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-可编辑修改-目录概要 1桥梁基本数据 / 2荷载 / 2设定建模环境 / 3定义材料和截面的特性值 / 4成桥阶段分析 5结构建模 / 7生成二维模型 / 8建立索塔模型 / 10建立三维模型 / 13建立主梁横向系梁 / 15建立索塔横梁 / 17生成索塔上的主梁支座 / 19生成桥墩上的主梁支座 / 23输入边界条件 / 25计算拉索初拉力 / 28输入荷载条件 / 29输入荷载 / 30运行结构分析 / 34建立荷载组合 / 34计算未知荷载系数 / 35查看成桥阶段分析结果 39查看变形形状 / 39施工阶段分析 40。
施工阶段分类 / 41逆施工阶段分类 / 42逆施工阶段分析 / 43输入拉索初拉力 / 45定义施工阶段 / 49定义结构群 / 50指定边界群 / 53指定荷载群 / 56建立施工阶段 / 59输入施工阶段分析数据 / 61运行结构分析 / 61查看施工阶段分析结果 62查看变形形状 / 62查看弯矩 / 63查看轴力 / 64施工阶段分析变化图形 / 65-可编辑修改-。
概要斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。
在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。
为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。
在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。
目录概要1桥梁基本数据/ 2荷载/ 2设定建模环境/ 3定义材料和截面的特性值/ 4成桥阶段分析6结构建模/ 7生成二维模型/ 8建立索塔模型/ 10建立三维模型/ 13建立主梁横向系梁/ 15建立索塔横梁/ 17生成索塔上的主梁支座/ 19生成桥墩上的主梁支座/ 23输入边界条件/ 25计算拉索初拉力/ 28输入荷载条件/ 29输入荷载/ 30运行结构分析/ 33建立荷载组合/ 34计算未知荷载系数/ 35查看成桥阶段分析结果39查看变形形状/ 39施工阶段分析40施工阶段分类/ 41逆施工阶段分类/ 42逆施工阶段分析/ 42输入拉索初拉力/ 45定义施工阶段/ 49定义结构群/ 50指定边界群/ 53指定荷载群/ 56建立施工阶段/ 59输入施工阶段分析数据/ 61运行结构分析/ 61查看施工阶段分析结果62查看变形形状/ 62查看弯矩/ 63查看轴力/ 64施工阶段分析变化图形/ 65概要斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。
在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。
为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。
在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。
图1 斜拉桥分析模型桥梁基本数据为了说明斜拉桥分析的步骤，本例题桥梁采用了比较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所不同。
基于Midas对矮塔斜拉桥的有限元建模分析【摘要】矮塔斜拉桥之所以被广泛应用、快速发展源于其合理的结构体系，结构受力清晰、明确，具有经济、美观、施工方便、适用跨径灵活多变等优点。
本文以某市矮塔斜拉桥为案例进行有限元建模分析，通过这个过程去了解斜拉桥的施工方法和流程，为今后类似桥梁工程设计施工提供借鉴。
1、某市矮塔斜拉桥主要情况该桥位于某市高速公路，桥梁结构形式采用双塔三跨预应力混凝土单索面，设计荷载为公路-I级，桥面横坡为双向2.0%，主桥宽度25.50米[2*10.72（行车道）+3.00米（中间带）+2*0.5（防撞栏）]，5cm沥青砼磨耗层+ 10cm厚的水泥砼桥面铺装。
2、桥跨布置2.1主梁尺寸：跨径组合为100m+180m+100m，即边跨跨径100m，主跨跨径180m，塔根部无索区长度34m，与主跨径比值为0.188，跨中无索区长度48m，与主跨径比值为0.267，边跨无索区长度取34m，与边跨跨径比值为0.34。
2.2索塔尺寸：截面采用矩形，横桥向为2.2m，纵桥向由有索区段4.5m渐变为塔底的8.0m，塔高26m。
2.3斜拉索布置：采用单索面双排索布置，取梁上索距为4m，塔上索距为1.2m。
全桥共36对斜拉索，编号从索塔根部至跨中（从里到外）分别为C1～C9，拉索倾角为19.21～21.51°。
3、主要结构设计施工要点3.1、主梁：主梁采用变高度单箱三室截面，斜腹板，顶板宽25.5m，顶板悬臂长度4.00m。
3.2、顶板厚度：顶板厚度为30cm，悬臂板端部厚30cm，根部板厚40cm。
3.3底板厚度：底板板厚由跨中40cm变厚至支点处140cm，边腹板厚为60cm，中腹板板厚为50cm。
3.4、腹板厚度：边腹板厚为60cm，中腹板板厚为50cm。
3.5、中室和边室横隔板厚度分别为30cm和30cm。
端横梁的厚度150cm。
3.6、主梁节段划分：主梁零号块长度为10m，悬臂施工标准节段长度分为3.5m、3、3.2、2.5和19×4.00m几种，全桥共设3个合龙段，其长度为2.00和1.6米，悬臂施工的节段最大重量为4500kN，边跨现浇段长度8m。
概要1桥梁基本数据2荷载2设定建模环境2定义材料和截面特性值2成桥阶段分析3建立模型3建立加劲梁模型4建立主塔4建立拉索5建立主塔支座5输入边界条件6索初拉力计算6定义荷载工况8输入荷载8运行结构分析10建立荷载组合10计算未知荷载系数10查看成桥阶段分析结果12查看变形形状12正装施工阶段分析13正装施工阶段分析15正装施工阶段分析15正装分析模型16定义施工阶段16定义结构组17定义边界组20定义荷载组22定义施工阶段24施工阶段分析控制数据25运行结构分析26查看施工阶段分析结果26查看变形形状26查看弯矩26查看轴力27查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和内力值27成桥阶段分析和正装分析结果比较27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 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 桥梁高度 主塔下部 : 20m ，主塔上部 : 40m 图 2. 立面图 荷载 分 类 荷载类型 荷载值 自重 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 索初拉力 挂篮荷载 节点荷载 80 tonf 支座强制位移 强制位移 10 cm 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“cable stayed”为名保存文件，开始建立模型。
目录概要 1桥梁基本数据 2荷载 2设定建模环境 3定义材料和截面特性值 4成桥阶段分析 6建立模型 7建立加劲梁模型 8建立主塔 9建立拉索 11建立主塔支座 12输入边界条件 13索初拉力计算 14定义荷载工况 18输入荷载 19运行结构分析 24建立荷载组合 24计算未知荷载系数 25查看成桥阶段分析结果 29查看变形形状 29正装施工阶段分析 30正装施工阶段分析 34正装施工阶段分析 34正装分析模型 36定义施工阶段 38定义结构组 41定义边界组 48定义荷载组 53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 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 桥梁高度 主塔下部 : 20m ，主塔上部 : 40m图 2. 立面图荷载使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力。
目录概要 1桥梁基本数据 2荷载 2设定建模环境 3定义材料和截面特性值 4成桥阶段分析 6建立模型 7建立加劲梁模型 8建立主塔 9建立拉索 11建立主塔支座 12输入边界条件 13索初拉力计算 14定义荷载工况 18输入荷载 19运行结构分析 24建立荷载组合 24计算未知荷载系数 25查看成桥阶段分析结果 29查看变形形状 29正装施工阶段分析 30正装施工阶段分析 34正装施工阶段分析 34正装分析模型 36定义施工阶段 38定义结构组 41定义边界组 48定义荷载组 53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 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 桥梁高度 主塔下部 : 20m ，主塔上部 : 40m图 2. 立面图荷载分 类荷载类型 荷载值 自重自重 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索初拉力挂篮荷载 节点荷载 80 tonf 支座强制位移 强制位移10 cm使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力。
索主塔主梁索40m110m40m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“cable stayed”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(cable stayed)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/m 2) 泊松比 容重 (tonf/m 3) 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 2.1×107 0.3 7.85 4拉索1.57×1070.37.85图 4. 定义材料特性值定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。
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。
号 项目 截面形状 面积(m 2) Ixx (m 4) Iyy (m 4) Izz (m 4) 1 加劲梁 实腹长方形 0.8 15.0 1.0 15.0 2 主塔下部 实腹长方形 50.0 1000.0 500.0 500.0 3 主塔上部 实腹长方形 0.3 5.0 5.0 5.0 4拉索实腹圆形0.0050.00.00.0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>1 : 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。
模型 / 节点 / 建立节点坐标(-55 , 0, -20 )复制>复制次数(1) ; 距离(110, 0, 0)↵模型 / 单元 / 扩展单元窗口选择 (节点 : 图8的①；节点22，23)生成类型>节点 线单元单元属性>单元类型>梁单元材料>2 : 主塔下部; 截面>2 : 主塔下部生成类型>复制和移动复制和移动>任意间距; 方向>z间距>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 ）。
模型 / 单元 /扩展单元窗口选择 (节点 : 图9的①；节点26，27) 扩展类型>节点 线单元 单元属性>单元类型>梁单元材料>3 : 主塔上部 ; 截面>3 : 主塔上部 生成类型>复制和移动复制和移动>任意间距 ; 方向>z 间距>15, 3@10图 9. 建立主塔上部①选择节点26, 27①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/建立单元单元类型>桁架单元材料>4: 拉索 ; 截面>4: 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使用弹性连接(Elastic Link )建立主塔上的支座。
支座的支承条件如下：SDx : 500000 tonf/m, SDy : 100000000 tonf/m, SDz : 1000 tonf/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) 2点 (27,17)图 11. 建立主塔支座①窗口放大输入剪切型弹性支座在弹性连接单元的位置。
调整弹性连接单元的布置方向。
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。
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。
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 / 一般支承窗口选择 (节点 : 图12的①；节点22, 23) 边界组名称 > 默认值选项 > 添加 ; 支承类型 > D-ALL , R-ALL ↵窗口选择 (节点 : 图12的②；节点1, 21) 边界组名称 > 默认值选项 > 添加 ; 支承类型 > Dy, Dz, Rx, Rz ↵图12. 输入边界条件①②①②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。
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。
对于斜拉桥分析，初始平衡状态分析非常重要,且初始平衡状态分析能够计算出变形前拉索长度、追踪拉索张力、加劲梁和主塔的预拱度、加劲梁的弯矩图等设计参数。
斜拉桥的特殊结构体系决定了主塔和加劲梁上将产生很大的轴力，这些轴力和拉索的张力决定结构的变形形状。
