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斜桥与弯桥分析北京迈达斯技术有限公司2007年8月目录1. 斜桥 (1)1.1 概述 (1)1.2 斜交桥梁的受力特点 (1)1.3 建模方法 (2)2. 弯桥 (3)2.1 概述 (3)2.2 弯桥的受力特点 (3)2.3 建模方法 (4)2.4 弯桥建模例题 (5)1. 斜桥1.1 概述桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做成斜交桥。
斜交桥受力性能较复杂，与正交桥有很大差别。
平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类结构桥型的应用。
1.2 斜交桥梁的受力特点a) 钝角角隅处出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘起；（图1.2.1）b) 出现很大的扭矩；（图1.2.2）c) 板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢。
（图1.2.3 ~ 图1.2.4）图1.2.1 斜交空心板桥支点反力图1.2.2 斜交空心板桥扭矩图图1.2.3 正、斜交板桥自重弯矩图（板单元）图1.2.4 正、斜交空心板桥自重弯矩图（梁格单元）这些效应的大小与斜交角度大小也有很大的关系，斜交角度越大，上述效应就越大。
一般来说斜交角度小于20度时，对于简支斜交桥的上述影响可以忽略。
如果斜交角度超过20度就必须考虑上述效应的影响。
设计人员还应根据实际情况，找出适当的处理方案。
1.3 建模方法对斜交桥梁多用梁格法建立模型。
可用斜交梁格或正交梁格来建模。
对于斜交角度小于20度时，使用斜交梁格是非常方便的。
但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递特性，建议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向配筋。
图1.3.1 斜交梁格与正交梁格2. 弯桥2.1 概述目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。
尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。
目前出现了很多小半径的曲线梁桥，特别是匝道桥梁更是如此。
此类桥梁具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。
2.2 弯桥的受力特点a) 弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多（图2.2.1）；图2.2.1 弯桥弯矩与扭矩b) 弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩（图2.2.2）；图2.2.2 横向弯矩c) 由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。
midas斜拉桥建模⽬录概要 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。
高墩多塔斜拉桥Midas全桥模型的建立：This article is based on the principles of finite element to establish the MIDAS full bridge model.Respectively, It is considered the simulation of the bridge components, such as main beam, cable, pylon, tower pier, and the boundary conditions of the simulation, including connection between the tower, pier and beam, connection between cable and tower beam, and the support analog. This paper is reference for modeling onCable-stayed bridge with high-pier & multi-pylons.Keywords：Cable-stayed bridge with high-pier &multi-pylons, Midas/Civil, Full bridge model1引言在全桥空间结构分析中, 建立有限元数值模型至关重要，在全桥空间模型的建立过程中, 主要考虑以下几个方面的原则[1]：1) 结构形状的要求；2) 材料特征变化的要求；3) 连接单元特征的要求；4) 桥面恒载, 汽车荷载作用模拟的要求；5) 计算精度的要求；6) 求解过程中不出现病态的要求；依据以上基本原则，应用大型有限元程序Midas/Civil所提供的前处理模块建立空间结构分析模型。
通过把各种单元类型组合起来, 形成统一的全桥分析模型。
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。
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。
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。
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1使⽤MIDASCivil做斜拉桥分析时的⼀些注意事项使⽤MIDAS/Civil做斜拉桥分析时的⼀些注意事项斜拉桥的设计过程与⼀般梁式桥的设计过程有所不同。
对于梁式桥梁结构，如果结构尺⼨、材料、⼆期恒载都确定之后，结构的恒载内⼒也随之基本确定，⽆法进⾏较⼤的调整。
对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的⽐例是⼗分重要的。
因此斜拉桥的设计⾸先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内⼒状态，其中起主要调整作⽤的就是斜拉索的张拉⼒。
确定斜拉索张拉⼒的⽅法主要有刚性⽀承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、⽆应⼒状态控制法、内⼒平衡法和影响矩阵法等，各种⽅法的原理和适⽤对象请参考刘⼠林等编著的公路桥梁设计丛书－《斜拉桥》。
MIDAS/Civil程序针对斜拉桥的张拉⼒确定、施⼯阶段分析、⾮线性分析等提供了多种解决⽅案，下⾯就⼀些功能的⽬的、适⽤对象和注意事项做⼀些说明。
1．未闭合⼒功能通常，在进⾏斜拉桥分析时，第⼀步是进⾏成桥状态分析，即建⽴成桥模型，考虑结构⾃重、⼆期恒载、斜拉索的初拉⼒（单位⼒），进⾏静⼒线性分析后，利⽤“未知荷载系数”的功能，根据影响矩阵求出满⾜所设定的约束条件（线形和内⼒状态）的初拉⼒系数。
此时斜拉索需采⽤桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的⾮线性效应可以看作不是很⼤，⽽且影响矩阵法的适⽤前提是荷载效应的线性叠加(荷载组合)成⽴。
第⼆步是利⽤算得的成桥状态的初拉⼒（不再是单位⼒），建⽴成桥模型并定义倒拆施⼯阶段，以求出在各施⼯阶段需要张拉的索⼒。
此时斜拉索采⽤只受拉索单元来模拟，在施⼯阶段分析控制对话框中选择“体内⼒”。
第三步是根据倒拆分析得到的各施⼯阶段拉索的内⼒，将其按初拉⼒输⼊建⽴正装施⼯阶段的模型并进⾏分析。
此时斜拉索仍需采⽤只受拉索单元来模拟，但在施⼯阶段分析控制对话框中选择“体外⼒”。
但是设计⼈员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果是不闭合的。
欧阳引擎（2021.01.01）目录概要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12正装施工阶段分析15正装施工阶段分析15正装分析模型15定义施工阶段16定义结构组17定义边界组19定义荷载组21定义施工阶段23施工阶段分析控制数据25运行结构分析25查看施工阶段分析结果25查看变形形状25查看弯矩26查看轴力26查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和内力值26成桥阶段分析和正装分析结果比较26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。
