midas斜拉桥专题
斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析MIDAS算例
目录概要1桥梁基本数据 / 2荷载 / 2设定建模环境 / 3定义材料和截面的特性值 / 4成桥阶段分析5结构建模 / 7生成二维模型 / 8建立索塔模型 / 10建立三维模型 / 13建立主梁横向系梁 / 15建立索塔横梁 / 17生成索塔上的主梁支座 / 19生成桥墩上的主梁支座 / 23输入边界条件 / 25计算拉索初拉力 / 28输入荷载条件 / 29输入荷载 / 30运行结构分析 / 33建立荷载组合 / 34计算未知荷载系数 / 35查看成桥阶段分析结果39查看变形形状 / 39施工阶段分析40施工阶段分类 / 41逆施工阶段分类 / 42逆施工阶段分析 / 42输入拉索初拉力 / 45定义施工阶段 / 49定义结构群 / 50指定边界群 / 53指定荷载群 / 56建立施工阶段 / 59输入施工阶段分析数据 / 61运行结构分析 / 61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。
斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。
在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。
为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。
在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。
图1 斜拉桥分析模型桥梁基本数据为了说明斜拉桥分析的步骤，本例题桥梁采用了比较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所不同。
midasCivil培训例题集斜拉桥专题
midas Civil 培训例题集斜拉桥专题目录一.斜拉桥概述.............................................................................................................................................................................................. - 1 -1.1 斜拉桥跨径布置 .................................................................................................................................................................................. - 1 -1.2 斜拉桥拉索布置 .................................................................................................................................................................................. - 1 -1.3 斜拉桥索塔布置 .................................................................................................................................................................................. - 2 -1.4 斜拉桥主梁布置 .................................................................................................................................................................................. - 2 -二.斜拉桥调索理论 ...................................................................................................................................................................................... - 3 -三.midas Civil中的斜拉桥功能..................................................................................................................................................................... - 3 -3.1 拉索单元模拟...................................................................................................................................................................................... - 4 -3.2 未知荷载系数法功能........................................................................................................................................................................... - 5 -3.3 索力调整功能...................................................................................................................................................................................... - 6 -3.4 未闭合配合力功能............................................................................................................................................................................... - 7 -四.斜拉桥分析例题 ...................................................................................................................................................................................... - 8 -4.1 斜拉桥概况.......................................................................................................................................................................................... - 8 -4.2 斜拉桥成桥分析 ................................................................................................................................................................................ - 10 -4.3 斜拉桥倒拆分析 ................................................................................................................................................................................ - 14 -4.4 斜拉桥正装分析 ................................................................................................................................................................................ - 15 -一. 斜拉桥概述斜拉桥是一种用斜拉索悬吊桥面的桥梁。
midas_迈达斯05_斜拉桥考虑未闭合配合力正装分析
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。
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)
MIDAS／Civil技术培训-斜桥与弯桥
问题一
斜桥和弯桥在设计中有哪些 特殊考虑？
解答
问题二
斜桥和弯桥设计需考虑地形、 地质、水文等因素，进行结 构分析和优化，确保桥梁安 全性和稳定性。
在施工过程中如何保证斜桥 和弯桥的质量？
解答
施工过程中需严格控制材料 质量、加强现场监管、进行 质量检测和验收等环节，确 保施工质量符合要求。
经验分享和互动交流环节
边界条件设置
在弯桥模型中，需要根据实际情况设置边 界条件。例如，对于简支梁桥，可以在桥 墩处设置固结边界条件；对于连续梁桥， 可以在桥墩处设置弹性支撑边界条件。
荷载施加方法
在弯桥模型中，需要根据设计资料施加荷 载。例如，可以施加均布荷载、集中荷载 、移动荷载等。同时，需要考虑荷载的组 合和工况，以确保模型的准确性。
05
结构分析结果解读与评估
位移、内力、应力等结果展示
位移结果
通过有限元分析，可以得到桥梁结构在荷载作用下的位移分布情况，包括竖向位移、横向 位移和纵向位移等。这些位移结果可以帮助工程师判断结构刚度是否满足要求。
内力结果
内力分析是桥梁结构设计的核心环节之一，通过有限元分析可以得到桥梁结构在荷载作用 下的内力分布情况，包括弯矩、剪力、轴力等。这些内力结果可以为桥梁结构的安全性和 稳定性评估提供依据。
内力异常
可能原因包括荷载施加不准确、截面特性输入错误等，处理措施可 以包括重新校核荷载、修正截面特性等。
应力异常
可能原因包括材料特性不准确、网格划分不精细等，处理措施可以 包括重新校核材料特性、加密网格划分等。
结构优化建议提供
01
结构形式优化
针对不同类型的桥梁结构，可以采用不同的结构形式进行优化设计，例
应力结果
MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析ppt课件
目录
1. 悬索桥分析
① 基本操作步骤 ② 索单元简介 ③ 索单元初始刚度 ④ 初始平衡状态 ⑤ 悬索桥分析控制
2. 斜拉桥分析
① 基本操作步骤 ② 未知荷载系数法 ③ 体外力与体内力 ④ 未必和配合力
2
悬索桥分析：基本操作步骤
① 定义主缆、边缆、主塔、加劲梁、吊杆等构件的材料和截面 特性；
② 打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”，输入相应参数 （各参数意义可参考在线帮助）；
7
悬索桥分析：索单元初始刚度
几何刚度初始荷载
荷载>初始荷载>大位移>几何刚度 初始荷载
静力线性分析：不起作用。 静力非线性分析：根据输入的内力， 赋予索单元相应的初始刚度，对于定 义的荷载工况，进行几何非线性分析。 仅提供初始刚度之用，所输入内力 值不起作用，即没有荷载效应。
8
悬索桥分析：索单元初始刚度
9
悬索桥分析：索单元初始刚度
初始单元内力
荷载>初始荷载>小位移>初始单元内力
根据输入的初始单元内力，提供初始刚度，与几何刚度荷载类似。但 仅适用于小位移分析，其初始刚度不随新荷载的输入而进行修正。 是为了对于非线性结构进行线性分析而提供的功能，例如对于悬索桥 进行特征值分析、移动荷载分析等。
10
平衡单元节点内力：仅适用于施工阶段几何非线性分析。不仅提供几 何初始刚度且有荷载效应。还可考虑索单元以外单元的初始刚度以及 内力效应。与上述两个同时定义时，平衡单元节点内力优先起作用。
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。
11
第二步骤：根据第一步骤平衡状态分析得出的主缆线形（坐标）以及 吊杆的长度自动计算索单元的自重。然后，重新考虑索构件自重及 “桥面系”栏输入的荷载进行第二次平衡状态分析。
MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析
v 运行建模助手后，程序将自动生成悬索桥模型，且提供所有 索单元的几何刚度初始荷载和初始单元内力；
v 将模型根据实际桥梁进行修改。如边界条件、横梁、加劲梁 等，或改为自锚式悬索桥。
v 将主缆上的所有节点定义为更新节点组，将跨中最低点（垂 点定义为垂点组；
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
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）
斜拉桥分析：体内力与体外力
分析>施工阶段分析控制数据
体内力（类似于先张法预应力）
将索的初拉力视为内力。 首先将拉索张拉至输入的初拉力值，然后连接拉索两端构件。根据
两端构件的刚度，发生新的变形以及内力重分配，索力发生变化。 只有在拉索两端为固接状态下，张拉后的内力与输入初拉力相同。
体外力（类似于后张法预应力）
通过未必和配合力的分析方法，可以得到最终合拢后的阶段与成桥目标函数完全闭 合的结果。
未必和配合力方法，仅通过正装模型就可以计算拉索张拉控制力，没必要像前面所 诉的方法，还需要建立一个倒拆模型来求得。
未必和配合力计算原理：激活斜拉索之前，拉索两端节点因前一阶段的荷载，发生 的变形。激活拉索时，已输入的体内力还不能把发生变形的节点拉回原位，还需要 补一定量的张力，此张拉力即为未必和配合力。
midas_斜拉桥正装分析操作例题
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 荷载使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力。
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目 录
一. 斜拉桥概述.............................................................................................................................................................................................. - 1 1.1 斜拉桥跨径布置 .................................................................................................................................................................................. - 1 1.2 斜拉桥拉索布置 .................................................................................................................................................................................. - 1 1.3 斜拉桥索塔布置 .................................................................................................................................................................................. - 2 1.4 斜拉桥主梁布置 .................................................................................................................................................................................. - 2 二. 三. 斜拉桥调索理论 ...................................................................................................................................................................................... - 3 midas Civil中的斜拉桥功能..................................................................................................................................................................... - 3 3.1 拉索单元模拟 ...................................................................................................................................................................................... - 4 3.2 未知荷载系数法功能 ........................................................................................................................................................................... - 5 3.3 索力调整功能 ...................................................................................................................................................................................... - 6 3.4 未闭合配合力功能............................................................................................................................................................................... - 7 四. 斜拉桥分析例题 ...................................................................................................................................................................................... - 8 4.1 斜拉桥概况.......................................................................................................................................................................................... - 8 4.2 斜拉桥成桥分析 ................................................................................................................................................................................ - 10 4.3 斜拉桥倒拆分析 ................................................................................................................................................................................ - 14 4.4 斜拉桥正装分析 ................................................................................................................................................................................ - 15 -
图1.6 捷克Marian桥
1.2 斜拉桥拉索布置
根据斜索在主梁上的间距，有稀索（对于钢梁，间距大约为30～60m， 对于混凝土梁，约为15～30m）与密索之分。早期斜拉索采用稀索较多，目 前则多用密索。密索斜拉桥有下述优点：索间距较短，主梁弯矩减小；每索 的拉力较小，锚固点的构造简单。每根斜索的截面较小，每索只用一根在工 厂制造的外套PE保护管的钢索；斜索更换较容易。 -1-
图1.2 斜拉索与主塔锚固端防腐示意图
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图1.7 拉索为稀索示意图
图1.10 主塔的形式种类
1.4 斜拉桥主梁布置
斜拉桥的主梁截面形式根据所用材料（混凝土、钢、或两者）有所不同。 一般不用T形截面。如钢梁的常用横截面形式有双主梁、钢箱梁、桁架梁等。 双主梁一般采用两根工字形梁，上置钢桥面板，主梁之间用钢横梁连接。 钢箱梁截面的形式多样，有单箱单室、多箱单室、多箱多室等布置（如 图1.11所示）。斜拉桥采用钢桁梁则主要是为了满足布置双层桥面（公铁两 用）的需要（如图1.12所示）。钢箱梁是钢斜拉桥中最常见的主梁形式，其 断面高h/L=1/60～1/120。
1.1 斜拉桥跨径布置
当代斜拉桥最典型的孔跨布置形式是双塔三跨式（边跨/中跨=0.4~1） 与独塔双跨式（边跨/中跨=1~2），如图1.3和1.4所示。在特殊情况下，斜 拉桥也可以布置成独塔单跨式及多塔多跨式。
图1.3 双塔三跨式
图1.4 独塔双跨式 在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，必要时也可采用三塔斜拉桥，如 湖南洞庭湖大桥（主跨2×348m，如图1.5所示）。由于中间桥塔没有端锚 索来有效地限制其变形，三塔斜拉桥的结构柔性会有所增大。在适宜的地形 条件下，有时也可采用独塔单跨式斜拉桥，此时边跨跨度很小，甚至没有边 跨，如图1.6所示Marian Bridge （the Czech Republic），主跨123.3m。
图1.1 斜拉桥示意图 斜拉桥的优点是：梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和 桥面标高的限制少；抗风稳定性比悬索桥好；不需悬索桥那样的集中锚碇构 造；便于悬臂施工等。不足之处是，其属于多次超静定结构，设计计算复杂； 拉索与梁、塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技 术要求严格。 斜拉桥是半个多世纪以来最富于想象力和构思内涵最丰富而引人注目的 桥型，它具有广泛的适应性。一般来说，对于跨度从200m至700m左右的桥 梁，斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争能力。 但是随着斜拉桥跨度的增大，将会面临桥塔过高和斜索过长等一系列技 术问题。另外，必须提到的是，斜拉桥的斜拉索可以说是这种桥梁的生命线， 至今国内外已发生过几起通车仅几年，由于拉索腐蚀严重而导致全部换索的 不幸工程实例。因此如何做好斜拉索的防腐工作，确保其使用寿命，仍是当 今桥梁界十分重视的研究课题。 图1.5 洞庭湖大桥