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索主塔主梁主梁主塔索40m110m40m图 2. 立面图荷载分 类荷载类型荷载值² 使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力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²挂篮荷载节点荷载80 tonf支座强制位移强制位移10 cm 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 / 新项目文件 / 保存 (cable stayed)工具 / 单位体系长度 ＞ m ；力 ＞ tonf ¿图 3. 设定建模环境及单位体系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模型 / 材料和截面特性 / 材料名称 (加劲梁)设计类型 > 用户定义² 定义多种材料时，使用按钮会更方便一些弹性模量 (2.1e7) ; 泊松比 (0.3)容重 (7.85)²¿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. 材料特性值号项目弹性模量(tonf/m2)泊松比容重(tonf/m3)1加劲梁2.1×1070.37.852主塔下部2.5×1060.172.53主塔上部2.1×1070.37.854拉索1.57×1070.37.85图 4. 定义材料特性值输入加劲梁、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) ¿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. 截面特性值号项目截面形状面积(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)1加劲梁实腹长方形0.815.01.015.02主塔下部实腹长方形50.01000.0500.0500.03主塔上部实腹长方形0.35.05.05.04拉索实腹圆形0.0050.00.00.0图 5. 定义截面特性值对话框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斜拉桥成桥阶段模型参见图6 图 6. 斜拉桥成桥阶段模型建立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. 计算位置荷载系数建立加劲梁模型首先用 建立节点 功能建立节点后使用 扩展单元 功能生成9@10+2@5+9@10m的梁单元模型 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 全选扩展类型>节点à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 ¿ 图 7. 建立加劲梁单元建立主塔在主塔下部利用 建立节点 功能建立节点后，利用 扩展功能 建立10m＋5m的主塔下部梁单元。
模型 / 节点 / 建立节点 坐标 (-55 , 0, -20 ) 复制>复制次数 (1) ; 距离 (110, 0, 0) ¿模型 / 单元 / 扩展单元 窗口选择 (节点 : 图8的①；节点22，23)生成类型>节点à线单元 单元属性>单元类型>梁单元材料>2 : 主塔下部 ; 截面>2 : 主塔下部 生成类型>复制和移动 复制和移动>任意间距 ; 方向>z间距>10, 5 ¿ ①选择节点22, 23 선택图 8. 建立主塔下部选择节点后利用 扩展功能 建立加劲梁上部梁单元（10m+5m+3@10m） 模型 / 单元 / 扩展单元 窗口选择 (节点 : 图9的①；节点26，27)扩展类型>节点à线单元 单元属性>单元类型>梁单元材料>3 : 主塔上部 ; 截面>3 : 主塔上部 生成类型>复制和移动 复制和移动>任意间距 ; 方向>z间距>15, 3@10 ¿ ①①选择节点26, 27 图 9. 建立主塔上部建立拉索利用 建立单元 功能建立拉索单元 显示单元> 单元坐标轴(开) ¿模型 / 单元 / 建立单元 单元类型>桁架单元材料>4: 拉索 ; 截面>4: 拉索; Beta角 ( 0 )节点连接 ( 34, 1 )8 节点连接 ( 34, 3 )8 节点连接 ( 34, 7 )8 节点连接 ( 34, 9 )8 节点连接 ( 35, 13 )8 节点连接 ( 35, 15 )8 节点连接 ( 35, 19 )8 节点连接 ( 35, 21 )8 ¿ 图 10. 建立拉索建立主塔支座² 弹性连接单元是把两个节点按用户所需要的刚度连接而形成的有限计算单元。
弹性连接单元由3个轴向刚度值和3个旋转刚度组成，6个自由度按弹性连接单元的单元坐标系输入使用弹性连接(Elastic Link)建立主塔上的支座支座的支承条件如下：SDx : 500000 tonf/m, SDy : 100000000 tonf/m, SDz : 1000 tonf/m模型 / 边界条件 / 弹性连接² 窗口缩放 (图21的①)选项 > 添加 ; 连接类型 > 一般类型² 弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所施加的力，旋转刚度输入单位转角所施加的弯矩值SDx (tonf/m) (500000) ; SDy(tonf/m) (100000000) ; SDz(tonf/m) (1000) ²剪切型弹性支承位置 (开) ²到端点I的距离比 : SDy (1) ; SDz (1)Beta角 > (0) ²2点 (26,5)² 输入剪切型弹性支座在弹性连接单元的位置2点 (27,17) ¿² 调整弹性连接单元的布置方向窗口放大①①图 11. 建立主塔支座输入边界条件分析模型的边界条件如下§ 主塔下端 : 固定端 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)§ 桥台下端 : 铰支座 ( Dy, Dz, Rx, Rz)输入主塔和桥台处边界条件。
自动对齐 模型 / 边界条件 / 一般支承 窗口选择 (节点 : 图12的①；节点22, 23)边界组名称 > 默认值选项 > 添加 ; 支承类型 > D-ALL , R-ALL ¿ 窗口选择 (节点 : 图12的②；节点1, 21)边界组名称 > 默认值选项 > 添加 ; 支承类型 > Dy, Dz, Rx, Rz ¿①④③②②。