斜拉桥的模型分析
第一章建模综述
1.1 Midas Civil 简介
本次建模分析采用Midas Civil软件，Midas Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，Midas Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。
1.2 斜拉桥简介
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。
1.3 建模基本步骤
（1)利用斜拉桥建模助手生成斜拉桥二维索塔模型, 并扩建为三维模型；（2)建立主梁横向系, 并生成索塔与桥墩上的主梁支座；
（3)输入边界条件；
（4)输入荷载及荷载条件；
（5)利用未知荷载系数功能计算拉索初拉力；
（6)施工阶段分析计算；
桥梁基本数据输入
Midas Civil基本参数输入
荷载及荷载条件选取
定义材料及截面特性参数值
节点选取，生成单元，建立成桥阶段模型生成模型添加荷载
进行分析计算
图1桥梁模型建立流程图
第二章斜拉桥模型基本参数选取
2.1 斜拉桥基本数据
表1 斜拉桥基本数据
桥梁等级桥梁长度桥面宽度车道数桥梁形式一级420m 15.6m 双向两车道三跨连续斜拉
桥
图1 斜拉桥示意图
2.2 斜拉桥材料特性值
对斜拉桥不同部位材料参数基本信息进行选取。本次模型分析主要选取拉索、桥梁主塔、桥梁索塔、主梁横系梁、索塔横梁、加劲梁等部位纳入分析体系。选
取材料的弹性模量、泊松比、容重等参数，如表2。在材料对话框中输入如下参数。
表2斜拉桥材料信息参数
项目
弹性模量
（tonf/m²)
泊松比
容重
（tonf/m²)
拉索 2.0×1070.3 7.85
主梁 2.1×1070.3 7.85
索塔 2.0×1050.17 2.5
主梁横系梁 2.0×1070.3 7.85
索塔横梁 2.0×1050.17 2.5
加劲梁 2.0×1050.3 7.85·
2.3 斜拉桥截面特性值
在截面特性对话框下输入如下参数。
表3斜拉桥截面属性参数
项目Area(m²) Ixx(m4) Iyy(m4) Izz(m4)
拉索0.0418 0 0 0
主梁0.3902 0.0070 0.1577 4.7620
索塔0.1691 0.1540 0.1450 0.1143
主梁横系梁0.5395 0.4399 0.1316 3.2667
索塔横梁0.1046 0.1540 0.1080 0.0913
加劲梁0.5395 0.4399 0.1316 3.2667
2.4 荷载作用
荷载作用可以分为可变作用和永久作用，在建立模型中需要分别进行设定。
2.4.1 永久作用
对于斜拉桥，永久作用主要指桥梁自重。自重系数选取1。二期恒载包括桥面上路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等。人行道荷载设为恒载。其中二期恒载为18.6KN/m，人行道荷载为6.2KN/m。
2.4.2可变作用
桥梁模型设为双车道，采用中国城市桥梁荷载（CJJ77-98），车轮间距1.8m，
采用公路I 级车道荷载，取值按照JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》规定选取。
第三章模型建立
斜拉桥模型建立的步骤如下：
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
3.1 斜拉桥三维模型
在建立各部分模型时，首先建立节点，然后拓展单元，分别拓展为梁单元，建立主梁和主塔，在此过程中分别设定材料、截面、生成模式、距离等。利用建立桁架单元建立拉索，设定材料、节点连接等。生成后的斜拉桥三维模型的如图2所示。
图2 斜拉桥三维模型
消隐后的斜拉桥3D模型如下图：
图3 斜拉桥消隐模型
图4 斜拉桥拉索布置（正视图）
图5 斜拉桥拉索布置（俯视图）
第四章斜拉桥静力荷载工况与荷载组合情况4.1 荷载工况
斜拉桥静力荷载工况见图6。
图6 斜拉桥静力荷载工况
4.2 荷载组合
荷载组合情况如图7。
图7 斜拉桥荷载组合
第五章斜拉桥模型施加荷载并设定边界条件5.1斜拉桥人行道荷载
图8 人行道荷载（KN/m）
5.2斜拉桥二期恒载
图9 斜拉桥二期恒荷载（KN/m）
5.3 斜拉桥拉索初拉力
图10 拉索初应力（KN/m）
拉索共80根，每一根拉索初拉力为9.8KN/m。
5.4 斜拉桥的边界条件
斜拉桥支座和索塔采用采用弹性连接。斜拉桥桥面采用刚性连接。
图11 斜拉桥支座和索塔底采用弹性连接
图12 连接方式选择
图13 斜拉桥桥面采用刚性连接
弹
性
连
接
图14 刚性连接进行设置
图15 边界条件设定 刚
性
连
接
边
界
条
件
