midas斜拉桥索力调整功能的应用

零位移法进行斜拉桥调索
摘要：斜拉桥调索方法有弹性支承连续梁法；零位移法；最小弯曲能法；影响
矩阵法，本工程实例运用零位移法进行斜拉桥索力调节。

关键词：斜拉桥索力调节，零位移法。

一、工程概况
独山镇人行桥跨径布置为(135+135)m，主桥全长276米，为独塔双索面半漂浮体系。

主
梁为双工字钢梁，钢桥面板，主塔采用方行平行式混凝土桥塔，下部采用承台及群桩基础。

（总体布置见下图）。

三、零位移法调索
（1）采用MIDAS建立斜拉桥的模型，并施加相关约束；
（2）斜拉桥的斜拉索单元设置成绗架单元并赋予初始拉力100KN;
（3）施加自重和二期恒载，MADAS进行静力分析；
（4）使用未知荷载系数，约束条件选择位移。

（5）生成荷载组合，斜拉索的索力就是初始拉力100KN和相应系数乘积。

调索后形成的梁平塔值合理成桥状态满足要求，所以可以看出使用零位移法调索是可行的。

四、总结
本文基于零位移法可快速准确的确定斜拉桥的合理成桥索力，可用于斜拉桥索力的优化。

本工程使用零位移调索的方法是可行的，因为本工程桥梁较小且是人形桥，存在的不足就是
没考虑钢桥的特性影响，还有影响矩阵的影响，还需结合实际施工的环境进行验证和改进。

参考文献
[1]陈伟德，范立础。

确定预应力混凝土桥梁恒载初始索力的方法[J]。

同济大学学报（自
然科学版）1998，26（2）：120-123
[2]耿继东，王雪枫，矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化研究[J].内蒙古公路与运输.
[3]梁鹏，肖汝诚.斜拉桥索力优化实用方法[J].同济大学学报，2003，31（11）：1270-1274。

问：MIDAS/Civil施工阶段分析控制对话框中的索初拉力控制选项?
答：施工阶段分析控制对话框中的索初拉力控制选项有两种，体内力和体外力。

该选项仅适用于索单元，不适用于预应力钢束。

在预应力荷载中给索单元加初拉力后做施工阶段分析时，如果选体内力程序中将以一定的变形量的方式加载到单元中，犹如给单元加一温度荷载一样。

索内最终张力与索两端的锚固条件有关。

当索两端完全锚固时，索内张力为所加初拉力；当索两端完全自由时，索内张力为零(可以类比加温度荷载时的自由伸缩)。

在预应力荷载中给索单元加初拉力后做施工阶段分析时，如果选体外力程序中将做为荷载加载在索两端。

当该阶段只有该索力作用时，索的张力不变；当该阶段有其他荷载作用或下一阶段有其他荷载作用时，索力会有相应变化。

斜拉桥的施工阶段分析，一般选体内力。

悬索桥的分析与悬索桥的类型(自锚式、地锚式)以及施工工序有很大关系，用户应根据工序和经验选择相关选项。

非施工阶段分析时，对于斜拉桥和悬索桥的初拉力程序内部按体内力进行处理。

⏹索力调整功能使设计人员可以直接调整索力，并且不需要任何重新分析即可实时查看结构的内力、变形等情况，可以非常便捷、快速地获得初始张力⏹通过表格功能快捷设置未知荷载系数功能的约束条件⏹调整索力功能在工程上的应用⏹索力调整功能亮点斜拉桥索力调整功能通过表格功能快捷设置约束条件功能应用-斜拉桥索力调整前言斜拉桥索力的计算非常复杂，过去是依靠设计人员判断以及参考实际经验值来确定拉索张力的。

为了使设计人员可以更加便捷地计算斜拉桥拉索的初始张力，midas Civil 提供未知荷载系数功能。

不过，由于未知荷载系数的功能提供的张力结果只是能够满足约束条件的解，所以有时无法完全满足技术人员的设计意图。

为了改善未知荷载系数功能，并且使设计过程中的反复调整工作尽可能简便，midas Civil 2010特别开发和提供了索力调整功能。

三跨混凝土斜拉桥拉索的初始索力计算流程图如下：三跨混凝土斜拉桥模型复制和粘贴STEP 1. 斜拉桥建模STEP 2. 定义主梁的恒载和各索单位荷载的荷载工况STEP 3. 输入恒载和单位荷载STEP 4. 对恒载和单位荷载进行荷载组合STEP 5. 利用未知荷载系数功能计算未知荷载系数STEP 6. 利用调索功能调整拉索初始索力STEP 7. 查看分析结果并最终确定初始索力⏹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⏹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，确定最优索力索力调整功能亮点设计人员指定的范围(红线)随拉索张力变化的结果(蓝色)影响矩阵的值(绿色)利用搜索功能确定最优索力拉索的张力(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。

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。

1）问: 在MIDAS软件中施工阶段分析采用何种模型?答: 施工阶段模拟中的模型概念有两种，一种是累加模型概念，一种是独立模型概念。

累加模型的概念就是下一个阶段模型继承了上一个阶段模型的内容(位移、内力等)，累加模型比较容易解决收缩和徐变问题。

但较难解决非线性问题。

举例说，当下一个施工阶段荷载加载时，上一个阶段已发生位移的模型容易发生挠动时(比如悬索桥模型)，上一阶段的荷载也应同时参与该施工阶段的非线性分析中，而此时累加模型很难解决该类问题。

独立模型的概念就是每施工阶段均按当前施工阶段的所有荷载、当前模型进行分析，然后作为当前施工阶段的分析结果，两个施工阶段分析结果的差作为累加结果。

此类模型较容易使用于大位移等非线性分析中。

但不能正确反应收缩和徐变。

目前MIDAS的施工阶段模拟实际上隐含了这两种模型的选择。

在分析>施工阶段分析控制中，当选择"考虑非线性分析"选项时，程序按独立模型计算，当没有选择该项时，按累加模型分析。

至于具体的工程，应选择哪种模型，应由用户判断。

MIDAS软件目前正考虑升级的部分:1. 将施工阶段采用模型，由隐式改为用户选择。

这不是单纯的改文字。

2. 在帮助文件中尽量对各种结构的施工阶段模拟提供分析模式。

2）问: 在MIDAS软件中静力荷载工况定义中的类型中包括了所有的荷载，为什么菜单下面还有移动荷载工况和支座荷载工况等内容呢?答: 静力荷载工况中的荷载类型正如它的名字为"静力"类型。

当用户需要分析移动荷载处于某一个位置时的情况，即手动决定移动荷载位置后，再做静力分析时，需要在此定义相应的移动荷载工况，也为后处理中自动生成荷载组合做准备。

支座沉降分析数据中的支座荷载工况其实与移动荷载的概念差不多。

举例说明，当有9个支座时，每个支座都可能发生沉降时，该功能可以由自动计算所有可能的沉降组合，因此提供的也是相当于"动态"的结果。

Midas／Civil 在大跨斜拉桥几何非线性分析中的应用赵晓婷【摘要】结合某大跨径混合梁斜拉桥工程，运用Midas／Civil软件建立了其完整有限元模型，阐述了斜拉桥各部件具体简化方法以及斜拉桥合理成桥状态计算方法，对各种典型工况实现方法进行了说明，通过比较线性计算结果与非线性计算结果，论述了该软件在大跨度桥梁几何非线性分析时的应用方法。

%Combining with a large span hybrid girder cable stayed bridge engineering,this paper established its complete finite element model using Midas/Civil,elaborated the specific simplified method of cable stayed bridge each component and reasonable bridge situation calculation method of cable stayedbridge,illustrated the implementation method of various typical working conditions,through comparing the linear calcula-tion results and nonlinear calculation results,discussed the application method of this software in large span bridge geometric nonlinear analysis.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】2页(P153-154)【关键词】Midas/Civil;大跨径斜拉桥;几何非线性分析【作者】赵晓婷【作者单位】东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】U448.27计算机仿真分析技术能及时、科学地指导施工，现已逐步应用于大跨度斜拉桥的施工中。

浅谈独塔斜拉桥在MIDAS中索力调整方法张琼【摘要】依据现行设计规范《公路桥梁设计通用规范JTJ D60-2015》和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ D62-2004》,利用桥梁专业软件Midas Civil建立了简化模型,利用未知荷载系数法对成桥阶段的索力进行调整,并利用正装分析和斜拉桥未闭合配合力功能得到各施工阶段的索力值.【期刊名称】《青海交通科技》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】8页(P106-113)【关键词】斜拉桥;简化模型;未知荷载系数法;未闭合配合力【作者】张琼【作者单位】青海省公路建设管理局西宁 810008【正文语种】中文本文基于独塔双跨斜拉桥为例进行介绍，跨径布置为310m+88m+51m+51m，采用塔梁固结塔墩分离结构体系(半漂浮体系)。

主梁采用钢箱梁，斜拉索采用平行钢铰线索，索塔设计为“H”字形，主塔共设三道横梁，为改善主跨挠度和塔顶水平位移，边跨设两个辅助墩，主塔采用哑铃型承台，辅助墩采用矩形承台，桩基础均为钻孔灌注桩。

1 概述1.1 设计依据道路等级：公路I级。

设计时速：100km/h。

桥面净宽：双向六车道，桥面净宽为30m。

1.2 采用材料(1)索塔：钢筋混凝土结构，混凝土标号为C50。

(2)钢箱梁：Q420钢材。

(3)斜拉索：平行钢铰线索，抗拉强度为1860MPa。

(4)混凝土：桥墩和桩基础混凝土标号均采用C40。

(5)普通钢筋：采用I级和II级钢筋，其技术标准符合国家相关规定。

(6)焊接材料：采用与母材相匹配的焊剂、焊丝和手工焊条，且均应符合相应国标要求。

(7)高强度螺栓：连接用高强度螺栓、螺母、垫圈应符合GB1228-91的要求。

1.3 设计方案(1)孔径布置：边跨190(88+51+51)+主跨310(m)，全长500m，边主跨比0.613。

该桥采用半漂浮体系，桥面总宽37.2m，桥面采用2%的横坡，护栏采用金属制桥梁护栏(图1)。

浅谈宽幅矮塔斜拉桥斜拉索错位施工及调索技术发布时间：2021-05-19T11:43:59.133Z 来源：《基层建设》2020年第31期作者：韩旭[导读] 摘要：矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种新型桥梁，其建造经济、造型美观、施工方便，综合了斜拉桥和连续梁桥的优点，在国内外应用广泛。

中新苏滁（滁州）开发有限公司安徽滁州 239000摘要：矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种新型桥梁，其建造经济、造型美观、施工方便，综合了斜拉桥和连续梁桥的优点，在国内外应用广泛。

关键词：斜拉桥；斜拉索；方法计算1工艺原理斜拉索结构体系主要三部分组成：锚固段——锚板、夹片、锚固螺母、密封装置、防松装置及保护罩、磁通量传感器、预埋管及垫板、减振器等组成；自由段——带PE护套的钢绞线、索箍、HDPE外套管、梁端防水罩、塔端连接装置及梁端防护钢管；塔柱内段——索鞍分丝管、塔内锚垫板、抗滑锚。

1.1斜拉索的结构组成斜拉索结构体系主要三部分组成：锚固段——锚板、夹片、锚固螺母、密封装置、防松装置及保护罩、磁通量传感器、预埋管及垫板、减振器等组成；自由段——带PE护套的钢绞线、索箍、HDPE外套管、梁端防水罩、塔端连接装置及梁端防护钢管；塔柱内段——索鞍分丝管、塔内锚垫板、抗滑锚。

1.2 斜拉索错位施工方法计算主梁采用挂篮悬臂施工方法的矮塔斜拉桥施工过程中，常规方案是主梁n号节段挂篮悬臂施工完成后即进行n号节段的斜拉索施工（挂索和张拉），本项目中考虑到主塔在单箱三室箱梁的中间分隔带上，斜拉索梁上锚固点在宽度较小的中室上，此室空间相对较小，张拉空间受挂篮影响较大，故考虑斜拉索采用错位法施工，即主梁n号节段悬臂施工完毕后即移动挂篮至n+1号节段，然后进行n号节段斜拉索的挂索和张拉，这样增加了挂索和张拉的空间。

采用MIDAS Civil建立全桥有限元模型（见图1）对该斜拉索错位法施工进行验证，错位施工结果见图2。

图1 有限元模型（a）上翼缘最大压应力12.8Mpa （b）下翼缘最大压应力12.6Mpa（c）上翼缘最大拉应力0.41Mpa （d）下翼缘最大拉应力0.16Mpa图2 斜拉索错位法施工应力图结果表明：斜拉索采用错位法施工工艺后箱梁上缘最大压应力为12.8Mpa，下缘最大压应力12.6Mpa，规范限值为，满足施工阶段混凝土压应力计算要求。

MIDASCivil 使用中的一些常见问题定义移动荷载的步骤a.在主菜单的荷载>移动荷载分析数据>车辆中选择标准车辆或自定义车辆。

b.对于人群移动荷载，按用户定义方式中的汽车类型中的车道荷载定义成线荷载加载(如将规范中的荷载0.5tonf/m**2乘以车道宽3m，输入1.5tonf/m)。

c.布置车道或车道面(梁单元模型选择定义车道，板单元模型选择定义车道面)，人群荷载的步行道也应定义为一个车道或车道面。

d.定义车辆组。

该项为选项，仅用于不同车道允许加载不同车辆荷载的特殊情况中。

e.定义移动荷载工况。

例如可将车道荷载定义为工况-1，车辆荷载定义为工况-2。

在定义移动荷载工况对话框中的子荷载工况中，需要定义各车辆要加载的车道。

例如: 用户定义了8个车道，其中4个为左侧偏载、4个为右侧偏载，此时可定义两个子荷载工况，并选择“单独”，表示分别单独计算，程序自动找出最大值。

在定义子荷载工况时，如果在“可以加载的最少车道数”和“可以加载的最大车道数”中分别输入1和4，则表示分别计算1、2、3、4种横向车辆布置的情况(15种情况)。

布置车辆选择车道时，不能包含前面定义的人群的步行道。

f. 定义移动荷载工况时，如果有必要将人群移动荷载与车辆的移动荷载进行组合时，需要在定义移动荷载工况对话框中的子荷载工况中，分别定义人群移动荷载子荷载工况(只能选择步道)和车辆的移动荷载子荷载工况，然后选择“组合”。

2.关于移动荷载中车道和车道面的定义A.当使用板单元建立模型时a. 程序对城市桥梁的车道荷载及人群荷载默认为做影响面分析，其他荷载(公路荷载和铁路荷载)做影响线分析。

b. 只能使用车道面定义车的行走路线。

对于城市桥梁的车道荷载及人群荷载以外的荷载，输入的车道面宽度不起作用，按线荷载或集中荷载加载在车道上。

c. 对于城市桥梁的车道荷载及人群荷载，在程序内部，自动将输入的荷载除以在”车道面”中定义的车道宽后，按面荷载加载在车道上。