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。
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。
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。
进行正装分析时，把计算的拉索与合拢段的未闭合配合力反映在索张力和合拢段闭合内力上，就能使初始平衡状态和施工阶段正装分析的最终阶段的结果相同。
1.1 未闭合配合力的计算 – 拉索首先，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L' - L L = Vb Ub Cos Sin θθ=Δ+EAΔT =ΔL Lf i T =T + T Δ1.2 未闭合配合力的计算 – 合拢段三跨连续斜拉桥的中间合拢段合拢时，不会产生内力（只产生自重引起的内力），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内力，并将其施加给合拢段后连接在两侧桥梁段上。
1.3 MIDAS/Civil软件考虑未闭合配合力的方法首先把要计算未闭合配合力的索单元或梁单元定义为一个结构组。
然后在“施工阶段分析控制数据”对话框里的 “赋予各施工阶段中新激活构件初始切向位移”选项和“未闭合配合力”选项前面打勾，然后在右侧的列表里面选择要计算未闭合配合力的结构组。
未闭合配合力控制是安装拉索时找出所需拉索张力的功能，在“索初拉力控制”里面选择“体内力”。
1.4 考虑未闭合配合力的施工阶段正装分析注意事项正装分析时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。
2. 测试例题 – 1 (两跨非对称斜拉桥)图1 模型－01的模型 2.2 初始平衡状态分析首先利用优化方法计算出成桥状态使加劲梁位移最小的索的张力。
拉索 初拉力 (kN)M1 1007.782M2 1068.000M3 1179.248M4 1328.768M5 1505.199主跨M6 1700.184M7 1908.042M8 2125.000M9 2348.537M10 2576.941背索 B1~B10 1767.767初始平衡状态位移 (单位：mm)图2 初始平衡状态的位移 初始平衡状态的弯矩 (单位 : kN-m)图3 初始平衡状态弯矩 初始平衡状态的索力 (单位 : kN)图4 初始平衡状态索力2.3 施工阶段正装分析各施工阶段模型Stage 1 Stage 6Stage 14 Stage 19Stage 29(最终阶段)Stage 24图5 各施工阶段模型和荷载桥面板的自重用集中荷载来考虑，在设置拉索的阶段除索单元和索的张力以外没有激活其他的单元或荷载。
2.4 最终弯矩图6 初始平衡状态分析图7 输入倒拆分析中求得的施工控制张力－最终阶段图8 考虑未闭合配合力的正装分析－最终阶段拉索号 未考虑未闭合配合力考虑未闭合配合力成桥阶段 1 1007.77 1007.77 1007.77 2 1068.03 1068.03 1068.03 3 1179.30 1179.30 1179.30 4 1328.82 1328.82 1328.82 5 1505.24 1505.24 1505.24 6 1700.19 1700.19 1700.19 7 1908.03 1908.03 1908.03 8 2124.97 2124.97 2124.97 9 2348.50 2348.50 2348.50 10 2576.89 2576.89 2576.89 背索1767.771767.771767.7712345678910Backstay Cable No.역->순LFF 완성계倒拆->正装未闭合配合力成桥阶段图9 各分析方法的索力比较节点 成桥阶段 倒拆Æ正装误差(%) 未闭合配合力 误差(%) 1 0.004048 0.00000499.90% 0.004048 0.00 2 0.000966 -0.3512736463.56% 0.000966 0.00 3 -0.00212 -0.70255-33101.70% -0.00212 0.00 4 -0.00520 -1.05382-20173.64% -0.0052 0.00 5 -0.00828 -1.4051-16871.86% -0.00828 0.00 6 -0.01136 -1.75638-15359.70% -0.01136 0.00 7 -0.01444 -2.10765-14492.90% -0.01444 0.00 8 -0.01752 -2.45893-13931.78% -0.01752 0.00 9 -0.02061 -2.81021-13537.80% -0.02061 0.00 10 -0.02369 -3.16148-13246.34% -0.02369 0.00 11 -0.02677 -3.51276-13021.99% -0.02677 0.00 12 -0.02985 -3.86403-12843.97% -0.02985 0.00 13 -0.03293 -4.21531-12699.65% -0.03293 0.00 14 -0.03602 -4.56659-12579.68% -0.03602 0.00 15 -0.03910 -4.91786-12478.61% -0.0391 0.00 16 -0.04218 -5.26914-12392.33% -0.04218 0.00 17 -0.04526 -5.62041-12318.06% -0.04526 0.00 18 -0.04834 -5.97169-12253.01% -0.04834 0.00 19 -0.05142 -6.32297-12195.75% -0.05142 0.00 20 -0.05451 -6.67424-12144.97% -0.05451 0.00 21 -0.05759-7.02552-12099.62%-0.057590.00완성계LFF 역->순倒拆->正装未闭合配合力 成桥阶段 图10 各分析方法的最终阶段位移倒拆分析各阶段索力(CS1~CS29)CSCable No.21 22 23 24 25 26 27 28 29 301 1259.72 4283.13 1078.7 1132.04 1075.6 1311.15 1334.3 2999.76 1050.9 1150.3 1291.57 1026.8 1191.9 1387.58 1006.1 1854.1 2604.69 1028.7 1131.5 1276.4 1450.110 1005.5 1142.4 1316.0 1511.711 903.3 1483.7 2021.5 2489.512 1013.7 1114.9 1259.2 1432.9 1626.413 993.4 1115.9 1278.3 1466.1 1670.114 855.1 1311.9 1751.5 2148.4 2504.015 1003.1 1102.3 1245.3 1418.5 1611.8 1818.916 985.5 1099.5 1255.3 1438.5 1639.3 1851.917 826.3 1214.5 1599.7 1957.2 2285.4 2590.518 995.2 1092.5 1234.5 1407.0 1600.1 1807.1 2023.719 979.8 1088.2 1239.8 1419.9 1618.7 1830.0 2049.820 806.3 1151.7 1503.0 1836.1 2147.3 2440.6 2721.121 989.0 1084.9 1225.8 1397.9 1590.7 1797.6 2014.2 2237.722 975.4 1079.9 1228.5 1406.6 1604.0 1814.3 2033.5 2259.023 791.1 1107.5 1435.9 1752.6 2052.5 2337.9 2612.8 2880.424 984.0 1078.6 1218.8 1390.4 1583.0 1789.8 2006.4 2229.9 2458.525 971.7 1073.4 1219.9 1396.5 1592.9 1802.6 2021.3 2246.5 2476.426 778.6 1074.3 1386.5 1691.5 1983.2 2263.1 2534.2 2799.0 3059.527 979.8 1073.4 1212.9 1384.2 1576.6 1783.4 1999.9 2223.4 2452.0 2684.428 968.7 1068.2 1213.0 1388.5 1584.2 1793.4 2011.8 2236.8 2466.5 2699.829 1007.8 1068.0 1179.3 1328.8 1505.2 1700.2 1908.0 2125.0 2348.5 2576.9正装分析各阶段索力 (CS1~CS29) – 未闭合配合力CSCable No.21 22 23 24 25 26 27 28 29 301 1259.72 4283.13 1078.7 1132.04 1075.6 1311.15 1334.3 2999.76 1050.9 1150.3 1291.57 1026.8 1191.9 1387.58 1006.1 1854.1 2604.69 1028.7 1131.5 1276.4 1450.110 1005.5 1142.4 1316.0 1511.711 903.3 1483.7 2021.5 2489.512 1013.7 1114.9 1259.2 1432.9 1626.413 993.4 1115.9 1278.3 1466.1 1670.114 855.1 1311.9 1751.5 2148.4 2504.015 1003.1 1102.3 1245.3 1418.5 1611.8 1818.916 985.5 1099.5 1255.3 1438.5 1639.3 1851.917 826.3 1214.5 1599.7 1957.2 2285.4 2590.518 995.2 1092.5 1234.5 1407.0 1600.1 1807.1 2023.719 979.8 1088.2 1239.8 1419.9 1618.7 1830.0 2049.820 806.3 1151.7 1503.0 1836.1 2147.3 2440.6 2721.121 989.0 1084.9 1225.8 1397.9 1590.7 1797.6 2014.2 2237.722 975.4 1079.9 1228.5 1406.6 1604.0 1814.3 2033.5 2259.023 791.1 1107.5 1435.9 1752.6 2052.5 2337.9 2612.8 2880.424 984.0 1078.6 1218.8 1390.4 1583.0 1789.8 2006.4 2229.9 2458.525 971.7 1073.4 1219.9 1396.5 1592.9 1802.6 2021.3 2246.5 2476.426 778.6 1074.3 1386.5 1691.5 1983.2 2263.1 2534.2 2799.0 3059.527 979.8 1073.4 1212.9 1384.2 1576.6 1783.4 1999.9 2223.4 2452.0 2684.428 968.7 1068.2 1213.0 1388.5 1584.2 1793.4 2011.8 2236.8 2466.5 2699.829 1007.8 1068.0 1179.3 1328.8 1505.2 1700.2 1908.0 2125.0 2348.5 2576.9 如果模型里没有合拢段时，倒拆分析和前正装析的各阶段索力相同。
斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系
主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
6
拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
7
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
31
1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
21
3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
使用未知荷载系数功能做斜拉桥正装分析
使用未知荷载系数功能做斜拉桥正装分析1.未知荷载系数的特点2.未知荷载系数的使用方法3.未知荷载系数的参数说明4. 考虑施工阶段的未知荷载系数例题5. 期待效果使用未知荷载系数功能做斜拉桥正装分析在斜拉桥的设计中，需要计算能满足成桥阶段设计条件(加劲梁的弯矩分布均匀、索塔不受或只受较小的弯矩作用、均匀的索张力布置等)的各施工阶段索的张力，从而要求进行较为精确的施工阶段分析。
施工阶段分析可为正装和倒装分析。
正装分析是按实际施工顺序建立各阶段模型，逐步安装加劲梁和拉索，通过分析得到各施工阶段的内力和位移。
倒装分析是在成桥阶段求出满足设计条件的索的张力后，按与实际施工顺序相反的方向建立各阶段模型，逐步拆除桥梁段和拉索，通过倒退分析可获得各施工阶段索的张力。
从理论上说，将倒退分析获得的各参数应用到正装分析中，会得到满足设计条件的成桥状态。
但是当需要考虑收缩和徐变时，因为收缩和徐变与结构的形成过程有关，而倒退分析在时间上是逆时间顺序的，所以一般的倒退分析无法准确地反应各阶段的位移和内力状态。
虽然目前有一些替代方法(如迭代法)，但正装和倒推分析结果不一致(不闭合)的问题始终存在。
所以在一些斜拉桥设计中有很多设计公司只做正装而不做倒退分析，这样在各施工阶段需要多次对索力进行调试计算，以期达到成桥阶段的设计要求，分析工作相当繁琐。
MIDAS/Civil的未知荷载系数功能可求出满足成桥阶段设计要求(加劲梁的弯矩分布均匀、索塔不受或只受较小的弯矩作用、均匀的索张力布置等)的各施工阶段的较为理想的索力，解决了设计人员繁琐的试算问题，提高了设计精度和工作效率。
本文将通过例题介绍MIDAS/Civil的未知荷载系数功能的使用方法、考虑施工阶段的未知荷载系数的计算方法以及未知荷载系数的影响矩阵法。
1. 未知荷载系数的特点MIDAS/Civil的未知荷载系数功能是使用优化方法计算满足制约条件及目标函数的各变量值的功能。
例如在斜拉桥设计中，可计算满足设计人员指定的制约条件(加劲梁的弯矩分布均匀，索塔受较小的弯矩等)荷载（索力、支座移动等），这些力可使用在正装分析中。
大跨度混凝土斜拉桥施工控制正装和倒拆仿真分析_薛成凤
图 7 正 装法最大双悬臂状态主梁轴力(单位 :kN)
图 8 倒 拆法最大双悬臂状态主梁轴力(单位 :kN)
最大单悬臂状态时 , 主梁的轴力有一定的差别 , 如 图 9 和图 10 所示 。 模拟分析此工况是时 , 主要是合龙 段的安装与卸除对该阶段结果有一定的影响 。由于合 龙段在按正装法安装时 , 两端不存在内力 , 而在按倒拆 法分析的合龙段卸除之前 , 其两端存在内力 , 将合龙段 作钝化处理后 , 相当于施加一相反的力于剩余结构上 , 故对二者结果产生一些影响 。
摘要 :以有限元理论为基础 , 结合斜拉桥施工控制理论 , 运用软件 Midas Civil 模拟分析斜拉桥施工过程 , 分别采用正装法和倒拆法计算分析马桑溪大桥施工过程中结构的受力特点 , 重点探讨两种模拟方法对 结构变形及内力的影响规律及原因 。计算结果表明 , 由于施工过程中存在着体系转换 , 正装法模拟结果 的高精度是保证结构施工安全和成桥状态达到设计要求的关键 , 而倒拆法与正装法结合使用才能得到 合理的结果 。 关键词 :桥梁工程 施工控制 斜拉桥 仿真分析 正装法 倒拆法 中图分类号 :U448.27 文献标识码 :A
图 5 正 装法最大单悬臂状态主梁挠度(单位 :cm)
图 9 正装法最大单悬臂主梁轴力(单位 :kN)
图 6 倒 拆法最大单悬臂状态主梁挠度(单位 :cm)
3.2 主梁内力及应力 最大双悬臂状态下 , 随着施工过程的变化 , 内力在
图 10 倒拆法最大单悬臂主梁轴力(单位 :kN)
4
桥[ 5] , 桥跨布置为(179 +360 +179)m 。 上部结构主梁 采用预应力混凝土分离式三角箱形断面 , 梁中心高度 3.0 m ;斜拉索由用 PE 材料包裹好的 15.24 mm 低松 弛钢绞线组成 ;索塔为倒 Y 形 , 见图 1 。
Ansys在斜拉桥正装分析中的应用
ＮＬ Ｅ Ｇ ＯＭ， ０Ｎ ！打开大 变形选 项
ＯＵＴＲ Ｓ ＡＬ ＡＬ ！设置 输 出选 项 Ｅ ， Ｌ， Ｌ
ＳＣ Ｆ ＵＭ， ＲＥ ， Ｄ ！设 置 荷 载 施 加 的 规 则 Ｐ Ｓ ＡＤ 为叠加 １４ Ａｎｙ 分析 的迭 代过 程 ． ｓｓ
Ｓ ０ＬＵ
有斜拉索 １ 根 ， ５ 斜拉索之间的间距是 ６ 斜拉索的密 ｍ，
度为 ７８０ｋ ５ ， 面积 是 ２ ｍ ， ０ｃ ｚ弹性 模 量是 １ ９ ．× １”Ｐ ， 比为 ０ ３加 劲梁 的密 度为 ２５（ｋ ／ ３ Ｏ ａ泊松 ．， Ｏ ｇ ｍ ， ］ 弹性模量为 ３４ ２５ Ｏ ａ泊松 比为 Ｏ２截面面积 ．５ ×１ Ｐ ， ．，
算 得到 。
其 中 ， 为斜 拉索 的抗 拉 刚度 ， 以通 过 前述 方 法 计 Ｋ 可
１ ３ Ａｎ ｙ 求解 的选 项设 置 ． ｓｓ
二滩电站和三峡工程等。
本文 基 于 大 型通 用 有 限 元 软 件 Ａｎｙ ， 用 其 ｓｓ 利
在计算中采用下面 Ａ ｓｓ ｎｙ 命令定义几个数组用 来存取求解过程中需要用到的重要数据 ：
之处 。 一
其中， Ｅ为斜拉索的弹性模量 ； Ａ为斜拉索 的截面面
积； Ｌ为斜 拉索 的索 长 。
在 Ａ ｓｓ中 Ｌｎ １ 单元 的索力 是通过施加伸 ｎｙ ｉ １ ｋ
长荷载 来施 加 的 ， 假设 施加 的伸 长量 为 Ｓ ＯＫＥ， ＴＲ 则
Ａｎｙ 作 为一个 大 型通用 有 限元分 析 软件 ， 够 ｓｓ 能 进行 结构 、 、 体 、 热 流 电磁 以及 声 学 等 多 个 学 科 的研
通 过施 加一 定 的伸长 荷载来 施加 ， 过此种 方法施 加 通
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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midas Civil 2010 斜拉桥专题—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，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。
斜拉桥分析与施工方法
3.求解稳定性问题的方法
简单结构——结构力学或弹性力学方法 复杂结构——有限元分析方法
动力分析
1.动力分析采用模型
现 代 桥 梁 预 应 力 理 论
由于空间斜拉索的存在，斜拉桥的侧向弯曲和扭转 强烈地耦合在一起，其结果是几乎不存在单纯的扭转 振型，而只有以侧向弯曲为主兼有扭转的振型，或者 以扭转为主兼有侧向弯曲的振型，因此对斜拉桥的动 力分析必须采用三维空间模型。
空间分析
1.采用空间分析的必要性
现 代 桥 梁 预 应 力 理 论
大跨度斜拉桥一般设计为斜索面，而且斜拉索在 主梁上的锚固点一般也不会通过主梁的扭转形心，当 考虑斜拉桥同时受到多个方向的荷载时，采用平面分 析是不够的，需要对斜拉桥进行空间结构分析。
2.空间分析方法——有限元法
采用有限元进行空间分析时，需要对结构进行空间静 力离散。 简化模型： 主梁——“鱼刺梁”模型 斜拉索——空间杆单元 桥塔——空间梁单元
平面分析
2.平面分析中应注意问题
现 代 桥 梁 预 应 力 理 论 5）非线性温度分布效应分析
处理方法： 假定外界温度变化1℃时截面高度方向的温度值， 即温度梯度； 按照矩阵位移法，计算由温度产生的单元等效 节点荷载向量｛F}e ; 单元等效节点荷载向量｛F}e 转化成结构坐标 系下的荷载向量｛F}e ，所有单元的等效节点荷载 叠加进入节点外荷载｛F}。
k
(T
i 1 k
0i
co s i p X ) 0 sin i p Y ) 0
(T
i 1
0i
式中： T0i ——变形后第i根杆件对节点的作用力； αi ——变形后第i根杆件与整体坐标轴X的夹角； PX 和PY——节点荷载P 的分量。
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)拉索 2.0×1070.3 7.85主梁 2.1×1070.3 7.85索塔 2.0×1050.17 2.5主梁横系梁 2.0×1070.3 7.85索塔横梁 2.0×1050.17 2.5加劲梁 2.0×1050.3 7.85·2.3 斜拉桥截面特性值在截面特性对话框下输入如下参数。
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。
部分地锚式斜拉桥施工索力正装计算法
Ｔ ２＝ —． Ｌ １２－ ．
一
Ｏ
．
形布置。
Ｅ Ａ （） ２
上 ０
本文采用 空 间杆系 模 型建模 。其 中， 面系 采用 单主 梁模 桥 型， 拉索与主梁之 间通过 刚性杆相接 ， 塔墩 固结处采用刚性连接 ； 拉索垂度修正采用 Ｅ ｎｔ ｒｓ 公式 ； 钢梁与 混凝土梁 的横隔板 按集 中 荷载考虑 ， 二期恒 载按均布荷载考虑 。
， ， ｒ 、
１２ 施工 索力确定 ．
２ １１
索力修 正值 。假设
（ １ ）
该部 分地锚式斜拉桥全长 １６０１， ０ Ｉ Ｔ 纵漂体系， 全桥设置 四个
跨径布置为（０ ０ ＋ｌ０ｍ＋１１０ｍ＋（０ ＋１０ ０ｍ， ５ ＋１０ Ｏ） ０ １０ ０ ＋５） 其中 ， Ｅ为考虑 了垂度效应的弹性模量 ； 为拉 索横截 面积 。 辅助墩， Ａ 边中跨 比 ０２ ７ 主跨地锚梁段长 ４ ０ｍ。中跨 为扁平钢箱梁 ， ．２ ， ０ 中 以该无应力 索长为根据 ， 按该施工 阶段 结构 位移 的变化计算 出该
中 图分 类 号 ： ４ ．７ Ｕ４ ８ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｏ 引言
其 中， 丁 为第 ｉ 根索合理成桥状态时的索力 ； 为第 ｉ Ｔ 根索
Ｌ 部分地锚式斜拉桥是 改变斜 拉桥外 部约束后 得到 的一种新 经修 正后施工 阶段张拉索力 ； 为第 根索经合 理成桥状态时 的