移动荷载分析
17 关于悬索桥移动荷载分析理解
关于悬索桥移动荷载分析理解1 实例介绍人行悬索桥桥跨150m，f/L=1/15，桥面宽4.5m。
主缆和吊杆采用索单元模拟，其他为空间梁单元。
图1 有限元模型图2 一次成桥验证2 问题重现在公路-Ⅱ级作用下，位移达到1756mm，如下图：图3 移动荷载最大竖向位移3 问题分析一次成桥验证，桥梁的位移基本满足要求，表明在恒载作用下，索单元的无应力长度是合适的，成桥的设计状态是合理的。
此时，关于索单元有大位移分析需要的几何刚度，到拆分析需要的平衡单元节点内力，以及小位移线性分析需要的初始单元内力。
施工阶段分析控制当进行移动荷载分析时，索单元自动转化为桁架单元并考虑初始单元内力的影响（几何刚度），进行线性分析，此时移动荷载的分析状态为：活载+桁架单元（考虑初始单元内力）+成桥边界。
但要注意，初始单元内力只有刚度效应，没有内力效应。
实际移动荷载的分析状态为：活载+桁架单元（考虑初始单元内力）+桁架单元初拉力（由恒载内力产生）+成桥边界。
对比发现，相差桁架单元初拉力，因此，程序进行移动荷载分析时，输出的位移是没有实际意义的。
4 验证建立成桥模型：索改为桁架单元，给桁架单元添加恒载产生的初拉力，这样自重+初拉力进行线性分析时，应该达到成桥平衡状态。
这也是实际的成桥分析状态。
图4 桁架模型成桥状态由图可以看出，在自重+初拉力作用下，基本满足设计状态。
分别查看MVmax+初拉力和MVmin+初拉力位移此时查看的位移，才是有实际意义的。
但要注意仅是指线性分析合理的情况。
5 结果分析实际位移达到1372mm，表明该桥的成桥刚度非常小，可以从成桥（自重）吊杆力看出。
汽车活载产生的吊杆力达到44KN，比自重产生的都大，对于这样的柔性结构来说，必然会发生较大位移，只有当活载产生的比重较小，进行线性分析才会有意义，这也是实际悬索桥结构的处理本质。
因此，对于本桥，按照桁架单元进行线性也是没有意义的。
正确做法，应是按照满载和半跨布载将移动荷载转化为静力工况进行非线性分析，位移结果应该会减小。
Midas-移动荷载-设置流程
midas Civil 技术资料----移动荷载设置流程目录midas Civil 技术资料1 ----移动荷载设置流程1 一、定义车道线（车道面）2 二、定义车辆荷载5 三、定义移动荷载工况7 四、移动荷载分析控制9 五、运行并查看分析结果12 参考文献14北京迈达斯技术有限公司 桥梁部 2013/05/17本章主要结合中国规范JTG D60-2004[1]进行纵向（顺桥向）移动荷载分析介绍，移动荷载分析主要是计算移动荷载（车道、车辆或人群荷载）在指定路径上（车道线、车道面）移动时产生的各种效应（反力、内力、位移、应力）的包络结果，具体分析过程如下：（1）定义车道线/面；（2）定义车辆荷载--车道荷载、车辆荷载、人群荷载等活荷载；（3）定义移动荷载工况；（4）定义移动荷载分析控制；（5）运行分析并查看结果。
一、定义车道线（车道面）荷载>移动荷载>移动荷载规范-china，定义车道线或车道面，确定移动荷载路径，程序提供车道单元和横向联系梁两种方法，其中，车道单元法是将作用在车道中心线上的荷载换算到车道单元上（换算为集中力和扭矩），单梁模型中常用；而横向联系梁法是将移图1-1车道单元法及横向联系梁法示意图动荷载作用在横梁上，然后由横梁按比例传递到临近的纵梁单元上，梁格模型中常用，此时需要将横梁定义成为一个结构组，传力示意如图1-1所示。
随后即可进行车道线定义，首先是“斜交角”设置，对于斜桥梁格模型可以输入起点和终点的斜交角度，此设置需跟横向联系梁法配合使用，车道单元法不需要设置此项。
“车辆移动方向”，对于直桥，选择三者无差别；如果是斜桥，则车辆移动方向不同，分析结果也不同，故要选择“往返”。
图1-2车道单元法及横梁联系梁法定义图示 “偏心距离”的输入，蓝色虚线为车道中心线的位置，Start-End 为车道单元，以顺桥向为基准，当车道中心线在车道单元的左侧时，偏心距离a 为负值，右侧为正值。
移动荷载横向分析(课堂PPT)
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midas Civil
I. 桥面板计算移动荷载作用
桥面板计算理论-力学模型
整体现浇的T梁桥，梁肋和横（隔） 梁之间的桥面板，属于矩形的周边支撑 板。通常其边长比或长宽比（la/lb）等 于或大于2，当有荷载作用于板上时， 绝大部分力是由短跨方向（lb）传递的 ，因此可近似地按仅由短跨承受荷载的 单向受力板来设计。
✓ 定义横向车辆荷载 自动生成横向移动荷载工况。 P为单轴单车轮荷载 定义的默认车道系数为1 可以考虑横向折减系数
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I. 桥面板计算移动荷载作用
移动荷载施加-考虑有效分布宽度
✓ 车道单元比例系数= 车道单元有效分布宽度值 / 纵向宽度值
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II. 盖梁计算移动荷载作用
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I. 桥面板计算移动荷载作用
桥面板计算理论-04规范中a的规定
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I. 桥面板计算移动荷载作用
横向分析建模助手生成横向模型
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I. 桥面板计算移动荷载作用
横向分析建模助手生成横向模型
✓边界条件：边界生成在每个腹板的下 端，最左侧生成的是铰支座，其它位 置生成的是滑动支座。
建立盖梁横向分析模型
盖梁移动荷载计算模型：
➢ 对于预制结构：一般支座间距小，移动荷载直接施加 在盖梁上分析，即模型由盖梁和桥墩组成。
➢ 2.对于整体现浇结构：一般支座较稀疏，在盖梁上建
立横梁构件，将移动荷载施加在横梁上分析，模型需
在盖梁上增加横梁构件。
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建筑力学课件第十九章
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19.1 移动荷载及其影响
（1）影响线上任一点的横坐标x表示单位荷载的位置，纵坐标（或称 竖标）表示当单位荷载作用于此位置时所研究截面某一反力或内力的 数值。这是影响线的本质，必须深刻理解。 （2）在绘制影响线时，单位荷载F=1是不带量纲的。因此，某反力 或内力影响线竖标的单位等于该反力或内力的实际单位除以力的单位。 例如弯矩影响线的竖标是长度单位，反力、剪力影响线竖标是无量纲 的。这样，在利用影响线研究实际荷载的影响时就比较方便，只需用 某反力或内力影响线的竖标乘以实际荷载的单位就行了。 （3）符号规定，支反力以向上为正，反之为负；弯矩以使梁下侧受 拉为正，反之为负；剪力使所取隔离体顺时针转为正，反之为负。一 般规定，影响量的正值，画在横轴（基线）的上侧，负值则画在横轴 的下侧，并要求注明正负号。
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19.2 静力法作影响线
总之，内力的影响线反映的是某一截面上的某一内力量值与单位移动 荷载作用位置之间的关系；内力图反映的是在固定荷载作用下某一内 力量值在各个截面上的大小。 在工程实际中，有不少结构受间接荷载（也称结点荷载）的作用。例 如，桥梁或房屋建筑中的某些主梁，受到次梁（横梁和纵梁）传递过 来的荷载。主梁上的这些荷载传递点称为主梁的结点。对移动荷载来 说，不论荷载作用于次梁上什么位置，其作用都要通过这些固定的结 点传递到主梁上。如图19-7（a）所示的梁系，AB为一简支梁，其上 有5根横梁（两端支撑在两根主梁上），横梁上面有4根纵梁，荷载直 接作用于纵梁，而后通过横梁再传递到主梁。主梁只在A、C、E、F、 B等处即主梁结点处承受集中力。
19.1 移动荷载及其影响
在工程实际中的移动荷载是多种多样和比较复杂的，通常是由多个间 距不变的竖向荷载所组成的移动荷载组。如图19-1（a）所示的汽车 荷载就是由图19-1（b）所示的间距为d的两个竖向荷载F1、F2组成 的荷载组，在移动过程中间距d始终保持不变。为了使研究所得结果 具有普遍意义和计算简便，先研究一个竖向的单位集中荷载F=1（不 带量纲）沿结构移动时，对某一量值（例如某一反力、某一内力或某 一位移等）所产生的影响；然后根据叠加原理就可以进一步解决各种 移动荷载组对某一量值的总影响。
midas移动荷载加载
道路条件
设置道路的平整度、坡度等参 数，以考虑道路条件对车辆行 驶的影响。
车辆间距
设置车辆之间的间距，以考虑 车辆之间的相互作用对动态作
用的影响。
CHAPTER 03
MIDAS移动荷载加载实例分析
实际工程案例介绍
工程背景
某高速公路桥梁，需要进行移动荷载加载分析， 以评估桥梁的承载能力和安全性。
工程参数
建筑结构
MIDAS可以模拟地震、风等自然灾 害对建筑结构的动态影响，为建筑 结构的抗震、抗风设计提供依据。
MIDAS的优势与局限性
优势
MIDAS能够模拟和分析复杂的移动荷载作用，提供高精度的结构响应分析结果； 其用户界面友好，易于操作和学习；具有广泛的适用领域和行业认可度。
局限性
MIDAS主要适用于移动荷载的分析，对于静态或准静态问题可能不适用；对于 大规模复杂结构的分析可能存在计算效率问题；需要专业的工程背景和技能来 正确使用和解释分析结果。
在移动荷载加载过程中，注重环保和可持 续发展，采用低能耗、低排放的技术和设 备，降低对环境的影响。
制定和完善移动荷载加载技术的标准和规 范，促进技术的普及和应用。
MIDAS软件未来的改进方向
拓展应用领域
不断拓展MIDAS软件的应用领域，将其应用 于更多类型的结构和工程领域。
优化用户界面
改进MIDAS软件的界面设计，使其更加友好、 易用，降低用户的学习成本。
MIDAS移动荷载加载
CONTENTS 目录
• MIDAS简介 • MIDAS移动荷载加载原理 • MIDAS移动荷载加载实例分析 • MIDAS与其他软件的比较 • MIDAS移动荷载加载的未来发展
CHAPTER 01
移动荷载分析
输入边界条件
输入连续梁的支承条件。
模型/边界条件/一般支承
单选(节点:5)
选择>添加;支承条件类型>D-All(开)
单选(节点:1, 11, 15) ;选择>添加
支承条件类型>Dy(开),Dz(开)
显示
边界条件>一般支承(开)
图13.6输入支承条件
输入荷载
输入移动荷载
为了计算移动荷载产生的内力，首先应画出影响线。要画出影响线，应先输入车道。根据跨径（L）的不同以下面的公式计算出各跨径的冲击系数(impact factor)，然后在定义车道时一起输入。本例题为不同跨径的连续梁，不同跨径的冲击系数要区分开来。
荷载>移动荷载分析数据>移动荷载规范>china
荷载>移动荷载分析数据>车道
;车道名称( L1 );偏心距离( 0 )
桥梁跨度( 10 );选择>两点>( 1, 5 )
桥梁跨度( 15 );选择>两点>( 5, 11 )
桥梁跨度( 10 );选择>两点>(11, 15 )
图13.7定义车道
移动荷载(标准车辆荷载:QC-20)利用程序里内嵌的数据库中的数据来输入。
荷载>移动荷载分析数据>车辆
规范名称>中国公路桥梁荷载（JTJ001-97）
荷载名称>QC-20
图13.8定义移动荷载
定义车辆组。
荷载>移动荷载分析数据>车辆等级
;车辆组名称( QC-20 )
车辆荷载>QC-20 选择的荷载
图13.9定义车两组
定义移动荷载工况。
荷载>移动荷载分析数据>移动荷载工况
3-5移动荷载时程分析
桥梁移动荷载时程分析时程分析(time history analysis)是通过动力方程式对受动力荷载作用的的结构进行求解的过程，即根据结构本身的特性和所受的荷载来分析其在任意时刻结构的反应，如位移、内力等。
时程分析方法可分为直接积分法(direct Integration)和振型叠加法(modal superpositio n)，MIDAS/Civil中包含了这两种分析方法。
下面通过对桥梁结构的移动荷载进行时程分析，来介绍使用MIDAS/Civil进行时程分析的方法，其具体步骤如下。
1. 建立结构模型2. 输入质量数据3. 输入特征值分析数据4. 进行特征值分析5. 分析特征值分析结果6. 输入时程分析数据7. 进行时程分析8. 查看时程分析结果建立结果模型例题如图1所示，为一30m 跨的单跨桥梁，所施加的车辆荷载可将其理想化为如图2所示的三角形荷载。
模型的尺寸和荷载等数据如下：截面ZX图1. 例题模型特性值单元类型 : 梁单元 材料混 凝 土 : 30号混凝土 弹性模量 : E=3.0303x104 MPa截面特性惯 性 矩 : I = 3333333 cm 4 截面面积 : A = 400 cm 2荷载由于车辆荷载作用在节点时是个瞬间作用后随即消失的一种冲击荷载，所以在这里将其近似地模拟为最大值为1kN 的三角形荷载，其中时间t 1和t 2间的时间差由车辆的速度和所建模型的节点间距来决定。
121 kN图2. 将车辆荷载近似模拟为三角形荷载车速为80 km/hr ，所以t 1=单元长度/车速=0.5 m/(80 km/hr)=0.0225 sec t 2= t 1x 2 =0.045 sec输入质量数据振型叠加法是根据特征值分析的结果来进行的，所以需要输入特征值分析所需的质量数据。
MIDAS/Civil中输入质量数据的方法有节点质量、将荷载转换为质量、将结构自重转换为质量等方法，这里使用第三种方法将结构的自重转换为节点质量(lumped mass)。
移动荷载分析
移动荷载引起的内力
查看连续梁的移动荷载产生的负 (-)弯矩。
结果 / 内力/ 梁单元内力图
正面,单元号(关)
荷载工况 / 荷载组合>MVmin:MV; 内力>My
显示选择 >5 点;线涂色; 系数( 2 )
显示类型 >等值线(开),数值(开)
数值
小数点以下位数( 1 );指数型(关) ; 最大和最小值>最大绝对值
显示角度(开)( 0 );适用于选择确认(关)
输出位置>全部(开)
图 13.13 移动荷载引起的负弯矩图
在图13.13中可以看出移动荷载作用下单元4的j端（节点5）产生最大的负弯矩。此时可以确认出移动荷载的加载位置。移动荷载的加载位置是根据影响线决定，在图13.14的对弯矩的影响线图中可以确认诱发最大负弯矩的移动荷载加载位置。
结果 / 移动荷载追踪器/梁单元内力
单元号(开)
移动荷载>MVmin:MV;单元号( 4 )
放大系数( 2 );位置>j;内力>My
显示类型 >等值线(开),荷载(开)
图13.14单元4的j端产生最大负弯矩时的移动荷载加载位置
习题
1．查看如图受比跨径长的移动荷载时，简支梁产生最大弯矩、剪力、反力，确认此时的移动荷载加载的位置。(材料及截面与例题相同)
单元属性 > 单元类型 >梁单元
材料 >1:30; 截面 >1:长方形; Beta 角( 0 )
一般类型 >复制和移动; 移动和复制>等间距
dx, dy, dz( 35/14, 0, 0 ); 复制次数( 14 )
图 13.5 建立连续梁
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移动荷载分析
概述
在3跨连续梁施加移动荷载 (标准车辆荷载) 时，根据影响线估算出各截面的最大截
面力,查看产生最大截面力的移动荷载的位置。
➢材料
混凝土设计标准抗压强度 : 270 kgf/cm2
➢截面
形状 : 实腹长方形截面
形状 : B x H = 3000 x 1000mm
➢荷载
1. 标准移动荷载 : QC-20
2．支座沉降：1.0cm
图 13.1 分析模型（单位m）
设定基本环境
打开新文件以‘活荷载.mgb’为名保存。
单位体系为设置为‘m’和‘tonf’。
文件/ 新文件
文件/ 保存( 活荷载 )
工具 /单位体系
长度 > m ; 力 > tonf
图 13.2 设定单位体系
设定结构类型为X-Z平面。
模型 / 结构类型
结构类型 > X-Z 平面
定义材料以及截面
连续梁的材料选择混凝土 (设计标准抗压强度 270 kgf/cm2)，输入截面数据。
模型 / 特性 / 材料
材料号( 1 ) ; 类型 >混凝土
规范 > GB-Civil(RC) ; 数据库 >30
模型 / 特性 / 截面
数据/用户
截面号( 1 ) ; 名称( 长方形 )
截面形状> 实腹长方形截面 ; 用户
H ( 1 ) ; B ( 3 )
图 13.3 定义材料图 13.4 定义截面
建立单元
首先输入节点, 然后用扩展单元功能建立连续梁。
正面, 捕捉点 (关) 捕捉轴线 (关)
捕捉节点 (开) 捕捉单元 (开) 自动对齐(开)
节点号 (开)
模型 / 节点 / 建立节点
坐标( 0, 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 > 1:30 ; 截面 > 1:长方形 ; Beta 角( 0 )
一般类型 > 复制和移动 ; 移动和复制> 等间距
dx, dy, dz ( 35/14, 0, 0 ) ; 复制次数( 14 )
图 13.5 建立连续梁
输入边界条件
输入连续梁的支承条件。
模型 / 边界条件 / 一般支承
单选( 节点: 5 )
选择 > 添加; 支承条件类型 > D-All (开)
单选( 节点 : 1, 11, 15 ) ; 选择>添加
i = 冲击系数
支承条件类型>Dy (开), Dz (开)
显示
边界条件 > 一般支承 (开)
图 13.6 输入支承条件
输入荷载
输入移动荷载
为了计算移动荷载产生的内力，首先应画出影响线。
要画出影响线，应先输入车道。
根据跨径（L ）的不同以下面的公式计算出各跨径的冲击系数(impact factor)，然后在定义车道时一起输入。
本例题为不同跨径的连续梁，不同跨径的冲击系数要区分开来。
荷载>移动荷载分析数据>移动荷载规范>china 荷载>移动荷载分析数据>车道
; 车道名称 ( L1 ) ; 偏心距离 ( 0 )
桥梁跨度 ( 10 ) ; 选择>两点> ( 1, 5 ) 桥梁跨度 ( 15 ) ; 选择>两点> ( 5, 11 )
桥梁跨度 ( 10 ) ; 选择>两点> (11, 15 )
L
i +=4015在选择>两点时，可用鼠标编辑功能输入坐标，首先在输入栏（图
13.7的○
1部分）单击鼠标。
关于移动荷载分析的详细事项参考用户手册的“关于桥梁结构的移动荷载分析”部分
图 13.7 定义车道
移动荷载(标准车辆荷载 : QC-20)利用程序里内嵌的数据库中的数据来输入。
荷载 > 移动荷载分析数据 > 车辆
规范名称 > 中国公路桥梁荷载（JTJ001-97）
荷载名称 > QC-20
图 13.8 定义移动荷载
定义车辆组。
荷载 > 移动荷载分析数据 > 车辆等级
; 车辆组名称( QC-20 )
车辆荷载 > QC-20选择的荷载
图 13.9 定义车两组
定义移动荷载工况。
荷载 > 移动荷载分析数据 > 移动荷载工况
; 荷载工况名称( MV )
; 车辆组 >VL：QC-20 ; VC：QC-20 ; 系数( 1 )
加载的最小车道数( 1 )
加载的最多车道数( 1 )
分配车道> 车道列表> L1选择的车道
图 13.10 输入移动荷载工况
运行结构分析
运行结构分析。
分析 / 运行分析
查看分析结果
查看影响线
在第二个支座 (节点 5)，查看对反力的影响线。
结果 / 影响线 / 反力
标准视图
车道/车道面 > L1 ; 节点号(5) ; 放大系数(2)
反力 > FZ
图 13.11 在节点5对反力的影响线图
查看单元4(j 端) 对弯矩的影响线。
结果 / 影响线 / 梁单元内力
节点号 (关), 单元号(开)
车道/车道面>L1 ; 单元号( 4 ) ; 放大系数( 2 )
位置 > j端 ; 内力 > My
图 13.12 构件4(j 端)的弯矩产生的影响线
移动荷载引起的内力
查看连续梁的移动荷载产生的负 (-)弯矩。
结果 / 内力/ 梁单元内力图
正面, 单元号(关)
荷载工况 / 荷载组合> MVmin:MV ; 内力> My
显示选择 > 5 点 ; 线涂色 ; 系数( 2 )
显示类型 > 等值线(开), 数值(开)
数值
小数点以下位数( 1 ) ; 指数型(关) ; 最大和最小值> 最大绝对值
显示角度 (开) ( 0 ) ; 适用于选择确认 (关)
输出位置> 全部 (开)
图 13.13 移动荷载引起的负弯矩图
在图13.13中可以看出移动荷载作用下单元4的j端（节点5）产生最大的负弯矩。
此时可以确认出移动荷载的加载位置。
移动荷载的加载位置是根据影响线决定，在图1
3.14的对弯矩的影响线图中可以确认诱发最大负弯矩的移动荷载加载位置。
结果 / 移动荷载追踪器 /梁单元内力
单元号(开)
移动荷载 > MVmin:MV ;单元号( 4 )
放大系数( 2 ) ; 位置 > j ; 内力>My
显示类型 > 等值线(开),荷载(开)
图13.14单元4的j端产生最大负弯矩时的移动荷载加载位置
习题
1．查看如图受比跨径长的移动荷载时，简支梁产生最大弯矩、剪力、反力，确认
此时的移动荷载加载的位置。
(材料及截面与例题相同)
单位。