midasCivil斜拉桥专题—斜拉桥设计思路专题演示文稿
midas斜拉桥建模
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图 2. 立面图荷载使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力。
midas_迈达斯05_斜拉桥考虑未闭合配合力正装分析
用MIDAS/Civil做斜拉桥正装分析1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能在斜拉桥设计中，可通过成桥阶段分析得到结构的一些必要数据、拉索的截面和张力等，除此之外斜拉桥还需要进行施工阶段分析。
根据施工方法的不同，斜拉桥的结构体系会发生显著的变化，施工中有可能产生比成桥阶段更不利的结果，所以斜拉桥的设计要做施工阶段分析。
按施工的顺序进行分析的方法叫施工阶段的正装分析(Forward Analysis)。
一般通过正装分析验算各个施工阶段的产生应力，检查施工方法的可行性，最终找出最佳的施工方法。
进行正装分析比较困难的是如何输入拉索的初始张拉力，为了得到初始张拉力值通常先进行倒拆分析，然后再利用求出的初始张拉力进行正装分析。
采用这种分析方法，工程师普遍会经历的困惑是：1) 在进行正装分析时可以看出正装和倒拆的张力不闭合。
2) 因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。
初始平衡状态分析（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。
但在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢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。
如上所述，结构体系的差异导致了初始平衡状态分析（成桥阶段分析）与正装分析的最终阶段的结果产生了差异。
产生上述张力不闭合的原因，大部分是因为工程师没有完全把握索的基本原理或没有适当的分析软件。
实际上是不应该产生内力不闭合的，其理由如下：1) 从理论上讲，在弹性范围内正装分析和倒拆分析在同一阶段的结果应该相同。
2) 如果在计算时考虑合拢段在合拢时的闭合力，就能够得出与初始平衡状态分析(成桥阶段分析)相同的结果。
从斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡状态（成桥阶段）为参考计算出索的无应力长，再根据结构体系的变化计算索的长度变化，从而得出索的各阶段张力。
MIDAS／Civil技术培训-斜桥与弯桥
问题一
斜桥和弯桥在设计中有哪些 特殊考虑？
解答
问题二
斜桥和弯桥设计需考虑地形、 地质、水文等因素，进行结 构分析和优化，确保桥梁安 全性和稳定性。
在施工过程中如何保证斜桥 和弯桥的质量？
解答
施工过程中需严格控制材料 质量、加强现场监管、进行 质量检测和验收等环节，确 保施工质量符合要求。
经验分享和互动交流环节
边界条件设置
在弯桥模型中，需要根据实际情况设置边 界条件。例如，对于简支梁桥，可以在桥 墩处设置固结边界条件；对于连续梁桥， 可以在桥墩处设置弹性支撑边界条件。
荷载施加方法
在弯桥模型中，需要根据设计资料施加荷 载。例如，可以施加均布荷载、集中荷载 、移动荷载等。同时，需要考虑荷载的组 合和工况，以确保模型的准确性。
05
结构分析结果解读与评估
位移、内力、应力等结果展示
位移结果
通过有限元分析，可以得到桥梁结构在荷载作用下的位移分布情况，包括竖向位移、横向 位移和纵向位移等。这些位移结果可以帮助工程师判断结构刚度是否满足要求。
内力结果
内力分析是桥梁结构设计的核心环节之一，通过有限元分析可以得到桥梁结构在荷载作用 下的内力分布情况，包括弯矩、剪力、轴力等。这些内力结果可以为桥梁结构的安全性和 稳定性评估提供依据。
内力异常
可能原因包括荷载施加不准确、截面特性输入错误等，处理措施可 以包括重新校核荷载、修正截面特性等。
应力异常
可能原因包括材料特性不准确、网格划分不精细等，处理措施可以 包括重新校核材料特性、加密网格划分等。
结构优化建议提供
01
结构形式优化
针对不同类型的桥梁结构，可以采用不同的结构形式进行优化设计，例
应力结果
基于MidasCivil的单塔双索面折塔斜拉桥关键施工阶段的有限元分析
合箱梁ꎬ 主桥采用跨度为 １３０ ｍ 的单塔双索面斜拉 桥ꎬ 斜拉桥的主塔形状为倒 “ Ｙ” 字型ꎬ 与桥面的 角度为 ８３°ꎬ 主梁为预应力混凝土结构ꎬ 斜拉桥拉 索的布置形式为扇形ꎮ 斜拉桥采用扩大基础ꎬ 塔梁
[ 收稿日期] ２０１８ － １０ － ２５ [ 基金项目] 江西省交通科技计划项目(２０１６Ｈ００１１) [ 作者简介] 陈彦恒(１９８６ － ) 男ꎬ河南郑州人ꎬ硕士ꎬ讲师ꎬ研究方向:道路与铁道工程ꎮ [ 引文格式] 陈彦恒ꎬ占清华. 基于 Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ 的单塔双索面折塔斜拉桥关键施工阶段的有限元分析[ Ｊ] . 公路工程ꎬ２０１９ꎬ４４ (２ ) :１２１ －
１２２
公路工程
４４ 卷
墩为固结体系ꎮ 该桥梁施工难点在于倾斜的单塔双 索面斜拉桥主桥施工ꎬ 为研究桥梁整体和各施工阶 段的受力情况ꎬ 对比不同施工方法ꎬ 本文基于有限 元软件 Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ 建立有限元模型ꎬ 详细研究了该 斜拉桥在成桥状态及施工过程中的内力及变形规 律ꎬ 通过对不同施工方案的计算结果进行分析ꎬ 找 出最优施工方法ꎮ
[ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ] ｓｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ｄｏｕｂｌｅ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅꎻ ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅꎻ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎻ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
０ 引言
四川某大桥总跨 ２３０ ｍꎬ 跨径分布为 ４ × 个 ２５ ｍ 的简支组
[关键词] 单塔双索面ꎻ 斜拉桥ꎻ 桥梁施工ꎻ 有限元仿真 [ 中图分类号] Ｕ ４４１ ＋ ������ ５ [ 文献标志码] Ａ [ 文章编号] １６７４ —０６１０ (２０１９) ０２ —０１２１ —０５
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｋｅｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｔａｇｅ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｏｗｅｒ Ｄｏｕｂｌｅ Ｃａｂｌｅ Ｐｌａｎｅ Ｆｏｌｄｉｎｇ Ｔｏｗｅｒ Ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ
Midas civil软件培训——斜拉桥专题
midas Civil 2010斜拉桥专题Fra bibliotek斜拉桥分析专题
斜拉桥
但是设计人员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果 是不闭合的。这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得 到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。即，
结果>未知荷载系数 利用未知荷载系数功能，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。 指定位移、反力、内力的“0”值以及最大最小值作为约束条件，拉索初拉力作 为变量（未知数）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 入适当的约束条件。
斜拉桥
1)刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支承连续梁的内力状态 一致。因此可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。 2)零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索的交点的位移为零。对于 采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。 上述2种方法用于确定主跨和边跨对称的单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边 跨几乎对称的3跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎失去了作用 （因为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去了索力优化的意义）。 3)倒拆和正装法 倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶 段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。
可以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支
承的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
midas-civil-斜拉桥专题—斜拉桥设计专题教程文件
二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下，拉 索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。
在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能通 过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才可 以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支承 的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
第二步：利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力）， 建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需 要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施 工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。
第三步：根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将 其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时 斜拉索仍可采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控 制对话框中选择“体外力”。
三、 midas Civil中的斜拉桥功能
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。但对于 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。
活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许应 力之比。
6)影响矩阵法
以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的， 且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满 的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的 响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近 斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析ppt课件
悬索桥分析：索单元初始刚度
初始单元内力
荷载>初始荷载>小位移>初始单元内力
根据输入的初始单元内力，提供初始刚度，与几何刚度荷载类似。但 仅适用于小位移分析，其初始刚度不随新荷载的输入而进行修正。 是为了对于非线性结构进行线性分析而提供的功能，例如对于悬索桥 进行特征值分析、移动荷载分析等。
10
◦ 通过未必和配合力的分析方法，可以得到最终合拢后的阶段与成桥目标函数完全闭合 的结果。
◦ 未必和配合力方法，仅通过正装模型就可以计算拉索张拉控制力，没必要像前面所诉 的方法，还需要建立一个倒拆模型来求得。
◦ 未必和配合力计算原理：激活斜拉索之前，拉索两端节点因前一阶段的荷载，发生的 变形。激活拉索时，已输入的体内力还不能把发生变形的节点拉回原位，还需要补一 定量的张力，此张拉力即为未必和配合力。
第二步骤：根据第一步骤平衡状态分析得出的主缆线形（坐标）以及 吊杆的长度自动计算索单元的自重。然后，重新考虑索构件自重及 “桥面系”栏输入的荷载进行第二次平衡状态分析。
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悬索桥分析：悬索桥分析控制
定义“悬索桥分析控制”，再运行分析的目的：
通过建模助手得到的模型大部分与实际结构有所不同，如主塔与加 劲梁的关系、主塔横梁位置，且也有可能是自锚式悬索桥。（建模助 手只能得出地锚时的状态）
悬索桥分析：初始平衡状态
初始平衡状态
悬索桥在成桥状态下处于平衡状态，又称为悬索桥的初始 平衡状态。
平衡状态下的相平衡荷载：
◦ 索单元的拉力以及各单元的内力 ◦ 索、吊杆、加劲梁的自重 ◦ 二期荷载等
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悬索桥分析：悬索桥建模助手
原理：程序内部自动分两个步骤进行迭代分析
第一步骤：根据建模助手中输入几何控制点参数、材料与截面、桥面 系荷载进行第一次几何非线性迭代分析。此时仅考虑悬索桥建模助手 对话框 “桥面系”栏中输入的荷载作为恒载进行分析，求出第一平衡 状态。（未包含索构件自重）
第八章斜拉桥(分析“斜拉桥”文档)共73张PPT
➢根据塔梁墩连接形式进行结构体系选定 悬浮体系、半悬浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。
可提高抗裂性能。
➢ 4、通过调整索力，对主梁内力进行调整，可以得到最优恒 载内力状态。
➢ 5、可以采用传统施工方法，如悬臂施工等。
§ 8.2 斜拉桥的构造
主梁
➢ 斜拉桥主梁按材料不同分：
（1）钢梁（钢斜拉桥） （2）混凝土梁（混凝土斜拉桥） （3）结合梁（结合梁斜拉桥） （4）混合梁（混合梁斜拉桥）
风嘴形实体或厚边板传递，垂直分力则需要在斜腹板内设置预应力筋来 抵抗。适用于双索面斜拉桥。
§ 8.2 斜拉桥的构造
塔梁索锚固体系
➢斜拉索在梁上的锚固方式
➢5、梁底锚固式 锚固简单，在肋中按斜拉索的倾角设置管道，拉索通过管道
锚固在梁底。适用于双索面斜拉索。
§ 8.3 斜拉桥的设计构思
➢ 斜拉桥设计构思应根据工程的经济性、适用性，同时兼顾美学 效果，内容包括：
• 塔墩固结，塔梁分离，主梁除两端支承于桥台处，全部用斜 拉索吊起，其结构形式相当于在单跨梁加斜拉索。
• 特点：可减少主梁在支点的负弯矩，但须施加横向约束。缺点 是：悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，成桥后解除临时 固结时，主梁会发生纵向摆动。为防止纵向漂浮体系斜拉桥 产生过大的摆动，十分有必要在斜拉桥塔上的梁底部位设置 高阻尼的主梁水平弹性限位装置。
莱茵河上最早的斜拉桥（德）
15~30m（混凝土斜拉桥） 30~60m（钢斜拉桥）
§ 8.2 斜拉桥的构造
斜拉索
➢2）斜拉索的布置
➢ 索距布置分为稀索和密索两种形式。
midas斜拉桥建模
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 图 2. 立面图 荷载 分 类 荷载类型 荷载值 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 挂篮荷载 节点荷载 80 tonf 支座强制位移 强制位移 10 cm使用MIDAS/Civil 软件内含的优化法则计算出索初拉力。
midas_Civil_2010斜拉桥专题—斜拉桥设计专题
恩斯特公式，由德国著名学者 H.-J.Ernst提出。公式表明： 选用高强度的材料，提高拉索 的工作应力，采用轻而有效的
拉索防护手段，使拉索每延米
的重量不致过多增加，均有助 于提高拉索刚度，降低其非线 性影响。
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midas Civil 2010
斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
2.未知荷载系数法功能
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斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
第一步：进行成桥状态分析，即建立成桥模型，考虑结
斜拉桥常规分析流程 第一步 成桥状态分析
构自重、二期恒载、斜拉索的初拉力（单位力），进行静力 线性分析后，利用“未知荷载系数”的功能，根据影响矩阵 求出满足所设定的约束条件（线形和内力状态）的初拉力系 数。此时斜拉索需采用桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在 成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大，而且影响
最终索力不集中在几根拉索，而是均匀分布在每根拉索上。
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斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状 态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公 路桥梁设计丛书 －《斜拉桥》。
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midas Civil 2010
斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
1)刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支承连续梁的内力状态 一致。因此可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。 2)零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索的交点的位移为零。对于 采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。 上述2种方法用于确定主跨和边跨对称的单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边 跨几乎对称的3跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎失去了作用 （因为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去了索力优化的意义）。 3)倒拆和正装法 倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶 段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。
midas斜拉桥建模.pptx
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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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
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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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。
定义多种材料时，
使用按钮会更 方便一些。
模型 / 材料和截面特性 / 材料 名称 (加劲梁) 设计类型 > 用户定义 弹性模量 (2.1e7) ; 泊松比 (0.3) 容重 (7.85)
斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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 桥梁跨经 桥梁高度
三跨连续斜拉桥 40.0 m + 110.0 m + 40.0 m = 190.0 m 主塔下部 : 20m，主塔上部 : 40m
表 2. 截面特性值
号
项目
1
加劲梁
2
主塔下部
3
主塔上部
4
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)
0.8 50.0 0.3 0.005
Ixx (m4)
15.0 1000.0
斜拉桥模型分析
斜拉桥的模型分析第一章建模综述1.1 Midas Civil 简介本次建模分析采纳Midas Civil软件，Midas Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。
特殊是针对桥梁结构，MidaSCiviI结合国内的法律规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面供应了很多的便利的功能，目前已为各大大路、铁路部门的设计院所采纳。
1.2 斜拉桥简介斜拉桥是塔、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，且依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，简洁与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
1.3 建模基本步骤(1)采用斜拉桥建模助手生成斜拉桥二维索塔模型，并扩建为三维模型；(2)建立主梁横向系，并生成索塔与桥墩上的主梁支座；(3)输入边界条件；(4)输入荷载及荷载条件；(5)采用未知荷载系数功能计算拉索初拉力；(6)施工阶段分析计算；进行分析计算图1桥梁模型建立流程图其次章斜拉桥模型基本参数选取2.1 斜拉桥基本数据图1斜拉桥示意图2.2 2斜拉桥材料特性值对斜拉桥不同部位材料参数基本信息进行选取。
本次模型分析主要选取拉索、桥梁主塔、桥梁索塔、主梁横系梁、索塔横梁、加劲梁等部位纳入分析体系。
选取材料的弹性模量、泊松比、容重等参数，如表2。
在材料对话框中输入如下参数。
2. 3斜拉桥截面特性值在截面特性对话框下输入如下参数。
2.4荷载作用荷载作用可以分为可变作用和永久作用，在建立模型中需要分别进行设定。
1.1 .1永久作用对于斜拉桥，永久作用主要指桥梁自重。
自重系数选取K二期恒载包括桥面上路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等。
人行道荷载设为恒载。
其中二期恒载为18.6KN∕m,人行道荷载为6. 2KN∕m02.4 . 2可变作用桥梁模型设为双车道，采纳中国城市桥梁荷载（CJJ77・98）,车轮间距1.8m,采纳大路I级车道荷载，取值依据JTGD60-2004《大路桥涵设计通用法律规范》规定选取。
斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析MIDAS算例
目录概要1桥梁基本数据 / 2荷载 / 2设定建模环境 / 3定义材料和截面的特性值 / 4成桥阶段分析5结构建模 / 7生成二维模型 / 8建立索塔模型 / 10建立三维模型 / 13建立主梁横向系梁 / 15建立索塔横梁 / 17生成索塔上的主梁支座 / 19生成桥墩上的主梁支座 / 23输入边界条件 / 25计算拉索初拉力 / 28输入荷载条件 / 29输入荷载 / 30运行结构分析 / 33建立荷载组合 / 34计算未知荷载系数 / 35查看成桥阶段分析结果39查看变形形状 / 39施工阶段分析40施工阶段分类 / 41逆施工阶段分类 / 42逆施工阶段分析 / 42输入拉索初拉力 / 45定义施工阶段 / 49定义结构群 / 50指定边界群 / 53指定荷载群 / 56建立施工阶段 / 59输入施工阶段分析数据 / 61运行结构分析 / 61查看施工阶段分析结果62查看变形形状 / 62查看弯矩 / 63查看轴力 / 64施工阶段分析变化图形 / 65概要斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。
在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。
为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。
在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。
图1 斜拉桥分析模型桥梁基本数据为了说明斜拉桥分析的步骤，本例题桥梁采用了比较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所不同。
midas斜拉桥建模
建立好成桥阶段模型后计算自重与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
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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。
面积
Ixx
Iyy
Izz
号
项目
截面形状
(m2)
(m4)
(m4)
(m4)
1
加劲梁
实腹长方形
0、8
15、0
1、0
15、0
2
主塔下部 实腹长方形
50、0
1000、0
500、0
500、0
3
主塔上部 实腹长方形
0、3
5、0
5、0
5、0
4
拉索
实腹圆形
0、005
0、0
0、0
0、0
图 5、 定义截面特性值对话框
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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
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斜拉桥成桥阶段与正装施工阶段分析
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目录
概要 1 桥梁基本数据 2 荷载 2 设定建模环境 3 定义材料与截面特性值 4
midasCivil斜拉桥分析共33页
和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许 应力之比。
6)影响矩阵法
以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的， 而且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满 意的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的 影响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近 的斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
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斜拉桥
二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下， 拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。
在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能 通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才 可以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支 承的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其 它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析 （midas Civil中采用体外力来进行模拟）。
确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状 态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公 路桥梁设计丛书 －《斜拉桥》。
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按桁架单元(或考虑成桥时的几何刚度)进行线性分析
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斜拉桥
成桥状态荷载工况 不勾选“在PostCS…” 移动荷载 按桁架单元考虑 （线性叠加） 支座沉降 动力分析 （特征值分析等） 同上 同上
勾选“PostCS…” 考虑成桥状态的索单元 和梁单元的几何刚度 同上 同上
影响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近
的斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
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斜拉桥专题—斜拉桥分析专题
斜拉桥
三、 midas Civil中的斜拉桥功能
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。但对于
张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其
它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析 （midas Civil中采用体外力来进行模拟）。
确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状 态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公 路桥梁设计丛书 －《斜拉桥》。
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Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres
目 一、斜拉桥概述
录
二、斜拉桥索力调整理论 三、midas Civil中的斜拉桥功能
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二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下， 拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。 在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能 通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才
和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许
应力之比。 6)影响矩阵法 以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的， 而且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满 意的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的 影响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近
的斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
Hale Waihona Puke 三、 midas Civil中的斜拉桥功能
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。但对于 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。
一、斜拉桥概述
斜拉桥的上部结构是由梁、索、塔三个主要部分组成，它是一种桥面体系以加劲梁受压(密 索)或受弯(稀索)为主，支承体系以斜索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
1956年，瑞典建成的Stroemsund 桥拉开了现代斜拉桥建设的序幕。随后 斜拉桥建设如雨后春笋般蓬勃发展，其 跨径已经进入以前悬索桥适用的特大跨 径范围。
4)无应力状态控制法 无应力状态法分析的基本思路是：不计斜拉索的非线性和混凝土收缩徐变的影响，采用完 全线性理论对斜拉桥解体，只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还原后的 结构内力和线形将与原结构一致。 5)内力平衡法 内力平衡法的基本原理是：设计适当或合理的斜拉索初张力，以使结构各控制截面在恒载
确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状 态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公 路桥梁设计丛书 －《斜拉桥》。
1)刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支承连续梁的内力状态 一致。因此可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。 2)零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索的交点的位移为零。对于 采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。 上述2种方法用于确定主跨和边跨对称的单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边跨 几乎对称的3跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎失去了作用（因 为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去了索力优化的意义）。 3)倒拆和正装法 倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶 段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。
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Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres
目 一、斜拉桥概述
录
二、斜拉桥索力调整理论 三、midas Civil中的斜拉桥功能
1. 拉索单元模 拟· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4 2. 未知荷载系数法功 能· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 3. 索力调整功 能· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 4. 未闭合配合力功 能· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7
目 四、斜拉桥分析例题
录
1.桥梁概 况· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 2. 斜拉桥成桥分 析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 3.斜拉桥倒拆分 析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 4.斜拉桥正装分 析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 5.斜拉桥稳定分 析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7
可以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支
承的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其 它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析 （midas Civil中采用体外力来进行模拟）。