midas斜拉桥建模要点
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2. 弯桥2.1 概述目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。
尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。
目前出现了很多小半径的曲线梁桥，特别是匝道桥梁更是如此。
此类桥梁具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。
2.2 弯桥的受力特点a) 弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响，使梁截面处于弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多（图2.2.1）；图2.2.1 弯桥弯矩与扭矩b) 弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩（图2.2.2）；图2.2.2 横向弯矩c) 由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。
Midas civil软件培训——斜拉桥专题
midas Civil 2010 斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
1)刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支承连续梁的内力状态
一致。因此可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。
2)零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索的交点的位移为零。对于
基于恩斯特公式进行
反复迭代计算
其它静力荷载 按等效桁架单元考虑，
同上
基于恩斯特公式进行
反复迭代计算
备注
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midas Civil 2010 斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
不同结构中索单元的使用:
斜拉桥
• 悬索桥的主缆和吊杆：建议使用考虑大变形的悬索单元 • 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：建议使用桁架单元或只受拉桁架单元 • 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。
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斜拉桥
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斜拉桥建模
midas斜拉桥建模⽬录概要 1桥梁基本数据 2荷载 2设定建模环境 3定义材料和截⾯特性值 4成桥阶段分析 6建⽴模型 7建⽴加劲梁模型 8建⽴主塔 9建⽴拉索 11建⽴主塔⽀座 12输⼊边界条件 13索初拉⼒计算 14定义荷载⼯况 18输⼊荷载 19运⾏结构分析 24建⽴荷载组合 24计算未知荷载系数 25查看成桥阶段分析结果 29查看变形形状 29正装施⼯阶段分析 30正装施⼯阶段分析 34正装施⼯阶段分析 34正装分析模型 36定义施⼯阶段 38定义结构组 41定义边界组 48定义荷载组 53定义施⼯阶段 59施⼯阶段分析控制数据 64运⾏结构分析 65查看施⼯阶段分析结果 66查看变形形状 66查看弯矩 67查看轴⼒ 68查看计算未闭合配合⼒时使⽤的节点位移和内⼒值 69成桥阶段分析和正装分析结果⽐较 70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，是符合环境设计理念的桥梁形式之⼀。
为了决定安装拉索时的控制张拉⼒，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张拉⼒，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张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内容有所差异。
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 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 桥梁⾼度主塔下部 : 20m ，主塔上部 : 40m图 2. ⽴⾯图荷载分类荷载类型荷载值⾃重⾃重程序内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 80 tonf ⽀座强制位移强制位移10 cm使⽤MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉⼒。
Midas做斜拉桥成桥阶段分析
查看施工阶段分析结果
62
查看变形形状 / 62
查看弯矩 / 63
查看轴力 / 64
施工阶段分析变化图形 / 65
概要
斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析
斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型 式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计 理念的桥梁形式之一。
的材料表单里点击
键。
定义多种材料
时，使用
按钮
会更方便一些。
模型 / 特性值 / 材料 名称 (拉索) 类型 > 用户定义 弹性模量 (2.0e7) ; 比重 (7.85) ↵
泊松比 (0.3)
按上述方法参照表1输入主梁、索塔、主梁横向系梁、索塔横梁等的材料特性值。
表1 材料特性值
号
项目
1
拉索
2
主梁
3
索塔
4
主梁横向系梁
5
索塔横梁
弹性模量 (tonf/m2) 2.0×107 2.1×107 2.0×106 2.0×107 2.0×106
泊松比 0.3 0.3 0.17 0.3 0.17
比重 (tonf/m3) 7.85 7.85 2.5 7.85 2.5
图5 定义材料特性对话框 4
斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析
正面 窗口选择 (图16的①) 激活
①
①
激活索塔构件
第1号索塔
图16 选择索塔构件
第2号索塔
17
高级应用例题
使用建立单元功能建立索塔横梁单元。
标准
节点号 (开)
捕捉单元(关)
模型 / 单元 / 建立单元 单元类型 > 一般梁/变截面梁 材料 > 5: 索塔横梁 截面 > 5: 索塔横梁 连接节点 (142,72) (145,73) (144,74) (147,75)
高墩多塔斜拉桥Midas全桥模型的建立-最新文档资料
高墩多塔斜拉桥Midas全桥模型的建立：This article is based on the principles of finite element to establish the MIDAS full bridge model.Respectively, It is considered the simulation of the bridge components, such as main beam, cable, pylon, tower pier, and the boundary conditions of the simulation, including connection between the tower, pier and beam, connection between cable and tower beam, and the support analog. This paper is reference for modeling onCable-stayed bridge with high-pier & multi-pylons.Keywords：Cable-stayed bridge with high-pier &multi-pylons, Midas/Civil, Full bridge model1引言在全桥空间结构分析中, 建立有限元数值模型至关重要，在全桥空间模型的建立过程中, 主要考虑以下几个方面的原则[1]：1) 结构形状的要求；2) 材料特征变化的要求；3) 连接单元特征的要求；4) 桥面恒载, 汽车荷载作用模拟的要求；5) 计算精度的要求；6) 求解过程中不出现病态的要求；依据以上基本原则，应用大型有限元程序Midas/Civil所提供的前处理模块建立空间结构分析模型。
通过把各种单元类型组合起来, 形成统一的全桥分析模型。
MIDAS做悬索桥斜拉桥分析
悬索桥分析：索单元初始刚度
平衡单元节点内力
荷载>初始荷载>大位移>平衡单元节点内力
该功能仅适用于施工阶段分析时，选择非线性分析的独立模型，并 且勾选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。 可手动输入所有构件的平衡单元节点内力，也可通过“悬索桥分析 控制”自动计算生成，在成桥状态下，平衡单元节点内力与成桥恒载 相平衡，使结构处于0位移状态。 可考虑包括梁单元等的所有构件的平衡内力，对于自锚式悬索桥更 加适用，因自锚式悬索桥是索梁协同作用的结构，加劲梁的内力对刚 度影响也不可忽视。
悬索桥分析：索单元简介
pretension
只能传递单元的轴向拉力 随着内力的变化几何刚度发生变化 有了初始刚度索单元才能承受各种荷载
悬索桥分析：索单元初始刚度
MIDAS程序中的初始刚度：
定义索单元时 几何刚度初始荷载 平衡单元节点内力 初始单元内力
悬索桥分析：悬索桥建模助手
原理：程序内部自动分两个步骤进行迭代分析
第一步骤：根据建模助手中输入几何控制点参数、材料与截面、桥 面系荷载进行第一次几何非线性迭代分析。此时仅考虑悬索桥建模助 手对话框 “桥面系”栏中输入的荷载作为恒载进行分析，求出第一平 衡状态。（未包含索构件自重）
初始单元内力：仅适用于成桥荷载的小位移分析，如移动荷载、特征 值分析等。仅提供刚度。与上述三项无优先级。
悬索桥分析：初始平衡状态
初始平衡状态
悬索桥在成桥状态下处于平衡状态，又称为悬索桥的初始 平衡状态。
平衡状态下的相平衡荷载：
索单元的拉力以及各单元的内力 索、吊杆、加劲梁的自重 二期荷载等
斜拉桥分析：基本操作步骤
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midas Civil 2010斜拉桥专题Fra bibliotek斜拉桥分析专题
斜拉桥
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，
结果>未知荷载系数 利用未知荷载系数功能，可以计算出最小误差范围内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。 指定位移、反力、内力的“0”值以及最大最小值作为约束条件，拉索初拉力作 为变量（未知数）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 入适当的约束条件。
斜拉桥
1)刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支承连续梁的内力状态 一致。因此可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。 2)零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索的交点的位移为零。对于 采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。 上述2种方法用于确定主跨和边跨对称的单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边 跨几乎对称的3跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎失去了作用 （因为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去了索力优化的意义）。 3)倒拆和正装法 倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶 段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。
可以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支
承的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
Midas对矮塔斜拉桥有限元建模
基于Midas对矮塔斜拉桥的有限元建模分析【摘要】矮塔斜拉桥之所以被广泛应用、快速发展源于其合理的结构体系，结构受力清晰、明确，具有经济、美观、施工方便、适用跨径灵活多变等优点。
本文以某市矮塔斜拉桥为案例进行有限元建模分析，通过这个过程去了解斜拉桥的施工方法和流程，为今后类似桥梁工程设计施工提供借鉴。
1、某市矮塔斜拉桥主要情况该桥位于某市高速公路，桥梁结构形式采用双塔三跨预应力混凝土单索面，设计荷载为公路-I级，桥面横坡为双向2.0%，主桥宽度25.50米[2*10.72（行车道）+3.00米（中间带）+2*0.5（防撞栏）]，5cm沥青砼磨耗层+ 10cm厚的水泥砼桥面铺装。
2、桥跨布置2.1主梁尺寸：跨径组合为100m+180m+100m，即边跨跨径100m，主跨跨径180m，塔根部无索区长度34m，与主跨径比值为0.188，跨中无索区长度48m，与主跨径比值为0.267，边跨无索区长度取34m，与边跨跨径比值为0.34。
2.2索塔尺寸：截面采用矩形，横桥向为2.2m，纵桥向由有索区段4.5m渐变为塔底的8.0m，塔高26m。
2.3斜拉索布置：采用单索面双排索布置，取梁上索距为4m，塔上索距为1.2m。
全桥共36对斜拉索，编号从索塔根部至跨中（从里到外）分别为C1～C9，拉索倾角为19.21～21.51°。
3、主要结构设计施工要点3.1、主梁：主梁采用变高度单箱三室截面，斜腹板，顶板宽25.5m，顶板悬臂长度4.00m。
3.2、顶板厚度：顶板厚度为30cm，悬臂板端部厚30cm，根部板厚40cm。
3.3底板厚度：底板板厚由跨中40cm变厚至支点处140cm，边腹板厚为60cm，中腹板板厚为50cm。
3.4、腹板厚度：边腹板厚为60cm，中腹板板厚为50cm。
3.5、中室和边室横隔板厚度分别为30cm和30cm。
端横梁的厚度150cm。
3.6、主梁节段划分：主梁零号块长度为10m，悬臂施工标准节段长度分为3.5m、3、3.2、2.5和19×4.00m几种，全桥共设3个合龙段，其长度为2.00和1.6米，悬臂施工的节段最大重量为4500kN，边跨现浇段长度8m。
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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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 计内容有所差异。
本例题桥梁的基本数据如下。
桥梁形式 桥梁跨经 桥梁高度
三跨连续斜拉桥 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 主塔下部 : 20m，主塔上部 : 40m
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>9@10, 2@5, 9@10
7.85 2.5 7.85 7.85
图 4. 定义材料特性值
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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)
图 3. 设定建模环境及单位体系
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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
选择材料表单点击
按钮。
定义多种材料时，
使用
按钮会更
方便一些。
模型 / 材料和截面特性 / 名称 (加劲梁) 设计类型 > 用户定义 弹性模量 (2.1e7) ; 容重 (7.85)
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
建立加劲梁模型
首先用 建立节点 功能建立节点后使用 +9@10m的梁单元模型。
扩展单元 功能生成9@10+2@5
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
斜拉桥成桥阶段和正装施工阶段分析
目录
概要 1 桥梁基本数据 2 荷载 2 设定建模环境 3 定义材料和截面特性值 4
成桥阶段分析 6 建立模型 7 建立加劲梁模型 8 建立主塔 9 建立拉索 11 建立主塔支座 12 输入边界条件 13 索初拉力计算 14 定义荷载工况 18 输入荷载 19 运行结构分析 24 建立荷载组合 24 计算未知荷载系数 25
Izz (m4) 15.0 500.0 5.0 0.0
图 5. 定义截面特性值对话框
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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。
查看成桥阶段分析结果 29 查看变形形状 29
正装施工阶段分析 30
正装施工阶段分析 34 正装施工阶段分析 34 正装分析模型 36 定义施工阶段 38 定义结构组 41 定义边界组 48 定义荷载组 53 定义施工阶段 59 施工阶段分析控制数据 64 运行结构分析 65
查看施工阶段分析结果 66 查看变形形状 66 查看弯矩 67 查看轴力 68 查看计算未闭合配合力时使用的节点位移和内力值 69 成桥阶段分析和正装分析结果比较 70
一般进行斜拉桥分析时首先通过倒拆分析计算初张拉力，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张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
材料 泊松比 (0.3)
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
1
加劲梁
2
主塔下部
3
主塔上部
4
拉索
弹性模量 (tonf/m2) 2.1×107 2.5×106 2.1×107 1.57×107
泊松比
0.3 0.17 0.3 0.3
容重 (tonf/m3)
概要
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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。
为了决定安装拉索时的控制张拉力，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。
索
索
主塔
主塔
40m
使用MIDAS/Civil
软件内含的优化法则 计算出索初拉力。
荷载
分类 自重
索初拉力 挂篮荷载 支座强制位移
主梁 110m
图 2. 立面图
主梁 40m
荷载类型 自重
初拉力荷载
节点荷载 强制位移
荷载值 程序内部自动计算 满足成桥阶段初始平衡状态的
索初拉力 80 tonf 10 cm
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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 “ cable stayed ” 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 / 文件 /
新项目 保存 (cable stayed)
工具 / 单位体系 长度 ＞ m ；力 ＞ tonf
斜拉桥成桥阶段模型参见图6。
图 6. 斜拉桥成桥阶段模型
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
建ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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
1
加劲梁
2
主塔下部
3
主塔上部
4
拉索
截面形状
实腹长方形 实腹长方形 实腹长方形 实腹圆形
面积 (m2) 0.8 50.0 0.3 0.005
Ixx (m4) 15.0 1000.0 5.0 0.0
Iyy (m4) 1.0 500.0 5.0 0.0