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1、斜拉桥成桥阶段和正装施工阶段分析目目录录概要概要 1 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成桥阶段分析成桥阶段分析 6 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查看成桥阶段分析结果 29 29查看变形形状 29正装施工阶段分析正装施工阶段分析 30 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
2、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查看施工阶段分析结果 66 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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析概要概要斜拉桥是塔、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
3、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.斜拉桥分析模型斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析使用使用MIDAS/CivilMIDAS/Civil软件内含的优化法则软件内含的优化法则计算出索初拉力。计算出索初拉力。桥梁基本数据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
4、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索索主塔主塔主梁主梁40m110m40m图 2.立面图荷载荷载分分类类荷载类型荷载类型荷载值荷载值自重自重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初拉力荷载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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析设定建模环境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 stayedcable 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。
5、文件/文件/工具/单位体系单位体系长度 m；力 tonf图 3.设定建模环境及单位体系新项目新项目保存保存(cable stayed)(cable stayed)斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析定义多种材料时，定义多种材料时，使用使用按钮会更按钮会更方便一些。方便一些。定义材料和截面特性值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/材料材料名称(加劲梁加劲梁)设计类型 用户定义用户定义弹性模量(2.1e7);(2.1e7);泊松比(0.3)(0.3)容重(7.85)(7.85)按上述方法参照表1输入主塔下
6、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容重(tonf/m2)泊松比(tonf/m3)1加劲梁2.11070.37.852主塔下部2.51060.172.53主塔上部2.11070.37.854拉索1.571070.37.85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模型/材料和截面特性/数值表单截面号(1)(1);名称(加劲梁加劲梁)截面形状实腹长方形截面实腹长方形截面截面特性值面积(0.8)(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
7、 2.截面特性值号1234项目加劲梁主塔下部主塔上部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)0.850.00.30.005Ixx(m4)15.01000.05.00.0Iyy(m4)1.0500.05.00.0Izz(m4)15.0500.05.00.0按钮。截面截面图 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未知荷载系数功能能计算拉索初拉力。斜拉桥成桥阶段模型参
8、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立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.计算位置荷载系数斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析建立加劲梁模型建立加劲梁模型首先用建立节点建立节点功能建立节点后使用扩展单元扩展单元功能生成910+25+910m的梁单元模型。正面正面,捕捉节点捕捉节点(开),捕捉点栅格捕捉点栅格(开
9、)自动对齐自动对齐(开),节点号节点号(开)模型/节点/建立节点建立节点坐标(-95,0,0)(-95,0,0)模型/单元/扩展单元扩展单元全选全选扩展类型节点节点线单元线单元单元属性单元类型梁单元梁单元材料1:1:加劲梁加劲梁;截面1:1:加劲梁加劲梁生成类型复制和移动复制和移动复制和移动任意间距;方向x x间距910,25,910910,25,910 图 7.建立加劲梁单元斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析建立主塔建立主塔在主塔下部利用模型/节点/建立节点建立节点坐标(-55,0,-20)(-55,0,-20)复制复制次数(1)(1);距离(110,0,0)(110,0,0)模型/单元/扩展
10、单元扩展单元建立节点建立节点功能建立节点后，利用扩展功能扩展功能建立10m5m的主塔下部梁单元。窗口选择窗口选择 (节点:图8的；节点22，23)生成类型节点节点线单元线单元单元属性单元类型梁单元梁单元材料2:2:主塔下部主塔下部;截面2:2:主塔下部主塔下部生成类型复制和移动复制和移动复制和移动任意间距任意间距;方向z z间距10,510,5 图 8.建立主塔下部选选 择择 节节 点点 22,22,2323斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析选择节点后利用扩展功能扩展功能建立加劲梁上部梁单元（10m+5m+310m）。模型/单元/扩展单元扩展单元窗口选择窗口选择 (节点:图9的；节点26，27)
11、扩展类型节点节点线单元线单元单元属性单元类型梁单元梁单元材料3:3:主塔上部主塔上部;截面3:3:主塔上部主塔上部生成类型复制和移动复制和移动复制和移动任意间距任意间距;方向z z间距15,31015,310图 9.建立主塔上部选择节点选择节点26,2726,27斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析建立拉索建立拉索利用显示显示单元 单元坐标轴单元坐标轴(开)模型/单元/建立单元建立单元单元类型桁架单元桁架单元材料4:4:拉索拉索 ;截面4:4:拉索拉索;Beta角(0)(0)节点连接(34,1)(34,1)节点连接(34,3)(34,3)节点连接(34,7)(34,7)节点连接(34,9)(34,
12、9)建立单元建立单元功能建立拉索单元。节点连接(35,13)(35,13)节点连接(35,15)(35,15)节点连接(35,19)(35,19)节点连接(35,21)(35,21)图 10.建立拉索斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析建立主塔支座建立主塔支座使用弹性连接弹性连接(Elastic LinkElastic Link)建立主塔上的支座。支座的支承条件如下：SDx:500000500000 tonf/m,SDy:100000000100000000 tonf/m,SDz:10001000 tonf/m弹性连接单元是把弹性连接单元是把两个节点按用户所需两个节点按用户所需要的刚度连接而形成要
13、的刚度连接而形成的有限计算单元。弹的有限计算单元。弹性连接单元由性连接单元由3 3个轴向个轴向刚度值和刚度值和3 3个旋转刚度个旋转刚度组成，组成，6 6个自由度按弹个自由度按弹性连接单元的单元坐性连接单元的单元坐标系输入。标系输入。模型/边界条件/弹性连接弹性连接窗口缩放窗口缩放(图21的)选项 添加添加;连接类型 一般类型一般类型SDx(tonf/m)(500000)(500000);SDy(tonf/m)(100000000)(100000000);SDz(tonf/m)(1000)(1000)弹性连接单元轴向弹性连接单元轴向刚度输入单位长度所刚度输入单位长度所施加的力，旋转刚度施加的力
14、，旋转刚度输入单位转角所施加输入单位转角所施加的弯矩值。的弯矩值。剪切型弹性支承位置(开)Beta角 (0)(0)2点(26,5)(26,5)2点(27,17)(27,17)到端点I的距离比:SDy(1);(1);SDz(1)(1)输入剪切型弹性支输入剪切型弹性支座在弹性连接单元的座在弹性连接单元的位置。位置。调整弹性连接单元调整弹性连接单元的布置方向。的布置方向。窗口放大窗口放大图 11.建立主塔支座斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析输入边界条件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
15、界条件。自动对齐自动对齐模型/边界条件/一般支承一般支承窗口选择窗口选择 (节点:图1212的；节点节点22,2322,23)边界组名称 默认值默认值选项 添加添加 ;支承类型 D-ALL,R-ALLD-ALL,R-ALL 窗口选择窗口选择 (节点:图1212的；节点；节点1,211,21)边界组名称 默认值默认值选项 添加添加 ;支承类型 Dy,Dz,Rx,RzDy,Dz,Rx,Rz 图12.输入边界条件斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析索初拉力计算索初拉力计算为了改善斜拉桥成桥阶段的加劲梁、主塔、拉索、支座的受力状态，给拉索施加初拉力荷载，使之与恒荷载平衡。斜拉桥是多次超静定结构体系，所以计
16、算拉索初拉力需要多次的反复计算。另外，对于每跟拉索的张力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以选择不同的拉索初拉力。MIDAS/Civil的未知荷载系数未知荷载系数功能使用了索力优化法则，可以计算出特定约束条件的最佳荷载系数，在计算斜拉桥拉索初拉力非常有效。使用未知荷载系数未知荷载系数功能计算斜拉桥拉索初拉力的计算步骤如表3。表 3.拉索初拉力计算步骤流程图步骤步骤6.6.查看分析结果以及索初拉力查看分析结果以及索初拉力步骤步骤5.5.使用使用未知荷载系数未知荷载系数功能计算未知荷载系数功能计算未知荷载系数步骤步骤4.4.建立恒荷载和单位荷载的荷载组合建立恒荷载和单位荷载的荷载组合步
17、骤步骤3.3.输入恒荷载和单位荷载输入恒荷载和单位荷载步骤步骤2.2.定义主梁恒荷载和拉索的单位荷载的荷载工况定义主梁恒荷载和拉索的单位荷载的荷载工况步骤步骤1.1.建立斜拉桥模型建立斜拉桥模型斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析初始平衡状态分析初始平衡状态分析为了使斜拉桥结构在恒载作用下拉索垂度、加劲梁纵段变形、拉索锚固点坐标、拉索张力、主塔坐标达到设计期望值，通过初始平衡状态分析计算初始节点坐标、拉索变形前长度、拉索初始张拉力。斜拉桥设计时，最重要的是如何使加劲梁和主塔的弯曲内力达到最小状态。通过初始平衡状态分析可以使恒载作用下成桥阶段变形形状接近于设计期望状态时，内力也会达到最小状态。对于斜
18、拉桥分析，初始平衡状态分析非常重要,且初始平衡状态分析能够计算出变形前拉索长度、追踪拉索张力、加劲梁和主塔的预拱度、加劲梁的弯矩图等设计参数。斜拉桥的特殊结构体系决定了主塔和加劲梁上将产生很大的轴力，这些轴力和拉索的张力决定结构的变形形状。为了确定拉索的初始张力，桥轴方向的变形和拉索的张力要反映到结构分析计算中。但斜拉桥是多次超静定结构体系，计算拉索初拉力需要多次的反复计算，所以计算出满足初始状态分析的施工控制张力不是简单的事情。另外，对于每跟拉索的张力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以计算出不同的拉索初拉力。指定受力状态的索力优化指定受力状态的索力优化(Traditional
19、Zero Displacement Method)目前一般的斜拉桥都会使用多拉索结构，所以拉索的横向分力对加劲梁的弯曲内力的影响可忽略不计。可以假设加劲梁弯曲内力由斜拉索竖向分力和加劲梁恒载作用下产生。此方法为使拉索的锚固点的竖向位移接近“0”的方法，如果设计纵段线形比较完美时，加劲梁的弯矩分布与恒载作用下的刚性支承连续梁的状态比较接近。将梁、索交点处设以刚性支承进行分析，计算出各支点反力，利用索力的竖向分力与刚性支点反力相等的条件，计算其索力。只要加劲梁处斜拉索端部张力的竖向分力被确定，就不难计算出其水平分力和另一端的水平、竖向分力了。利用计算得出的各分力，施加在没有拉索体系的结构上计算出加
20、劲梁和主塔的弯矩分布情况。以此弯矩分布为目标，进行反复调索。反复调索步骤如下：约束主塔的水平方向位移，张拉跨中拉索使跨中的加劲梁达到“0”位移状态。解除主塔的水平方向位移，张拉边跨斜拉索使边跨加劲梁和主塔达到“0”位移状态。上述方法如图13所示。此方法假设结构变形为线性变形，使用影响矩阵来进行计算。最终纵段线形接近期望状态时，加劲梁弯矩分布就会与刚性支承连续梁的状态非常接近。斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析(a)恒荷载作用下的变形(调索前)(b)固定主塔横向位移，恒荷载作用下的变形(调索前)(c)跨中调索(d)解除主塔水平方向约束(e)边跨调索图 13.初始平衡状态分析步骤斜拉桥成桥阶段与正装
21、施工阶段分析利用利用MIDAS/CivilMIDAS/Civil的的未知荷载系数未知荷载系数功能计算拉索初拉力功能计算拉索初拉力给斜拉桥的拉索施加初拉力，使之加劲梁产生的弯矩趋于最小，用这种法法来设计出更大跨经桥梁。但是计算初始张力并不是简单的事情，过去设计人员一般都是采用经验值来计算初拉力。目前虽然计算斜拉桥拉索初拉力的方法很多，但是能够计算出满足设计条件的初拉力非常困难。利用MIDAS/Civil优化索力功能，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。优化索力时指定位移、反力、内力的“0”值以及最大最小值作为控制条件，把拉索初拉力作为变量
22、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，必须要输入适当的控制条件。一般要满足如下控制条件：主塔不受或只受较小的弯矩作用；主塔弯矩均匀分布；最终索力不集中在几根拉索，而是均匀分布在每根拉索上。斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析使用使用MCTMCT命令窗口命令窗口输输 入入 荷荷 载载 工工 况况 更更 方方便。便。定义荷载工况定义荷载工况为了计算恒载引起的拉索初拉力，定义自重、二期荷载、拉索单位初拉力等荷载工况。本例题斜拉桥为主塔两侧各有4根拉索的对称结构，需要的未知荷载系数为四个，定义四个荷载工况。荷载/静力荷载工况静力荷载工况名称(自重自重);类型 恒荷载恒荷载说明(
23、自重自重)名称(二期荷载二期荷载);类型 恒荷载恒荷载说明(二期荷载二期荷载)名称(拉索拉索 1)1);类型 用户定义的荷载用户定义的荷载说明(拉索拉索 1-1-单位初拉力单位初拉力).名称(拉索拉索 4)4);类型 用户自定义荷载用户自定义荷载说明(拉索拉索 4-4-单位初拉力单位初拉力)名称(支座强制位移支座强制位移);类型 用户自定义荷载用户自定义荷载说明(边跨支座强制位移边跨支座强制位移)输入名称(拉索拉索 1)1)至名称(拉索拉索 4)4)的荷载工况。图 18.恒载和单位荷载的荷载工况斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析输入荷载输入荷载输入自重、加劲梁二期荷载、拉索单位荷载、支座强制位移
24、荷载。使用自重自重功能输入结构自重。二期荷载包括防撞墙、桥面铺装等荷载。为了计算拉索初拉力输入拉索的单位荷载。对齐对齐荷载/自重自重荷载工况名称 自重自重荷载组名称 默认值默认值自重系数 Z(-1)(-1)图 19.输入自重斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析输入作用于加劲梁的二期荷载。使用梁单元荷载梁单元荷载功能输入防撞墙、桥面铺装荷载，荷载大小为3.0tonf/m。荷载/梁单元荷载（单元）梁单元荷载（单元）窗口选择窗口选择 (节点:图2020的;节点节点 1 12323)荷载工况名称 二期荷载 ;选项 添加添加荷载类型 均布荷载;方向 整体坐标系整体坐标系 Z Z投影 否否数值 相对值相对值;
25、x1(0)(0),x2(1)(1),W(-3)(-3)图 20.输入作用于加劲梁的二期荷载二期荷载：二期荷载：3.3.0 0 t to on nf f/mm斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析输入拉索单元的单位初拉力。以桥梁跨中为对称轴赋予两侧相同的索初拉力，且对称拉索赋予相同的荷载工况。荷载/预应力荷载/初拉力荷载初拉力荷载交叉线选择交叉线选择 (单元:图2121的;单元单元 33,40 33,40)荷载工况名称 拉索拉索1 1 ;荷载组名称 默认值默认值选项 添加添加 ;初拉力(1)(1)荷载工况名称 拉索拉索4 4 ;荷载组名称 默认值默认值选项 添加添加 ;初拉力(1)(1)图 21.输入
26、拉索的单位初拉力拉索 2至拉索 4的单位初拉力荷载参照表 4输入。此时也可用 MCT命令窗口来输入。表 4.荷载工况和单元号荷载工况拉索 1拉索 2单元号33,4034,39荷载工况拉索 3拉索 4单元号35,3836,37交叉线选择交叉线选择交叉线选择交叉线选择斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析确认已输入的拉索单位初拉力。图 22.已输入的拉索单位初拉力斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析利用支座强制位移支座强制位移功能输入边跨支座的支座强制位移荷载。支座强制位移荷载如下：竖向位移竖向位移:0.01 m:0.01 m荷载/支座强制位移支座强制位移窗口选择窗口选择 (节点:图2323的;节点节点 1
27、,21 1,21)荷载工况名称支座强制位移支座强制位移;选项添加添加位移 Dz(0.01)(0.01)图 23.支座沉降荷载支座强制位移可以支座强制位移可以给给任意任意节节点点输输入强制位移。入强制位移。斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析运行结构分析运行结构分析运行结构自重、二期荷载、拉索单位初拉力、支座强制位移荷载的静力分析。分析/运行分析运行分析 建立荷载组合建立荷载组合利用拉索的初拉力荷载工况（4个）和自重、二期荷载、支座强制位移荷载工况，建立荷载组合。结果/荷载组合荷载组合荷载组合列表 名称 LCB1LCB1荷载工况 自重(ST)(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 二期荷载(
28、ST)(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 拉索拉索 1(ST)1(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 拉索拉索 2(ST)2(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 拉索拉索 3(ST)3(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 拉索拉索 4(ST)4(ST);分项系数(1.0)(1.0)荷载工况 支座强制位移支座强制位移(ST)(ST);分项系数(1.0)(1.0)图 24.建立荷载组合斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析计算未知荷载系数计算未知荷载系数利用未知荷载系数未知荷载系数功能计算荷载组合LCB 1作用下满足特定约束条件的未知荷载系数。控制条件为约束主塔
29、水平位移（Dx）和控制加劲梁弯矩(Dy)。在未知荷载系数未知荷载系数对话框输入荷载工况、约束条件、构成目标函数的方法等。未知荷载系数未知荷载系数功能的详细说明请参照用户手册第二册“Civil分析功能利用优化设计方法求解未知荷载”和在线帮助的“结果未知荷载系数”部分的说明。结果/未知荷载系数未知荷载系数未知荷载系数组 项目名称(未知荷载系数未知荷载系数);荷载组合 LCB 1 LCB 1目标函数类型 平方平方 ;未知荷载系数符号 正负正负荷载工况 拉索拉索 1 1(开)荷载工况 拉索拉索 2 2(开)荷载工况 拉索拉索 3 3(开)荷载工况 拉索拉索 4 4(开)图 25.未知荷载系数详细对话框
30、斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析本例题将主塔水平本例题将主塔水平位移和主梁弯矩作为位移和主梁弯矩作为约束条件。因分析模约束条件。因分析模型是对称结构所以只型是对称结构所以只定义定义1/21/2模型。模型。在约束条件约束条件中输入主塔的水平方向位移约束条件和控制加劲梁弯矩的约束条件。约束条件约束名称(节点节点 34)34)约束类型 位移位移节点号(34)(34)位移 DxDx约束条件 相等相等 ;数值(0)(0)约束条件 约束名称(单元单元 5)5)约束类型 梁单元内力梁单元内力单元号(5)(5)位置 I-I-端端内力 MyMy约束条件 相等相等 ;数值(-300)(-300)约束条件 约束名称
31、(单元单元 6)6)约束类型 梁单元内力梁单元内力单元号(6)(6)位置 J-J-端端内力 MyMy约束条件 相等相等 ;数值(-200)(-200)约束条件 约束名称(单元单元 8)8)约束类型 梁单元内力梁单元内力单元号(8)(8)位置 J-J-端端内力 MyMy约束条件 相等相等 ;数值(-400)(-400)斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析可以使用可以使用MCTMCT 命令命令窗口方便地输入计算窗口方便地输入计算未知荷载系数的约束未知荷载系数的约束条件。使用方法参照条件。使用方法参照“斜拉桥成桥阶段分析斜拉桥成桥阶段分析例题例题”。”。图 26.约束条件对话框关于未关于未 知荷载知荷载
32、 系系数数计算的详细说明参见用计算的详细说明参见用户手册第二册“户手册第二册“CivilCivil 分分析功能析功能 利用优化设计利用优化设计方法求解未知荷载”章方法求解未知荷载”章节。节。在未知荷载系数结果未知荷载系数结果对话框中查看约束条件和相应的未知荷载系数。未知荷载系数组 图35为使用未知荷载系数未知荷载系数功能计算的未知荷载系数结果。未知荷载系数未知荷载系数(拉索初拉力拉索初拉力)点击点击生成荷载组合生成荷载组合可自动生成未知荷载可自动生成未知荷载系数的荷载组合。系数的荷载组合。点点击击生成生成ExcelExcel 文文件件按钮，导出按钮，导出ExcelExcel文文件格式计算结果。
33、件格式计算结果。图 27.未知荷载系数分析结果斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析利用生成荷载组合生成荷载组合(图27的)，自动生成使用未知荷载系数的荷载组合，查看新的荷载组合的分析结果是否满足约束条件。图 28.自动使用未知荷载系数的LCB2荷载组合结果/荷载组合荷载组合在图27中计算得出的拉索1(ST)至拉索4(ST)的未知荷载系数在荷载组合对话框里的荷载工况系数中自动被输入。图 29.使用未知荷载系数自动生成的荷载组合斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析查看成桥阶段分析结果查看成桥阶段分析结果可以调整变形显示可以调整变形显示比例系数。比例系数。查看变形形状查看变形形状查看拉索初拉力、结构自重以及
34、二期荷载、支座强制位移荷载下成桥阶段变形形状。结果/位移/位移形状位移形状荷载工况/荷载组合 CB:LCB 2 CB:LCB 2位移 DXYZDXYZ显示类型 变形前变形前(开);图例图例(开)变形 变形图的比例(0.50.5)窗口缩放窗口缩放图 30.查看变形形状斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析正装施工阶段分析正装施工阶段分析一般通过斜拉桥的成桥阶段分析计算结构的尺寸数据和拉索的截面以及初拉力。斜拉桥的设计除了成桥阶段的分析，而且还需要施工阶段的分析。根据施工方案的不同，斜拉桥的结构体系会发生很大的变化，且施工中会产生比成桥阶段更不稳定的状态。因此在设计斜拉桥时，应严密准确地分析所有发生结构
35、体系变化的各施工阶段的稳定性以及应力变化。按施工顺序做的施工阶段分析称为正装施工阶段分析(Foeward Analysis)。通过正装施工阶段分析验算施工中产生的应力、检查施工顺序、可施工性等，找出最佳的施工方法。斜拉桥正装施工阶段分析较困难的部分是如何计算出拉索的施工控制张力。MIDAS/Civil可以利用未闭合配合力未闭合配合力（Lack of Fit Force）功能，输入拉索初拉力和使合拢段合拢时达到成桥阶段状态的配合力来进行正装施工阶段分析。为了进行施工阶段的分析，应将加劲梁、拉索、拉索锚固点、边界条件、荷载条件等变化定义施工阶段。图 31 斜拉桥的施工顺序斜拉桥成桥阶段与正装施工阶
36、段分析(1)(1)拉索未闭合配合力的计算拉索未闭合配合力的计算首先，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(T)。把求出的附加初拉力(T)和初始平衡状态分析时计算得出的初拉力(T)叠加作为施工阶段的控制张力进行施工阶段的正装分析。(ui,vi)LL(uj,vj)L LL L(ub=uj-ui)ubvb(vb=vj-vi)L LL-L L=VbCos UbSinT=EALLTf=Ti+T图 32 未闭合配合力计算拉索斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析（2 2）合拢段未闭合配合力的计算）合拢段未
37、闭合配合力的计算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。Key SegmentReference LevelReference LevelKey SegmentReference Level图 33 未闭合配合力计算合拢段斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析正装施工阶段分类本例题考虑荷载和边界条件的变化，共分为13个施工阶段。利用初始平衡状态分析计算得出的拉索初拉力，直接进行了正装施工
38、阶段分析。只对拉索、跨中的合拢段和 Stage2阶段激活的边跨加劲梁部分使用了未闭合配合力。边跨与支座连接时结构体系也会变化，所以边跨的加劲梁也考虑了未闭合配合力。本例题的施工阶段如下。表 5.施工阶段列表施工阶段内容主塔、主塔和加劲梁的临时连接边跨施工、支架、边跨支座配合力施加挂篮1荷载拆除施工支架、生成拉索(单元 34，39)配合力Stage 5Stage 6Stage 7Stage 7-1Stage 8Stage 9Stage 10Stage 11Stage 11-1生成加劲梁构件(单元 6,7,14,15)生成拉索(单元 35,36)配合力拆除挂篮1荷载施加挂篮2荷载生成拉索(单元 3
39、3,40)配合力生成加劲梁(单元 8,9,12,13)生成拉索(单元 36,37)配合力拆除挂篮2荷载施加挂篮3荷载拆除挂篮3生成合拢段(单元 10,11)配合力刚体连接Stage 12Stage 13主塔与加劲梁连接体系转换，施加支座强制位移荷载二期荷载、成桥阶段弹性连接考虑未闭合考虑未闭合考虑未闭合考虑未闭合考虑未闭合Stage 4考虑未闭合备注Stage 2Stage 3Stage 1斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析正装施工阶段分析正装施工阶段分析正装分析是指按桥梁的施工顺序进行分析的方法。通过正装分析查看分析模型的结构变化、拉索张力变化以及弯矩的变化。正装施工阶段分析顺序如图34。St
40、age 3Stage 5图 34.正装施工阶段分析的分析步骤Stage 13Stage 11Stage 1Stage 7斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析把成桥阶段分析的模型另存为其它名称用于施工阶段分析。文件/另存为另存为(cable stayed forward)(cable stayed forward)建立施工阶段分析模型的步骤如下。1正装施工阶段分析模型成桥阶段分析模型的桁架单元修改为索单元定义正装分析荷载工况2定义施工阶段名称划分施工阶段后定义施工阶段名称3定义结构组将各施工阶段激活或拆除的单元和要输入未闭合配合力的单元定义为结构组4定义边界组将各施工阶段激活或拆除的边界条件定义为边
41、界组5定义荷载组将各施工阶段激活或拆除的荷载定义为荷载组6定义施工阶段定义各施工阶段的结构组、边界组、荷载组斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析正装分析模型正装分析模型为了建立施工阶段模型，首先要删除成桥阶段分析模型中的荷载组合 LCB1、2以及单位初拉力（拉索 1拉索 4）。正装施工阶段分析模型中要输入拉索的初拉力荷载，所以要重新定义拉索初拉力的荷载工况。结果/荷载组合荷载组合荷载组合列表 名称 删除LCB 1,LCB 2LCB 1,LCB 2 荷载/静力荷载工况静力荷载工况名称(拉索拉索 1)1)名称(拉索拉索 4)4)名称(拉索初拉力);类型 用户自定义荷载用户自定义荷载说明(正装分析初拉力
42、)图 35.拉索初拉力荷载工况的定义斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析为了考虑斜拉桥拉索垂度的影响，应进行拉索的几何非线性分析。将成桥阶段分析中使用的桁架单元修改为索单元。模型/单元/修改单元参数修改单元参数选择属性选择属性-单元单元选择类型 单元类型单元类型节点节点(关);单元单元(开)(桁架桁架)参数类型 单元类型单元类型(开)形式 原类型 桁架桁架(开);修改为 只受拉只受拉/钩钩/索单元索单元(开)索索(开)图 36.桁架单元转换为索单元斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析定义相同名称以序定义相同名称以序列号定义多个施工阶列号定义多个施工阶段。段。输出分析结果时，输出分析结果时，保存每个施工
43、阶段的保存每个施工阶段的结果。结果。定义施工阶段定义施工阶段首先定义各个施工阶段名称。本例题定义了包括成桥阶段在内的13个施工阶段。荷载/施工阶段分析数据定义施工阶段定义施工阶段施工阶段 名称(Stage)(Stage);后缀(1to7)(1to7)保存结果 施工阶段施工阶段(开)施工阶段 名称(Stage7-1)(Stage7-1)保存结果施工阶段施工阶段(开)施工阶段 名称(Stage)(Stage);后缀(8to11)(8to11)保存结果施工阶段施工阶段(开)施工阶段 名称(Stage11-1)(Stage11-1)保存结果施工阶段施工阶段(开)施工阶段 名称(Stage)(Stage
44、);后缀(12to13)(12to13)保存结果施工阶段施工阶段(开)图 37.施工阶段对话框斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析图 38.施工阶段对话框图 39.施工阶段对话框斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析图 40.施工阶段对话框图 41.施工阶段对话框斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析定义结构组定义结构组将各施工阶段添加或拆除的单元定义为结构组。首先定义结构组名称，然后将相应单元赋予给结构组。组表单C C组结构组新建新建名称(Stage)(Stage);后缀(1to13)(1to13)名称(未闭合配合力未闭合配合力)图 42.定义结构组斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析将各施工阶段添加或拆除的单
45、元赋予给相应结构组。Stage 1阶段为只有主塔部分施工完成状态。Stage 2阶段为边跨设置了支架的状态，Stage 3阶段为了在中跨设置加劲梁而施加挂篮荷载的状态，所以没有结构变化。组 结构组窗口选择窗口选择(图43的)Stage 1Stage 1(拖放拖放)窗口选择窗口选择(图43的)Stage 2Stage 2(拖放拖放)图 43.生成结构组Stage 1和结构组Stage 2拖放拖放Stage 1Stage 1拖放拖放Stage 2Stage 2斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析组 结构组交叉线选择交叉线选择(图44的)Stage 4Stage 4(拖放拖放)窗口选择窗口选择(图44的
46、)Stage 5Stage 5(拖放拖放)图 44.生成结构组Stage 4和结构组Stage 5拖放拖放Stage 4Stage 4拖放拖放Stage 5Stage 5斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析组 结构组交叉线选择交叉线选择(图45的)Stage 6Stage 6(拖放拖放)交叉线选择交叉线选择(图45的)Stage 7Stage 7(拖放拖放)图 45.生成结构组Stage 6和结构组Stage 7拖放拖放Stage 6Stage 6拖放拖放Stage 7Stage 7斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析组 结构组窗口选择窗口选择(图46的)Stage 8Stage 8(拖放拖放)交叉线
47、选择交叉线选择(图46的)Stage 9Stage 9(拖放拖放)图 46.生成结构组Stage 8和结构组Stage 9Stage 9Stage 9拖放拖放Stage 8Stage 8拖放拖放斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析定义合拢段添加阶段(Stage 11)的结构组。窗口选择窗口选择(图47的)Stage 11Stage 11(拖放拖放)图 47.生成结构组Stage 11Stage 11Stage 11拖放拖放斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析组 结构组选择节点选择节点:1to6 10to12 16to21:1to6 10to12 16to21(图48的)选择单元选择单元:1to5 10
48、to11 16to20 33to36 37to40:1to5 10to11 16to20 33to36 37to40(图48的)未闭合配合力未闭合配合力(拖放拖放)图 48.生成结构组（未闭合配合力组）未闭合配合力未闭合配合力拖放拖放斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析定义边界组定义边界组将各施工阶段添加或拆除的边界条件定义为边界组。首先建立边界组名称，然后将边界条件赋予给相应边界组。全部激活全部激活组表单C C 组边界组新建新建名称(主塔固定端)名称(桥台铰支座)名称(主塔弹性连接)名称(主塔临时支座)名称(支架)图 49.定义边界组斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析将成桥阶段分析中定义的主塔固定
49、端、桥台铰支座、主塔弹性连接、主塔临时支座、支架等边界条件赋予给各施工阶段的边界组。组边界组窗口选择窗口选择(图50的)主塔固定端(拖放拖放)选择边界类型 一般支承一般支承(开)组边界组窗口选择窗口选择(图50的)桥台铰支座(拖放拖放)选择边界类型 一般支承一般支承(开)拖放拖放图 50.定义边界组斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析将主塔弹性连接边界条件定义为边界组。删除成桥阶段分析模型中定义的弹性连接，重新定义 主塔和加劲梁的弹性连接，利用弹性连接弹性连接的一般类型一般类型进行连接。SDx:500,000500,000 tonf/m,SDy:100100,000,000000,000 tonf
50、/m,SDz:1,0001,000 tonf/mSRx:0 0 tonf/m,SRy:0 0 tonf/m,SRz:0 0 tonf/m模型/边界条件/弹性连接弹性连接边界组名称：默认值选项 删除删除窗口选择窗口选择（节点：26，5，27，17）模型/边界条件/弹性连接弹性连接边界组名称 主塔弹性连接选项 添加添加;连接类型 一般类型一般类型SDx(tonf/m)(500000)(500000);SDy(tonf/m)(100000000)(100000000);SDz(tonf/m)(1000)(1000)SRx(tonf/m)(0)(0);SRy(tonf/m)(0)(0);SRz(ton