斜拉桥分析注意事项
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。这是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。即，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；而在正装分析时，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。
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。重新说明一下的话，首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的，设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力，利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法，从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求，又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。
其次利用MIDAS/Civil 的未闭合力功能，设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的模型，只需直接建立正装分析的模型，考虑未闭合力进行分析，就可以得到与倒拆分析相同的分析结果。这样可以避免建立倒拆施工阶段模型的繁琐操作，同时也避免了建立倒拆分析模型时设计人员很容易犯错的问题。
将考虑未闭合力进行正装分析得到的各阶段的索内力，按初拉力重新输入后，不考虑未闭合力进行正装分析，即反映的是实际的施工过程的模拟。根据该分析的结果，设计人员需要进
行判断是否需要进一步调索或者调整施工步骤或施工工法，以满足各项设计要求。
2．未闭合力功能使用时的注意事项
将成桥状态分析得到的索力输入为初拉力；
拉索采用只受拉索单元模拟；
在施工阶段分析对话框的分析选项选择“考虑时间依存效果（累加模型）”；
在施工阶段分析对话框的索初拉力选项中选择“体内力”；
在施工阶段分析对话框中选择“赋予各施工阶段中新激活构件初始切向位移”；
勾选“未闭合配合力控制”，并选择相应结构组；
考虑未闭合力结构组的原则首先是拉索。另外结构体系在施工过程中发生变化的结构如合拢段等也需指定；
安装拉索和输入张力的阶段，不能激活和钝化除索单元和索张力以外的单元和其它荷载；
不适用于主梁为钢混叠合梁的结构（因为主梁的刚度发生变化）。对于主梁为钢混叠合梁的斜拉桥，一般需要设计人员依据丰富的经验，将成桥状态的索力按一定比率分成两部分，即一次张拉和二次调索；
对于混凝土梁，可以考虑收缩徐变引起的切向位移的影响来计算未闭合力。
（具体说明见MIDAS 技术资料《考虑未闭合力做斜拉桥正装分析》）
3．未知荷载系数功能
分为针对成桥状态的未知荷载系数功能和针对施工阶段的未知荷载系数功能。
针对成桥状态的未知荷载系数功能MIDAS/Civil 用户手册第三册中的例题以及其它相
关资料中已有说明，这里不再赘述。
考虑施工阶段的未知荷载系数功能是求在满足某施工阶段的控制条件时，计算特定阶段
的未知荷载系数的方法。（具体说明见MIDAS 技术资料《使用未知荷载系数功能进行斜拉桥正装分析》）
计算初始索力时，一般以“1）约束主塔水平位移，使主塔弯矩趋于最小。2）使加劲梁
的弯矩尽可能的均匀，且趋于最小”作为控制条件，再对施工性和经济性进行研究。除了这种通常的要求外，还需根据结构的特性，设计者要施加更多的控制条件来进行更周密的设计。一般来说，施工阶段过程中加劲梁的桥型可通过施工和制作预拱度进行调整，所以施工
过程中加劲梁的竖向位移不会产生较大的内力。因此控制成桥阶段加劲梁的弯矩和索塔顶端的位移比控制施工阶段过程中加劲梁的竖向位移更有实际意义。
未知荷载系数是按阶段及阶段内各子步骤输出的，建立施工阶段和子步骤时一定要注意
单元及边界的激活和钝化顺序。如下图所示，要得到CS2 阶段满足控制条件的索力，设计人员应注意在CS2 中，内力包括张拉索力引起的内力和拆除临时支座引起的内力两部分。如果将张拉索和拆除临时支座定义在相同阶段的同一子步骤内，则无法得到单独张拉索力时的未知荷载系数。因此需要在CS2 中将张拉索和拆除临时支座定义为两个子步骤。
如果需要考虑收缩徐变的影响来计算满足最终施工阶段控制条件的索张力时，由于收缩
徐变的效应与作用力的大小相关，即单位荷载的徐变作用效应与反映真实索力后的徐变作用效应不同，因此需要进行反复迭代来求未知荷载系数。
设计人员可根据需要选择考虑未闭合力进行斜拉桥正装分析还是使用未知荷载系数功
能进行斜拉桥正装分析。
设计人员可以先考虑未闭合力进行斜拉桥正装分析得到施工索力后，进行不考虑未闭合
力的正装分析。
其最终结果与初始平衡状态分析结果相比，拉索张力以及加劲梁的内力会有些变化。如
果内力值和位移的变化没有对结构的稳定性造成很大影响，则可以不再进行索力调整。如果判断需要调整，也可使用施工阶段未知荷载系数功能对一些结果进行微调。
不过，如果考虑未闭合力进行斜拉桥正装分析后得到的施工索力不是十分合理，通常索
力的微调很难满足要求，需要对施工步骤或者工法本身进行调整。
4．斜拉桥分析对于拉索单元的模拟（桁架单元、只受拉桁架单元、只受拉索单元、恩
斯特公式修正、大变形的悬索单元等的不同）
经常遇到的几种桥梁专业用语与有限元单元概念的混淆：
悬索桥的主缆和吊杆：建议使用考虑大变形的索单元
大跨斜拉桥的斜拉索：对于近千米或者超过千米的斜拉桥建议使用考虑大变形
的索单元
中小跨斜拉桥的斜拉索：建议使用考虑恩斯特公式修正的等效桁架单元
拱桥的吊杆：建议使用桁架单元
系杆拱桥的系杆：建议使用桁架单元
体内预应力或体外预应力的钢索（钢束）：与索单元无关，使用预应力荷载功
能按荷载来模拟即可。进行细部分析时对于钢束可以按桁架单元来模拟
以上建议是基于一般状况的考虑，特殊结构形式需要根据受力特点具体问题具
体分析
5．斜拉桥施工阶段分析类型的说明
考虑时间依存性的累加模型：对于索单元根据恩斯特公式进行修正来考虑索的
非线性，属于小变形分析，适用于大部分中小跨径的斜拉桥；
考虑非线性的独立模型：不适用于做斜拉桥分析
(a) CS 1: 恒荷载，固定支座，临时支座(b) CS 2: 添加索力，拆除临时支座
考虑非线性的累加模型：对于索单元按悬索单元进行大变形分析，适用于近千
米或以上跨径的斜拉桥。
6．斜拉桥稳定分析方法
MIDAS/Civil 目前提供线性屈曲分析功能和几何非线性屈曲分析功能。
主菜单“分析/屈曲分析控制数据”控制的是线性屈曲分析的数据。
屈曲分析控制数据中可以选择荷载工况的“可变”与“不变”。通常的概念是对于所有
荷载同时作用的状况下计算稳定系数，但实际情况是自重等一些恒载是不变化的，有可能变化的是一些后期荷载或者其它外荷载，因此有必要将不同的荷载作用类型进行区分来计算稳定系数。举例来说，如果想计算在自重作用状态下，只针对二期恒载的稳定系数时，可选择自重荷载工况为“不变”，二期恒载的荷载工况为“可变”。
而对于施工阶段分析，因为其实际上是个非线性的过程，所以其作用效应也不能按所有
荷载同时作用来看待。对于进行施工阶段分析的结构考虑屈曲分析时，首先需要确定要计算哪些荷载工况的稳定系数。对于之前已经作用的荷载作用效应的几何刚度，可以使用程序提供的“荷载/初始荷载/小位移/初始单元内力”的功能来考虑。
比如，如果想计算对于最后铺装的二期恒载的稳定系数的话，可以先进行施工阶段分析，将二期恒载铺装前的阶段的所有单元的内力通过表格复制出来，再将给施工阶段另存为一个静力分析的模型，将复制出来的内力按初始单元内力表格的形式在Excel 编辑之后复制、粘贴进去。在屈曲分析控制数据中添加“二期恒载”的荷载工况后进行屈曲分析。
屈曲分析的结果可通过“结果/屈曲模态”来查看。
几何非线性的屈曲分析方法与其它通用有限元分析软件的方法相同。即在“分析/非线
性分析控制数据”中将要考虑的荷载工况适当地分为多个加载步骤，之后进行几何非线性分析。在“结果/阶段与步骤图形”中设置变形和荷载加载步骤的曲线，通过分析曲线的突变
点来判断稳定系数。
7．斜拉桥风荷载的考虑
对于风荷载，目前可根据受风面积计算风荷载大小，将其按静力荷载形式作用于结构上
来考虑。
需要注意的是，在MIDAS/Civil 中，节点荷载作用于截面的偏心位置（如果设置偏心了的话），而梁单元荷载无论截面是否设置偏心，都作用于梁的形心位置。
8．斜拉桥的动力分析
MIDAS/Civil 提供反应谱分析、线性/非线性时程分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性
分析等与结构抗震分析/设计相关的功能，具体说明请参考其它相关资料。
对于斜拉桥成桥状态时结构的几何刚度，同样可以使用初始单元内力的功能来考虑。9．斜拉桥的细部分析方法
对于斜拉桥整体的受力状态可以使用杆系单元进行分析来把握，但斜拉桥的塔梁连接
部、索梁锚固端、索塔锚固端、钢梁和混凝土梁连接部等区域一般受力状态比较复杂，因此根据状况对一些局部需要进行细部分析。
采用子结构法进行细部分析的方法，在MIDAS/Civil 培训资料的第三个例题中有一些介绍，这里不再进行说明。
由于上述区域结构形状非常复杂，所以技术人员的大部分时间会耗费在使用板单元或者
实体单元的建模上。MIDAS/FX+提供了高级有限元建模的功能，技术人员可以使用其建模后，导入到MIDAS/Civil 中进行细部分析。
10．成桥状态荷载工况的分析注意事项（移动荷载、支座沉降、风荷载、温度荷载、
动力荷载等）
定义了施工阶段，另外还定义了移动荷载、温度荷载等成桥状态的荷载时，程序会先进
行施工阶段分析，之后对于最终阶段的模型进行成桥状态荷载的分析。
此时，结构是否考虑施工阶段分析后的内力所产生的几何刚度，取决于用户在施工阶段
分析控制对话框中是否勾选“转换最终施工阶段构件内力为PostCS 阶段的构件的几何刚度初始荷载”。
如果用户不选择“转换”，对于温度荷载等一般静力荷载工况，由于只是对单一工况考
虑恩斯特公式进行修正进行反复迭代计算，因此其分析结果实际上是与实际状况不符的。选择“转换”时，对于移动荷载等其计算结果的差异取决于几何刚度的大小。对于主梁
和主塔的轴向压力很大的斜拉桥，几何刚度的作用效果比较大，根据结构受力状况与按桁架单元考虑比较时，可产生10％～20％的差异。
对于不同的荷载效应，以及是否勾选“转换?”，程序的考虑方式如下。
对于成桥状态荷载工况分析时索单元（或桁架单元以及梁单元）的考虑方式
成桥状态荷载工况不勾选“转换…” 勾选“转换…” 备注
移动荷载按桁架单元考虑（线性叠加）考虑成桥状态的索单元和梁单元的几何刚度
支座沉降同上同上
动力分析
（特征值分析等）
同上同上
温度荷载按等效桁架单元考虑，基于
恩斯特公式进行反复迭代计算
同上
其它静力荷载按等效桁架单元考虑，基于
恩斯特公式进行反复迭代计算
同上
11．其它事项
如何考虑预拱度：位移的说明请参考主页技术资料《桥梁的制作预拱度和施工预拱度》；
前支点挂篮的模拟：需使用弹性连接的激活和钝化功能来实现；
对于成桥状态的结构，因为拥有初始单元内力信息，程序是考虑P-delta 效果来计算各种成桥状态后的荷载工况效应的。因此实际的弯矩值会比剪力×距离的结果大
一些。
另外由于同时拥有索单元，因此还会考虑恩斯特公式，针对不同荷载工况的效应对
索的刚度进行修正来计算。
对于移动荷载工况，由于影响线计算结果的线性叠加必须成立，因此程序是使用
成桥状态的不变的刚度来计算的。
不过如果利用移动荷载追踪器导出为静力荷载工况计算时，则是按考虑P-delta 效
应和索单元的恩斯特公式修正来计算的，因此会与移动荷载分析结构有些差别；
移动荷载工况下的弯矩值不等于剪力×距离的原因是计算剪力时，对于其中的Pk 考虑了1.2 倍。
根据公路通用规范条文说明，对于Pk 的取值是为了补充qk 的效应而设置的。对
于剪力需要取的值要比弯矩的大才能满足要求，所以规定对于剪力效应取1.2 倍的Pk。如果只是一个简支梁倒好说，但对于空间复杂结构，不好一概而论地判断。
因此MIDAS/Civil 中目前是对于所有构件的剪力都按1.2Pk 来考虑的。
如果用户必须要对于某些构件的轴力考虑1.2 倍的Pk 的话，可能需要利用移动荷
载追踪器导出为静力荷载工况后对于集中力做人为调整。
迈达斯斜桥与弯桥分析
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
斜拉桥设计计算参数分析
斜拉桥设计计算参数分析 1 概述 斜拉桥属高次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形、结构内力有着密切的联系。并且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载状态的断变化,主梁线形和结构内力亦随之不断发生变化。因此,需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算,从而求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、主塔位移等施工控制参数,并依此对施工的顺序做出明确的规定,并在施工中加以有效的管理和控制。 2 设计参数分析 2.1 主梁的中、边跨跨径比 主梁的中、边跨跨径比反映了结构体系的变形特性和锚索的抗疲劳性能： 从图1、图2可见，三跨钢斜拉桥的中边跨跨径比较多地位于2．0～3．5之间，集中在2．5处；三跨混凝土斜拉桥的相应数值则为1．5～3．0，较集中于2．2处。 就一般而言，中、边跨跨径的比值大于2．0，将能控制锚索的应力幅度在一定的范围内，并提高结构体系的总体刚度。在许多斜拉桥中，虽然中、边跨跨径的比值较小，但边跨中往往采用设置辅助墩或将主梁与引桥连接形成组合体系以提高结构刚度，适应结构的变形要求。 2.2 主梁自重分析 选取某斜拉桥桥5号、9号梁段(见图3)，各自增重5 %(其它参数取理论值) ,分别计算得到在浇筑完5号、9号梁段后各控制点挠度及主梁控制截面弯矩变化情况，见图3 、图4 。 图3：主梁自重增大5 %的梁段挠度影响图4：主梁自重增大5 %的梁段弯矩影响 从图3 、图4可见,梁段自重对控制点挠度的影响较大,且悬臂越大,影响越明显。梁段自重对控制点弯矩的影响更加不容忽视, 9 号梁段自重增大5 %,导致6 号梁段的弯矩值增加至1 200 kN •m ,达到合理成桥状态下该截面弯矩值的7 %。 2.3 主梁弹性模量分析
1使用MIDAS Civil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。这是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。即，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；而在正装分析时，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。 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。 重新说明一下的话，首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的，设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力，利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法，从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求，又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。 其次利用MIDAS/Civil的未闭合力功能，设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的
斜拉桥静风稳定分析
斜拉桥静风稳定分析 摘要：随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视。本文笔者通过线性方法和非线性方法对斜拉桥静风稳定性进行阐述分析，以供参考。 关键词：斜拉桥；静风稳定；线性分析；非线性分析 abstract: with increasing span cable-stayed bridges, aerostatic instability phenomenon has aroused wide interest. in this paper, the author by linear method and nonlinear method is analyzed on static wind stability of cable-stayed bridge, for reference. key words: cable-stayed bridge; static wind stability; linear analysis; nonlinear analysis 0 引言 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，近十几年，桥梁建设进入了大跨度时代，随着理论的发展，材料和施工方法的进步，斜拉桥、悬索桥的跨径的跨径越来越长。斜拉桥具有“塔高，跨长，索长、质轻、结构柔和阻尼弱”的特点，从而导致风荷载对桥梁安全、舒适性有着重要影响。风对桥梁主要有静力作用和动力作用，本文主要结合工程实例分析静力风荷载对混凝土主梁的斜拉桥的影响。 静风响应指结构在静力风荷载作用下的内力、变位和静力不稳定现象，主要体现为结构的刚度和静风稳定性。斜拉桥在静风荷载的作用下有可能发生横向屈曲失稳和静力扭转发散失稳。主梁在静风
ansys对斜拉桥的分析实例
用Ansys分析斜拉桥的变形、应力分布与优化
问题背景：第三届结构设计大赛，题目为：承受运动载荷的不对称双跨桥 梁结构模型设计。参赛作品为一个斜拉桥 比赛所用材料：桐木若干，白乳胶一瓶。 比赛要求：保证小车通过的同时，桥应力求重量轻，轻者可进入决赛。 参赛实验台示意图 比赛计算参数： 木杆的抗拉强度表
设计方案数据：根据所给材料，经过计算我们预计需要使用：主梁：4根6*6、4*6，55*1截取18mm宽，55*2截取15mm宽；拉塔：2根6*6，3*4作桁架；梁的固定用1根3*4；桥墩：2根3*4，55*1的木片作桁架结构。下脚料把主梁两端各加长20mm，并把端面做成梯形以使桥梁稳定。 桥梁简支模型：
其中(5)、(7)、(8)为拉索，(6)为拉塔，(1)、(2)、(3)、(4)为主梁，1、2、5为三个支座，塔高为330mm，2、3的距离为250mm，3、4的距离为200mm。 当小车经过2、5之间时，梁最容易发生破坏。 加载条件：预赛——空车(重9.88kg)行驶，桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。 Ansys分析目的：使用ansys分析软件对桥的应力分布进行分析，对结构进行改进与优化。 Ansys建模数据： 步骤： 定义单元类型：桐木材料选取单元类型：Beam 188 拉索材料选取单元类型为Link 10。 定义单元实常数：Link 10单元的实常数AREA定义为3.14*2.25/4。其中Beam 188不需要定义实常数。 定义材料属性：材料属性如图。 定义梁截面类型：主梁：8*8，侧梁:5*5，桁架：3*3（全部为矩形），拉索：R=1.5（圆形）。 建模：建立节点模型，利用建模工具建立节点，再用lines—straight lines 连接节点形成线模型。 划分网格：利用Meshing—Mesh attributes—picked lines，根据不同单元属性，不同材料属性，不同截面属性选择线，划分网格。再用Meshing命令中的line—set进行线单元数目划分，取为15。 定义load：对底座、边缘施加全部自由度约束，节点受力为98.8/4。 求解：solve命令。 查看结果：利用general postproc后处理查看结构变形云图，应力分布。 模型说明：建模过程中，对实际模型进行简化。其中弹性模量和泊松比进行简化处理，数据从网络中获取。桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。此约束忽略不计。当小车通过桥梁时，认为在如图位置变形最大，故受力分析时，将载荷加载到如图13、14、16、17节点处。尤其是拉索模型。由于拉索单元为Link，其只能受拉，不具有抗弯性能，故改用杆单元代替原模型。建模时使用mm作单位，而泊松比要除以1000，受力要乘以1000，才能得到正确的结果。
大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析
大跨度混凝土斜拉桥施工阶段静风稳定性分析 魏艳超1 李松延 2 1. 上海建科工程咨询有限公司，上海，200032 2. 上海建科工程咨询有限公司，上海，200032 摘 要：大跨度斜拉桥结构整体刚度较小，对风荷载作用十分敏感。当前斜拉桥的施工一般采用悬臂施工法，在全桥合拢时会发生体系转换。斜拉桥主梁未合拢前，整个结构处于悬臂状态，很容易在风荷载的作用下发生失稳破坏。使用大型有限元软件MIDAS/Civil ，对重庆轨道交通六号线蔡家大桥进行施工阶段的静风稳定性分析，结合风洞试验相关数据，计算桥梁的静风临界失稳风速，并总结结构刚度随主梁长度的变化规律，进而评估该桥的抗风性能。 关键词： 混凝土；斜拉桥；施工阶段；静风稳定性 1 引 言 进入新世纪之后，我国的桥梁建设突飞猛进。斜拉桥的发展更是一日千里，其跨径已经跨越了千米大关，应用越来越广泛。 斜拉桥是直接将主梁用多根斜拉锁锚固在桥塔上的一种桥梁结构体系，其结构刚度比其他桥型要小得多，属于柔性结构，在荷载作用下呈现出较为明显的几何非线性特征。在风荷载的作用下极易发生失稳。在斜拉桥的施工过程中，由于采用悬臂施工法造成全桥合拢时会发生体系转换，故对斜拉桥施工过程中的静风稳定性也应给与重视。本文以重庆轨道交通六号线蔡家大桥的施工为例，分析斜拉桥各关键施工阶段结构的静风稳定性。 2 三维非线性分析理论 在我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》中规定：斜拉桥的主跨大于400米时必须要进行静风稳定性验算。在对斜拉桥进行静风稳定性分析时，现今最常用的理论是三维非线性分析理论。 为了对桥梁结构进行三维非线性分析，需要先将作用在桥面主梁上的空气静力做一步简化，一般是将其分解。静力三分力是对分解后的空气静力的称呼，具体即横向风荷载H P 、竖向风荷载V P 和扭转矩M ，如图1所示： α Pv M Ph 图1 静力三分力 具体表达式为如下： ()2H 0.5d H P V C H ρα= ()2 V V 0.5d P V C B ρα= （1）
斜拉桥的稳定性分析-pc梁
斜拉桥的稳定性分析 周超舟1,蔡登山2,吕小武3,马 森4 (1.中铁大桥局股份公司施工设计事业部,湖北武汉430050; 2.中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034; 3.河南省交通厅工程处,河南郑州450052; 4.辽宁省交通勘测设计院,辽宁沈阳110000) 摘 要:利用有限元方法,将斜拉桥的主梁和桥塔离散成三维板壳单元,用悬链线索单元来考虑斜拉索的非线性影响,对大跨度斜拉桥的稳定性进行了分析,所建立的有限元分析方法,在大跨度斜拉桥的稳定性分析中具有一定的实用价值。 关键词:斜拉桥;有限元法;稳定性分析中图分类号:U 448.27;T U 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-7767(2006)04-0044-03 收稿日期:2006-04-19 作者简介:周超舟(1971-),男,高级工程师,1994毕业于西南交通大学,工学学士。 1 前 言 斜拉桥的斜拉索承受轴向拉力,其水平分力对主梁产生巨大的轴向压力,而竖直分力则对桥塔产生轴向压力,且随着跨度的加大,主梁和桥塔的轴向压力也增大。所以,大跨度斜拉桥的稳定性分析是一个十分重要的问题。国内外虽然有许多学者对斜拉桥的稳定性进行过分析[1,2] ,但大都是针对钢斜拉桥的,且多用等效弹性模量来考虑斜拉索的非线性影响,这使得计算结果的误差较大,不便于推广应用。 在PC 斜拉桥中,结构自重在总荷载中所占的比例很大,为了减轻自重,可采取两种方法:①使用轻质混凝土;②减小主梁的横截面。结合目前的材料水平、经济状况和施工条件等因素,以第②种方法用得较多。但这样就更加突出了PC 斜拉桥的稳定性问题。 大跨度PC 斜拉桥一般都采用悬臂施工的方法来建造[3],凭直观分析可知,斜拉桥在施工时的最大悬臂状态,即中跨未合龙之前,是一个较危险的状态,此时结构的整体刚度还不能实现,而在较大的施工荷载的作用下,主梁极易发生失稳破坏。近年来,国内几座斜拉桥在施工时出现的事故也证实了这一结论。1986年10月,四川达县洲河斜拉桥在施工时坍塌,有专家指出是由于主梁失稳造成的;1998年9月,浙江宁波招宝山大桥在施工时,发生主梁断裂事故,其中一个主要原因就是:薄壁箱式主梁的底板过薄,在施工荷载的作用下,主梁被压溃。所以,为了保证施工安全,必须对大跨度PC 斜拉桥进行施工状态的稳定性分析。 2 PC 斜拉桥稳定性分析的有限元法 用有限元法对PC 斜拉桥进行分析时,为了更好地反映出主梁的剪力滞、扭转等效应,将主梁离散为三维板壳单元;桥塔一般为矩形箱式柱,也可离散为三维板壳单元;斜拉索则用悬链线索单元来分析。2.1 板壳单元 如图1所示为8节点三维板壳单元(即三维Serendipity 单元),其位移形函数为[4]: 图1 三维板壳单元 N i = 1 8 (1+F 0)(1+G 0)(1+N 0)(1)式中,F 0=F i F ,G 0=G i G ,N 0=N i N ,i =1,2,,,8。 根据板壳理论的基本假设:变形前中面的法线,在变形后仍保持为直线。因此,板壳单元内任一点的位移可由中面对应点沿总体坐标x 、y 、z 方向的3个位移分量u m 、v m 、w m ,以及节点i 处上、下表面的向量V 3i 绕与它相垂直的两个正交向量的转角B 1i 和B 2i 表示: u v w =E 8i=1N i u m v m w m +E 8 i=1N i F t i 2[v -1i -v -2i ] B 1i B 2i (2) 44 世界桥梁 2006年第4期
曲线桥抗倾覆稳定性及墩柱承载能力分析
曲线桥抗倾覆稳定性及墩柱承载能力分析 发表时间：2018-10-16T17:02:24.120Z 来源：《防护工程》2018年第11期作者：耿飞[导读] 并在钢盖梁的两侧各增加1个支座加固方案下的支座脱空情况、抗倾覆稳定性、墩柱承载能力进行了验算分析。验算结果表明其抗倾覆稳定性能满足要求，但墩柱承载能力不能满足要求，需进行加固处理。耿飞 河南省交通科学技术研究院有限公司河南郑州 450006 摘要：以某曲线独柱墩连续梁桥为例，采用公路-Ⅰ级中的标准车辆密布荷载作用的方式，根据独柱墩桥横向失稳的判别准则和计算方法，对独柱墩上增设钢盖梁，并在钢盖梁的两侧各增加1个支座加固方案下的支座脱空情况、抗倾覆稳定性、墩柱承载能力进行了验算分析。验算结果表明其抗倾覆稳定性能满足要求，但墩柱承载能力不能满足要求，需进行加固处理。关键词：曲线桥、支座脱空、抗倾覆、承载能力 1、引言 曲线独柱墩连续箱梁桥以其造型美观、结构轻巧、适应强性等独特优势在高速公路互通立交匝道桥中广泛应用，近年来，由于交通量的增大、车辆超载、桥梁劣化等不利因素，因超重车辆偏载导致的独柱墩桥梁倾覆倒塌事故时有发生，造成人员伤亡和重大财产损失。对在役曲线独柱墩连续箱梁桥进行横向倾覆稳定性验算及改造加固的任务迫在眉睫。本文以某曲线独柱墩连续箱梁为例，对其在独柱墩上增设钢盖梁，并在钢盖梁的两侧各增加1个支座的加固方案，通过建立空间有限元模型计算分析了支座脱空、主梁倾覆稳定性、墩柱正截面承载能力情况，为该桥梁加固方案实施的可行性及注意事项提供了参考依据。 2、计算分析内容 2.1 支座计算 支座脱空可认为是横向倾覆过程的开始，剩余未脱空支座位于一条直线时则可以认为是横向失稳的临界状态，在支座脱空计算中考虑《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）公路-Ⅰ级中的标准车辆密布荷载（含冲击力）标准值和成桥内力（自重、二期恒载、预应力、收缩徐变）标准值作用下支座反力是否为负（拉力）。在作用标准值组合（汽车荷载考虑冲击作用）下，单向受压支座不应处于脱空状态。 2.2 主梁抗倾覆验算 根据查阅的相关资料和《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（征求意见稿），独柱墩桥梁抗倾覆验算的汽车荷载按照现行规范公路-Ⅰ级中的标准车辆荷载并采用密布形式验算，安全系数不小于3。抗倾覆轴选取原则为抗倾覆轴外侧无支座。对于曲线桥倾覆轴线确定方法为，当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线内侧时，倾覆轴线为桥台外侧支座连线，当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线外侧时，倾覆轴线取为跨中支座连线或一桥台外侧支座和跨中桥墩连线。根据定义，可得出如下抗倾覆表达式：
独塔单索面斜拉桥主塔稳定性分析
独塔单索面斜拉桥主塔稳定简化分析 郭卓明 李国平 袁万城 上海城建设设计院 同 济 大 学 摘要：由于悬吊桥梁采用索塔支撑，其主塔往往须承受强大的轴向压力，因此其稳定是一个比较突出的问题。尤其独塔单索面斜拉桥在空间受力和稳定性方面都相对比较薄弱，对其进行稳定性分析更显必要。本文在对其主塔受力的适当简化之后，分别对其弹性及弹塑性稳定进行了简化分析，在传统的弹塑性稳定内力分析的基础上提出了一种独塔单索面斜拉桥主塔弹塑性稳定分析的简化方法。并以两座独塔单索面斜拉桥为背景做了算例，分析结果表明本文采用的简化分析方法是可行的。 关键词：独塔单索面 斜拉桥 主塔稳定 简化分析 一、引言 国民经济的飞速发展和国家对基础设施投入的进一步加强为我国大跨桥梁的发展提供了一个良好的条件，近十几年来，斜拉桥在我国迅速发展。由于单索面斜拉桥在美学上的优势，目前采用这种形式的斜拉桥也越来越多。由于悬吊桥梁的主塔均需承受巨大的轴向压力，而且随着桥梁跨度的增大，主塔也越来越高，结构越来越柔，其稳定问题成为一个非常突出的问题。尤其是其侧向稳定在设计时更需特别注意。 结构的稳定是一个较为经典的问题。从1744年欧拉的弹性压杆屈曲理论，到1889年恩格赛的弹塑性稳定理论，到Prandtl, L.和Michell, J. H. 的侧倾稳定理论，再到李国豪教授、项海帆教授等对桁梁桥、拱桥稳定的研究[1]以及近来国内外许多学者对各种具体结构稳定的研究，稳定问题在理论上已经比较成熟。在斜拉桥的稳定方面，1976年Man-chang Tang 提出了弹性地基梁的屈曲临界荷载估算法，葛耀君[5]用能量法分析了斜拉桥的面内稳定，此外樊勇坚、李国豪以及钱莲萍等都提出过各种实用计算方法，但都是仅限于弹性稳定的简化分析，且基本集中于主梁的稳定。对于弹塑性稳定，最近谭也平、景庆新[2]等都用有限元的方法进行了分析。稳定问题在计算方法上经历了经典的平衡微分方程方法、能量法等简化方法和有限元的数值计算方法这三个阶段，目前众多的研究尤其是对弹塑性稳定的研究大都集中在有限元分析上。然而在精确的有限元分析的同时，采用直观明了、概念清晰的力学简化分析，无论在对有限元分析结果的检验还是在初步设计时进行简单的估算都十分必要。本文在对独塔单索面斜拉桥主塔的受力特性进行适当简化之后，对独塔单索面斜拉桥主塔的弹性及弹塑性稳定问题分别进行了简化分析。 二、弹性稳定简化分析 考虑最一般的情况，主塔失稳方向和拉索平面成夹角β，如图（1）所示。失稳线形假定为()()v z V f z H ?=，分解到斜拉索平面内和平面外分别为： 平面内：()()()x z v z V f z H =?=?cos cos ββ 平面外：()()()y z v z V f z H =?=?sin sin ββ 主塔产生变形以后，外力功主要有拉索做功、主塔本身轴压做功和风荷载做功，其中拉索做功需考虑其在平面内的弹性支撑和平面外的非保向力作用，则由能量法可方便的导出主塔势能的总表达式：
曲线桥稳定性设计分析与研究
２０１９年 第３期（总第３０１期） 黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩ Ｎｏ．３，２０１９ （ＳｕｍＮｏ．３０１） 曲线桥稳定性设计分析与研究 李仲阳，桂 睿 （中国公路工程咨询集团有限公司，北京 １０００７８） 摘 要：在新版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧ３３６２－２０１８）颁布之际，结合实际工程实例，分析曲线上的现浇箱梁在设置墩间单支座时支座脱空情况，并进一步探讨曲线现浇箱梁支座预偏心对桥梁支座脱空问题的影响，为曲线桥梁稳定性设计提供参考。 关键词：高速公路；现浇箱梁；曲线半径；支座预偏心 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－３３８３（２０１９）０３－００９０－０２ Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｏｆｃｕｒｖｅｄｂｒｉｄｇｅ ＬＩＺｈｏｎｇ－Ｙａｎｇ，ＧＵＩＲｕｉ （ＣｈｉｎａＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：《ＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈｗａｙＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅｓａｎｄＣｕｌｖｅｒｔｓ》（ＪＴＧ３３６２－２０１８）ｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｍｕｌｇａｔｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｅｍｐｔｙｏｆｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｂｏｘｇｉｒｄｅｒｏｎｔｈｅｃｕｒｖｅｗｈｅｎａｓｉｎｇｌｅｂｅａｒｉｎｇｉｎｔｈｅｐｉｅｒｓａｒｅｉｎｓｔａｌｌｅｄ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｅａｒｉｎｇｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｏｆｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｂｏｘｇｉｒｄｅｒｏｎｔｈｅｃｕｒｖｅ．Ｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｃｕｒｖｅｂｒｉｄｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｂｏｘｇｉｒｄｅｒ；ｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖｅ；ｐｒｅ－ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｏｆｂｅａｒｉｎｇ 收稿日期：２０１８－１２－０５ １ 概 述 高速公路互通匝道的曲线半径经常会出现远 远小于主线平曲线半径的情况，匝道上设置的桥梁在曲线半径较小的时，往往采用普通现浇钢筋混凝土上部结构作为实施方案。普通现浇钢筋混凝土箱梁不需要张拉预应力，施工快速，结构安全性好。在新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ＪＴＧ３３６２－２０１８）》颁布之后，对曲线桥的结构安全问题提出了新的要求。结合工程实例，分析小半径曲线桥支座预偏心对结构支反力的影响。２ 工程实例 ２．１ 工程背景 湟源至西海高速公路工程为西宁至青海湖的重要通道，项目位于西宁市以西。根据国家公路网 规划（ ２０１３年～２０３０年），该项目属于国家高速公路的展望线，也是青海省高速公路网（调整）规划（２００９年～２０３０年）中的重要规划道路，路线编号Ｓ２０１１。根据规划，本项目路线起于湟源县，止于西海镇，是连接武威—茫崖高速公路和京藏高速公路 的连络线，规划里程５ ０ｋｍ。湟源南互通枢纽位于高速公路的起点，与扎麻隆至倒淌河高速公路相接，湟源南互通枢纽Ｃ匝道桥上部结构采用现浇钢筋混凝土箱梁。桥跨范围内，曲线半径由６０ｍ经缓和曲线过渡到４０ｍ，全桥长２２２ｍ。全桥共分４联，联长均为５４ｍ，第一联、第二联曲线半径为６０ｍ，第三联、第四联经缓和曲线与主线相接。桥 梁全宽为９ ．２５ｍ，主梁梁高１．４ｍ，采用１０ｃｍ沥青混凝土桥面铺装和８ｃｍＣ４０现浇混凝土调平层。标准横断面为单箱单室，顶板厚２８ｃｍ，底板厚２５ｃｍ，腹板厚４５ｃｍ。受地形条件加下部车道影响，本桥分联墩台处支座采用双支座，支座间距４ｍ，联间桥墩采用单支座。车道设计标准为双向两车道，设计荷载等级为公路－Ｉ级。２．２ 计算模型 以第一联为例进行计算分析。采用有限元程序Ｍ ｉｄａｓ建立桥梁有限元模型，曲线现浇箱梁模型沿路线前进方向１ｍ左右一个单元，支座方向均沿路线曲线的切线方向。３ 结构计算分析 · ０９·
独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析
独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析 独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析 [摘要] 文章通过对崇左市某互通立交工程独柱墩曲线连续梁桥进行有限元建模及计算，分析曲线半径、桥长、边界墩支座间距、独柱墩支座预偏心等因素对独柱墩曲线连续梁桥稳定性的影响；指出只调整梁的扭矩而忽略梁的扭转变形是不全面的。通过调整墩顶处支座的位置保证梁在结构自重以及预应力荷载作用下的扭转变形达到最小，同时梁端的支座处不产生脱空现象，这样才会使整个梁体结构处于平衡；并分析构造要求及施工方法对独柱墩曲线梁桥稳定性的影响。对同类工程设计及施工有一定指导作用。 [关键词] 曲线连续梁桥；独柱支承；偏心距 [作者简介] 张艳东，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司桥隧所助理工程师，研究生，广西南宁，530003；李凤芹，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司，广西南宁，530003 [中图分类号] U448 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2012）10-0071-0003 曲线梁桥目前已广泛应用于现代桥梁工程，在城市立交工程的匝道设计中更为普遍。匝道桥的宽度较窄，一般多为两车道，宽度在9～11m；为了实现道路的转向功能，匝道桥多为小半径的曲线梁桥，平曲线最小半径可在30m；匝道桥多设有较大纵坡；匝道桥长度较大，以跨越下面的非机动车道或主干道。由于曲线梁桥相对于普通直线梁桥的特殊性，产生了一系列新的问题，如独柱支座预偏心距的设置，梁体的预应力损失、梁体腹板开裂、整体扭转、变形等[1]，没有很好地解决。规范中对曲线梁桥的设计规定也较少。相关研究的不足，导致独柱墩曲线梁桥较普通直线梁桥发生的病害、事故更多。查阅已建成的独柱墩曲线桥梁的检查资料可知，大部分梁体都存在着不同程度的病害，如梁端支座脱空、产生位移、梁体开裂等现象，甚至导致严重的交通事故，造成巨大的生命财产损失。 一、有限元模型
斜拉桥的发展现状及常见问题浅析
斜拉桥的发展现状及常见问题浅析徐灯飞夏德俊（西南交通大学土木工程学院四川成都611756） 庄晴（内江师范学院四川内江641112） 摘要：本文主要论述了斜拉桥在近些年发展建设中取得的成就，分析了斜拉桥在结构、布置、选材和审美方面，以及简单介绍了斜拉桥在结构设计和施工建设方面遇到的难题及采取的必要措施。斜拉桥因为结构和审美上优势，以及大量的建设尝试和研究，斜拉桥以后势必还会有更大的发展。 关键词：斜拉桥；布置形式；桥梁结构体系；斜拉桥审美 一．我国斜拉桥建设取得的成就 自1979年建成的第一座斜拉桥——主跨只有76米云阳桥以来，经过30多年的飞速发展，现今我国斜拉桥无论是在规模和跨度方面，还是在结构设计和施工技术都取得了巨大的成就。目前我国已经是世界上斜拉桥数量最多、跨度最大的国家。2008年建成的苏通大桥全长1088米，成为世界上最长的斜拉桥，这也是我国历史上工程规模最大、建设条件极为复杂的特大型桥梁工程。目前我国已经建成的世界级的大跨度斜拉桥还有：2005年建成的南京长江三桥，是国内第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥；2009年香港建成的双塔斜拉桥昂船洲大桥，主跨长1018米，为世界第二长；2010年建成的鄂东长江大桥，主桥主跨为926米，位居混合梁斜拉桥世界第二位等等...... 我国斜拉桥的设计与施工技术也已经跨入世界的先进行列，并取得了显著的成绩：（1）斜拉索制造工艺实现了专业化和工厂化及防护技术不断完善；（2）斜拉桥的施工技术逐步完善；（3）用计算机进行结构计算和施工过程控制等。目前我国的斜拉桥正在向新型结构、大跨度、轻质和美观等方向发展，以更好的适应交通、经济、环境和安全的要求。 二．斜拉桥整体结构特点 斜拉桥又称为斜张桥，是用许多拉索将主梁直接拉在桥塔上的一种组合受力体系的桥梁，其主体结构由斜拉索、索塔、主梁组成。在斜拉桥结构体系中，索塔主要是承压，斜拉索受拉，梁体主要承受弯矩，外荷载主要由主梁和斜拉索承受，并由斜拉索将受力传递给索塔。主梁由一根根拉索拉起，等于在梁内设置了许多支撑点，可以将其看作由拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁，这种结构能够非常有效的减小梁体内弯矩，从而降低主梁的高度，减轻结构重量，节省建筑材料，有利于斜拉桥向大跨度方向发展。斜拉桥相对悬索桥有较大的刚度，在抵抗风载、地震、竖向活载的作用方面有优势。三．斜拉桥的布置： 1.斜拉桥整体布置： 常见的布置形式有：独塔双跨式、双塔三跨式和多塔多跨式。（1）相对于双塔三跨式，独塔双跨式斜拉桥主跨径较小，而且常采用双跨不等的非对称形式，使结构整体受轴向力为主，以充分发挥材料的优势，这种布置形式在跨越中小河流和城市通道中较常用；（2）斜拉桥布置成双塔三跨式时，具有较大的主跨径，并便于通航、简化计算、方便施工，因此在大跨度桥中最为常见，适用于跨越海峡和宽度较大的河流、峡谷等。双塔三跨桥一般布置成对称结构，而且要调整好边跨和主跨的比例，这对于审美和控制整体刚度及拉索应力有很大非常有利；（3）多塔多跨式斜拉桥现在已经很少采用，因为这种形式的桥中间塔顶处没有端锚索来有效的限制其变位，采用多塔多跨式会使结构的柔性增大，对抗风不利。 2.索塔
斜拉桥的正装分析
斜拉桥正装未闭合力的说明 1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能 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。一个可行的施工阶段设计，其正装分析同样可以以成桥阶段的张力为基础求出索的无应力长，然后考虑各施工阶段的索长变化得出各施工阶段索的张力。目前以上述理论为基础的程序都是大位移分析为主，其原因是悬臂法施工在安装拉索时的实际长度取值是按实际位移计算的。一般来说新安装的构件会沿着之前安装的构件切线方向安装，进行大位移分析时时，因为切线安装产生的假想位移是很容易求出来的，但是小位移分析要通过考虑假想位移来计算拉索的张力是很难的。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
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析 【摘要】长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥桥长368m，采用84m+200m+84m双塔双索面结构，主梁为预应力混凝土双边箱结构，桥塔采用h型箱型薄壁结构。文章用midas 2010程序对运营状态下桥梁结构稳定性进行了分析。 【关键词】混凝土斜拉桥；稳定性；稳定系数；预应力 1 工程概况 1.1 主桥设计简介 长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥位于长春站东侧，本桥在该处跨越京哈上下行线共计18条铁路线和长吉城际上下行线，是该区域的重要景观。主桥的桥梁结构形式采用双塔双索面结构，半漂浮体系，孔跨布置为84m+200m+84m，边跨计算跨径83m，边中跨比为0.42。主塔为h型，箱型薄壁结构，结构高度为54.5m，h/l=0.2725。梁上索距6m，每个塔设15对拉索，每对斜拉索和主梁相交处设横梁。 1.2 设计标准及技术条件 1.2.1 公路等级：城市快速路，v=60km /h，双向6车道； 1.2.2 荷载标准：公路—ⅰ级； 1.2.3 桥面布置： 0.50米（风嘴）+1.5米（拉索锚固区）+0.5 米（防撞护栏）+11.5米（行车道）+1.0米（中央分隔带）+11.5米（行车道）+0.5米（防撞护栏）+1.5米（拉索锚固区）+0.50米（风嘴）=29米。 1.2.4 抗震设防烈度：ⅶ度；
1.2.5 设计风速：35.4米/秒； 1.2.6 环境类别：ⅱ类； 1.2.7 桥上纵坡：2.2%和-3%，竖曲线半径4000m，桥上横坡：1.5%； 1.2.8 桥下净空：铁路：电气化铁路净高按不小于7.96m。长吉城际不小于7.5m。 1.3 主要材料特征 1.3.1 主梁 主梁标准断面采用c50混凝土双边箱梁，梁宽29m，中心处梁高3.0m，桥面板厚0.3m，桥面板设1.5%双向横坡。边箱箱底板宽4m，三角部分宽4.5m，主梁标准段长度为6.0m，标准段底板、腹板厚为0.4m，三角部分底板、顶板厚为0.3m，在标准段两边箱间不设底板；三角部分底板厚为0.45m；边跨密索区梁段长度为2.5m，箱形截面为单箱四室结构，三角部分底板、顶、底板、腹板及桥面板厚度同索塔区箱梁。主梁纵向预应力采用精轧螺纹粗钢筋和预应力钢绞线，精轧螺纹粗钢筋抗拉标准强度为fpk=930mpa，弹性模量ey=2.0×105mpa；预应力钢束采用高强度低松弛1860级钢绞线，直径φs15.24mm，fpk=1860mpa，fpd=1260 mpa，ep=1.95×105mpa。主梁腹板设竖向预应力，采用精轧螺纹粗钢筋。 1.3.2 主塔 主塔截面采用矩形空心断面，上塔柱和中塔柱横桥向标准尺寸3.5米，纵桥向标准尺寸6.5米，拉索锚固处塔壁厚1.2米，拉索锚固区塔内净空4.1×1.9米。下塔柱横桥向尺寸3.5米，纵桥向尺寸
斜拉桥非线性分析综述
1斜拉桥非线性分析的研究现状 在结构分析领域，一直普遍存在着由结构几何变形、梁－柱效应和材料塑性引起的结构力－变形非线性关系。Turner等人，在1960年里发表的一篇论文里提出根据结构加载前已存在的应力建立刚度矩阵和在几何非线性分析中使用线性化方法与增量法的概念。1966年，Oden、Prazmieniecki提出了计算几何矩阵的方法。Turner、Oden 等人中公式推导中，位移函数采用了简化的表达式，其分析计算实质上限制在大位移、小应变的范围内。从70年代初期，开始研究关于大位移、大应变大结构，将固体力学的分析方法引用到结构几何非线性有限元分析中，当位移与应变较大之后，通常用到修正坐标的方法，即所谓移动坐标法。大跨径斜拉桥是高次超静定结构，即使在正常荷载作用下，往往发生较大位移，结构几何形状发生显著的变化，整个结构由于有限变形而表现出明显的几何非线性行为。归纳起来，斜拉桥的几何非线性来自三个方面：斜拉索的垂度效应；主梁、索塔中轴力与弯矩相互作用而产生的梁－柱效应；大位移产生几何形状改变而引起的非线性效应。斜拉索作为柔性构件，在自重和轴力作用下，呈悬链线形状。其轴向刚度将随垂度的变化而变化，而斜拉索的垂度又取决于索中的拉力，因此斜拉索拉力与变形之间存在明显的非线性关系。对自锚固体系斜拉桥，斜拉索索力使主梁、桥塔等构件处于弯矩和轴力的组合作用下，桥塔和主梁变形过程中，由于横向挠度会使轴
力产生附加弯矩，而弯矩又影响轴向刚度的大小，从而影响结构变形，由此产生所谓的梁－柱效应，使整个斜拉桥表现出非线性行为。大跨度斜拉桥的另一特点是由于柔性较大而产生较大的位移，此有限位移会使斜拉桥的几何形状产生较大的变化，从而使结构分析不能仅按未变形的初始几何形状进行，而应当随着位移的变化逐步修正结构的几何形状。此时，结构的几何刚度矩阵是几何变形的函数。因此平衡方程{F}=[K]{δ}=不再是线性关系，线弹性分析中的叠加原理也不再完全适用。斜拉索垂度效应产生的非线性效应随着索自重即水平投影长度增加而增加，随索中拉力减小而减小。1956年H.J.Ernst提出用直杆模拟斜拉索，用等效弹性模量来考虑斜拉索垂度的非线性效应，这就是今天斜拉桥分析中广泛采用的Ernst公式。 我国学者对斜拉桥的几何非线性也进行了广泛对理论分析与试验研究。1982年周上君用等效弹性模量考虑斜拉索垂度，考虑结构大位移效应，用小挠度全量平衡方程进行迭代计算。但他用小挠度平衡方程计算斜拉桥大位移效应，未考虑主梁与桥塔大梁－柱效应。1990年陈德伟引入稳定函数考虑梁单元的梁－柱效应，用Ernst 公式考虑拉索的垂度效应，用拖动坐标系考虑大位移影响，求解斜拉桥的几何非线性问题。程国庆、潘家英等总结了斜拉桥几何非线性研究等现状，对各种斜拉桥几何非线性分析方法作了评述，指出：（1）等效弹性模量法用直杆单元模拟整根斜拉索，给斜拉桥的分析带来了很大的方便，但是当斜拉索两端节点位移相当大时，等效弹性模量法具有一定的近似性；（2）处理梁－柱效应可采用几何刚度矩阵和稳定函
斜拉桥病害分析
实训报告
班级：土木一班 姓名：黎津 学号：10700112 序号：10 日期：2013/6/23 实训论文一浅谈斜拉桥病害分析 土木一班黎津学号：10700112 【摘要】本文主要介绍了斜拉桥的斜拉系统、塔索、主梁的病害成因，以重庆嘉陵江千厮门大桥来加以论述。 千厮门嘉陵江大桥南穿渝中区洪崖洞旁沧白路，跨嘉陵江，北接江北区江北 城大街南路。主桥为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，跨径布置为88m+312m（主跨） +240m+80m=720m。 本桥正桥采用88+312+240+80m四跨单塔单索面连续钢桁斜拉桥，钢梁全长720m （两端至支座中心线），桁宽15m，主桥全宽24~36.990m,渝中区侧边跨由于 上层公路线形与下层轨道线形不平行，桁梁设置为变高度。主桁采用变高 度的三角形桁式，全桥采用等节段布置，节段长度16米。主梁为双层桥面，下 层宽13m，为双线城市轨道交通，上层全宽24?36.990m,为双向4车道及两侧人行道。 主桁主要杆件均为焊接箱形截面。其中下弦杆截面宽1200m m,高1600mm，板厚24~60mm;上弦杆截面宽1200mm，高1200mm，板厚24~44mm；腹杆截面宽 1200mm，高1200mm,板厚20~44mm（过渡墩处竖杆厚100mm）。除部分腹杆按插入式两面拼接设计外，其余杆件均按照四面拼接设计，单个构件最大长度16.5m，最大安装吊重约66吨。主桁节点均采用整体节点。节点板最大厚度70mm（塔支座处）， 最大规格为5570x 3200mm（B26节点）。 上层桥面采用正交异性钢桥面板，有索区及桥塔根部处无索区桥面板厚 24mm，其余无索区桥面板厚16mm，采用16x 150mm板肋加劲，板肋标准间距
斜拉桥模型分析
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)