用MIDAS做悬索桥分析
用MIDAS做悬索桥分析
用MIDAS做悬索桥分析几何初始刚度,(2)初始内力,(3)平衡节点和构件内力三者头疼的不行，虽然Midas提供了很多有关悬索桥的技术资料，但如果没有真正接触过悬索桥工程项目的朋友，是无法很好地领会到三者的区别的。
下面我以利用Midasxx的建模助手和悬索桥分析控制进行自锚式悬索桥初步设计的过程作一个概括总结。
假定各位对Midas的基本操作及窗口选项的出处都已经熟悉，尽量做到言简意赅。
步骤一：利用悬索桥建模助手得到初始模型1，得到（1）几何初始刚度，（2）初始内力步骤二：利用悬索桥分析控制，定义好更新节点组和垂点组，得到（1）更新的几何初始刚度，（2）更新的初始内力，（3）新得到的平衡节点和构件内力步骤三：恒载+活载分析，需要步骤二的（1）初始内力，（2）平衡节点和构件内力，至于步骤二的几何初始刚度，并不需要。
我做过模型对比，删除后对内力和变形的影响为零蛋。
这也得到了两个结论：1、活载分析只需要黄金搭档，即“初始内力”+“PostCS的线性分析”，“初始几何刚度”对活载分析的作用完全可以由“初始内力”来代替。
因为在线性分析中，“初始几何刚度”只对几何刚度有影响，并不会反映到内力当中。
2、成桥恒载分析只需要施工阶段分析的无敌助手，即“平衡节点和构件内力”。
当然需要定义非线性施工阶段的“独立模型” + 钩选“平衡节点和构件内力”。
步骤四：倒拆分析，需要步骤二的（1）初始内力，（2）平衡节点和构件内力步骤五：正装分析，需要步骤四倒拆分析而得的最后施工阶段的单元内力结果，转换为几何初始刚度输入步骤五的正装模型的第一个施工阶段中。
通过以上五个步骤，可以带到以下有益的结论1、频频出现在Midas技术资料的热门字眼“初始几何刚度”其实作用非常小，在步骤三、步骤四种均可删去，即使保留“初始几何刚度”，在步骤三中不起作用，在步骤四中不会随着倒拆的进行而发生更新。
即只要涉及线性分析，“初始内力”就可独当一面。
2、结论1并不代表“初始几何刚度”这个计算参数就无意义，或者其功能作用完全可以被“初始内力”所代替。
悬索桥迈达斯操作经验
在学**阶段的各种设计练**及实际工作中，可能会经常遇到悬索桥的设计计算。
本文结合笔者自身体验，叙述Midas/Civil计算悬索桥的基本步骤及使用中的心得技巧和注意事项。
注：本文以Midas/Civil 2012为参照版本。
Midas/Civil计算悬索桥中的关键问题在于初始成桥线性的确定，这是由于悬索桥为大变形二阶柔性结构决定的。
其分析过程及每步中的要点如下：1.建立新文件，为了便于区分和查找，建议命名时加入文件创建日期及文件主要特征等信息；2.按照初步设计，定义主缆、桥塔、横梁、加劲梁、横隔板等部件的材料及截面特性值；3.在结构-悬索桥按钮点出“悬索桥建模助手”，在其中输入相关信息，利用建模助手功能生成初步模型以便后续修改。
在此需指出，利用悬索桥建模助手可以确定索单元大致的初始内力，利于后面的精细分析。
实际上也完全可以自行建立悬索桥的全部梁、索单元，再进行非线性分析控制和迭代，但该步骤比较繁琐，因此一般推荐采用悬索桥建模助手生成初步模型；在建模助手中有几个要点和技巧：1）建模助手采用的默认对象是双塔三跨悬索桥。
当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，可以在边跨长度框内输入一个很小的数值（如1e-6），一般在Midas/Civil中，距离小于1e-5的节点将被合并，从而达到实际只建立了中跨的效果；2）桥面系宽度，在桥塔竖直、索面竖直时指的是桥塔间距，也即主缆间距、吊杆吊点间距，在索面倾斜或桥塔倾斜时，一般理解为吊杆在加劲梁上的吊点间距更加方便；3）桥面系单位重量，此处输入的单位重量必须等于加劲梁的自重加上二期恒载等以梁单元均布荷载形式施加给加劲梁单元的梁单元荷载的和，否则后面难以计算收敛。
另外，当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，应勾选此处“详细”对话框，并在对话框中分别设置边、中跨桥面系荷载集度，为了便于收敛，可以将实际不存在的边跨设置一个非常小的集度，如1e-6；4）其余各项按照对话框要求及初步设计填写即可，点击“实际形状”，会给出初步计算的主缆横向内力，该值应该记下，以便在后面悬索桥分析控制中使用；5）填写完成后建议命名并保存该wzd文件，以便后面再修改或重复利用。
用MIDAS做悬索桥分析
图 5. 自锚式悬索桥加劲梁两端和主塔顶部的变形
图5为自锚式悬索桥的初始平衡状态。把主缆平衡状态分析计算的主缆反力作为外力施加在杆 系单元上（输入初始内力）。
H
Va H
Vp
Wi
Vp
Wi
Wi 图 6. 初始平衡状态自锚式悬索桥分离图形
H
Va H
2. 地锚式悬索桥初始平衡状态分析例题
2.1 桥梁类型以及基本数据 三跨连续的地锚式悬索桥，全跨116m（183＋750＋183），详细数据如图7所示。
在此 Ti 为节点i-1和节点i之间的主缆单元的张力， li 是主缆单元的长度， Tx 是主缆张力的
水平分量，主缆张力的水平分量在全跨相同。
在横桥向，即Y-Z平面上的力的平衡如图3所示。
图 3. Y-Z平面上的平衡
在Y-Z平面上的平衡方程如下:
Ti
zi − zi−1 li
−
Ti+1
zi+1 − li+1
X(m) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 595
Z(m)(上端) Z(m)(下端)
123.05119 39.065
114.876
39.605
107.17443 40.145
99.946484 40.682
51.697886 44.346
50.153364 44.463
49.082461 44.544
48.428605 44.589
48.35
44.6
吊杆长度 83.98619
75.271 67.02943 59.26448 51.99615 45.23844 38.99035 33.25187 28.02302 23.30378 19.09416 15.39417 12.20379 9.523027 7.351886 5.690364 4.538461 3.839605
基于Midas／Civil的管道悬索桥建模分析
主 缆 初 始 线 形 的确 定 与 常 规 悬 索 桥 类 型 ， 常
用主要 方法有抛物线 法 、 分段悬链 线法 、 节 线 法
≥
图 ５ 基 于 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 的成桥 位移（ 单位 ： ｍｉ ｌ １ ）
摘
要： 本文首先介绍 了管道悬索桥 的建模思路 ， 运川 Ｍ ｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 软件建立 了某 管道悬索 桥的计算模 型， 并分析
了建模计算 中的注意事项 ． 最后通过与 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 模 型对 比， 验证 了模 型的正确性及 建模 方法 的可行性 。 关键词 ： Ｍｉ ｄ ａ ｓ ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ； 管道悬索 桥 ； 风缆 ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 模型
２ ０ １ ７ 年第 ２ 期
段银龙： 基 于Ｍ ｉ ｄ ａ ｓ ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 的管道悬索桥建模分析
总第 １ ６ ６ 期
基于 Ｍｉ ｄ ａ ｓ ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 的管道 悬索桥 建模分 析
段 银 龙
（ 广 东 省 交 通 规 划 设 汁研 究 院 股 份 有 限 公 司 ， 广州 ５ １ ０ ５ ０ ７ ）
在线 形 确 定 方 面 ， 可 先 采 用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立
互影响 ， 其 分 析方 法不 同 于常 规悬 索桥 。
１ 工 程概 况
本桥位 于 云南 省保 山市 ， 是 中缅原 油 （ 天然气 ） 管道＿ 『 程 的大 型控 制 性工 程 。该桥 采 用带 风 缆 的 管道 悬 索 桥 ， 采 用 跨 式 悬 索 桥 ， （ ４ ９ ＋ ３ ２ ０ ＋ ８ ５ ） 垂 跨 比为 １ ／ １ ０ ， 主跨 垂度 ３ ２ ｍ， 主跨 吊杆 问距 为 ５ ｍ， 两 侧边 跨不 设置 吊杆 。对 于索塔 ， 两侧 均采 用混凝 土塔 ， 根据 其地 形设 置 高度 分 别为 ４ ４ ｍ和 ５ ７ ｍ。该
MIDAS悬索桥分析说明
关于MIDAS/Civil悬索桥分析的一些功能说明1）建模助手的功能使用简化方法计算获得索的水平张力和主缆的初始形状，利用悬索单元的柔度矩阵重新进行迭代分析。
当获得了所有主缆单元的无应力长之后，则构成由主缆和吊杆组成的索的体系，即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理。
当将无应力索长赋予悬索单元时，将产生不平衡力引起结构变形，然后通过坐标的变化判断收敛与否，当不收敛时则更新坐标重新计算无应力索长直至收敛，建模助手分析结束。
2）悬索桥分析控制以建模助手生成的主缆坐标、无应力索长、水平张力为基础进行悬索桥整体结构的初始平衡状态分析。
对于地锚式悬索桥，其通过建模助手建立的模型，若小范围地调整加劲梁，对索的无应力长度和主缆坐标影响不是很大，因此一般来说直接采用建模助手的结果即可，当需要做精密的分析时也可采用悬索桥分析控制功能进行第二阶段分析。
而自锚式悬索桥，由于其加劲梁受较大轴力的作用，加劲梁端部和索墩锚固位置会发生较大变化，即主缆体系将发生变化，所以从严格意义来说建模助手获得的索体系和无应力长与实际并不相符。
因此必须对整体结构重新进行精密分析。
其过程如下：将主缆和吊杆的力按静力荷载加载到由索塔墩和加劲梁组成的杆系结构上，计算加劲梁和索塔墩的初始内力，并将其作用在整体结构上。
通过反复计算直至收敛，获得整体结构的初始平衡状态。
（参考技术资料《自锚式悬索桥的计算》）3）对于初始荷载的说明671版本开始，在“荷载/初始荷载”中，分为大位移和小位移两项，其内又分为几何刚度初始荷载、平衡单元节点内力、初始荷载控制数据、初始单元内力共4项内容。
其作用分别如下：●大位移/几何刚度初始荷载：描述当前荷载作用之前的结构的初始状态。
可由悬索桥建模助手自动计算给出结构的初始平衡状态。
●大位移/平衡单元节点内力：该功能只适用于施工阶段分析中选择非线性分析的独立模型，并且钩选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。
进行斜拉桥或悬索桥逆施工阶段分析时，通过计算由张拉力和恒载导致的成桥状态的节点力和构件内力，可以考虑在外力作用下，位移为0的状态。
MIDAS-自锚式悬索桥成桥阶段分析
自锚式悬索桥成桥阶段分析大桥是跨海大桥，目前除铁路部分还没有运行外，其他公路部分已经在使用。
把握桥梁的成桥阶段特性可对事故做出迅速反应，制定相应的应对措施，对桥梁的维护管理也是相当重要的。
本文将对大桥的成桥阶段模型建模方法和分析结果进行简要说明。
一．分析简要为了了解桥梁的特性以及维护管理的需要，首先要建立桥梁结构分析模型。
建立成桥阶段模型较为重要的是如何模拟成桥阶段的结构刚度、边界条件以及质量分布。
悬索桥在施工阶段表现出非常明显的非线性特征，但在主缆和吊杆产生了较大张力的成桥阶段，对追加荷载(车辆荷载、风荷载等)的反应则表现出线性特征。
因此可以将成桥状态的坐标和构件内力作为初始平衡状态，对追加荷载的反应假定为线性反应，利用初始平衡状态的内力计算几何刚度，并与结构刚度进行叠加生成成桥状态的刚度。
因为大桥是自锚式悬索桥，在初始平衡状态主缆和加劲梁作用有初始轴力，且轴力对弯曲刚度的影响是不能被忽略的。
本文利用MIDAS软件中的几何刚度初始荷载命令反应轴力对刚度的影响。
本工程成桥阶段分析将参考设计图纸建立几何形状，然后赋予截面特性值和边界条件。
模型建成后利用几何刚度初始荷载命令赋予主缆和加劲梁以初始轴力，用于计算结构的几何刚度。
在运行特征值分析后，通过对主要振型与激振实验结果值的比较，判定建立的分析模型正确与否，然后加载静力和动力荷载，分析结构的各种特性。
本文进行的分析内容如下：成桥阶段特征值分析对比主要振型的频率的分析结果和实验结果。
激振实验通过激振实验结果判断特征值分析的准确性。
静力分析在分析模型中加载静力荷载。
动力分析在分析模型中加载动力荷载，做时程分析。
二.MIDAS中用于成桥阶段分析的功能MIDAS中用于大桥成桥阶段分析所需的单元和功能参见表一。
表一 MIDAS中用于悬索桥分析的功能类 别 内 容 适 用使用单元 索单元梁单元变截面梁单元主缆、吊杆加劲梁索塔荷载功能 几何刚度初始荷载时程分析数据初始轴力(计算几何刚度)将激振力换算为动力荷载边界条件 点弹性支承弹性连接刚性连接梁端刚域(偏心)弹性支座(桥梁端部外侧)弹性支座(索塔外侧)主缆与鞍座的刚臂连接下弦、腹杆、竖向构件偏心距离分析功能 静力分析特征值分析时程分析静力荷载作用下的反应检查刚性质量模型的正确性预测动力加载时的反应查看结果 (后处理) 特征值分析图形和文本时程图形和文本与实测值的比较动力分析三.分析模型几何形状如<图1>所示大桥为主缆锚固在加劲梁上的自锚式悬索桥，其加劲梁在初始平衡状态有初始轴力作用。
基于Midas的悬索桥倒拆分析方法探讨
V〇1.43,N〇.3 f h丨v£讨第43卷第3期March,2017_________________________Sichuan Building Materials________________________2017 年3 月基于Midas的悬索桥倒拆分析方法探讨林君武(重庆市交通工程监理咨询有限责任公司，重庆400060)摘要:在悬索桥的设计及实际施工中，确定悬索桥空缆状态及各个施工阶段的状态是至关重要的。
因此，需对悬索桥进行倒拆分析，以确定空缆状态下的主缆线形及相关受力状态。
本文结合具体实例，确定成桥状态，利用桥梁结构有限元分析软件Midas Civil建立悬索桥分析模型，考虑几何非线性影响，进行悬索桥的倒拆分析，确定空缆时的结构状态，总 结相关结论，为类似悬索桥的设计和施工提供参考依据,关键词：悬索桥;有限元分析;倒拆分析方法；非线性因素中图分类号:U448 文献标志码:B文章编号：1672 - 4011 (2017)03 - 0096 - 02DOI：10.3969/j.issn. 1672 - 4011. 2017. 03. 048〇前言悬索桥的施工步骤一般是先浇筑下部结构和锚碇，然后 进行主塔施工，利用施工完毕后的主塔架设猫道，把猫道作 为架设主缆的施工平台，然后在主缆上安装吊索，逐段拼装 架设加劲梁段。
主缆是悬索桥的主要承m构件，其几何形状 在施工过程中的变化是非常大的，因此，在进行悬索桥分析 时，往往是把设计成桥状态作为初始研究状态，通过做逆施 工阶段分析，并考虑悬索桥的几何非线性影响，推导出悬索 桥在空缆状态下受自童満^载作用的初始平衡状态。
国内外已有不少专家及设计人员对悬索桥的分析方法 进行了研究，这些方法大多是采用结构有限元方法进行分析 计算，模拟方法和计算模型各有不同。
在悬索桥的倒拆分析 方法中，桥梁结构有限元分析软件Midas Civil能对悬索桥的整个结构体系做较为精确的初始平衡状态分析。
用MIDASCivil做悬索桥分析
T1
d1 l1
=
T2
d2 l2
=
Λ
=
TN
dN lN
= Tx
Ti
di li
=
Ti+1
d i +1 li+1
( i = 1, 2, ..., N −1 ) ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅(a)
在此 Ti 为节点i-1和节点i之间的主缆单元的张力， li 是主缆单元的长度， Tx 是主缆张力的
主跨 9.680tonf/m 4.5tonf/EA 0.8528tonf/m 0.0132tonf/m
边跨 9.680tonf/m 4.5tonf/EA 1.2625tonf/m 0.0132tonf/m
将附属构件的荷载换算成集中荷载，加在吊杆下端节点上。主缆和吊杆的自重需要通过反复迭 代计算才能确定（因为只有确定了主缆坐标位置才能确定重量）。
Lo = Lo + dLo
图 4. 通过已知条件Tx 表现弹性悬链线单元的静力平衡状态
1
资料参考：百科网 详细出处参考 ：/
悬索桥成桥阶段和施工阶段分析
+
Lo )
计算 l'x (Lo ), l'y (Lo ), l'z (Lo )
计算{ds} = {dlx , dl y , dlz }T dlx = lx − l'x (Lo ), dly = l y − l' y (Lo ), dlz = lz − l'z (Lo )
midas-civil悬臂梁桥分析与设计
北京迈达斯技术有限公司2007年8月目录1.概要 (1)2. 设置操作环境 (4)3. 定义材料和截面 (5)4. 建立结构模型 (14)5. 非预应力钢筋输入 (30)6. 输入荷载 (30)7. 定义施工阶段 (42)8. 输入移动荷载数据 (48)9. 运行结构分析 (52)10. 查看分析结果 (52)11. PSC设计 (62)12. RC设计 (70)附录：关于温度荷载和支座沉降的模拟 (79)1. 概要本桥为30+50+30三跨混凝土悬臂梁桥，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m。
墩为钢筋混凝土双柱桥墩，墩高15m。
（注：本例题并非实际工程，仅作为软件功能介绍的参考例题。
）在简化过程中省略了边跨合龙段模拟、成桥温度荷载模拟。
通过本例题重点介绍MIDAS/Civil软件的施工阶段分析功能、普通钢筋的输入方法、钢束预应力荷载的输入方法、移动荷载的输入方法和查看分析结果的方法、PSC设计及RC设计数据的输入方法和查看设计结果的方法等。
图1. 分析模型桥梁概况及一般截面桥梁形式：三跨混凝土悬臂梁桥梁长度：L = 30+50+30 = 110.0 m，其中中跨为挂孔结构，挂梁长16m，为钢筋混凝土结构施工方法：悬臂施工T构部分，满堂支架施工边跨现浇段，边跨合龙时，中跨体系转换为简支单悬臂结构，拆除施工支架，然后施工中跨挂梁，挂梁与中跨主梁铰接，施工桥面铺装，并考虑3650天收缩徐变。
预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力截面形式如下图2. 跨中箱梁截面图3. 墩顶箱梁截面梁桥分析与设计的一般步骤1. 定义材料和截面2. 建立结构模型3. 输入非预应力钢筋4. 输入荷载①.恒荷载②.钢束特性和形状③.钢束预应力荷载5. 定义施工阶段6. 输入移动荷载数据①.选择移动荷载规范②.定义车道③.定义车辆④.移动荷载工况7. 运行结构分析8. 查看分析结果9. PSC设计（预应力混凝土梁）10. RC设计（普混梁和柱）PSC设计参数确定RC设计参数的确定运行设计运行RC梁设计/运行RC柱设计查看设计结果表格和图形查看设计结果表格和图形输出PSC设计计算书输出RC设计计算书使用的材料❑混凝土主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土，桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土❑钢材采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860荷载❑恒荷载自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算❑预应力钢束(φ15.2 mm×31)截面面积: Au = 4340 mm2孔道直径: 130 mm钢筋松弛系数(开),选择JTG04和0.3(低松弛)超张拉(开)预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm^2预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:开始点:6mm结束点:6mm张拉力:抗拉强度标准值的75%，张拉控制应力1395MPa❑徐变和收缩条件水泥种类系数(Bsc): 5 (5代表普通硅酸盐水泥)28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值,即标号强度(fcu,f):50N/mm^2t5天长期荷载作用时混凝土的材龄:=ot3天混凝土与大气接触时的材龄:=s相对湿度: %RH70=构件理论厚度:程序计算适用规范:中国规范(JTG D62-2004)徐变系数: 程序计算混凝土收缩变形率: 程序计算❑移动荷载适用规范：公路工程技术标准(JTG B01-2003)荷载种类：公路I级，车道荷载，即CH-CD2. 设置操作环境打开新文件(新项目)，以 ‘混凝土悬臂梁’ 为名保存(保存)。
基于MidasCivil的钢箱主梁地锚式悬索桥施工阶段正装分析
140中外公路第40卷第6期2 0 2 0年1 2月\?190283.211 |~中跨中心线IPA吊杆单元编号34#33#32*3T 3#2#1*r i #r31#32#33*34*主梁单元编号端节段合龙段S32#S31#S3#S2#s r N r N2#N3#N31#|N32#合龙段端节段图1太洪长江大桥桥型布置图（单位：m )DOIrlO . 14048/j . issn . 1671-2579. 2020.06.029基于Midas /C iv il 的钢箱主梁地锚式悬索桥施工阶段正装分析叶龙样\柯红军2,陈卓1(1.武汉二航路桥特种工程有限责任公司，湖北武汉430071; 2.长沙理工大学土木工程学院）摘要：目前国内外关于使用有限元软件正装分析地锚式悬索桥施工过程的文献很少且大 多介绍不够全面。
该文以太洪长江大桥为工程实例，基于有限元软件Midas /Civil ,提出一种 对钢箱主梁地锚式悬索桥施工全过程正装分析的方法，并改良了主梁吊装时梁段间临时连接 的模拟方法，分析过程中自动考虑主塔混凝土的收缩徐变。
对比正装分析法与倒拆分析法的 计算结果，主缆位移绝对差值最大不超过9 m m ,吊索力绝对差值最大为15.9 kN ,证明其正 确性与优越性；对比主梁吊装时，有、无梁段间临时连接的吊索力，得出考虑临时连接计算的 吊索力分布更加均匀，证明在对主梁吊装仿真分析时，梁段间临时连接不可忽略。
并针对主 梁吊装过程中，梁段间下缘开口宽度变化规律进行探究，得出相应结论：在主梁吊装初期，梁 段间开口较大，沿纵桥向交错变化，随着主梁吊装，开口宽度趋近于0。
关键词：悬索桥；有限元软件Midas /Civil ;施工阶段分析；正装分析法；下缘开口宽度目前国内外对于地锚式悬索桥施工阶段的有限元 分析，大多采用倒拆分析法。
然而，若需要考虑施工阶 段混凝土的收缩、徐变或其他与时间有关的特性，正装 分析法就显得尤为重要。
MIDAS-使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析
使用材料以及容许应力
上部结构混凝土 材料强度标准值 : fck = 400 kgf / cm2 初始抗压强度 : fci = 270 kgf / cm2 弹性模量 : Ec=3,000Wc1.5 √fck+ 70,000 = 3.07×105kgf/cm2
MIDAS-使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析
概要
预应力箱型梁桥(PSC BOX Bridge)的施工工法一般有顶推法(ILM)、悬臂法(FCM)、 移动支架法(MSS)等。悬臂法是由桥墩向跨中方向架设悬臂构件的方法，该工法不用水 上作业，也不需要架设大量的临设和脚手架，因此可以灵活使用桥下空间。另外，因为 不直接与桥下河流或道路接触，因此被广泛使用于高桥墩、大跨度桥梁中。
预应力钢束(KSD 7002 SWPC 7B-Φ15.2mm (0.6˝ 钢束)
屈服强度 抗拉强度 截面面积 弹性模量
张拉力
: fpy = 160 kgf / mm 2 → Py = 22.6 tonf / strand : fpu = 190 kgf / mm 2 → Pu = 26.6 tonf / strand : A p = 138.7 cm2 : E p = 2.0 × 106 kgf / cm2 : fpj = 0.72fpu = 137 kgf / mm 2
例题中的桥梁为按悬臂法施工的现浇桥梁。
图1 分析模型(竣工后)
桥교梁량始시点 점 275
桥梁基本数据以及一般截面
桥梁基本数据如下：
MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析
❖ 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。
10
18
斜拉桥分析：体内力与体外力应用
❖ 斜拉桥的施工工艺中不存在先张法工艺，只有后张法。体内力结果对 于施工来说是没有意义的。
❖ 通过成桥未知荷载系数法，计算得出的荷载系数是体内力系数。 ❖ 将体内力系数带入单位初拉力后，重新运行分析，分析结果中的拉索
内力即为体外力，也叫最终张拉控制力。 ❖ 或将体内力系数带入单位初拉力后，建立倒拆施工阶段模型运行分析
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
4
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
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悬索桥分析：索单元初始刚度 定义索单元时：
目录
1. 悬索桥分析
v 基本操作步骤 v 索单元简介 v 索单元初始刚度 v 初始平衡状态 v 悬索桥分析控制
2. 斜拉桥分析
• 基本操作步骤 • 未知荷载系数法 • 体外力与体内力 • 未必和配合力
1
悬索桥分析：基本操作步骤
v 定义主缆、边缆、主塔、加劲梁、吊杆等构件的材料和截面 特性；
v 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）；
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。
MIDAS悬索桥分析说明
关于MIDAS/Civil悬索桥分析的一些功能说明1）建模助手的功能使用简化方法计算获得索的水平张力和主缆的初始形状，利用悬索单元的柔度矩阵重新进行迭代分析。
当获得了所有主缆单元的无应力长之后，则构成由主缆和吊杆组成的索的体系，即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理。
当将无应力索长赋予悬索单元时，将产生不平衡力引起结构变形，然后通过坐标的变化判断收敛与否，当不收敛时则更新坐标重新计算无应力索长直至收敛，建模助手分析结束。
2）悬索桥分析控制以建模助手生成的主缆坐标、无应力索长、水平张力为基础进行悬索桥整体结构的初始平衡状态分析。
对于地锚式悬索桥，其通过建模助手建立的模型，若小范围地调整加劲梁，对索的无应力长度和主缆坐标影响不是很大，因此一般来说直接采用建模助手的结果即可，当需要做精密的分析时也可采用悬索桥分析控制功能进行第二阶段分析。
而自锚式悬索桥，由于其加劲梁受较大轴力的作用，加劲梁端部和索墩锚固位置会发生较大变化，即主缆体系将发生变化，所以从严格意义来说建模助手获得的索体系和无应力长与实际并不相符。
因此必须对整体结构重新进行精密分析。
其过程如下：将主缆和吊杆的力按静力荷载加载到由索塔墩和加劲梁组成的杆系结构上，计算加劲梁和索塔墩的初始内力，并将其作用在整体结构上。
通过反复计算直至收敛，获得整体结构的初始平衡状态。
（参考技术资料《自锚式悬索桥的计算》）3）对于初始荷载的说明671版本开始，在“荷载/初始荷载”中，分为大位移和小位移两项，其内又分为几何刚度初始荷载、平衡单元节点内力、初始荷载控制数据、初始单元内力共4项内容。
其作用分别如下：大位移/平衡单元节点内力：该功能只适用于施工阶段分析中选择非线性分析的独立模型，并且钩选了“包含平衡单元节点内力”选项时的情形。
进行斜拉桥或悬索桥逆施工阶段分析时，通过计算由张拉力和恒载导致的成桥状态的节点力和构件内力，可以考虑在外力作用下，位移为0的状态。
悬索桥分析注意要点midas
懸索橋分析時的一些注意事項1）使用MIDAS/Civil分析懸索橋的基本操作步驟a) 定義主纜、主塔、主梁、吊杆等構件的材料和截面特性；b) 打開主菜單“模型/結構建模助手/懸索橋”，輸入相應參數（各參數意義請參考聯機幫助的說明以及下文中的一些內容）；c) 將建模助手的數據另存為“*.wzd”檔，以便以後修改或確認；d) 運行建模助手後，程式會提供幾何剛度初始荷載數據和初始單元內力數據，並自動生成“自重”的荷載工況；e) 對模型根據實際狀況，對單元、邊界條件和荷載進行一些必要的編輯後，將主纜上的各節點定義為更新節點組，將塔頂節點和跨中最低點定義為垂點組；f) 定義懸索橋分析控制數據後運行。
運行過程中需確認是否最終收斂。
運行完了後程式會提供平衡單元節點內力數據；g) 刪除懸索橋分析控制數據，將所有結構、邊界條件和荷載都定義為相應的結構組、邊界組和荷載組，定義一個一次成橋的施工階段，在施工階段對話框中選擇“考慮非線性分析/獨立模型”，並勾選“包含平衡單元節點內力”；h) 運行分析後查看該施工階段的位移是否接近於0以及一些構件的內力是否與幾何剛度初始荷載表格或者平衡單元節點內力表格的數據相同；i) 各項結果都滿足要求後即可進行倒拆施工階段分析或者成橋狀態的各種分析；j) 詳細計算原理請參考技術資料《用MIDAS做懸索橋分析》。
2）建模助手中選擇三維和不勾選三維的區別？a) 勾選三維就是指按空間雙索面來計算懸索橋，需要輸入橋面的寬度，輸入的橋面系荷載將由兩個索面來承擔；b) 不勾選三維時，程式將給建立單索面的空間模型，不需輸入橋面的寬度，輸入的橋面系荷載將由單索面來承擔。
3）建模助手中主梁和主塔的材料、截面以及重量是如何考慮的？a) 因為索單元必須考慮自重，因此建模助手分析中對於主纜和吊杆的自重，程式會自動考慮；b) 但在建模助手中主梁和主塔的材料和截面並不介入分析，程式只是根據輸入的幾何數據，給建立幾何模型，以便進行下一步的懸索橋精密分析。
midascivil实例6悬索桥的成桥阶段和施工阶段分析
悬索桥的成桥阶段和施工阶段分析
图7 输入截面特性值(吊杆、加劲梁)
图8 输入截面特性值(索塔、索塔水平构件) 7
高级应用例题
初始平衡状态分析
悬索桥的成桥阶段在加劲梁自重作用下发生位移后，处于平衡状态。初始平衡状 态下的主索坐标和张力不能由用户任意输入，需要通过力的平衡状态计算。
用户在悬索桥建模助手中只需输入悬索桥的垂度、吊杆间距等基本数据以及各吊 杆上作用的荷载，程序将自动计算出初始平衡状态下主缆的坐标和主索、吊杆的初拉 力。然后将计算出的主缆和吊杆的张力转换为几何钢度初始荷载，并用其自动构成几 何刚度。
30
查看成桥阶段分析结果
31
静力分析结果 / 31
特征值分析结果 / 37
建立各施工阶段分析模型
41
设定建模环境 / 42
定义施工阶段名称 / 44
指定结构群 / 45
指定边界群 / 53
定义各施工阶段荷载和荷载群 / 63
定义施工阶段 / 66
输入各施工阶段分析数据 / 71
运行结构分析(施工阶段分析)
71
查看各施工阶段分析结果
72
查看变形形状 / 72
查看弯矩 / 76
查看输出文件 / 77
使用变形形状动画 / 79
悬索桥建模2--悬索桥分析控制-midas2015-01-03
悬索桥分析控制
功能：
利用悬索桥建模助手制作的悬索桥模型按照用户的意图修改完整后，为了得到更佳的初始形状，重新进行分析。
更新节点组：
选择要更新的节点组。
悬索桥的索单元的节点在寻找最佳平衡状态时，其坐标总是被更新。
所以给索单元的节点定义成组。
(主缆的起点和终点所在的节点以及支点处的固定节点要除外，但垂点的节点随不是更新节点，但也包括在节点组里面。
)
垂点组：
跨中部分的主缆的垂值是设计者定义的，所以不属于更新节点。
在这里给一个垂点(三维结构为两个节点)定义成组。
索单元组：
选择主缆结构组。
水平分量：
输入主缆的水平分量。
在此输入的主缆内力水平分量需是在结构合理受力状态范围内的值，可参考悬索桥建模助手中显示的主缆水平张力结果，不能随便输入。
(这个力对成桥几何刚度初始荷载/初始单元内力有很大的影响)
荷载工况：
选择与索的拉力形成平衡的荷载工况。
一般选择作用在结构物的恒荷载（自重、固定荷载等）。
悬索桥迈达斯操作经验
悬索桥迈达斯操作经验 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-在学**阶段的各种设计练**及实际工作中，可能会经常遇到悬索桥的设计计算。
本文结合笔者自身体验，叙述Midas/Civil计算悬索桥的基本步骤及使用中的心得技巧和注意事项。
注：本文以Midas/Civil 2012为参照版本。
Midas/Civil计算悬索桥中的关键问题在于初始成桥线性的确定，这是由于悬索桥为大变形二阶柔性结构决定的。
其分析过程及每步中的要点如下：1.建立新文件，为了便于区分和查找，建议命名时加入文件创建日期及文件主要特征等信息；2.按照初步设计，定义主缆、桥塔、横梁、加劲梁、横隔板等部件的材料及截面特性值；3.在结构-悬索桥按钮点出“悬索桥建模助手”，在其中输入相关信息，利用建模助手功能生成初步模型以便后续修改。
在此需指出，利用悬索桥建模助手可以确定索单元大致的初始内力，利于后面的精细分析。
实际上也完全可以自行建立悬索桥的全部梁、索单元，再进行非线性分析控制和迭代，但该步骤比较繁琐，因此一般推荐采用悬索桥建模助手生成初步模型；在建模助手中有几个要点和技巧：1）建模助手采用的默认对象是双塔三跨悬索桥。
当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，可以在边跨长度框内输入一个很小的数值（如1e-6），一般在Midas/Civil中，距离小于1e-5的节点将被合并，从而达到实际只建立了中跨的效果；2）桥面系宽度，在桥塔竖直、索面竖直时指的是桥塔间距，也即主缆间距、吊杆吊点间距，在索面倾斜或桥塔倾斜时，一般理解为吊杆在加劲梁上的吊点间距更加方便；3）桥面系单位重量，此处输入的单位重量必须等于加劲梁的自重加上二期恒载等以梁单元均布荷载形式施加给加劲梁单元的梁单元荷载的和，否则后面难以计算收敛。
另外，当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，应勾选此处“详细”对话框，并在对话框中分别设置边、中跨桥面系荷载集度，为了便于收敛，可以将实际不存在的边跨设置一个非常小的集度，如1e-6；4）其余各项按照对话框要求及初步设计填写即可，点击“实际形状”，会给出初步计算的主缆横向内力，该值应该记下，以便在后面悬索桥分析控制中使用；5）填写完成后建议命名并保存该wzd文件，以便后面再修改或重复利用。
midas悬索桥如何正确建模（大桥设计院阮怀圣）
悬索桥如何正确建模
中铁大桥设计院科研所
发现设计院很多人利用midas 建立的模型都不正确，现将如何正确建立成桥阶段的悬索桥模型的主要步骤叙述如下：
1（粗算）建模助手
a)上述对话框架中桥面系的单位重量包括主梁与二期恒载重量之和；
b)G1、G2分别指主塔到塔左侧、塔右侧吊杆距离的一半；
2按照实际情况对“建模助手”进行修改；
a)划分主塔单元，边跨修改；
b)定义”更新节点组”、”垂点组”、“主缆组”：其中“垂点组”指跨中主缆索的最低点，而“更新节点组”指主缆上除了锚点、主塔顶点以外的所有节点（包括垂点在内）。
c) 定义“自重”与“二期恒载”两个荷载工况，荷载类型为“恒载”；
d)将塔顶竖向平面内的纵向线位移释放，而转角位移约束；
e）定义悬索桥分析控制：
3(精确精算线形) 运行计算；
4 建立施工阶段模型（一次成桥）：
a) 建立施工阶段所需的“结构组”、“边界组”、“荷载组”；
b)再将塔顶约束更改为“刚性主从连接”；
c) 将“自重”与“二期恒载”两个荷载工况的荷载类型由“恒载”更改为“施工阶段荷载”；
d) 勾选下述选项：
e)删除如下选项:
“”
5 运行计算；。
midas civil桥梁工程实例精解
Midas Civil桥梁工程实例精解一、引言Midas Civil是一款专门针对桥梁工程设计和分析的软件，其功能强大、应用广泛。
本文将重点讨论Midas Civil在桥梁工程实例中的应用和精解，以帮助读者更好地了解该软件的工程实践价值。
二、Midas Civil桥梁工程实例分析1. 拱桥设计与分析以某某大型拱桥工程为例，介绍Midas Civil在拱桥设计与分析中的具体应用。
包括结构建模、材料设定、荷载分析、抗震设计等方面。
2. 梁桥设计与分析以某某梁桥工程为例，介绍Midas Civil在梁桥设计与分析中的具体应用。
包括纵横断面设计、施工阶段分析、架设过程模拟等方面。
3. 悬索桥设计与分析以某某悬索桥工程为例，介绍Midas Civil在悬索桥设计与分析中的具体应用。
包括索塔设计、索缆分析、振动稳定性分析等方面。
4. 桥梁监测与维护介绍Midas Civil在桥梁监测与维护方面的应用，如结构健康监测、裂缝分析、加固方案评估等。
三、Midas Civil在桥梁工程中的优势和应用价值1. 强大的建模和分析功能Midas Civil具有强大的建模和分析功能，能够准确模拟各类桥梁结构，在设计和施工阶段提供可靠的分析结果。
2. 多场景下的适用性Midas Civil不仅适用于各类桥梁类型，还可以应用于不同地理、气候条件下的工程实践，具有较强的通用性和灵活性。
3. 创新的工程实践技术Midas Civil在桥梁工程实践中引入了许多创新的技术和方法，如基于BIM的协同设计、结构优化算法等，推动了桥梁工程实践的进步。
4. 提高工程质量和效率通过Midas Civil的应用，桥梁工程的设计质量和施工效率得到了有效提升，有力支撑了工程质量和进度的保障。
四、Midas Civil在桥梁工程中的应用案例1. 桥梁工程A案例介绍Midas Civil在桥梁工程A中的应用情况，包括具体的建模分析过程、工程效果和成果展示等。
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平衡条件，在第i个节点位置的平衡方程式如下。
T1
d1 l1
=
T2
d2 l2
=
Λ
=
TN
dN lN
= Tx
Ti
di li
=
Ti +1
d i+1 li+1
( i = 1, 2, ..., N − 1 ) ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅(a)
⎟⎟⎠⎞
=
Pi + Wci
( i = 1 , 2 ,..., N −1 )
在此，Wsi 是均分到主缆上的加劲梁和吊杆的荷载，Wci 是主缆自重。上面公式中的未知数 为 zi ( i = 1 , 2 ,..., N − 1 ) 和Tx ，共有N个未知数，所以还需要一个条件才能解开方程组。作
51.697886 44.346
50.153364 44.463
49.082461 44.544
48.428605 44.589
48.35
44.6
吊杆长度 83.98619
75.271 67.02943 59.26448 51.99615 45.23844 38.99035 33.25187 28.02302 23.30378 19.09416 15.39417 12.20379 9.523027 7.351886 5.690364 4.538461 3.839605
主跨垂点相邻吊杆
:
9.68tonf
1 / m ×17.5m × = 84.7tonf
2
主跨垂点处吊杆 : 9.68tonf / m ×15.0m × 1 = 72.6tonf 2
84.7tonf+4.5tonf 72.6tonf+4.5tonf 84.7tonf+4.5tonf
96.8tonf+4.5tonf
X(m) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 595
Z(m)(上端) Z(m)(下端)
123.05119 39.065
114.876
39.605
107.17443 40.145
99.946484 40.682
悬索桥在加劲梁的自重作用下产生变形后达到平衡状态，在满足设计要求的垂度和跨经条件 下，计算主缆的坐标和张力的分析一般称为初始平衡状态分析。这是对运营阶段进行线性、非线 性分析的前提条件，所以应尽量使初始平衡状态分析结果与设计条件一致。
悬索桥的初始平衡状态分析阶段是以悬索桥的基本假定为基础，利用节线法来计算空缆线形 的过程。节线法是利用加劲梁、吊杆自重作用下产生的内力平衡条件来计算主缆的坐标和张力的 方法。此方法是悬索桥（广安大桥、永宗大桥、日本明石海峡大桥）广泛应用的方法。最近除了 节线法之外，还有利用弹性悬链线确定空缆线形的方法和考虑加劲梁、主缆、主塔体系来决定整 体结构形状的精确分析的方法。MIDAS/Civil软件不仅能做节线法分析，而且还能对整体结构体 系做精确的初始平衡状态分析。 1.1 节线法
93.192152 41.196
86.91144
41.673
81.104346 42.114
75.770872 42.519
70.911017 42.888
66.524781 43.221
62.612164 43.518
59.173166 43.779
56.207787 44.004
53.716027 44.193
Mc = 1849.85 × 750 × 1 − 101.3 × (355 + 335 + 315 + L + 75 + 55 + 35) − 89.2 ×15 2
= 356546.25tonf ⋅ m
利用 M c = Tx ⋅ f 条件，计算水平张力为：
Tx
=
Mc f
=
356546.25 83.35
1.2.1 确定主缆线形
通过节线法确定的主缆初始线形因为基本假定（假定2）的假设，可能与主缆的最终实际线 形有所差异。所以需要以节线法确定的初始线形为基础，使用悬链线索单元做更精确的分析。首 先把主缆两端的锚固点、主塔底部、吊杆下端均按固结处理，然后建立由弹性悬链线主缆和吊杆 形成的空缆模型。通过节线法计算的主缆两端坐标和无应力长作为弹性悬链线的已知参数。无应
垂点和主塔顶点坐标为已知点，利用节线法计算主跨主缆的坐标。
分类
X(m)
垂点
595.0
主塔顶点
220.0
Z(m) 48.35 131.7
用节线法计算地锚式悬索桥形状时，要把加劲梁的均布荷载换算成集中荷载加载在吊杆的下 端。
主跨的一般吊杆 : 9.68tonf / m × 20.0m × 1 = 96.8tonf 2
zi
=
Pi
zGi − zi hi
+ Wci
( i = 1 , 2 ,..., N −1 )
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅(b)
在此 Pi 是第i个吊杆的张力， hi 是吊杆的长度。
由(a)和(b)可以得到N-1个方程。
Tx
⎜⎜⎝⎛ −
zi−1 − di
zi
+
zi
− zi+1 d i+1
=
4277.699tonf
利用上面求出的水平张力和主塔的反力可以计算出主塔旁边第一根吊杆上端节点的坐标。
Tx
RA
H1
20m
图 9. 主塔反力
如图9所示，通过下面的关系式计算H1。
H1 = RA → H1 = RA × 20 = 1849.85 × 20 = 8.649m
20m Tx
Tx
4277.699
50m 7@20m
18@20m
2@15m
18@20m
f =83.35m
7@20m 50m
183m
750m
183m
图 7. 三跨连续地锚式悬索桥
分类 加劲梁自重 附属构件平均集中荷载 主缆单位长度自重 吊杆单位长度自重
主跨 9.680tonf/m 4.5tonf/EA 0.8528tonf/m 0.0132tonf/m
主塔旁边第一根吊杆上端节点的Z坐标为： 131.7 − 8.654 = 123.046m
第二根吊杆上端节点坐标可通过第一根吊杆上端节点的平衡条件来计算。
H1
H2
101.3tonf
20m
20m
图 10. 吊杆上部节点力的平衡
Tx
×
H1 20
− Tx
×
H2 20
=
101.3tonf
→
H
2
=
20 Tx
× (Tx
=
Wsi
yGi z Gi
− yi − zi
( i = 1, 2 ,..., N − 1 )
在此，水平张力 Tx 可由竖向平面内的分析获得，主缆两端的y轴坐标 y0 , yN 为已知值， 所以共有N-1的未知数 yi ( i = 1 , 2 ,..., N − 1 ) 可通过方程组计算。
1.2 精确平衡状态分析
图 5. 自锚式悬索桥加劲梁两端和主塔顶部的变形
图5为自锚式悬索桥的初始平衡状态。把主缆平衡状态分析计算的主缆反力作为外力施加在杆 系单元上（输入初始内力）。
H
Va H
Vp
Wi
Vp
Wi
Wi 图 6. 初始平衡状态自锚式悬索桥分离图形
H
Va H
2. 地锚式悬索桥初始平衡状态分析例题
2.1 桥梁类型以及基本数据 三跨连续的地锚式悬索桥，全跨116m（183＋750＋183），详细数据如图7所示。
为追加条件使用跨中的垂度f与跨中、两边吊杆的竖向坐标的关系公式。
zN
2
=
1 2
( zN
+
z0 ) +
f
1.1.2 水平面内的分析 与竖向平面的分析一样，也可以得到如下N-1个水平面内的平衡关系公式
Tx
⎜⎜⎝⎛ −
yi−1 − di
yi
+
yi
− yi+1 d i+1
⎟⎟⎠⎞
=
Pi
yGi − yi hi
Lo =
(lx 2
+
l
2 y
)( sinh λ
λ
)2
+
lz
2
F2
=
− wl y , 2λ
F3
=
−
w 2
(l
z
cosh λ sinh λ
+
Lo )
计算 l'x (Lo ), l'y (Lo ), l'z (Lo )
计算{ds} = {dlx , dl y , dlz }T dlx = lx − l'x (Lo ), dly = l y − l' y (Lo ), dlz = lz − l'z (Lo )
96.8tonf+4.5tonf
18@20.0m
2@15.0m
18@20.0m
C
A1
B1
图 8. 主跨加劲梁荷载
计算主缆的水平张力(Tx)。如图8所示，A1点作用的反力计算如下：
1 101.3tonf ×17 + 89.2tonf + 77.1tonf × = 1849.85tonf
2 垂点C处的弯矩Mc计算如下：
×
H1 20