ 特性/ 材料 设计类型> 钢材 规范> GB(S); 数据库> Grade3 模型/ 特性/ 截面 数据库/用户 截面号( 1 ); 形状> 箱形截面; 名称(300x300x12 ); 用户（如图2.4输入数据） 页脚内容4
图2.3 定义材料图2.4 定义截面 页脚内容5
页脚内容6建立节点和单元 首先建立形成下弦构件的节点。 正面 捕捉点 (关) 捕捉轴线 (关) 捕捉节点 (开) 捕捉单元(开) 自动对齐 (开) 模型 / 节点/ 建立节点 坐标系 (x , y, z ) ( 0, 0, 0 ) 图 2.5 建立节点
目录
前言
书的组成和使用方法 关于本书中使用的符号说明
桥梁设计技术例题
顶推法(ILM)桥梁的施工阶段分析 使用建模助手做悬臂法(FCM)桥梁的施工阶段分析 使用一般方法做悬臂法(FCM)桥梁的施工阶段分析 使用建模助手做移动支架法(MSS)桥梁的施工阶段分析 悬索桥成桥阶段分析以及施工阶段分析 斜拉桥成桥阶段分析以及施工阶段分析
施工阶段水化热分析
前 言
书的组成和使用方法
"高级应用例题"由七个实际设计例题组成. 在实际设计例题中将介绍PSC桥梁的各种施工工法,斜拉桥和悬索桥的分析与设计步 骤,基础混凝土的水化热分析步骤, MIDAS/Civil中土木结构专用的特殊功能的使用 方法等.另外还将介绍如何使用建模助手输入模型的基本数据和特性,从而自动定义 和生成模型数据和施工阶段的方法;并将详细介绍如何根据分析的类型和特性,来确 认分析结果的后处理功能(如悬臂法预拱度控制图表,各施工阶段分析结果图表,主梁 应力图表,预应力损失图表,确认水化热分析结果功能等).用悬臂法和顶推法施工的 桥梁,不仅介绍了用建模助手建模的方法,还介绍了使用一般功能建模的方法. 在实际设计例题中,提供了一些基本数据,用户建模时可以按照提供的数据和步骤输 入模型数据. 在MIDAS/Civil的安装盘里有本书中的例题演示动画文件.用户可以通过动画先了解一 下整个建模步骤,然后再按本书的例题顺序建模,这样可以更容易地掌握程序的使用 方法以及土木工程设计技术.
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高级应用例题
关于本书中使用的符号说明
在下面例题中,将使用一些简略表示方法说明前后处理的功能. 将使用的功能用主菜单和图标的形式表示,主菜单中没有的功能只用图标菜单表示. 模型 / 节点 /
建立节点
单元号
选择建立节点(倾斜字体). 点击单元号图标. 主菜单中查看菜单里的功能在本书中均只用图标表示.
显示
主菜单中下拉菜单里的上下级菜单用符号'/'表示. 模型 / 节点 /
移动和复制
选择功能弹出对话框后,对话框中各项目的输入及选项用符号'>'表示,最后 选用的功能用粗体字表示. 模型 / 节点 / 距离 > 等间距 选用等间距复制.
移动和复制
2
3. 拱结构分析概述 分析拱高度(H)和长度(L)之比(H:L)分别为1:4、1:5和1:7的拱结构，比较其产生的位移 和内力。 拱肋 吊杆 主梁 图 3.1 分析模型 材料 钢材类型 : 1: Grade3
截面 拱肋 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm 主梁 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm 吊杆 : 工字形截面500 × 200 × 10 /16 mm 荷载 均布荷载 : 10.0 tonf/m 设定基本环境 打开新文件，以‘拱.mgb’为名存档。设定长度单位为‘m’, 力的单位为‘tonf’。 文件 / 新文件 文件 / 保存(拱) 工具 / 单位体系 长度 > m ; 力 > tonf? 图 3.2 设定单位体系 设定结构类型为X-Z平面。 模型/ 结构类型 结构类型> X-Z 平面?
定义材料和截面 定义材料为Grade3，定义各个构件的截面。 吊杆选择数据库中的工字形截面。 模型 / 特性 / 材料 类型>钢材 规范>GB(S) ; 数据库>Grade3 ? 模型 / 特性 / 截面 截面数据 截面号 ( 1 ) ; 名称 ( 肋和梁 ) 截面形状>箱形截面 ; 用户 H ( 1 ) ; B ( 1 ) ; tw ( 0.02 ) ; tf1 ( 0.02 ) ? 截面号( 2 ) ; 截面形状 >工字形截面 ; 数据库>GB-YB 名称 > HN 500×200×10/16 ? 图 3.3 定义材料 图 3.4 定义截面 在截面名称栏里可以 直接输入截面名称或者选择数据库栏里的所需截面。 选择截面后会自动输 入截面的主要数据和刚度数据。点击 键可以查看刚度数 据。
连续梁逐跨现浇法有限元 分析
目录 第一章工程概况 (2) 1.1 桥梁基本概况 (2) 1.2 主要材料及参数 (2) 1.3 设计荷载取值 (2) 第二章 MIDAS建模 (4) 2.1 组的定义 (4) 2.2 施工阶段的定义 (5) 2.3 预应力布置 (6) 第三章结果分析 (10) 3.1 施工阶段结果分析 (10) 3.1.1 施工阶段法向压应力验算 (10) 3.1.2使用阶段正截面压应力验算 (11) 3.1.3 使用阶段正截面抗弯验算 (11) 3.2 成桥阶段结果分析 (11) 3.2.1成桥阶段的支座反力 (11) 3.2.2成桥后结构的竖向位移 (12) 3.2.3 成桥阶段结构的弯矩 (12) 3.2.4 成桥阶段的应力 (13)
第一章工程概况 1.1 桥梁基本概况 （1）桥梁跨径布置：4×30m=120m； （2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（人行道）+15.0m（机动车道）+ 2.5m（人行道）+0.25m（栏杆）=20.5m； （3）主梁高度：1.6m，支座处实体段为1.8m； （4）行车道数：双向四车道+2人行道； （5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，人行道向内1.5%； （6）施工方法：逐跨现浇法。 1.2 主要材料及参数 （1）混凝土选用C50混凝土，其力学指标见表1-1。 （2）预应力筋选用直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其力学指标见表1-2。 1.3 设计荷载取值 （1）恒载 m；二期恒载（人行道、护栏、主要包括材料重量，混凝土容重：25KN/3 桥面铺装等）合计：85KN/m； （2）活载： 车辆荷载：公路I级
1.连续梁分析 比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）下的反力、位移、 力。 讥闵丄 3跨连续1次超静定 ~T^ 5.0 m 图i.i 分析模型 概述 Model 1 3跨连续两次超静定 5.0 m 2.5 m 2.5 m 5.0 m 5.0 m (0= 1.0 torf / m d'TsSX
材料 钢材：Grade3 截面 数值：箱形截面400 X 200 X 12 mm 荷载 1. 均布荷载：1.0 tonf/m 2. 温度荷载：△ T = 5 C （上下面的温度差） 打开新文件，以’连续梁分析.mgb'为名存档。单位体系设定为’m 文件/新文件 文件/存档（连续梁分析） 工具/单位体系 长度＞ m ; 力＞ tonf 设定基本环境 图1.2 设定单位体系和'tonf
设定结构类型为X-Z平面 模型/结构类型 结构类型> X-Z平面 设定材料以及截面 材料选择钢材GB（ S）（中国标准规格），定义截面。 模型/材料和截面特性/ 材料 名称（Grade3） 设计类型> 钢材规> GB(S); 数据库> Grade3 模型/材料和截面特性/ 截面数据 截面号（1 ） 用户：如图输入截面 截面形状> 箱形截面名称> 400 X 200X 12 选择“数据库”中的任意材料，材 料的基本特性值（弹性模量、泊松 比、线膨胀系数、容重）将自动输 出。 建立节点和单元 图1.3 定义材料图1.4 定义截面
为了生成连续梁单元，首先输入节点 正面, 捕捉点（关）, 捕捉轴线 （关） 捕捉节点（开），捕捉单元（开），自动对齐 模型/节点/建立节点 图1.5 建立节点 坐标(x, y, z )(0, 0, 0 ) 张冷农* 也風 n 0 > 口丄二?■孚压 辛* *H型理件JU ?E 3 _J i士：B Ei | | TiasjrB^WSF'in. Gm ￥4.I J3 - IDC-.4SQ H rtr^STi F '.
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