midas Gen-张弦结构分析1
midas Gen 钢结构施工阶段分析
13
1.2为什么要考虑施工阶段模拟？
• 由于施工顺序和加载条件的不同，实际施工的建筑物的受力情况与建立整个模型后 进行结构分析的分析结果是不同的。
1. 对整个建筑物的模型同时施加荷载时，所施加的荷载会被传递到还未施工的上部楼 层，这与实际施工条件不同，会产生误差。
2. 在各施工阶段的施工荷载会导致竖向构件的不同收缩，通常的分析方法无法反映这 种情况，由此也会产生误差。
不均匀变形引起的附加应力
需要对结构进行加固处理
W
wL2
wL2
12
12
L
+
6EI
L2
6EI
L2
L
16 /13
有限元软件施工模拟的实现
1.2为什么要考虑施工阶段模拟？
施工模拟 实现方法
3D3S
有专门的施工 模拟模块
SAP2000
有专门的施工 模拟模块
优缺点
主要针对钢结构 后处理不够强大
后处理与中国 规范结合不好
三. midas Gen 施工阶段模拟功能介绍
施工模拟发展过程
一次性加 载
简化施工 模拟
逐层施工 模拟
分区施工 模拟
midas Gen施工模拟的操作
• 0. 时间依存性材料的定义、建模 • 1. 结构组、边界组、荷载组的定义 • 2. 分配结构组、边界组、荷载组 • 3. 定义施工阶段 • 4. 施工阶段分析控制 • 5. 查看结果
4、施工阶段分析控制
CS恒荷载：做施工阶段分析时程序内部把施工阶段施加的所有荷载，在分析结果中都归结为 CS恒荷载。
CS施工荷载：如果需要查看施工过程中某些荷载（如吊车荷载、风荷载）对结构的影响的话， 需要在分析之前，在“分析-分析控制-施工阶段分析控制数据”对话框下，对该荷载从分析结果 中的CS恒荷载中分离出来。
Midas Gen系列培训资料
图 1 例题—框剪结构推覆分析
要点关注
图 2 某超高层推覆分析
位移控制
图 3 某体育场馆推覆分析
结果列举
性能控制点
设定荷载增幅次数 和迭代次数
静力弹塑性分析控制
静力弹塑性分析荷载工况
提供多折线类型和 FEMA 类型，亦可由 用户自定义
用户也可自定义铰 特性值的有关参数
类型
可对剪力墙直接分 配墙单元塑性铰 FEMA 类型，亦可自
图 3 某穹顶组合结构
结果列举
将荷载类 型分为可 变与不变
屈曲分析控制数据
最低阶模态屈曲向量
使用位移控制法
失稳临 界点
临界荷载系数
图 4 屈曲模态
图 5 临界荷载系数
稳定系数
非线性分析控制数据
荷载－位移全过程曲线
钢结构节点细部分析
背景 为精确分析开口部位的应力状态，使用板单元进行细部建模和分析，利用刚性连 接功能将采用板单元建立的开口部位模型和采用梁单元建立的其他部分的模型 连为一体，查看板单元开口部位细部分析的结果。
目录
一 钢筋混凝土框剪结构抗震分析及设计 二 钢结构分析及优化设计 三 单层网壳屈曲分析 四 钢结构节点细部分析 五 组合结构分析 六 钢筋混凝土结构施工阶段分析 七 转换结构细部分析 八 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析 九 筒仓的建模分析 十 索单元的应用 十一 边界非线性分析 十二 动力弹塑性分析 十三 大体积混凝土水化热分析 十四 弹性地基梁分析 十五 超长板温度应力分析 十六 错层框剪结构分析及设计
梁单元
板单元
实体单元
图 1 例题—转换深粱结构（梁、板、实体）图 2 某转换粱结构来自图 3 某多塔转换结构
要点关注
4-张弦结构分析
例题张弦结构分析2 例题. 张弦结构分析概要此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。
通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。
张弦结构概述张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。
本例题中介绍的模型使用张弦桁架。
张弦结构的特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）张弦结构的形态定义张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。
例题张弦结构分析（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。
当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。
（2）：初始态初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。
初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。
（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
张弦桁架在midas中的计算此例题的分类及各自的步骤如下:一、已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形。
张弦梁结构的基本原理及应用
张弦梁结构的基本原理及应用张弦梁结构是一种常见的结构形式，它由一条或多条张紧的细长弦组成，通常呈直线或曲线形状。
这种结构的设计基于其独特的力学原理和应用需求，具有许多特点和广泛的应用领域。
本文将详细介绍张弦梁结构的基本原理和应用。
张弦梁结构的基本原理可以归纳为以下几个方面：首先，张弦梁结构主要受拉力作用，弦的作用类似于绳索或钢线，能够承受拉力，而较小范围内的压力力只作用在弦杆的端部。
这使得张弦梁结构能够有效地承受荷载并传递到支撑结构上。
其次，张弦梁结构的弦杆与支撑结构之间的连接采用刚性节点，这些节点可以通过螺栓、焊接等方式进行连接，以增强结构的稳定性和刚度。
此外，张弦梁结构采用杆件的组合形式，可以通过增减弦杆数量或调整弦杆的长度和位置来满足各种设计需求。
这使得张弦梁结构具有良好的可调性和可塑性，能够适应不同形状和载荷条件的设计需求。
张弦梁结构的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：首先，张弦梁结构在桥梁工程中得到广泛应用。
通过使用张弦梁结构，可以实现大跨度桥梁的设计和建设。
张弦梁桥梁具有自重轻、刚度高、抗震性能好等特点，适用于高速公路、铁路、高架桥等工程项目。
其次，张弦梁结构也常用于建筑领域的大跨度屋盖结构和空间结构。
这类结构通常要求无支撑柱，对结构的刚度和稳定性有较高的要求。
张弦梁结构因其自重轻、施工快、适应性好等优点，非常适合应用于此类建筑项目。
此外，张弦梁结构还可以用于塔架、烟囱、桅杆等工程项目。
通过合理设计和应用张弦梁结构，可以实现这些高耸的结构物的稳定性和强度要求。
还有一个重要的应用领域是航空航天工程。
张弦梁结构可以用于飞机机翼和直升机旋翼等飞行器的结构设计，能够在飞行过程中承受飞行载荷和气动力的作用。
此外，张弦梁结构还在体育场馆、展览馆、大型展台和临时结构等场合得到广泛应用。
这些场所通常需要大跨度、无支撑柱的结构，而张弦梁结构正好满足此类需求。
总之，张弦梁结构通过其独特的力学原理和应用特点，在各个工程领域中得到了广泛的应用。
midas Gen-组合结构分析
图 24 查看振型阻尼比
2. 主菜单选择 结果>模态>振型>周期与振型
例题 组合结构分析分析
图 25 查看周期与振型结果
例题 组合结构分析分析
3.主菜单选择 结果>结果>内力>桁架单元内力 选择内力中指定受拉或受压，则只显示受拉单元或受压单元的内力。 查看反力、位移、内力、周期等其他结果，请参考 Gen 用户培训例题 1-钢筋混凝土结 构的后处理部分。
图 27 指定构件
例题 组合结构分析分析
2.主菜单选择 设计>设计结果>钢构件设计>钢结构设计结果简图 激活网架上弦杆，按平面视图查看 验算比：轴向 显示类型：等值线、图例和数值选项
图 28 上弦杆轴向应力比结果
3.主菜单选择 设计>设计结果>混凝土设计>钢筋混凝土结构设计简图 按截面激活混凝土梁，按平面视图查看， 验算比：组合 显示类型：梁、柱 输出成份：轴压比、主筋、抗剪钢筋 柱截面尺寸系数：2
荷载工况：LL 荷载方向：整体坐标系 Z 荷载大小：FZ=-4KN
图 17 网壳部分施加节点荷载
激活网架部分，按平面视图查看，选中上下弦一侧的边缘节点作为风荷载 Wy 的加载节 点。 荷载工况：Wy 荷载方向：整体坐标系 Y 荷载大小：FY=6KN
例题 组合结构分析分析
图 18 网壳立面施加风荷载
图 19 生成设计反应谱
例题 组合结构分析分析
2.主菜单选择 荷载>地震作用>反应谱分析数据>反应谱荷载工况 特征值分析控制>频率数量（振型数）：10 反应谱分析控制： 振型组合方法：CQC 反应谱荷载工况名称：Rx，Ry，Rz 地震角度：Rx 和 Ry 分别为 0°、90°；Rz 地震作用角度 Z 向 周期折减系数：0.8 阻尼比计算方法：应变能因子，并勾选“修改阻尼比”
张弦结构精选PPT
操作步骤
对于第一种分析
---打开建好的张弦桁架模型、输入其它荷载
---输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉）
---定义几何非线性分析控制数据
---运行结构分析
---查看结果
对于第二种分析
---打开建好的张弦桁架模型
---添加各类荷载、设定反应谱及工况
---使用小位移输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉）
设计的时候一般是已经求出了索单元的初拉力或者 常常先直接假定一个索拉力，然后进行结构在索拉力和其 它荷载共同作用下的分析。所以设计中应用MIDAS/Gen程 序对带索单元的结构进行分析一般是对初始态和荷载态进 行分析。
索初拉力的预估
工程中一般凭设计经验估算索的初拉力，常用的有如下 几种：
1）索控制应力取应变值为0.0015～0.00175时的应力值；
添加索单元的初拉力
在MIDAS/Gen中，进行几何非线性分析（大位移）分 析时，给索单元加初拉力的方法有三种：
1、荷载>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载
2、在建立单元的时候，“单元类型”选择为索单元时， 使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力”
3、 荷载>预应力荷载>初拉力荷载
方法一施加的初拉力相当于内力。这可以用以下两点 来理解：一是该力不属于任何荷载工况。在查看某一荷载 工况下的索单元内力时，显示的数值为该荷载工况作用下 索单元内力和索中初拉力两者的合力。二是它只作用在施 加了力的索单元上，在分析时该方法加的初拉力只影响索 单元的刚度，不会对结构中其它构件产生内力或者位移。 （添加一个空工况，即只给工况类型，不添加任何属于该 类型的荷载值，分析后可以看到空工况作用下结构中不产 生位移，只有索单元有内力，其余构件的内力为零。）
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
1-midas Gen 2016功能介绍及工程应用-
解决了之前版本弹性楼板无法考虑偶然偏心的问题
一般支承
节点 弹性支承
一般 弹性支承
面弹性支承
一般连接 （减隔震支座、阻尼器）
安装Revit Structure插件
安装后Revit Structure界面
说明： 可用于建筑信息模型（BIM）工作流程
midas Gen支持855版本（Gen2016），Revit Structure支持2015、 2016版本。
SAP2000与midas Gen实现双向导入
导入SAP2000文件
PMM--3D屈服面
验算每一组荷载组合效应 是否在3D屈服面内
海外规范
其它国家及地区规范（美国、加拿大、英国、德国、欧洲、韩国、日本、
印度、中国台湾地区…）
立陶宛
RC 设计
Eurocode 2, Eur中oco国de(8北京)
MIDAS IT (首尔) Steel 设计
Eurocode 3
意大利
罗马尼亚 ACI318MIDAS IT
GPU + CPU
CPU 串行计算 + GPU并行计算 可以实现系统计算能力的最大利用
电脑要求： 显卡
NVIDIA（英伟达）公司旗下的产品 中支持双精度浮点运算的显卡（包括Tesla, GeForce GTX Titan, Quadro的高端显卡）
电脑中应包含两个显卡( 图形显示用1 个计算用1个)
分析功能：超高层钢-砼变形协调及施工 仿真分析
2. 高层、超高层混凝土结构
midas_gen在张弦结构中的应用_解释说明
midas gen在张弦结构中的应用解释说明1. 引言1.1 概述本文将介绍Midas Gen在张弦结构中的应用。
张弦结构作为一种常见的结构形式，在桥梁、楼梯等领域得到广泛应用。
Midas Gen作为一款专业的工程分析和设计软件，提供了强大且全面的功能，可以有效辅助工程师进行张弦结构的建模、分析和设计优化。
本文将探讨Midas Gen在张弦结构中的优势，并通过一些实际案例研究来展示其应用价值。
1.2 文章结构本文分为五个部分，具体内容如下：第一部分是引言部分，主要介绍文章的背景和目的。
第二部分将详细介绍Midas Gen在张弦结构中的应用。
这包括对张弦结构和Midas Gen软件进行简介，以及探讨Midas Gen在张弦结构设计中的优势。
第三部分将重点讨论Midas Gen在张弦结构中的分析能力。
其中包括对于建模和材料定义的处理方式，荷载分析和结果解读方法以及动力分析和振动控制方面的能力。
第四部分将通过案例研究和实际应用来展示Midas Gen在张弦结构中的具体操作和效果。
这包括一个张弦桥设计与优化的案例和一个张弦楼梯设计与安全评估的案例。
最后一部分是结论与展望，将对文章进行总结，并探讨Midas Gen在张弦结构领域未来发展前景及挑战。
1.3 目的本文旨在向读者介绍Midas Gen在张弦结构中的应用，并详细说明其分析能力和实际应用效果。
通过阐述Midas Gen的优势和案例研究，希望能够展示其在张弦结构设计领域中的价值，并为工程师提供参考和借鉴。
此外，我们还将探讨Midas Gen在未来发展中可能面临的挑战，以期为该领域的技术进步作出贡献。
2. midas gen在张弦结构中的应用:2.1 张弦结构简介:张弦结构是一种常见的桥梁和建筑结构形式，它采用了由张力组成的主要承载力。
该结构通常由上下张弦系统以及连接它们的横向支撑杆组成。
这种设计使得张弦结构具有出色的承载能力和结构效率。
2.2 midas gen软件介绍:midas gen被广泛应用于工程领域，是一款专业的结构分析与设计软件。
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
室内连桥张弦梁计算分析
室内连桥张弦梁计算分析摘要本文介绍了张弦梁结构的受力特点，并结合实际工程对张弦梁的计算过程及结果进行介绍，通过采用合理的结构方案，使其达到了合理的结构效果。
关键词室内连桥张弦梁结构找形分析一、概况张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，其结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥各材料的力学性能，制作运输、施工安装简捷方便，因此有很好的发展前景。
张弦梁是通过下弦拉锁中施加预应力的方式来使上部构件反向产生挠度，其在自重下的挠度得以平衡，上弦杆一般采用拱梁或桁架，其反拱所产生的轴向推力也由下弦的抗拉索承担，这样结构整体对支座处的水平推力就变得很小，可以有效减小滑动支座处的水平位置值，所以此种张弦梁结构可充分发挥各材料性能，使其相互协同工作，达到自平衡状态，改善整体结构受力性能。
张弦梁结构的形式很多，根据受力特点可分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构，其中平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为三种形式：直线型张弦梁、拱形张弦梁、人字形张弦梁结构；其中单向张弦梁结构是将数榀平面张弦梁结构平行布置，用连接构件将每榀平面张弦梁结构在纵向进行连接，即为单向张弦梁结构，由拱、撑杆、弦和纵向连接构件组成。
二、张弦梁结构分析张弦梁属于一种柔性结构型式，需要根据不同受力阶段的形态确定不同的内力及变形，实际设计过程中分为以下的三种形态：零状态、初始态和荷载态；即根据其实际设计、加工及施工过程不同对待。
零状态，是构件加工和放样形态，也叫放样态，指的是其在张拉前的状态；初始态，是设计施工图中要求的状态，包括其在自身重力作用下的状态，通常是通过张拉拉索，在设计规定的作用力下进行安装，也称预应力状态；荷载态，是结构在外荷载作用发生变形后的状态。
之所以对张弦梁结构进行不同的形态定义是因为其在不同形态下受力及变形是不同的，比如上弦构件按零状态或是初始态给定的尺寸来放样，那么结构在进行拉索张拉时，由于各部位受力不同、刚度等参数不同，结构各构件会出现不同的变形，当张拉完成后，结构上弦的形状已经与初始状态的形状差距很大，明显不能满足建筑的要求，所以实际设计中应按照不同的状态进行不同的设计。
张弦梁结构的荷载特性与分析方法
张弦梁结构的荷载特性与分析方法一、张弦梁结构的荷载特性1. 张弦梁的基本特点张弦梁是一种采用张拉杆件和悬挂点连接的结构形式，具有高刚度、轻质化和较大跨度的特点。
由于张弦梁的杆件采用张拉设计，使得梁体内部受力均匀，使整个结构具有很好的均衡性和稳定性。
2. 荷载引起的变形张弦梁在荷载作用下会发生变形，主要包括纵向变形和横向变形。
纵向变形是指梁体产生的长度方向上的变形，而横向变形则是指梁体在荷载作用下产生的弯曲变形。
荷载引起的变形是分析和设计张弦梁时必须考虑的重要因素。
3. 荷载特性张弦梁的荷载特性与荷载类型和作用方式有关。
常见的荷载类型包括静态荷载、动态荷载、集中荷载和分布荷载等。
静态荷载是指稳定作用在梁体上的荷载，动态荷载则是指具有一定频率和振幅的变化荷载。
集中荷载是指作用在梁体上的一个或一组集中力或力矩，而分布荷载则是在梁体上均匀分布的荷载。
二、张弦梁结构的分析方法1. 解析分析方法解析分析方法是根据张弦梁梁体的几何特征、弹性力学理论和力学平衡原理，通过数学分析和计算得出梁体在荷载作用下的变形和内力分布情况。
解析分析方法适用于简单的张弦梁结构，如直梁和等截面梁等。
2. 数值分析方法数值分析方法是利用数学模型和计算机软件对复杂的张弦梁结构进行力学分析。
常用的数值分析方法包括有限元法和有限差分法等。
有限元法是在连续介质力学基础上建立数学模型，将结构离散化为多个小单元，并计算每个小单元的位移和受力情况，通过求解整个结构的位移场和应力场得到结构的响应。
有限差分法则是将结构离散化为网格，通过差分方程的代数方程来求解结构的位移和受力。
3. 实验分析方法实验分析方法是通过实验手段对张弦梁结构的荷载特性进行研究。
常见的实验方法包括静力试验和动态试验等。
静力试验是在已知载荷下测量梁体的变形和应力，用于验证和修正理论分析结果。
动态试验则是在梁体受到动态荷载作用下进行测量，用于研究梁体的振动特性和破坏机制。
4. 结构优化方法结构优化方法是通过改变梁体的几何形状、材料选择、加工工艺和连接方式等，以满足特定的设计要求和荷载要求。
张弦梁结构的基本原理和应用领域概述
张弦梁结构的基本原理和应用领域概述张弦梁结构是一种常用的结构形式，广泛应用于桥梁、高层建筑、塔楼等领域。
它的基本原理是通过张力等力的作用，将悬臂梁的上下翼板连接成一体，形成一个具有高强度和刚性的整体结构。
张弦梁结构的应用领域主要包括桥梁工程和建筑工程。
在桥梁领域，张弦梁结构被广泛应用于大跨度桥梁的设计和施工。
相比传统的悬臂梁桥梁，张弦梁桥梁具有更高的强度和刚性，能够承受更大的荷载。
同时，张弦梁结构的施工方法也更加灵活和高效，能够减少对交通的影响和施工周期。
在跨江、跨海、跨峡谷等特殊地理条件下，张弦梁结构能够发挥其优势，实现大型桥梁的建设。
在建筑领域，张弦梁结构通常应用于高层建筑和塔楼的设计和施工。
由于张弦梁结构具有较高的刚性和强度，能够承受更大的水平和垂直荷载，因此适用于高层建筑，尤其是超高层建筑的设计。
与传统的钢筋混凝土结构相比，张弦梁结构能够减小结构的自重，提高了整体的稳定性和安全性。
在塔楼的设计中，张弦梁结构可以有效地支撑塔楼的高度和重量，以实现塔楼的结构稳定性。
在工程设计中，张弦梁结构的设计需要考虑多个因素，包括结构力学、材料选择和施工工艺等方面。
优化的设计能够提高结构的承载能力和使用寿命。
同时，合理的施工工艺和质量控制也是保证张弦梁结构质量的重要因素。
在实际应用中，需要根据具体的工程要求和环境条件来进行设计和施工，确保结构的安全和可靠性。
尽管张弦梁结构在桥梁和建筑领域中有广泛的应用，但并不意味着所有工程都适合采用这种结构形式。
在实际应用中，需要综合考虑多个因素，包括工程要求、材料成本、施工条件等，选择最适合的结构形式。
总之，张弦梁结构是一种常用且广泛应用的结构形式，特别适合于大跨度桥梁和高层建筑的设计和施工。
通过合理的设计和施工工艺，可以提高结构的强度和刚性，确保工程的安全可靠性。
在未来的工程设计中，张弦梁结构有望继续得到广泛的应用和发展。
基于midas的张弦梁结构有限元分析
基于MIDAS的张弦梁结构有限元分析基于MIDAS的张弦梁结构有限元分析摘要：本文结合某社区游泳馆屋盖的张弦直梁的选型进行了分析。
运用有限元软件MIDAS分别从张弦梁的高跨比以及撑杆个数与下弦预拉力的关系，分析自振模态与撑杆数目的关系，从而综合各个指标对梁结构进行了优化设计。
关键词：张弦梁，梁截面高度，撑杆数量，自振频率Abstract: In this paper, the selection of a straight beam-string in a community swimming pool has been studied using FEM software MIDAS. The height-span ratio and the relationship between pole number and the pre-tension as well asself-vibration modes is research based on FEM method. Based on the result, the design of the structure is optimized.Key words: string beam, beam section height, pole number, self-vibration frequency中图分类号：TB482.2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）1 引言某社区游泳馆的跨度为20.8m，原方案的屋盖为H型钢梁为主承重构件，次梁也为H型钢，屋面板为压型钢板为衬板的组合屋面板。
由于跨度和空间的局限，原方案采用了较为传统的屋架梁作为主承重构件，为满足结构的应力和挠度要求，选择截面高度为1.6m。
相对来说占据了较大的游泳馆的使用净空，而且从观感来说整个结构会欠缺轻盈。
为此，本文提出一种较为新型的梁形式，张弦梁结构。
Midas入门-结构分析基础01
梁单元内力图
内力 > My ; 不涂色 ; 系数 ( 2.0 )
荷载工况/荷载组合> ST:均布荷载 ; 选择显示 > 5 点 数值 小数点以下位数( 1 )
显示类型> 等值线 (开), 数值 (开), 图例 (开) ; 指数型(关) ; 适用于选择确认时(开)
设定材料以及截面
材料选择钢材GB（S） （中国标准规格） ，定义截面。 模型 / 材料和截面特性 / 名称( Grade3) 设计类型 > 钢材 规范> GB(S) ; 数据库> Grade3
材料
模型 / 材料和截面特性 / 截面数据 截面号 ( 1 ) ; 用户：如图输入 ;
截面
截面形状 > 箱形截面 ; 名称> 400×200×12
x1 ( 0 ) ;
图 1.9
输入均布荷载
9
输入温度荷载
输入连续梁的上下面温度差(ΔT = 5℃)。 输入温度差后，根据材料的热膨胀系数、温差引起的梁截面产生的应力考虑为荷载。 显示
梁单元荷载（关） 全选
荷载 / 温度梯度荷载 荷载工况名称> 温度荷载 ; 选择 > 添加 ; 单元类型> 梁
温度梯度 > T2z-T1z ( 5 )
查看温度荷载产生的变形图。 DXZ= DX 2 DZ 2 .
显示
边界条件 > 一般支承 (开) 结果 / 变形 /
变形形状
; 变形 > DXZ
荷载工况/荷载组合 > ST:温度荷载
显示类型>变形前 (开), 图例 (开)
模型 1
模型 2
模型 3
midas Gen-张弦结构分析1
例题4 张弦结构分析1例题张弦结构分析2 例题. 张弦结构分析概要此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
该例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。
通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。
张弦结构概述张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。
本例题中介绍的模型使用张弦桁架。
张弦结构的特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）张弦结构的形态定义张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。
例题张弦结构分析（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。
当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。
（2）：初始态初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。
初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。
（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
张弦桁架在midas中的计算此例题的分类及各自的步骤如下:一、已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形。
科技成果——张弦结构体系分析设计理论及施工关键技术
科技成果——张弦结构体系分析设计理论及施工关键技术成果简介高效大跨度结构体系不仅关系到资源节约、施工便捷和效果美观，更是一个国家建筑技术水平的重要标志。
传统的梁板式结构用钢量大效能低、单层网壳稳定性差支座水平推力大、单一网格结构难以实现轻盈美观，研发新型大跨体系成为建筑结构技术发展的迫切需要。
课题组在较早开展张拉整体体系研究的基础上，从1998年开始对张弦结构大跨度建筑结构体系进行系统研究，形成了张弦结构分析设计理论和施工成套技术，解决了张弦结构基础理论匮乏、分析方法欠缺和在工程应用中受到结构选型、节点构造、施工方法和监测技术等多方面问题制约的技术难题，为张弦结构的推广应用和健康发展提供了重要的科学依据和关键技术支撑。
技术原理1、系统研究基于张拉整体思想的张弦结构体系，提出了发明专利-弦支筒壳和弦支混凝土楼盖等新型张弦结构形式，建立了平面、空间等张弦结构分类体系，研发自制设备空气加热索膨胀系数测定仪和水域加热索膨胀系数测定仪，测定了张弦结构核心构件-拉索的膨胀系数，为张弦结构分析设计理论的建立奠定了基础。
2、确定了平面和平面组合型张弦结构的最优构成规律，揭示了平面和平面组合型张弦结构静动力特性和抗风性能，研发出专利技术—自平衡加载反力架并试验验证了所提出的插板式拉索节点的安全性和便捷性，解决了平面及平面组合型张弦结构分析计算和拉索连接节点方面的技术难题。
3、提出两种弦支穹顶分类方法和预应力二阶段分析方法，创建连续折线索单元分析技术，建立了弦支穹顶从找形、预应力设定到结构性能分析的设计方法，基于模型和实物试验及理论分析揭示了弦支穹顶结构静动力性能和稳定特性，研发了空间张弦结构的节点专利技术—预应力钢结构滚动式张拉索节点，形成弦支穹顶分析设计理论体系，解决了弦支穹顶应用中分析设计和节点构造的技术难题。
4、研发出张弦结构施工工艺仿真系统，提出了预应力施加方法和摩擦损失补偿方法，开发了张弦结构健康监测系统，解决了张弦结构施工过程中的全过程控制、监测、安全和预应力损失等方面的技术难题。
MIDAS新手问题之GEN篇
MIDAS新手问题之GEN篇问1：midas采用弹性楼板时，能自动考虑梁翼缘的作用吗？即自动刚度放大！答：梁翼缘作用在分析时主要是反应在梁刚度放大上，在程序中可以通过“截面特性调整系数”这一选项进行修改边梁及中梁刚度。
另外在截面定义的时候也可以修改刚度值。
问2：midas建模是不是太复杂啊？可不可以先PKPM建模再调入计算分析！答：在midas中支持与其他软件的接口，例如pkpm、sap、staad及CAD等程序进行数据转换。
在pkpm中经过SATWE计算后的模型可以转换到midas中，其中需要有个转换的程序，这个是midas自带的。
转换后的模型中包括材料特性、模型特征、楼面荷载等信息。
如果熟悉程序的话midas建模也是相当快的，比画图也差不多了多少。
问3：请教面荷载的输入方法？我知道一个方法：一个个地点一个封闭平面的节点去选择一个面，然后输入荷载，还有其它快捷的方法吗？如像PKPM的面荷载输入？答：面荷载的输入分为2种情况：a 、一种是结构存在竖向面荷载——例如楼面荷载、屋面荷载，b、一种是横向面荷载——如风荷载，水压力或土压力。
在竖向荷载布置的时候，可以通过选择四个角点来布置已经定义的楼面荷载值或压力荷载（注意：只需要选择最外围的角点即可，不需要逐个房间点取）。
在不规则结构中无法形成刚性板因此无法由程序直接计算风荷载，此时需要在结构立面建立一个专为导荷载而用的“虚面”——即该板单元刚度和重量对结构的影响可以忽略不计。
在虚面上进行加载，可以形成实际的风荷载。
问4：若模型中有只拉单元，是不是还要加个非线性工况？怎么加？怎么组合？答：模型中的只受拉单元在一般计算时通常是等代为桁架单元来计算的，因此在非线性分析才显示出只受拉单元的特性。
做非线性的时候按照常规组合即可，读取内力、位移等数值时查看只受拉单元就OK. 至于你想做个自定义的工况的话，在形成荷载组合那个菜单里自己修改参数定义一下就行。
注意：该种情况用的不多，通常程序已经按照荷载规范中荷载组合方式进行组合了，先看看组合说明再做，别做无用功。
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例题4 张弦结构分析1例题张弦结构分析2 例题. 张弦结构分析概要此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
该例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。
通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。
张弦结构概述张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。
本例题中介绍的模型使用张弦桁架。
张弦结构的特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）张弦结构的形态定义张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。
例题张弦结构分析（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。
当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。
（2）：初始态初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。
初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。
（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
张弦桁架在midas中的计算此例题的分类及各自的步骤如下:一、已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形。
1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.建立张弦梁一个锥体4.形成张弦网架5.定义边界条件6.输入各种荷载7.定义几何非线性分析控制数据8.运行分析9.查看结果二、对带有索单元的结构进行反应谱分析1.索单元拉力添加（即对索单元进行张拉）2.运行分析并查看结果3例题张弦结构分析4 一.已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形1.简介本例题张弦桁架的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。
边界条件设定为一端铰接，另一端为滑动支座。
本例题中荷载只考虑自重、屋盖作用恒荷载、活荷载、索的初拉力。
(本例题数据仅供参考)本例题基本数据如下：➢上（下）弦主梁：P299×14➢腹杆：P152×8➢上弦支撑：P121×6➢撑杆：P159×8➢拉索：D100（预应力索）➢钢材：Q345➢上弦梁圆弧半径：R=168m；上下弦距离：1.8m注意：进行几何非线性分析时，需要查看几种荷载按一定的方式进行荷载组合作用后的结果，必须将该荷载组合作为一个工况进行非线性分析，查看该工况的结果。
不能象弹性分析时，直接查看分析后几种单独工况的线性组合结果。
➢荷载工况 1 –自重➢荷载工况 2 –屋面恒荷载 10kN （节点荷载）➢荷载工况 3 –屋面活荷载 5kN （节点荷载）➢索初拉力 770kN例题张弦结构分析轴侧图平面图立面图图1 分析模型5例题张弦结构分析62.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名“平板网架”并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN图2 定义单位体系4．主菜单选择特性>材料>材料特性值添加：定义Q235钢材材料号：1 名称：Q345 设计类型：钢材规范：GB03(S)数据库：Q345 材料类型：各向同性点击确认按钮注：也可以通过程序左侧树形菜单“模型>材料和截面特性>材料”来定义材料。
同样，其他操作也可通过左侧树形菜单实现。
例题张弦结构分析图3 定义材料5．主菜单选择特性>截面>截面特性值添加：定义上弦、下弦和腹杆、柱截面尺寸图4 定义截面7例题 张弦结构分析83.建立张弦梁一个锥体1．主菜单选择 节点/单元>节点>建立节点（快捷键Ctrl+Alt+1） 建立节点1（0,1,0），2（0,-1,0），3（0,0,-1.8） 2．主菜单选择 节点/单元>单元>扩展（快捷键Alt+5） 选中节点1、2，输入相应参数，如图5所示 选中节点3，输入相应的参数，如图6所示3．主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元（快捷键Alt+1）选择材料为Q345，截面P152×8，桁架单元，连接（1,6）、（2,6）、（4,6）、（5,6）； 选择材料为Q345，截面P121×6，桁架单元，连接（1,2）、（4,5）、（1,5）； 删除多余节点及杆件，如图7所示图5 扩展节点1、2 图6 扩展节点3 图7 删除多余节点及杆件注：快捷键可通过主菜单“工具>用户自定义>自定义>键盘”实现。
例题张弦结构分析4.形成张弦网架1．主菜单选择节点/单元>单元>旋转选中需旋转单元，设定旋转参数，如图8所示图8 旋转依次锥体2．主菜单选择节点/单元>单元>建立单元补充建立上弦支撑及下弦主梁，如图9所示（注意单元类型）图9 补充建立单元9例题张弦结构分析10 3．主菜单选择节点/单元>单元>旋转利用1、2步骤方法，建立右侧张弦梁网架，如图10所示图10 旋转单元4．主菜单选择节点/单元>单元>建立单元利用相对坐标，建立端部短竖杆，利用两点方式建立其他单元利用相对坐标，建立撑杆，撑杆长度依次为0.5m，2.7m，4.3m，5m（数值仅供参考）利用两点建立预应力拉杆（不勾选交叉分割，注意单元类型、材料和截面），如图11所示5. 主菜单选择节点/单元>单元>镜像全部选中，输入镜像参数，如图12所示镜像完成后补充建立缺少的张弦拉杆及下弦主梁例题张弦结构分析图11 建立其他构件图12 镜像单元11例题张弦结构分析12 5.定义边界条件1．主菜单选择边界>边界>一般支承定义张弦梁边界条件，一边为铰接、一边为滑动支座，如图13所示图13 边界条件例题张弦结构分析 6.输入各种荷载设定荷载工况，输入自重、屋面恒荷载、屋面活荷载。
1．主菜单选择荷载>建立荷载工况>静力荷载工况定义恒载DL，活载LL，预应力，空工况四种荷载工况图14 定义荷载工况2. 添加恒载、活载主菜单选择荷载>静力荷载>结构荷载/质量>节点荷载选择上弦节点，选择荷载工况DL输入FZ荷载值-10kN（注意单位），恒载就加上去了。
利用前次选择，同样操作，选择荷载工况LL，输入FZ荷载值-5。
13例题张弦结构分析14图15 施加节点荷载3.由荷载组合建立荷载工况主菜单选择荷载>建立荷载工况>使用荷载组合在使用非线性分析的时候，需要查看几种荷载按一定的方式进行荷载组合作用后的结果，必须将该荷载组合作为一个工况进行非线性分析，查看该工况的结果。
分析结束后，将不同的荷载工况分别乘以不同的组合系数进行叠加组合的方法，只适合于线弹性的分析。
midas Gen中可以通过“荷载>建立荷载工况>使用荷载组合”将某一（多）荷载组合生成一（多）种荷载工况，再利用该工况进行分析。
本例题中，假设需要查看的是在1.2倍恒荷载（包括自重）和1.4倍活荷载（即 1.2D+ 1.4L）组合下的结果。
注意：使用该功能的时候，程序只将荷载组合中原来各个工况已经添加的荷载复制到新建的工况中，但是原来工况中在使用该功能后添加的荷载，程序不会自动复制。
具体步骤为：a.结果>组合>荷载组合，定义1.2D+1.4Lb.荷载>静力荷载>建立荷载工况>使用荷载组合，将定义的1.2D+1.2L荷载组合移动至右侧，点击适用即可。
该功能可以批量由荷载组合建立荷载工况。
例如在本例题中，如果在利用该功能生成了新的名为“1.2D+1.4L”的荷载工况后，又在“D”荷载工况中，添加了新的恒荷载，那么，新添加的恒荷载不会自动的复制到“1.2D+1.4L”的荷载工况中，需要利用该功能再手动生成一次。
例题张弦结构分析图16 由荷载组合生成荷载工况4.添加索单元的初拉力在midas Gen中，进行几何非线性分析（大位移）分析时，给索单元加初拉力的方法有三种：1、荷载>初始荷载/其它>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载，2、在建立单元的时候，“单元类型”选择为索单元时，使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力”，3、荷载>温度/预应力>预应力>初拉力方法一施加的初拉力相当于内力。
这可以用以下两点来理解：一是该力不属于任何荷载工况。
在查看某一荷载工况下的索单元内力时，显示的数值为该荷载工况作用下索单元内力和索中初拉力两者的合力。
二是它只作用在施加了力的索单元上，在分析时该方法加的初拉力只影响索单元的刚度，不会对结构中其它构件产生内力或者位移。
15例题张弦结构分析16 （添加一个空工况，即只给工况类型，不添加任何属于该类型的荷载值，分析后可以看到空工况作用下结构中不产生位移，只有索单元有内力，其余构件的内力为零。
）几何刚度初始荷载提供的是刚度，而不是外力，外力是会对整个结构产生影响的。
可以这样理解，在进行几何非线性分析的时候，索其实相当于桁架，只是在每一步迭代时，索单元内的拉力会不断变化，索单元的刚度也在不断变化，索单元就好比是一根截面在不断变化的桁架单元。
方法二、三施加的初拉力相当于外力。
它们的共同点是都会对结构中的其它构件产生影响，带来位移及内力。
但是两者又有不同，最主要的不同是：建立索单元的时候添加的初拉力，既是外力，同时还影响索单元在计算时候的初始刚度；而使用“初拉力荷载”添加的初拉力，只是外力，不影响索单元在计算时候的初始刚度。
另外二者还有以下的不同：方法二施加的初拉力，不需要设定为荷载工况，在计算后，查看某工况下的结构内力时，得到的结果是该工况和初拉力共同作用的结果。
（可以在模型中添加一个空工况，分析后可以看到该工况下，结构中会产生位移，除了索单元有内力外，其余构件也会有内力。
）在分析时该方法加的初拉力既影响索单元的初始刚度，又对其它构件产生内力。