midas_斜拉桥正装分析操作例题

---.可修编.斜拉桥成桥阶段和正装施工阶段分析目录TOC\p""\h\z\t"1차제목,1,2차제목,2"HYPERLINK\l"_Toc114988198"概要PAGEREF_Toc114988198\h1HYPERLINK\l"_Toc114988199"桥梁基本数据PAGEREF_Toc114988199\h2HYPERLINK\l"_Toc114988200"荷载PAGEREF_Toc114988200\h2HYPERLINK\l"_Toc114988201"设定建模环境PAGEREF_Toc114988201\h3HYPERLINK\l"_Toc114988202"定义材料和截面特性值PAGEREF_Toc114988202\h4HYPERLINK\l"_Toc114988203"成桥阶段分析PAGEREF_Toc114988203\h6HYPERLINK\l"_Toc114988204"建立模型PAGEREF_Toc114988204\h7HYPERLINK\l"_Toc114988205"建立加劲梁模型PAGEREF_Toc114988205\h8HYPERLINK\l"_Toc114988206"建立主塔PAGEREF_Toc114988206\h9HYPERLINK\l"_Toc114988207"建立拉索PAGEREF_Toc114988207\h11HYPERLINK\l"_Toc114988208"建立主塔支座PAGEREF_Toc114988208\h12HYPERLINK\l"_Toc114988209"输入边界条件PAGEREF_Toc114988209\h13HYPERLINK\l"_Toc114988210"索初拉力计算PAGEREF_Toc114988210\h14HYPERLINK\l"_Toc114988211"定义荷载工况PAGEREF_Toc114988211\h18HYPERLINK\l"_Toc114988212"输入荷载PAGEREF_Toc114988212\h20HYPERLINK\l"_Toc114988213"运行结构分析PAGEREF_Toc114988213\h25HYPERLINK\l"_Toc114988214"建立荷载组合PAGEREF_Toc114988214\h25HYPERLINK\l"_Toc114988215"计算未知荷载系数PAGEREF_Toc114988215\h26HYPERLINK\l"_Toc114988216"查看成桥阶段分析结果PAGEREF_Toc114988216\h31HYPERLINK\l"_Toc114988217"查看变形形状PAGEREF_Toc114988217\h31HYPERLINK\l"_Toc114988218"正装施工阶段分析PAGEREF_Toc114988218\h32HYPERLINK\l"_Toc114988219"正装施工阶段分析PAGEREF_Toc114988219\h36HYPERLINK\l"_Toc114988220"正装施工阶段分析PAGEREF_Toc114988220\h36HYPERLINK\l"_Toc114988221"正装分析模型PAGEREF_Toc114988221\h38HYPERLINK\l"_Toc114988222"定义施工阶段PAGEREF_Toc114988222\h40HYPERLINK\l"_Toc114988223"定义结构组PAGEREF_Toc114988223\h43HYPERLINK\l"_Toc114988224"定义边界组PAGEREF_Toc114988224\h50HYPERLINK\l"_Toc114988225"定义荷载组PAGEREF_Toc114988225\h55HYPERLINK\l"_Toc114988232"定义施工阶段PAGEREF_Toc114988232\h61HYPERLINK\l"_Toc114988233"施工阶段分析控制数据PAGEREF_Toc114988233\h66HYPERLINK\l"_Toc114988234"运行结构分析PAGEREF_Toc114988234\h67HYPERLINK\l"_Toc114988235"查看施工阶段分析结果PAGEREF_Toc114988235\h68HYPERLINK\l"_Toc114988236"查看变形形状PAGEREF_Toc114988236\h68HYPERLINK\l"_Toc114988237"查看弯矩PAGEREF_Toc114988237\h69HYPERLINK\l"_Toc114988238"查看轴力PAGEREF_Toc114988238\h70HYPERLINK\l"_Toc114988239"查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和力值PAGEREF_Toc114988239\h71HYPERLINK\l"_Toc114988240"成桥阶段分析和正装分析结果比较PAGEREF_Toc114988240\h72--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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 理念的桥梁形式之一。为了决定安装拉索时的控制拉力，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ADVANCEDAPPLICATIONSPAGE2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40.0m+110.0m+40.0m=190.0m桥梁高度主塔下部:20m，主塔上部:40m索主塔主梁主梁主塔索40m110m40m图2.立面图荷载分类荷载类型荷载值使用MIDAS/Civil软件内含的优化法则计算出索初拉力。自重自重程序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80tonf支座强制位移强制位移10cm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“cablestayed”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(cablestayed)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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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>用户定义定义多种材料时，使用按钮会更方便一些。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/m2)泊松比容重(tonf/m3)1加劲梁2.1×1070.37.852主塔下部2.5×1060.172.53主塔上部2.1×1070.37.854拉索1.57×1070.37.85图4.定义材料特性值输入加劲梁、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。表2.截面特性值号项目截面形状面积(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)1加劲梁实腹长方形0.815.01.015.02主塔下部实腹长方形50.01000.0500.0500.03主塔上部实腹长方形0.35.05.05.04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910+25+910m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>910,25,910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+310m）。模型/单元/扩展单元窗口选择(节点:图9的=1\*GB3①；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>15,310①①选择节点26,27图9.建立主塔上部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。使用弹性连接(ElasticLink)建立主塔上的支座。支座的支承条件如下：SDx:500000tonf/m,SDy:100000000tonf/m,SDz:1000tonf/m模型/边界条件/弹性连接窗口缩放(图21的=1\*GB3①)选项>添加;连接类型>一般类型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。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)输入剪切型弹性支座在弹性连接单元的位置。2点(27,17)调整弹性连接单元的布置方向。窗口放大①①图11.建立主塔支座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\*GB3①；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\*GB3②；节点1,21)边界组名称>默认值选项>添加;支承类型>Dy,Dz,Rx,Rz①④③②②②①①图12.输入边界条件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。步骤1.建立斜拉桥模型步骤2.定义主梁恒荷载和拉索的单位荷载的荷载工况步骤3.输入恒荷载和单位荷载步骤4.建立恒荷载和单位荷载的荷载组合步骤5.使用未知荷载系数功能计算未知荷载系数步骤6.查看分析结果以及索初拉力表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，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，这些轴力和拉索的力决定结构的变形形状。为了确定拉索的初始力，桥轴方向的变形和拉索的力要反映到结构分析计算中。但斜拉桥是多次超静定结构体系，计算拉索初拉力需要多次的反复计算，所以计算出满足初始状态分析的施工控制力不是简单的事情。另外，对于每跟拉索的力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以计算出不同的拉索初拉力。指定受力状态的索力优化(Traditional"ZeroDisplacement"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力的影响可忽略不计。可以假设加劲梁弯曲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。将梁、索交点处设以刚性支承进行分析，计算出各支点反力，利用索力的竖向分力与刚性支点反力相等的条件，计算其索力。只要加劲梁处斜拉索端部力的竖向分力被确定，就不难计算出其水平分力和另一端的水平、竖向分力了。利用计算得出的各分力，施加在没有拉索体系的结构上计算出加劲梁和主塔的弯矩分布情况。以此弯矩分布为目标，进行反复调索。反复调索步骤如下：①约束主塔的水平方向位移，拉跨中拉索使跨中的加劲梁达到“0”位移状态。②解除主塔的水平方向位移，拉边跨斜拉索使边跨加劲梁和主塔达到“0”位移状态。上述方法如图13所示。此方法假设结构变形为线性变形，使用影响矩阵来进行计算。最终纵段线形接近期望状态时，加劲梁弯矩分布就会与刚性支承连续梁的状态非常接近。(a)恒荷载作用下的变形(调索前)(b)固定主塔横向位移，恒荷载作用下的变形(调索前)(c)跨中调索(d)解除主塔水平方向约束(e)边跨调索图13.初始平衡状态分析步骤利用MIDAS/Civil的未知荷载系数功能计算拉索初拉力给斜拉桥的拉索施加初拉力，使之加劲梁产生的弯矩趋于最小，用这种法法来设计出更大跨经桥梁。但是计算初始力并不是简单的事情，过去设计人员一般都是采用经验值来计算初拉力。目前虽然计算斜拉桥拉索初拉力的方法很多，但是能够计算出满足设计条件的初拉力非常困难。利用MIDAS/Civil优化索力功能，可以计算出最小误差围的能够满足特定约束条件的最佳荷载系数，利用这些荷载系数计算拉索初拉力。优化索力时指定位移、反力、力的“0”值以及最大最小值作为控制条件，把拉索初拉力作为变量来计算。计算未知荷载系数适用于线性结构体系，为了计算出最佳的索力，必须要输入适当的控制条件。一般要满足如下控制条件：①主塔不受或只受较小的弯矩作用；②主塔弯矩均匀分布；③最终索力不集中在几根拉索，而是均匀分布在每根拉索上。定义荷载工况为了计算恒载引起的拉索初拉力，定义自重、二期荷载、拉索单位初拉力等荷载工况。本例题斜拉桥为主塔两侧各有4根拉索的对称结构，需要的未知荷载系数为四个，定义四个荷载工况。使用MCT命令窗口输入荷载工况更方便。荷载/静力荷载工况名称(自重);类型>恒荷载说明(自重)名称(二期荷载);类型>恒荷载说明(二期荷载)名称(拉索1);类型>用户定义的荷载说明(拉索1-单位初拉力)….名称(拉索4);类型>用户自定义荷载说明(拉索4-单位初拉力)名称(支座强制位移);类型>用户自定义荷载说明(边跨支座强制位移)输入名称(拉索1)至名称(拉索4)的荷载工况。图18.恒载和单位荷载的荷载工况输入荷载输入自重、加劲梁二期荷载、拉索单位荷载、支座强制位移荷载。使用自重功能输入结构自重。二期荷载包括防撞墙、桥面铺装等荷载。为了计算拉索初拉力输入拉索的单位荷载。对齐荷载/自重荷载工况名称>自重荷载组名称>默认值自重系数>Z(-1)图19.输入自重输入作用于加劲梁的二期荷载。使用梁单元荷载功能输入防撞墙、桥面铺装荷载，荷载大小为3.0tonf/m。荷载/梁单元荷载（单元）窗口选择(节点:图20的=1\*GB3①;节点1～23)荷载工况名称>二期荷载;选项>添加荷载类型>均布荷载;方向>整体坐标系Z投影>否数值>相对值;x1(0),x2(1),W(-3)二期荷载：3.0tonf/m①图20.输入作用于加劲梁的二期荷载输入拉索单元的单位初拉力。以桥梁跨中为对称轴赋予两侧相同的索初拉力，且对称拉索赋予相同的荷载工况。荷载/预应力荷载/初拉力荷载交叉线选择(单元:图21的=1\*GB3①;单元33,40)荷载工况名称>拉索1;荷载组名称>默认值选项>添加;初拉力(1)…荷载工况名称>拉索4;荷载组名称>默认值选项>添加;初拉力(1)③①交叉线选择交叉线选择①①④②图21.输入拉索的单位初拉力拉索2至拉索4的单位初拉力荷载参照表4输入。此时也可用MCT命令窗口来输入。表4.荷载工况和单元号荷载工况单元号荷载工况单元号拉索133,40拉索335,38拉索234,39拉索436,37确认已输入的拉索单位初拉力。图22.已输入的拉索单位初拉力利用支座强制位移功能输入边跨支座的支座强制位移荷载。支座强制位移荷载如下：竖向位移:0.01m支座强制位移可以给任意节点输入强制位移。荷载/支座强制位移窗口选择(节点:图23的=1\*GB3①;节点1,21)荷载工况名称>支座强制位移;选项>添加位移>Dz(0.01)①①④③②图23.支座沉降荷载运行结构分析运行结构自重、二期荷载、拉索单位初拉力、支座强制位移荷载的静力分析。分析/运行分析建立荷载组合利用拉索的初拉力荷载工况（4个）和自重、二期荷载、支座强制位移荷载工况，建立荷载组合。结果/荷载组合荷载组合列表>名称>LCB1荷载工况>自重(ST);分项系数(1.0)荷载工况>二期荷载(ST);分项系数(1.0)荷载工况>拉索1(ST);分项系数(1.0)荷载工况>拉索2(ST);分项系数(1.0)荷载工况>拉索3(ST);分项系数(1.0)荷载工况>拉索4(ST);分项系数(1.0)荷载工况>支座强制位移(ST);分项系数(1.0)图24.建立荷载组合计算未知荷载系数利用未知荷载系数功能计算荷载组合LCB1作用下满足特定约束条件的未知荷载系数。控制条件为约束主塔水平位移（Dx）和控制加劲梁弯矩(Dy)。在未知荷载系数对话框输入荷载工况、约束条件、构成目标函数的方法等。未知荷载系数功能的详细说明请参照用户手册第二册“Civil分析功能>利用优化设计方法求解未知荷载”和在线帮助的“结果>未知荷载系数”部分的说明。结果/未知荷载系数未知荷载系数组>项目名称(未知荷载系数);荷载组合>LCB1目标函数类型>平方;未知荷载系数符号>正负荷载工况>拉索1(开)荷载工况>拉索2(开)荷载工况>拉索3(开)荷载工况>拉索4(开)图25.未知荷载系数详细对话框在约束条件中输入主塔的水平方向位移约束条件和控制加劲梁弯矩的约束条件。约束条件>约束名称(节点34)本例题将主塔水平位移和主梁弯矩作为约束条件。因分析模型是对称结构所以只定义1/2模型。约束类型>位移节点号(34)位移>Dx约束条件>相等;数值(0)约束条件>约束名称(单元5)约束类型>梁单元力单元号(5)位置>I-端力>My约束条件>相等;数值(-300)约束条件>约束名称(单元6)约束类型>梁单元力单元号(6)位置>J-端力>My约束条件>相等;数值(-200)约束条件>约束名称(单元8)约束类型>梁单元力单元号(8)位置>J-端力>My约束条件>相等;数值(-400)可以使用MCT命令窗口方便地输入计算未知荷载系数的约束条件。使用方法参照“斜拉桥成桥阶段分析例题”。图26.约束条件对话框在未知荷载系数结果对话框中查看约束条件和相应的未知荷载系数。关于未知荷载系数计算的详细说明参见用户手册第二册“Civil分析功能>利用优化设计方法求解未知荷载”章节。未知荷载系数组>图35为使用未知荷载系数功能计算的未知荷载系数结果。点击生成荷载组合可自动生成未知荷载系数的荷载组合。点击生成Excel文件按钮，导出Excel文件格式计算结果。未知荷载系数(拉索初拉力)①②①图27.未知荷载系数分析结果利用生成荷载组合(图27的①)，自动生成使用未知荷载系数的荷载组合，查看新的荷载组合的分析结果是否满足约束条件。图28.自动使用未知荷载系数的LCB2荷载组合结果/荷载组合在图27中计算得出的拉索1(ST)至拉索4(ST)的未知荷载系数在荷载组合对话框里的荷载工况系数中自动被输入。图29.使用未知荷载系数自动生成的荷载组合查看成桥阶段分析结果查看变形形状查看拉索初拉力、结构自重以及二期荷载、支座强制位移荷载下成桥阶段变形形状。结果/位移/位移形状荷载工况/荷载组合>CB:LCB2位移>DXYZ可以调整变形显示比例系数。显示类型>变形前(开);图例(开)变形>变形图的比例(0.5)窗口缩放②图30.查看变形形状正装施工阶段分析一般通过斜拉桥的成桥阶段分析计算结构的尺寸数据和拉索的截面以及初拉力。斜拉桥的设计除了成桥阶段的分析，而且还需要施工阶段的分析。根据施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的不同，斜拉桥的结构体系会发生很大的变化，且施工中会产生比成桥阶段更不稳定的状态。因此在设计斜拉桥时，应严密准确地分析所有发生结构体系变化的各施工阶段的稳定性以及应力变化。按施工顺序做的施工阶段分析称为正装施工阶段分析(FoewardAnalysis)。通过正装施工阶段分析验算施工中产生的应力、检查施工顺序、可施工性等，找出最佳的施工方法。斜拉桥正装施工阶段分析较困难的部分是如何计算出拉索的施工控制力。MIDAS/Civil可以利用未闭合配合力（LackofFitForce）功能，输入拉索初拉力和使合拢段合拢时达到成桥阶段状态的配合力来进行正装施工阶段分析。为了进行施工阶段的分析，应将加劲梁、拉索、拉索锚固点、边界条件、荷载条件等变化定义施工阶段。图31斜拉桥的施工顺序(1)拉索未闭合配合力的计算首先，在安装拉索的前一阶段，求出拉索两端节点的位移。利用拉索两端的位移，求拉索变形前长度（L）与变形后长度（L’）之差。根据差值求出相应的拉索附加初拉力(ΔT)。把求出的附加初拉力(ΔT)和初始平衡状态分析时计算得出的初拉力(T)叠加作为施工阶段的控制力进行施工阶段的正装分析。图32未闭合配合力计算－拉索（2）合拢段未闭合配合力的计算三跨连续斜拉桥的中间合拢段合拢时，不会产生力（只产生自重引起的力），所以合拢段与两侧桥梁段之间形状是不连续的。为了让合拢段连续地连接在两侧桥梁段上，求出合拢段两端所需的强制变形值，将其换算成能够产生此变形的力，并将其施加给合拢段后连接在两侧桥梁段上。图33未闭合配合力计算－合拢段正装施工阶段分类本例题考虑荷载和边界条件的变化，共分为13个施工阶段。利用初始平衡状态分析计算得出的拉索初拉力，直接进行了正装施工阶段分析。只对拉索、跨中的合拢段和Stage2阶段激活的边跨加劲梁部分使用了未闭合配合力。边跨与支座连接时结构体系也会变化，所以边跨的加劲梁也考虑了未闭合配合力。本例题的施工阶段如下。表5.施工阶段列表施工阶段容备注Stage1主塔、主塔和加劲梁的临时连接Stage2边跨施工、支架、边跨支座考虑未闭合配合力Stage3施加挂篮1荷载Stage4拆除施工支架、生成拉索(单元34，39)考虑未闭合配合力Stage5生成加劲梁构件(单元6,7,14,15)Stage6生成拉索(单元35,36)考虑未闭合配合力Stage7拆除挂篮1荷载施加挂篮2荷载Stage7-1生成拉索(单元33,40)考虑未闭合配合力Stage8生成加劲梁(单元8,9,12,13)Stage9生成拉索(单元36,37)考虑未闭合配合力Stage10拆除挂篮2荷载施加挂篮3荷载Stage11拆除挂篮3Stage11-1生成合拢段(单元10,11)考虑未闭合配合力Stage12主塔与加劲梁连接体系转换，施加支座强制位移荷载刚体连接弹性连接Stage13二期荷载、成桥阶段正装施工阶段分析正装分析是指按桥梁的施工顺序进行分析的方法。通过正装分析查看分析模型的结构变化、拉索力变化以及弯矩的变化。正装施工阶段分析顺序如图34。Stage1Stage3Stage5Stage7Stage11Stage13图34.正装施工阶段分析的分析步骤把成桥阶段分析的模型另存为其它名称用于施工阶段分析。文件/另存为(cablestayedforward)建立施工阶段分析模型的步骤如下。1正装施工阶段分析模型成桥阶段分析模型的桁架单元修改为索单元定义正装分析荷载工况2定义施工阶段名称划分施工阶段后定义施工阶段名称3定义结构组将各施工阶段激活或拆除的单元和要输入未闭合配合力的单元定义为结构组4定义边界组将各施工阶段激活或拆除的边界条件定义为边界组5定义荷载组将各施工阶段激活或拆除的荷载定义为荷载组6定义施工阶段定义各施工阶段的结构组、边界组、荷载组正装分析模型为了建立施工阶段模型，首先要删除成桥阶段分析模型中的荷载组合LCB1、2以及单位初拉力（拉索1~拉索4）。正装施工阶段分析模型中要输入拉索的初拉力荷载，所以要重新定义拉索初拉力的荷载工况。结果/荷载组合荷载组合列表>名称>删除LCB1,LCB2荷载/静力荷载工况名称(拉索1)~名称(拉索4)名称(拉索初拉力);类型>用户自定义荷载说明(正装分析初拉力)图35.拉索初拉力荷载工况的定义为了考虑斜拉桥拉索垂度的影响，应进行拉索的几何非线性分析。将成桥阶段分析中使用的桁架单元修改为索单元。模型/单元/修改单元参数选择属性-单元选择类型>单元类型节点(关);单元(开)(桁架)参数类型>单元类型(开)形式>原类型>桁架(开);修改为>只受拉/钩/索单元(开)索(开)图36.桁架单元转换为索单元定义施工阶段首先定义各个施工阶段名称。本例题定义了包括成桥阶段在的13个施工阶段。荷载/施工阶段分析数据定义施工阶段>定义相同名称以序列号定义多个施工阶段。定义施工阶段施工阶段>名称(Stage);后缀(1to7)保存结果>施工阶段(开)施工阶段>名称(Stage7-1)保存结果>施工阶段(开)施工阶段>名称(Stage);后缀(8to11)保存结果>施工阶段(开)施工阶段>名称(Stage11-1)保存结果>施工阶段(开)施工阶段>名称(Stage);后缀(12to13)保存结果>施工阶段(开)输出分析结果时，保存每个施工阶段的结果。图37.施工阶段对话框图38.施工阶段对话框图39.施工阶段对话框图40.施工阶段对话框图41.施工阶段对话框定义结构组将各施工阶段添加或拆除的单元定义为结构组。首先定义结构组名称，然后将相应单元赋予给结构组。C组表单组>结构组>新建…名称(Stage);后缀(1to13)名称(未闭合配合力)图42.定义结构组将各施工阶段添加或拆除的单元赋予给相应结构组。Stage1阶段为只有主塔部分施工完成状态。Stage2阶段为边跨设置了支架的状态，Stage3阶段为了在中跨设置加劲梁而施加挂篮荷载的状态，所以没有结构变化。组>结构组窗口选择(图43的①)Stage1(拖放)窗口选择(图43的②)Stage2(拖放)拖放Stage1①①拖放Stage2②②图43.生成结构组Stage1和结构组Stage2组>结构组交叉线选择(图44的①)Stage4(拖放)窗口选择(图44的②)Stage5(拖放)拖放①①拖放Stage5Stage4②②图44.生成结构组Stage4和结构组Stage5组>结构组交叉线选择(图45的①)Stage6(拖放)交叉线选择(图45的②)Stage7(拖放)拖放Stage6①①Stage7拖放②②图45.生成结构组Stage6和结构组Stage7组>结构组窗口选择(图46的①)Stage8(拖放)交叉线选择(图46的②)Stage9(拖放)拖放①①Stage9②拖放②Stage8图46.生成结构组Stage8和结构组Stage9定义合拢段添加阶段(Stage11)的结构组。窗口选择(图47的①)Stage11(拖放)拖放①Stage11图47.生成结构组Stage11组>结构组选择节点:1to610to1216to21(图48的①)选择单元:1to510to1116to2033to3637to40(图48的①)未闭合配合力(拖放)①未闭合配合力拖放图48.生成结构组（未闭合配合力组）定义边界组将各施工阶段添加或拆除的边界条件定义为边界组。首先建立边界组名称，然后将边界条件赋予给相应边界组。全部激活C组表单组>边界组>新建…名称(主塔固定端)名称(桥台铰支座)名称(主塔弹性连接)名称(主塔临时支座)名称(支架)图49.定义边界组将成桥阶段分析中定义的主塔固定端、桥台铰支座、主塔弹性连接、主塔临时支座、支架等边界条件赋予给各施工阶段的边界组。组>边界组窗口选择(图50的①)主塔固定端(拖放)选择边界类型>一般支承(开)组>边界组窗口选择(图50的②)桥台铰支座(拖放)选择边界类型>一般支承(开)拖放②②①①图50.定义边界组将主塔弹性连接边界条件定义为边界组。删除成桥阶段分析模型中定义的弹性连接，重新定义主塔和加劲梁的弹性连接，利用弹性连接的一般类型进行连接。SDx:500,000tonf/m,SDy:100,000,000tonf/m,SDz:1,000tonf/mSRx:0tonf/m,SRy:0tonf/m,SRz:0tonf/m模型/边界条件/弹性连接边界组名称：默认值选项>删除窗口选择（节点：26，5，27，17）模型/边界条件/弹性连接边界组名称>主塔弹性连接选项>添加;连接类型>一般类型SDx(tonf/m)(500000);SDy(tonf/m)(100000000);SDz(tonf/m)(1000)SRx(tonf/m)(0);SRy(tonf/m)(0);SRz(tonf/m)(0)两点(26,5)两点(27,17)图51.生成主塔弹性连接将主塔的临时支座的边界条件定义为边界组。主塔和加劲梁的临时支座利用弹性连接的刚性来连接。模型/边界条件/弹性连接边界组名称>主塔临时支座选项>添加;连接类型>刚性两点(26,5)两点(27,17)图52.生成主塔临时支座将支架的边界条件定义为边界组。支架利用节点弹性支承来建立。支承条件如下：SDx:0tonf/m,SDy:10,000,000tonf/m,SDz:10,000,000tonf/mSRx:10,000,000tonf/m,SRy:0tonf/m,SRz:10,000,000tonf/m模型/边界条件/节点弹性支承窗口选择(图53的①；节点：2,4,18,20)边界组名称>支架选项>添加SDx(tonf/m)(0);SDy(tonf/m)(10000000);SDz(tonf/m)(10000000)SRx(tonf/m)(10000000);SRy(tonf/m)(0);SRz(tonf/m)(10000000)①①选择节点2、4选择节点18、20图53.生成支架边界条件定义荷载组将各施工阶段添加或拆除的荷载定义为相应荷载组。本例题考虑的荷载有结构自重、二期荷载、拉索初拉力1～4、支座强制位移荷载以及挂篮1～3荷载。首先建立荷载组名称，然后赋予给相应的荷载。C组表单组>荷载组>新建…名称(自重)名称(二期荷载)名称(拉索初拉力1)名称(拉索初拉力2)名称(拉索初拉力3)名称(拉索初拉力4)名称(支座强制位移)名称(挂篮1)名称(挂篮2)名称(挂篮3)图54.生成荷载组名称在成桥阶段分析模型中输入的自重的荷载组修改为“自重”荷载组。模型/荷载/自重荷载工况名称>自重荷载工况>选择自重00–1荷载组名称>自重操作>图55.编辑自重荷载组在成桥阶段分析模型中输入的二期荷载以及支座强制位移荷载的荷载组修改为“二期荷载”组和“支座强制位移”组。组>荷载组全选二期荷载(拖放)选择荷载类型>梁单元荷载(开)全选支座强制位移(拖放)选择荷载类型>固定位移(开)拖放图56.定义二期荷载及支座强制位移荷载组输入挂篮荷载。挂篮荷载随施工阶段的变化移动位置。在不同的位置输入挂篮1、2、3荷载。输入挂篮荷载之前，首先定义挂篮荷载工况。输入所个荷载工况时可使用MCT命令窗口。荷载/静力荷载工况名称：（挂篮);类型>施工阶段荷载说明(挂篮荷载)荷载/节点荷载窗口选择(图58的①；节点6,16)荷载工况名称>挂篮荷载组名称>挂篮1;选项>添加节点荷载>FZ(-80)窗口选择(图58的②；节点8,14)荷载工况名称>挂篮荷载组名称>挂篮2;选项>添加节点荷载>FZ(-80)窗口选择(图58的③；节点10,12)荷载工况名称>挂篮荷载组名称>挂篮3;选项>添加节点荷载>FZ(-80)图57.生成挂篮荷载工况③②②①①③图58.输入挂篮荷载利用初拉力荷载功能给索单元输入在成桥阶段分析中计算的各拉索初拉力。荷载/预应力荷载/初拉力荷载交叉线选择(单元:图59的①;单元:36,37)荷载工况名称>拉索初拉力;荷载组名称>拉索初拉力1选项>添加;初拉力(340.80)…荷载工况名称>拉索初拉力;荷载组名称>拉索初拉力4选项>添加;初拉力荷载(254.40)①①交叉线选择③①②④图59.输入正装分析拉索初拉力初拉力2至初拉力4的初拉力值可参照表6输入。表6.通过初始平衡状态分析计算的拉索初拉力荷载组单元号初拉力荷载荷载组单元号初拉力荷载拉索初拉力136,37340.80拉索初拉力335,38193.00拉索初拉力233,40333.80拉索初拉力434,39254.40定义施工阶段将前面定义的结构组、边界组、荷载组分配给各个相应施工阶段。首先定义Stage1施工阶段，Stage1为主塔施工状态。荷载/施工阶段分析数据/定义施工阶段。Stage1保存结果>施工阶段(开)单元表单>组列表>Stage1激活>边界表单>组列表>主塔固定端激活>组列表>主塔临时连接激活>荷载表单>组列表>自重激活>图60.定义施工阶段Stage1的单元图61.定义施工阶段Stage1的边界条件图62.定义施工阶段Stage1荷载Stage2至Stage13阶段可参照表7输入。表7.正装分析各施工阶段定义施工阶段结构组边界组荷载组激活钝化激活钝化激活钝化Stage1Stage1主塔固定端(变形后)主塔临时支座(变形后)自重Stage2Stage2桥台铰支座(变形后)支架(变形后)Stage3挂篮1Stage4Stage4支架拉索初拉力4Stage5Stage5Stage6Stage6拉索初拉力3Stage7挂篮2挂篮1Stage7-1Stage7拉索初拉力2Stage8Stage8Stage9Stage9拉索初拉力1Stage10挂篮3挂篮2Stage11挂篮3Stage11-1Stage11Stage12主塔弹性连接(变形后)主塔临时支座支座强制位移Stage13二期荷载MIDAS/Civil的施工阶段模型Stage1：主塔施工Stage2：边跨施工Stage3：挂篮1荷载Stage5：主梁施工Stage6：设置拉索Stage4：设置拉索Stage7：拆除挂篮1荷载，施加挂篮2荷载Stage7-1：设置拉索图63.MIDAS/Civil施工阶段模型(Stage1~Stage7-1)Stage11：拆除挂篮3荷载Stage9：设置拉索Stage8：主梁施工Stage10：拆除挂篮2荷载，施加挂篮3荷载Stage11-1：合拢段施工Stage12：施加支座强制位移荷载Stage13：二期荷载图64.MIDAS/Civil施工阶段模型(Stage8~Stage13)施工阶段分析控制数据分析/施工阶段分析控制最终施工阶段>最后施工阶段(开)索初拉力控制>体力(开)赋予各施工阶段中新激活构件初始切向位移>全部(开)未闭合配合力(开)>未闭合配合力(选择)그림56.ConstructionStageAnalysisControlData对话框图65.施工阶段分析控制数据利用索初拉力控制功能和未闭合配合力功能进行拉索初拉力调整。索初拉力控制功能是调整施工控制力的功能。一般进行斜拉桥分析时，给拉索输入初拉力以后，因力重分布而索力会有所变化。所以用户直接输入施工阶段控制索力时要选择体外力类型，但在类似于本例题采用成桥阶段分析计算的初拉力时，选择体力类型再利用未闭合配合力功能来自动计算施工阶段控制初拉力。运行结构分析对自重、二期荷载、拉索初拉力、支座强制位移、挂篮荷载做施工阶段分析。分析/运行分析查看施工阶段分析结果通过施工阶段分析查看各施工阶段的变形形状及力变化。查看变形形状查看主塔以及加劲梁的变形形状。施工阶段工具栏激活状态时，可以使用键盘的方向键来选择施工阶段。可很方便的查看各施工阶段的结果。施工阶段工具栏>Stage6结果/位移/位移形状荷载工况/荷载组合>CS:合计位移>DXYZ显示类型>变形前(开);图例(开)变形>变形图的比例(0.5)数值>详细输出设定值程序默认变形显示比例过大时，用户可以调整显示比例。小数点以下位数>(4);最大和最小值(开);最大和最小值(开)阶段/步骤实际总位移(开)图66.正装分析变形形状查看弯矩查看各施工阶段加劲梁以及主塔的弯矩。结果/力/梁单元力图荷载工况>荷载组合>CS:合计力>My显示选项>5点;实体图色显示类型>等直线(开);图例(开)数值>详细设定输出值小数点以下位数>(3);最大和最小值(开);最大和最小值(开)施工阶段工具栏>Stage10图67.正装施工阶段分析弯矩查看轴力查看各施工阶段的轴力结果/力/桁架单元力荷载工况/荷载组合>CS:合计选择力>全部显示类型>等直线(开)；图例(开)数值>详细设定输出值小数点以下位数>(3);最大和最小值(关)输出截面位置>最大值(开)施工阶段工具栏>Stage10图68.正装分析施工阶段轴力变化查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和力值查看各施工阶段的未闭合配合力计算时采用的节点位移和力。结果/分析结果表格/施工阶段/未闭合配合力/桁架单元图69.各施工阶段的未闭合配合力计算时采用的节点位移和力成桥阶段分析和正装分析结果比较比较成桥阶段分析和正装分析的拉索力、加劲梁挠度和弯矩。表8为拉索力的比较结果。表8.拉索力比较单元拉索力(成桥阶段)拉索力(正装)误差(%)IJIJIJ33316.875315.305316.901315.3310.01%0.01%34236.369234.799236.414234.8440.02%0.02%35192.503190.933192.584191.0140.04%0.04%36344.595343.025344.661343.0910.02%0.02%37344.595343.025344.661343.0910.02%0.02%38192.503190.933192.584191.0140.04%0.04%39236.369234.799236.414234.8440.02%0.02%40316.875315.305316.901315.3310.01%0.01%比较成桥阶段分析和正装分析的加劲梁位移。表9.位移比较节点成桥阶段(mm)正装(mm)误差(%)110.00010.0000.00%26.9026.9060.06%34.7104.7170.14%41.9481.9530.28%5-0.622-0.6220.01%6-3.512-3.5230.31%7-5.752-5.7780.46%8-7.958-8.0030.56%9-9.752-9.8130.62%10-11.898-11.9670.58%11-12.270-12.3400.57%12-11.898-11.9670.58%13-9.752-9.8130.62%14-7.958-8.0030.56%15-5.752-5.7780.46%16-3.512-3.5230.31%17-0.622-0.6220.01%181.9481.9530.28%194.7104.7170.14%206.9026.9060.06%2110.00010.0000.00%比较成桥阶段分析和正装分析的加劲梁弯矩。表10.弯矩比较节点成桥阶段(tonf-m)正装(tonf-m)误差(%)100-2267.82267.45-0.14%3-392.35-393.090.19%4117.82116.86-0.81%5-300.00-301.180.39%6214.00213.02-0.46%7-200.00-200.780.39%8164.00164.50.30%9-400.00-398.22-0.44%10528.00529.780.34%11644.00645.780.28%12528.00529.780.34%13-400.00-398.22-0.44%14164.00164.50.30%15-200.00-200.780.39%16214.00213.02-0.46%17-300.00-301.180.39%18117.82116.86-0.81%19-392.35-393.090.19%20267.82267.45-0.14%2100-