Midas斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析

在斜拉桥建模助手中输入下面数据。
正面 点栅格(关) 捕捉点栅格(关)
捕捉轴网(关) 捕捉节点(开) 捕捉单元(开)
模型 / 结构建模助手 / 斜拉桥建模助手
类型 >对称桥梁
A > X(m)(0); Z(m)(25); B > X(m)(100); Z(m)(90)
索塔高度 > H1(m)(90)
材料 > 拉索 >1:拉索; 主梁 >2:主梁; 索塔 >3:索塔
比重(7.85)
按上述方法参照表1输入主梁、索塔、主梁横向系梁、索塔横梁等的材料特性值。
表1 材料特性值
号
项 目
弹性模量(tonf/m2)
泊松比
比重(tonf/m3)
1
拉索
2.0×107
0.3
7.85
2
主梁
2.1×107
0.3
7.85
3
索塔
2.0×106
0.17
2.5
4
主梁横向系梁
2.0×107
0.3
截面 > 拉索 >1:拉索; 主梁 >2:主梁; 索塔 >3:索塔
选择拉索和吊杆的单元类型 >桁架单元
桥面形状(开) > 左侧坡度(%)(5); 弧形坡度弦长(m)(220)
拉索间距和高度
左边跨(3, 8@10, 14) ; (1.2, 3@1.5, 3@2, 2@2.3, 45)
中间跨(14, 9@10, 12, 9@10, 14)
文件 / 新项目
文件 / 保存(cable stayed)
工具 /单位体系
长度 >m; 力 >tonf
图4 设定单位体系
定义材料和截面的特性值
输入拉索、主梁、索塔、横向系梁、索塔横梁的材料特性值。在特性值对话框中的材料表单里点击 键。
模型 / 特性值 / 材料
名称(拉索)
类型 >用户定义
弹性模量(2.0e7);泊松比(0.3)
合并 >全部
合并误差( 0.001 )
删除重复节点(开)
合并了节点34和35后的模型
合并了节点34和35后的模型
图9 生成斜拉桥二维模型
建立索塔模型
本例题斜拉桥模型索塔顶部宽度为15.6m、底部宽度为19.6m。为了建立倾斜的索塔模型使用移动和复制节点功能将索塔底端向Y轴方向移动–2m。
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。
本例题桥梁的基本数据如下。
桥梁形式:
三跨连续斜拉桥(自锚式)
桥梁等级:
1级
桥梁全长:
100.0 m + 220.0 m + 100.0 m = 420.0 m
桥梁宽度:
15.6 m
15.79
14.4720
7.9920
图6 定义截面特性对话框
成桥阶段分析
本例题在建立了成桥阶段模型后将计算因自重和二期恒载引起的拉索初拉力。然后利用拉索的初拉力做成桥阶段初始平衡状态分析。
首先使用MIDAS/CIVIL提供的斜拉桥建模助手功能生成二维斜拉桥模型，然后利用二维模型通过复制等手段建立三维斜拉桥模型。
图8 斜拉桥建模助手对话框
使用斜拉桥建模助手建立斜拉桥模型时，边跨和中间跨主梁均被建成为简支梁，所以在主梁与索塔相交处，将生成重复的节点。因为本例题桥梁为自锚式斜拉桥，所以主梁应为三跨连续梁形式，重复的节点需使用合并节点功能删除，从而使主梁满足连续条件。
节点号 (开) 正面
模型 / 单元 / 合并节点
使用包含有优化法则的未知荷载系数功能可以很方便地求出成桥阶段的拉索初拉力。
斜拉桥成桥阶段模型参见图7。
图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 斜拉桥成桥阶段模型
结构建模
本例题中建立斜拉桥模型的步骤是首先建立成桥阶段模型，然后做成桥阶段分析，最后使用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. 生成斜拉桥二维模型: 利用斜拉桥建模助手
2. 建立索塔模型
3. 扩建为三维模型
4. 建立主梁横向系梁
5. 生成索塔上的主梁支座
6. 生成桥墩上的主梁支座
7. 输入边界条件
8. 计算拉索初拉力: 利用未知荷载系数功能
9. 输入荷载及荷载条件
10. 运行结构分析
11. 计算未知荷载系数
生成二维模型
在MIDAS/CIVIL提供的斜拉桥建模助手中输入结构的一些基本数据，程序将自动生成斜拉桥的二维模型。
7.85
5
索塔横梁
2.0×106
0.17
2.5
图5 定义材料特性对话框
输入拉索、主梁、索塔、主梁横向系梁、索塔横梁等的截面特性值。在特性值对话框中的截面表单里点击 键。
模型 / 特性值 / 截面
特性值表单
截面号(1); 名称(拉索)
截面形状 >实心长方形
计算特性值 > Area(0.0052)
按上述方法参照表2输入主梁、索塔、主梁横向系梁、索塔横梁等的截面特性值。
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。
设计车道:
2车道
图2 斜拉桥纵向立面图
荷载
自重: 由程序内部自动计算
二期恒载:桥面铺装、护墙荷载等
拉索初拉力:满足成桥阶段初始平衡状态的拉索张力
图3 索塔
设定建模环境
为了做斜拉桥的成桥阶段分析首先打开新项目( 新项目)以‘cable stayed’名字保存( 保存)文件。
然后将单位体系设置为‘tonf’和‘m’。该单位体系可以根据输入的数据类型随时随意地更换。
表2 截面特性值
号
项 目
Area
(m2)
Ixx
(m4)
Iyy
(m4)
Izz
(m4)
1
拉索
0.0052
0.0
0.0
0.0
2
主梁
0.3902
0.007
0.1577
4.7620
3
索塔
9.2000
19.51
25.5670
8.1230
4
主梁横向系梁
0.0499
0.0031
0.0447
0.1331
5
索塔横梁
7.2000
Midas斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析
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。