MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析ppt课件

格式：ppt
大小：1.63 MB
文档页数：22

下载文档原格式

/ 22

midas_迈达斯05_斜拉桥考虑未闭合配合力正装分析

用MIDAS/Civil做斜拉桥正装分析1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能在斜拉桥设计中，可通过成桥阶段分析得到结构的一些必要数据、拉索的截面和张力等，除此之外斜拉桥还需要进行施工阶段分析。

根据施工方法的不同，斜拉桥的结构体系会发生显著的变化，施工中有可能产生比成桥阶段更不利的结果，所以斜拉桥的设计要做施工阶段分析。

按施工的顺序进行分析的方法叫施工阶段的正装分析(Forward Analysis)。

一般通过正装分析验算各个施工阶段的产生应力，检查施工方法的可行性，最终找出最佳的施工方法。

进行正装分析比较困难的是如何输入拉索的初始张拉力，为了得到初始张拉力值通常先进行倒拆分析，然后再利用求出的初始张拉力进行正装分析。

采用这种分析方法，工程师普遍会经历的困惑是：1) 在进行正装分析时可以看出正装和倒拆的张力不闭合。

2) 因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。

初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响。

但在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。

如上所述，结构体系的差异导致了初始平衡状态分析（成桥阶段分析）与正装分析的最终阶段的结果产生了差异。

产生上述张力不闭合的原因，大部分是因为工程师没有完全把握索的基本原理或没有适当的分析软件。

实际上是不应该产生内力不闭合的，其理由如下：1) 从理论上讲，在弹性范围内正装分析和倒拆分析在同一阶段的结果应该相同。

2) 如果在计算时考虑合拢段在合拢时的闭合力，就能够得出与初始平衡状态分析(成桥阶段分析)相同的结果。

从斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡状态（成桥阶段）为参考计算出索的无应力长，再根据结构体系的变化计算索的长度变化，从而得出索的各阶段张力。

midas Civil 拱桥专题—拱桥分析专题21页PPT

抗震
考虑施工阶段的未知荷载系数法本程序还可考虑施工阶段，计算未知荷载系数。利用此功能可直接计算出，
施工过程中每根拉索的拉索控制力。定义正装施工阶段模型。将每个施工阶段的拉索初拉力定义单位初拉力。（注：拉索过程必须单独定义施工阶段）运行分析后，通过未知荷载系数计算，求得符合约束条件的施工过程中的拉索控制力。
设计人员指定的范围(红线)
随拉索张力变化的结果(蓝线)
抗震
拉索的张力( 或者荷载系数 )可以利用输入窗口或柱状图进行微调来确定最优索力
影响值(绿线)
6
midas Civil 2010 抗震专题—08公路抗震规范设计专题
抗震
在影响矩阵中确认对单元影响最大的张力后，使用搜索功能，确定最优索力
第二步定义荷载工况
关键点：将不同的索力定义为不同的荷载工况，作为未知荷载来考虑。
第三步采用未知荷载系数法进行拱桥吊杆调索
关键点：定义成桥约束条件，求解最优的荷载组合系数（未知荷载系数）
STEP 7. 查看分析结果并最终确定初始索力
抗震
8
midas Civil 2010 抗震专题—08公路抗震规范设计专题
抗震
4.未闭合配合力功能
midas Civil能够在小位移分析中考虑假想位移，以无应力长为基础进行正装分析。这种通过无应力长与索长度的关系计算索初拉力的功能叫未闭合配合力功能。未闭合配合力具体包括两部分，一是因为施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力，二是为使安装合拢段时达到设计的成桥阶段状态合拢段上也会产生附加的内力。利用此功能可不必进行倒拆分析，只要进行正装分析就能得到最终理想的设计桥型和内力结果。

用MIDAS做悬索桥分析

图 5. 自锚式悬索桥加劲梁两端和主塔顶部的变形
图5为自锚式悬索桥的初始平衡状态。把主缆平衡状态分析计算的主缆反力作为外力施加在杆系单元上（输入初始内力）。
H
Va H
Vp
Wi
Vp
Wi
Wi 图 6. 初始平衡状态自锚式悬索桥分离图形
H
Va H
2. 地锚式悬索桥初始平衡状态分析例题
2.1 桥梁类型以及基本数据三跨连续的地锚式悬索桥，全跨116m（183＋750＋183），详细数据如图7所示。
在此 Ti 为节点i-1和节点i之间的主缆单元的张力， li 是主缆单元的长度， Tx 是主缆张力的
水平分量，主缆张力的水平分量在全跨相同。
在横桥向，即Y-Z平面上的力的平衡如图3所示。
图 3. Y-Z平面上的平衡
在Y-Z平面上的平衡方程如下:
Ti
zi − zi−1 li
−
Ti+1
zi+1 − li+1
X(m) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 595
Z(m)(上端) Z(m)(下端)
123.05119 39.065
114.876
39.605
107.17443 40.145
99.946484 40.682
51.697886 44.346
50.153364 44.463
49.082461 44.544
48.428605 44.589
48.35
44.6
吊杆长度 83.98619
75.271 67.02943 59.26448 51.99615 45.23844 38.99035 33.25187 28.02302 23.30378 19.09416 15.39417 12.20379 9.523027 7.351886 5.690364 4.538461 3.839605

桥梁工程课件-斜拉桥

寸应根据结构强度、刚度、稳定性计算的要求，并结合拉索在索塔上的锚固构造要求和桥梁美学上的要求来确定。
四、斜拉桥的支承
斜拉桥的支承体系包括主梁的支承和索塔的支承。支承的不同布置对斜拉桥的结构受力性能影响很大，在全桥的总体布置及构造设计中应予以充分考虑。斜拉桥的支承除应满足正常使用阶段的各种受力情况外，还应考虑其在环境条件较差时保持良好的工作性能，并在正常运行条件下需易于更换拉索或支座。
2. 零位移法
零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索交点的位移为零。对于采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。
应当指出的是，以上这两种方法用于确定主跨和边跨对称的单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边跨几乎对称的三跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎失去了作用。因为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去了索力优化的意义。
5. 内力平衡法
内力平衡法的基本原理是设计适当或合理的斜拉索初张力，以使结构各控制截面在恒载和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下冀缘的最大应力和材料容许应力之比。
内力平衡法假设斜拉索的初张力为未知数，各截面特性以及初张力以外的恒载内力和活载内力为已知数。
二、斜拉桥的平面分析
以全飘浮体系的斜拉桥为例，拆除过程一般由下列步骤组成： 1．移去二期恒载。 2．拆除中间合龙段。 3. 在桥塔和主梁交接处增加临时固结约束。 4．拆除斜拉索、主梁单元。 5．增加支架现浇梁段的临时支承。 6．拆除斜拉索、梁单元到桥塔为止。
4. 无应力状态控制法
无应力状态法分析的基本思路是：不计斜拉索的非线性和混凝土收缩徐变的影响，采用完全线性理论对斜拉桥解体，只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。应用这一原理，建立斜拉桥施工阶段和成桥状态的联系。

MIDAS悬索桥分析说明

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/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。

●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。

用MIDASCivil做悬索桥分析

平衡条件，在第i个节点位置的平衡方程式如下。
T1
d1 l1
=
T2
d2 l2
=
Λ
=
TN
dN lN
= Tx
Ti
di li
=
Ti+1
d i +1 li+1
( i = 1, 2, ..., N −1 ) ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅(a)
在此 Ti 为节点i-1和节点i之间的主缆单元的张力， li 是主缆单元的长度， Tx 是主缆张力的
主跨 9.680tonf/m 4.5tonf/EA 0.8528tonf/m 0.0132tonf/m
边跨 9.680tonf/m 4.5tonf/EA 1.2625tonf/m 0.0132tonf/m
将附属构件的荷载换算成集中荷载，加在吊杆下端节点上。主缆和吊杆的自重需要通过反复迭代计算才能确定（因为只有确定了主缆坐标位置才能确定重量）。
Lo = Lo + dLo
图 4. 通过已知条件Tx 表现弹性悬链线单元的静力平衡状态
1
资料参考：百科网详细出处参考：/
悬索桥成桥阶段和施工阶段分析
+
Lo )
计算 l'x (Lo ), l'y (Lo ), l'z (Lo )
计算{ds} = {dlx , dl y , dlz }T dlx = lx − l'x (Lo ), dly = l y − l' y (Lo ), dlz = lz − l'z (Lo )

midasCivil斜拉桥专题—斜拉桥设计思路专题演示文稿

二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下，拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才
和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许
应力之比。 6)影响矩阵法以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的，而且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满意的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的影响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近
的斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
Hale Waihona Puke 三、 midas Civil中的斜拉桥功能
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。但对于斜拉桥，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。
一、斜拉桥概述
斜拉桥的上部结构是由梁、索、塔三个主要部分组成，它是一种桥面体系以加劲梁受压(密索)或受弯(稀索)为主，支承体系以斜索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
1956年，瑞典建成的Stroemsund 桥拉开了现代斜拉桥建设的序幕。随后斜拉桥建设如雨后春笋般蓬勃发展，其跨径已经进入以前悬索桥适用的特大跨径范围。

MIADS软件培训课件(2007年8月)

内容提要（续）
09桥梁移动荷载动力时程分析 10联合截面施工阶段分析方法 11拱桥屈曲问题 12钢管砼组合截面 13截面特征计算器 14纤维模型非线性时程分析 15PUSHOVER分析 16悬索桥 17斜拉桥 18分析结果的评判
Midas软件用户菜单系统
桥梁结构分析典型步骤－1
以“预应力混凝土连续T梁的分析与设计”为例
18分析结果的评判
问题 1：分析结果中位移特别大，分析无法继续运行：分析结果中位移特别大，可能原因：可能原因： a.约束不够，可在分析信息中查看是否有奇异警告信息。约束不够，约束不够可在分析信息中查看是否有奇异警告信息。 b.非线性分析时没有收敛，可在分析信息中查看收敛误差非线性分析时没有收敛，非线性分析时没有收敛是否满足要求。是否满足要求。 c.截面惯性矩输入错了截面惯性矩输入错了(Iyy和 Izz 反了，或没有输入。反了，或没有输入)。截面惯性矩输入错了和弹性模量输错了。弹性模量输错了。建议 a.对一定范围内节点施加弱约束对一定范围内节点施加弱约束 b.通过模态分析找到刚度很小的自由度通过模态分析找到刚度很小的自由度
• 结果验证 • 验证分析的结果，在任何有限元分析中无疑是最为重要验证分析的结果，的步骤. 的步骤 • 在开始任何分析以前，应该至少对分析的结果有粗略的在开始任何分析以前，估计（来自经验、试验、标准考题等）估计（来自经验、试验、标准考题等）. • 如果结果与预期的不一样，应该研究差别的原因. 如果结果与预期的不一样，应该研究差别的原因
18分析结果的评判
调试一个可疑的分析结果
千万不要忽略您没有理解的细节 ! —— 记住，如果您记住，
对某些地方不能理解，很有可能有以下两种情况发生对某些地方不能理解，很有可能有以下两种情况发生.

Midas做斜拉桥成桥阶段分析

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
7
高级应用例题
生成二维模型
在MIDAS/CIVIL提供的斜拉桥建模助手中输入结构的一些基本数据，程序将自动生成斜拉桥的二维模型。
在斜拉桥建模助手中输入下面数据。
只要在斜拉桥建模助手中输入拉索、主梁、索塔的材料和截面特性值以及基本布置，程序将自动生成斜拉桥二维模型。
将拉索和吊杆的单元类型选择为桁架单元时，拉索和吊杆将按桁架单元单元计算；选择为只受拉单元(索单元)时，线性分析时拉索按等效桁架单元计算，非线性分析时拉索按弹性悬索单元计算。
Izz (m4) 0.0 4.7620 8.1230 0.1331 7.9920
图6 定义截面特性对话框 5
高级应用例题
成桥阶段分析
本例题在建立了成桥阶段模型后将计算因自重和二期恒载引起的拉索初拉力。然后利用拉索的初拉力做成桥阶段初始平衡状态分析。
首先使用MIDAS/CIVIL提供的斜拉桥建模助手功能生成二维斜拉桥模型，然后利用二维模型通过复制等手段建立三维斜拉桥模型。
使用包含有优化法则的未知荷载系数功能可以很方便地求出成桥阶段的拉索初拉力。

midas斜拉桥建模

图 3. 设定建模环境及单位体系精彩文档
实用标准文案
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。
定义多种材料时，
使用
按钮会更
方便一些。
模型 / 材料和截面特性 / 名称 (加劲梁) 设计类型 > 用户定义弹性模量 (2.1e7) ; 容重 (7.85)
索
主塔
主塔
40m
使用MIDAS/Civil
软件内含的优化法则计算出索初拉力。
荷载
分类自重
索初拉力挂篮荷载支座强制位移
主梁 110m
图 2. 立面图
主梁 40m
荷载类型自重
初拉力荷载
节点桥阶段初始平衡状态的
索初拉力 80 tonf 10 cm
精彩文档
指定受力状态的索力优化 (Traditional "Zero Displacement" Method)
目前一般的斜拉桥都会使用多拉索结构，所以拉索的横向分力对加劲梁的弯曲内力的影响可忽略不计。可以假设加劲梁弯曲内力由斜拉索竖向分力和加劲梁恒载作用下产生。此方法为使拉索的锚固点的竖向位移接近“0”的方法，如果设计纵段线形比较完美时，加劲梁的弯矩分布与恒载作用下的刚性支承连续梁的状态比较接近。
实用标准文案
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 / 文件 /
新项目保存 (cable stayed)

斜拉桥PPT课件

2.永久防护：从拉索钢材下料到桥梁建成长期使用期间，应做永久防护。目前一般采用PE套管法，即采用碳黑聚乙烯在塑料挤出机中旋转挤
包于拉索上而形成的热挤索套防护拉索方法。
四.斜拉索
PE套管法的优点： 1.在设计寿命期限内能抗循环应力引起的疲劳。 2.在聚乙烯树脂中加碳黑能有效抵抗紫外线的侵蚀。 3.与灌浆材料和钢材无化学反应。 4.在运输、装卸、制造、安装和灌注时能抗损坏。 5.能防止水、空气和其他腐蚀物质的入侵。
第1节段就位
二.索塔
钢塔柱间连接与定位
钢塔柱节段吊装
三.主梁
二、主梁的施工
主梁的施工可采用顶推法、平转法、支架法、悬臂法等进行施工。
在考虑施工方法时，必须充分利用斜拉桥结构本身的特点，在施工阶段就充分发挥斜拉索的作用，尽量减轻施工荷载，使结构在施工阶段和运营阶段的受力状态基本一致。
三.主梁
三.主梁
苏通大桥钢箱梁
三.主梁
施苏工通
大桥钢箱梁
三.主梁
武汉白沙州大桥主桥钢箱梁拼装
四.斜拉索
一、拉索种类与构造
每一根拉索都包括钢索和锚具两大部分。钢索承受拉力，设置在钢索两端的锚具用来传递拉力。钢索作为斜拉索的主体主要有如下几种形式。
三.主梁
云阳汤溪河桥位于四川省云阳县，是我国第一座试验性斜拉桥。边跨采用支架现浇施工。
三.主梁
三.主梁
悬臂法：一般是先在塔柱区，现浇一段放置起吊设备的起始梁段。然后用起吊设备从塔柱两侧对称安装节段，使悬臂不断伸长直至合拢。
南京二桥悬臂法

midas斜拉桥建模.pptx

2
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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
3
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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。
定义多种材料时，
使用按钮会更方便一些。
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)
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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。
桥梁形式桥梁跨经桥梁高度
三跨连续斜拉桥 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 主塔下部 : 20m，主塔上部 : 40m
表 2. 截面特性值
号
项目
1
加劲梁
2
主塔下部
3
主塔上部
4
拉索
截面形状
实腹长方形实腹长方形实腹长方形
实腹圆形
面积 (m2)
0.8 50.0 0.3 0.005
Ixx (m4)
15.0 1000.0

《斜拉桥与悬索桥》PPT课件

15
§4.1.4 拉索布置
一、索面位置
（1）双索面平行双索面：作用在桥梁上的扭矩可由拉索轴力来抵抗，
主梁可采用抗扭刚度较小的截面斜向双索面：两个索平面的上端均向内侧倾斜。（对桥
面梁体抵抗风力扭振特别有利）（2）单索面（拉索对抗扭不起作用，主梁采用抗扭刚度
较大的截面）设置在桥梁纵轴线上。
16
由力学知识可知：在截面相同的情况下，塔的抗水平位移
刚度与塔高的三次方成反比，因而塔高降低则塔身刚度迅速提高，但塔高降低后拉索的水平倾角也将减小，拉索对主梁的支撑作用减弱，而水平压力增大，这相当于拉索对主梁施加了一个较大的体外预应力。矮塔部分斜拉桥由于拉索不能提供足够的支撑刚度，故要求主梁的刚度较大。
18
（3）扇形（用的较多）外形与受力特点介于以上两者之间，应用最为广泛。（4）星式斜索下端合并锚于边跨梁端与桥台上，可减小跨中挠度，但斜索倾角最小，采用较少。
19
索面形状
第五章其它体系桥梁
20
三、索距的布置（1）稀索
对钢梁间距约30～60m 对混凝土梁间距约15～30m （2）密索间距约5～15m 优点：索间距小，可使主梁弯矩减小目前斜拉桥大多采用密索布置。
具有以下特点（1）塔较矮，（2）梁的无索区较长，没有端锚索，（3）边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5，（4）梁高较大，高跨比为1/30～1/40，甚至做成高度梁，（5）拉索对竖向恒活载的分担率小于30%，受力以梁为主，索为辅，（6）由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的应力变幅较小，可按体外预应力索设计。
21
稀索和密索
(a) 稀索
（b）密索
22
§4.1.5 主要结构体系

midasCivil斜拉桥分析共33页

5)内力平衡法内力平衡法的基本原理是：设计适当或合理的斜拉索初张力，以使结构各控制截面在恒载
和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许应力之比。
6)影响矩阵法
以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的，而且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满意的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的影响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近的斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
3
midas Civil 2010 斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下，拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。
在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才可以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支承的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析（midas Civil中采用体外力来进行模拟）。
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》。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1
目录
1. 悬索桥分析
① 基本操作步骤 ② 索单元简介 ③ 索单元初始刚度 ④ 初始平衡状态 ⑤ 悬索桥分析控制
2. 斜拉桥分析
① 基本操作步骤 ② 未知荷载系数法 ③ 体外力与体内力 ④ 未必和配合力
2
悬索桥分析：基本操作步骤
① 定义主缆、边缆、主塔、加劲梁、吊杆等构件的材料和截面特性；
② 打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”，输入相应参数（各参数意义可参考在线帮助）；
7
悬索桥分析：索单元初始刚度
几何刚度初始荷载
荷载>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载
静力线性分析：不起作用。静力非线性分析：根据输入的内力，赋予索单元相应的初始刚度，对于定义的荷载工况，进行几何非线性分析。仅提供初始刚度之用，所输入内力值不起作用，即没有荷载效应。
8
悬索桥分析：索单元初始刚度
9
悬索桥分析：索单元初始刚度
初始单元内力
荷载>初始荷载>小位移>初始单元内力
根据输入的初始单元内力，提供初始刚度，与几何刚度荷载类似。但仅适用于小位移分析，其初始刚度不随新荷载的输入而进行修正。是为了对于非线性结构进行线性分析而提供的功能，例如对于悬索桥进行特征值分析、移动荷载分析等。
10
平衡单元节点内力：仅适用于施工阶段几何非线性分析。不仅提供几何初始刚度且有荷载效应。还可考虑索单元以外单元的初始刚度以及内力效应。与上述两个同时定义时，平衡单元节点内力优先起作用。
初始单元内力：仅适用于成桥荷载的小位移分析，如移动荷载、特征值分析等。仅提供刚度。与上述三项无优先级。
11
第二步骤：根据第一步骤平衡状态分析得出的主缆线形（坐标）以及吊杆的长度自动计算索单元的自重。然后，重新考虑索构件自重及 “桥面系”栏输入的荷载进行第二次平衡状态分析。
13
悬索桥分析：悬索桥分析控制
定义“悬索桥分析控制”，再运行分析的目的：
通过建模助手得到的模型大部分与实际结构有所不同，如主塔与加劲梁的关系、主塔横梁位置，且也有可能是自锚式悬索桥。（建模助手只能得出地锚时的状态）
③ 将建模助手的数据另存为“*.w Nhomakorabead”文件，以便以后修改或确认；
④ 运行建模助手后，程序将自动生成悬索桥模型，且提供所有索单元的几何刚度初始荷载和初始单元内力；
⑤ 将模型根据实际桥梁进行修改。如边界条件、横梁、加劲梁等，或改为自锚式悬索桥。
⑥ 将主缆上的所有节点定义为更新节点组，将跨中最低点（垂点定义为垂点组；
14
斜拉桥分析：基本操作步骤
⑧ 分析结束后，查看该施工阶段的位移是否接近于0，且查看构件的内力是否与几何刚度初始荷载表格或者平衡单元节点内力表格的数据接近或相同；
⑨ 各项结果都满足要求（目标状态），说明成桥平衡状态非常好。再通过倒拆分析计算每个施工阶段以及空缆的状态。也可进行成桥状态其他荷载的分析；
4
悬索桥分析：索单元简介
3
悬索桥分析：基本操作步骤
⑥ 删除建模助手自动生成的“几何非线性分析控制”，定义 “悬索桥分析控制数据”后运行分析。运行过程中在信息窗口确认是否计算收敛。通过此步骤可得出新平衡状态的几何刚度初始荷载、初始单元内力，且还会提供“平衡单元节点内力”数据；
⑦ 删除悬索桥分析控制数据，将所有结构、边界条件和荷载都定义为相应的结构组、边界组和荷载组。定义一次成桥的施工阶段，在施工阶段分析控制对话框中选择“考虑非线性分析/独立模型”，并勾选“包含平衡单元节点内力”，点击运行分析；
悬索桥分析：索单元初始刚度
各个初始刚度之间的关系
定义单元时的初始刚度：仅适用于几何非线性分析。不仅提供初始刚度且有荷载效应。（施工阶段与非施工阶段均适用。）
几何刚度初始荷载：仅适用于几何非线性分析。仅提供几何初始刚度，无荷载效应，但内力结果中包含此内力。与上面定义单元时的初始刚度同时定义时，几何刚度初始荷载优先起作用，定义单元时的初始荷载不起作用。（施工阶段与非施工阶段均适用。）
平衡单元节点内力
荷载>初始荷载>大位移>平衡单元节点内力
该功能仅适用于施工阶段分析时，选择非线性分析的独立模型，并且勾选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。可手动输入所有构件的平衡单元节点内力，也可通过“悬索桥分析控制”自动计算生成，在成桥状态下，平衡单元节点内力与成桥恒载相平衡，使结构处于0位移状态。可考虑包括梁单元等的所有构件的平衡内力，对于自锚式悬索桥更加适用，因自锚式悬索桥是索梁协同作用的结构，加劲梁的内力对刚度影响也不可忽视。
悬索桥分析：初始平衡状态
初始平衡状态
悬索桥在成桥状态下处于平衡状态，又称为悬索桥的初始平衡状态。
平衡状态下的相平衡荷载：
◦ 索单元的拉力以及各单元的内力 ◦ 索、吊杆、加劲梁的自重 ◦ 二期荷载等
12
悬索桥分析：悬索桥建模助手
原理：程序内部自动分两个步骤进行迭代分析
第一步骤：根据建模助手中输入几何控制点参数、材料与截面、桥面系荷载进行第一次几何非线性迭代分析。此时仅考虑悬索桥建模助手对话框 “桥面系”栏中输入的荷载作为恒载进行分析，求出第一平衡状态。（未包含索构件自重）
模型被修改后，原来的几何刚度初始荷载、初始单元内力等无法满足新模型的平衡条件。为了重新计算出新模型的平衡状态的几何刚度、平衡单元节点内力、初始单元内力，进行第三次平衡状态分析。
为了找到新平衡状态的主缆坐标，需要定义更新节点和垂点，以及平衡状态要考虑的所有恒载。在这里考虑的荷载必须要与建模助手中考虑的荷载（桥面系荷载、索自重）尽可能相同，不然迭代分析不容易收敛。且修改模型时，不建议删除或增加吊杆，且大量修改，都将会成为不收敛的因素。
pretension
只能传递单元的轴向拉力随着内力的变化几何刚度发生变化有了初始刚度索单元才能承受各种荷
载
5
悬索桥分析：索单元初始刚度
MIDAS程序中的初始刚度：
定义索单元时几何刚度初始荷载平衡单元节点内力初始单元内力
6
悬索桥分析：索单元初始刚度
定义索单元时：
Lu：无应力索长初拉力：激活索单元的初始拉力水平力：激活索单元的初始水平力