《桥梁结构电算》2013版-第6章
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半漂浮体系斜拉桥算例
根据未知荷载系数法计算结果自动生成的荷载组合下的 主梁弯矩和塔顶偏位结果
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.2 组合截面
L L R R
C BC C BC T
CL B M 0 C R B R M 0
T L T
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法 功能
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
正装分析与倒装分析 正装分析和倒拆分析结果不一致（不闭合）
收缩和徐变的影响。收缩和徐变与结构的形成过程有关，倒拆分 析在时间上是逆时间顺序的，所以一般的倒拆分析无法准确地反 应各阶段的位移和内力状态； 合龙段在倒拆分析和正装分析时的结构体系存在差异。倒拆分析 时，初始平衡状态（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，合龙之前 所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合龙时合龙段 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。 Midas/Civil的未闭合配合力功能可以较好地解决不闭合的问题
组合截面采用换算截面法计算整体截面的特性值； 只能以整体截面参与分析，而不能用于施工过程中模拟 各个部件的先后施工过程； 当与“施工阶段联合截面”功能结合时，可以模拟各个 部件的先后施工过程。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.3 联合截面
可以模拟各个部件的先后施工过程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.4 梁格法
CQJTU
桥梁结构电算
第6章
Midas/Civil桥梁专题分析
王小松 博士/副教授 重庆交通大学 桥梁系 2014.9
Contents
1. 2. 3. 4. 5. 6. 绪论 杆系结构的矩阵位移法 桥梁结构的有限元建模 Midas/Civil基本操作 Midas/Civil桥梁结构动力与稳定计算 Midas/Civil桥梁专题分析
X x1
x2
xl
T
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
术语：受调向量、施调向量、影响向量和影响矩阵
影响矩阵
c11 c 21 C cm1
c12 c22 cm 2
cml
c1l c2l cml
第l个施调元素发生单位改变时引起的第m个受调 元素力学反应值的改变
根据线性叠加原理：
C X D
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
以杆系弯曲能量最小为目标
Li U i 1 4 Ei I i
m
T
T
L
M i2 R M i2
将索力优化问题转化为线性代数方程的求解问题
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
预先完成的工作： 建立模型 建立静力荷载工况（包含拉索的初拉力荷载工况） 执行静力分析 建立工况组合
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
术语：受调向量、施调向量、影响向量和影响矩阵 结构物中关心截面上m个独立元素所组成的列向量称为受调向量。受 调向量中的元素通常由构件中的力学响应量（如截面内力、应力或位 移）组成，它们在调值过程中接受调整，以达到某种期望状态。
D d1
d2
dm
T
施调向量是指结构物中指定可实施调整以改变受调向量的l个(l<=m) 独立元素所组成的列向量。施调向量中的元素一般为杆件内力或支 座变位。
采用基于影响矩阵的优化方法，
施调向量/优化变量
计算指定的荷载工况（索力或支座位移）的系数，
使得结构满足指定的位移、反力和内力要求。
受调向量/约束条件
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法 特点
用于成桥阶段，也可考虑施工阶段； 可用于正装分析和倒装分析，计算满足成桥阶段设计要求的各 施工阶段索力值。不做倒装分析即可得到施工阶段索力值； 提供成桥阶段和施工阶段的影响矩阵，便于分析索力和线形的 误差原因； 无需指定目标函数且自动保证各索力较为均匀； 约束条件类型丰富（位移、内力、反力，固定值或范围值）； 可将未知荷载系数自动转换为荷载组合系数。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
合理成桥状态的确定（初始索力的确定） 控制原则 成桥时的线形和内力状态最优， 主梁和桥塔的恒载弯矩最小。
调索方法
刚性支承连续梁法 可行域法
影响矩阵法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
成桥阶段未知荷载系数法流程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法
考虑施工阶段的未知荷载系数法流程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil桥梁拉桥中的控制条件常包括： 加劲梁的弯矩尽量要小且分布均匀 索塔不承受弯矩或索塔顶端不产生水平位移 拉索的张力分布均匀 加劲梁的竖向位移 一般来说，施工阶段过程中加劲梁的线形可通过施工和制作预拱度进 行调整，所以施工过程中加劲梁的竖向位移不会产生较大的内力。因 此，控制成桥阶段加劲梁的弯矩和索塔顶端的位移比控制施工阶段过 程中加劲梁的竖向位移更有实际意义。
对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分 担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。 因此，斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态， 即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就 是斜拉索的张拉力。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
正装分析与倒装分析 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。
Midas/Civil桥梁结构动力与稳定计算
1. 斜拉桥拉索最优索力确定 2. 钢管混凝土连续梁桥分析 3. 梁格法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
合理成桥状态的确定（初始索力的确定） 斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同：
对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载 都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法 进行较大的调整；
基于E.C.Hambly理论
CQJTU
根据未知荷载系数法计算结果自动生成的荷载组合下的 主梁弯矩和塔顶偏位结果
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.2 组合截面
L L R R
C BC C BC T
CL B M 0 C R B R M 0
T L T
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法 功能
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
正装分析与倒装分析 正装分析和倒拆分析结果不一致（不闭合）
收缩和徐变的影响。收缩和徐变与结构的形成过程有关，倒拆分 析在时间上是逆时间顺序的，所以一般的倒拆分析无法准确地反 应各阶段的位移和内力状态； 合龙段在倒拆分析和正装分析时的结构体系存在差异。倒拆分析 时，初始平衡状态（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，合龙之前 所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合龙时合龙段 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。 Midas/Civil的未闭合配合力功能可以较好地解决不闭合的问题
组合截面采用换算截面法计算整体截面的特性值； 只能以整体截面参与分析，而不能用于施工过程中模拟 各个部件的先后施工过程； 当与“施工阶段联合截面”功能结合时，可以模拟各个 部件的先后施工过程。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.3 联合截面
可以模拟各个部件的先后施工过程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.4 梁格法
CQJTU
桥梁结构电算
第6章
Midas/Civil桥梁专题分析
王小松 博士/副教授 重庆交通大学 桥梁系 2014.9
Contents
1. 2. 3. 4. 5. 6. 绪论 杆系结构的矩阵位移法 桥梁结构的有限元建模 Midas/Civil基本操作 Midas/Civil桥梁结构动力与稳定计算 Midas/Civil桥梁专题分析
X x1
x2
xl
T
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
术语：受调向量、施调向量、影响向量和影响矩阵
影响矩阵
c11 c 21 C cm1
c12 c22 cm 2
cml
c1l c2l cml
第l个施调元素发生单位改变时引起的第m个受调 元素力学反应值的改变
根据线性叠加原理：
C X D
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
以杆系弯曲能量最小为目标
Li U i 1 4 Ei I i
m
T
T
L
M i2 R M i2
将索力优化问题转化为线性代数方程的求解问题
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
预先完成的工作： 建立模型 建立静力荷载工况（包含拉索的初拉力荷载工况） 执行静力分析 建立工况组合
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
半漂浮体系斜拉桥算例
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
术语：受调向量、施调向量、影响向量和影响矩阵 结构物中关心截面上m个独立元素所组成的列向量称为受调向量。受 调向量中的元素通常由构件中的力学响应量（如截面内力、应力或位 移）组成，它们在调值过程中接受调整，以达到某种期望状态。
D d1
d2
dm
T
施调向量是指结构物中指定可实施调整以改变受调向量的l个(l<=m) 独立元素所组成的列向量。施调向量中的元素一般为杆件内力或支 座变位。
采用基于影响矩阵的优化方法，
施调向量/优化变量
计算指定的荷载工况（索力或支座位移）的系数，
使得结构满足指定的位移、反力和内力要求。
受调向量/约束条件
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法 特点
用于成桥阶段，也可考虑施工阶段； 可用于正装分析和倒装分析，计算满足成桥阶段设计要求的各 施工阶段索力值。不做倒装分析即可得到施工阶段索力值； 提供成桥阶段和施工阶段的影响矩阵，便于分析索力和线形的 误差原因； 无需指定目标函数且自动保证各索力较为均匀； 约束条件类型丰富（位移、内力、反力，固定值或范围值）； 可将未知荷载系数自动转换为荷载组合系数。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
合理成桥状态的确定（初始索力的确定） 控制原则 成桥时的线形和内力状态最优， 主梁和桥塔的恒载弯矩最小。
调索方法
刚性支承连续梁法 可行域法
影响矩阵法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
影响矩阵法
成桥阶段未知荷载系数法流程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法
考虑施工阶段的未知荷载系数法流程
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil的未知荷载系数法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
Midas/Civil桥梁拉桥中的控制条件常包括： 加劲梁的弯矩尽量要小且分布均匀 索塔不承受弯矩或索塔顶端不产生水平位移 拉索的张力分布均匀 加劲梁的竖向位移 一般来说，施工阶段过程中加劲梁的线形可通过施工和制作预拱度进 行调整，所以施工过程中加劲梁的竖向位移不会产生较大的内力。因 此，控制成桥阶段加劲梁的弯矩和索塔顶端的位移比控制施工阶段过 程中加劲梁的竖向位移更有实际意义。
对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分 担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。 因此，斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态， 即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就 是斜拉索的张拉力。
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
正装分析与倒装分析 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。
Midas/Civil桥梁结构动力与稳定计算
1. 斜拉桥拉索最优索力确定 2. 钢管混凝土连续梁桥分析 3. 梁格法
Midas/Civil桥梁专题分析 6.1 斜拉桥拉索最优索力确定
合理成桥状态的确定（初始索力的确定） 斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同：
对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载 都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法 进行较大的调整；
基于E.C.Hambly理论
CQJTU