斜拉橋成橋階段和施工階段分析MIDAS算例(共70頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上斜拉橋成橋階段和施工階段分析目 錄專心-專注-專業(yè)概 要斜拉橋?qū)⒗骱椭髁河袡C地結(jié)合在一起，不僅橋型美觀，而且根據(jù)所選的索塔型式以及拉索的布置能形成多種多樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)，易與周邊環(huán)境融合，是符合環(huán)境設(shè)計理念的橋梁形式之一。斜拉橋?qū)υO(shè)計和施工技術(shù)的要求非常嚴格，斜拉橋的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計與其它橋梁形式有很大不同，設(shè)計人員需具有較深厚的理論基礎(chǔ)和較豐富的設(shè)計經(jīng)驗。在斜拉橋設(shè)計中，不僅要對恒荷載和活荷載做靜力分析，而且必須做特征值分析、移動荷載分析、地震分析和風(fēng)荷載分析。為了決定各施工階段中設(shè)置拉索時的張力，首先要決定在成橋階段自重作用下的初始平衡狀態(tài)，然后按順序做施工階段分析。

2、在本例題中將介紹建立斜拉橋分析模型的方法、計算拉索初拉力的方法、施工階段分析的步驟以及查看分析結(jié)果的方法。本例題中的橋梁模型如圖1所示為三跨連續(xù)斜拉橋，中間跨徑為220m、邊跨跨徑為100m。圖1 斜拉橋分析模型橋梁基本數(shù)據(jù)為了說明斜拉橋分析的步驟，本例題橋梁采用了比較簡單的分析模型，可能與實際橋梁設(shè)計內(nèi)容有所不同。本例題橋梁的基本數(shù)據(jù)如下。橋梁形式:三跨連續(xù)斜拉橋(自錨式)橋梁等級:1級橋梁全長: 100.0 m + 220.0 m + 100.0 m = 420.0 m橋梁寬度: 15.6 m設(shè)計車道: 2車道5%圓曲線5% 圖2 斜拉橋縱向立面圖荷載Ø 自重: 由程序內(nèi)部自動計

3、算Ø 二期恒載: 橋面鋪裝、護墻荷載等² 使用CIVIL中內(nèi)含的優(yōu)化法則計算出拉索的初拉力。Ø 拉索初拉力: 滿足成橋階段初始平衡狀態(tài)的拉索張力² 圖3 索塔 設(shè)定建模環(huán)境為了做斜拉橋的成橋階段分析首先打開新項目( 新項目)以cable stayed名字保存( 保存)文件。然后將單位體系設(shè)置為tonf和m。該單位體系可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)類型隨時隨意地更換。 文件 / 新項目文件 / 保存 (cable stayed )工具 / 單位體系 長度 > m ; 力 > tonf ¿圖4 設(shè)定單位體系定義材料和截面的特性值輸入拉索、主梁、索塔

4、、橫向系梁、索塔橫梁的材料特性值。在特性值對話框中的材料表單里點擊 鍵。模型 / 特性值 / 材料名稱 (拉索)類型 > 用戶定義² 定義多種材料時，使用按鈕會更方便一些。彈性模量 (2.0e7) ; 泊松比 (0.3)比重 (7.85)²¿按上述方法參照表1輸入主梁、索塔、主梁橫向系梁、索塔橫梁等的材料特性值。表1 材料特性值號項 目彈性模量 (tonf/m2)泊松比比重 (tonf/m3)1拉索2.0×1070.37.852主梁2.1×1070.37.853索塔2.0×1060.172.54主梁橫向系梁2.0×10

5、70.37.855索塔橫梁2.0×1060.172.5圖5 定義材料特性對話框輸入拉索、主梁、索塔、主梁橫向系梁、索塔橫梁等的截面特性值。在特性值對話框中的截面表單里點擊 鍵。模型 / 特性值 / 截面特性值表單截面號 (1) ; 名稱 (拉索) 截面形狀 > 實心長方形計算特性值 > Area (0.0052) ¿按上述方法參照表2輸入主梁、索塔、主梁橫向系梁、索塔橫梁等的截面特性值。表2 截面特性值號項 目Area(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)1拉索0.00520.00.00.02主梁0.39020.0070.15774.76203索塔9

6、.200019.5125.56708.12304主梁橫向系梁0.04990.00310.04470.13315索塔橫梁7.200015.7914.47207.9920圖6 定義截面特性對話框成橋階段分析本例題在建立了成橋階段模型后將計算因自重和二期恒載引起的拉索初拉力。然后利用拉索的初拉力做成橋階段初始平衡狀態(tài)分析。首先使用MIDAS/CIVIL提供的斜拉橋建模助手功能生成二維斜拉橋模型，然后利用二維模型通過復(fù)制等手段建立三維斜拉橋模型。使用包含有優(yōu)化法則的未知荷載系數(shù)功能可以很方便地求出成橋階段的拉索初拉力。 斜拉橋成橋階段模型參見圖7。 圖7 斜拉橋成橋階段模型結(jié)構(gòu)建模本例題中建立斜拉橋模

7、型的步驟是首先建立成橋階段模型，然后做成橋階段分析，最后使用其它名稱做施工階段分析。建立斜拉橋成橋階段模型的詳細步驟如下。1. 生成斜拉橋二維模型: 利用斜拉橋建模助手 2. 建立索塔模型3. 擴建為三維模型4. 建立主梁橫向系梁5. 生成索塔上的主梁支座6. 生成橋墩上的主梁支座7. 輸入邊界條件8. 計算拉索初拉力: 利用未知荷載系數(shù)功能9. 輸入荷載及荷載條件10. 運行結(jié)構(gòu)分析11. 計算未知荷載系數(shù)生成二維模型在MIDAS/CIVIL提供的斜拉橋建模助手中輸入結(jié)構(gòu)的一些基本數(shù)據(jù)，程序?qū)⒆詣由尚崩瓨虻亩S模型。 在斜拉橋建模助手中輸入下面數(shù)據(jù)。 正面 點柵格 (關(guān)) 捕捉點柵格 (關(guān)

8、) 捕捉軸網(wǎng) (關(guān)) 捕捉節(jié)點 (開) 捕捉單元 (開) ² 只要在斜拉橋建模助手中輸入拉索、主梁、索塔的材料和截面特性值以及基本布置，程序?qū)⒆詣由尚崩瓨蚨S模型。模型 / 結(jié)構(gòu)建模助手 / 斜拉橋建模助手 ²類型 > 對稱橋梁A > X(m) (0) ; Z(m) (25) ; B > X(m) (100) ; Z(m) (90) 索塔高度 > H1(m) (90) ²材料 > 拉索 > 1:拉索 ; 主梁 > 2:主梁 ; 索塔 > 3:索塔² 將拉索和吊桿的單元類型選擇為桁架單元時，拉索和吊桿將按桁

9、架單元單元計算；選擇為只受拉單元(索單元)時，線性分析時拉索按等效桁架單元計算，非線性分析時拉索按彈性懸索單元計算。截面 > 拉索 > 1:拉索 ; 主梁 > 2:主梁 ; 索塔 > 3:索塔選擇拉索和吊桿的單元類型 > 桁架單元 ²橋面形狀 (開) > 左側(cè)坡度(%) (5) ; 弧形坡度弦長(m) (220) ²拉索間距和高度左邊跨 (3, 810, 14) ; (1.2, 31.5, 32, 22.3, 45)中間跨 (14, 910, 12, 910, 14) ¿² 兩側(cè)邊跨坡度為5%，中間跨為與兩邊跨相切的圓

10、弧曲線。² 在查看選項中選擇實際圖形時，在建模助手窗口中將顯示實際輸入的斜拉橋二維模型形狀。圖8 斜拉橋建模助手對話框使用斜拉橋建模助手建立斜拉橋模型時，邊跨和中間跨主梁均被建成為簡支梁，所以在主梁與索塔相交處，將生成重復(fù)的節(jié)點。因為本例題橋梁為自錨式斜拉橋，所以主梁應(yīng)為三跨連續(xù)梁形式，重復(fù)的節(jié)點需使用合并節(jié)點功能刪除，從而使主梁滿足連續(xù)條件。 節(jié)點號 (開) 正面模型 / 單元 / 合并節(jié)點 合并 > 全部合并誤差 ( 0.001 )刪除重復(fù)節(jié)點 (開) ¿合并了節(jié)點34和35后的模型窗口縮放合并了節(jié)點34和35后的模型合并了節(jié)點34和35后的模型圖9 生成斜拉橋二

11、維模型建立索塔模型本例題斜拉橋模型索塔頂部寬度為15.6m、底部寬度為19.6m。為了建立傾斜的索塔模型使用移動和復(fù)制節(jié)點功能將索塔底端向Y軸方向移動2m。 左面 自動對齊 節(jié)點號 (關(guān))模型 / 節(jié)點 / 移動和復(fù)制節(jié)點 窗口選擇 (節(jié)點: 圖10的)模式 > 移動 ; 間距 > 不等間距方向 > y ; 距離(m) ( -2 ) ¿移動索塔底端節(jié)點2m 選擇節(jié)點70、71圖10 傾卸布置索塔傾斜布置的索塔構(gòu)件的單元坐標軸因節(jié)點的移動發(fā)生了變化。這是因為MIDAS/CIVIL根據(jù)單元的布置方向決定Beta角。²² 關(guān)于Beta角的詳細說明請參照

12、“三維框架例題”或土木結(jié)構(gòu)分析中的“單元類型以及主要考慮事項”章節(jié)中 “桁架單元”部分。為了容易查看分析結(jié)果，將索塔構(gòu)件的Beta角修改為-90°，使索塔上部和下部單元的單元坐標軸一致。 顯示單元 > 局部坐標軸(開) ¿模型 / 單元 / 修改單元特性值 交叉選擇 (單元: 圖11的)參數(shù)類型 > Beta角Beta角(度) ( -90 ) ¿ 修改成與索塔頂端單元坐標軸一致修改單元坐標軸交叉選擇圖11 修改索塔構(gòu)件的單元坐標軸為了建立索塔橫梁，使用分割單元功能沿Z軸方向分割單元。模型 / 單元 / 分割單元 選擇前次分割 > 單元類型 >

13、; 桿系(開) ; 不等間距(開) x(m) ( 10, 36 ) ²¿分割索塔構(gòu)件前次選擇圖12 分割索塔構(gòu)件建立三維模型因為橋梁寬度為15.6m，所以首先將二維斜拉橋模型沿Y軸方向移動-7.8m。模型 / 節(jié)點 / 移動和復(fù)制節(jié)點 全選模式 > 移動 ; 間距 > 不等間距方向 > y ; 距離(m) ( -7.8 ) ¿- -7.8m垂直橋梁方向中心線圖13 將二維斜拉橋模型沿Z軸方向移動7.8m使用鏡像單元功能將拉索、主梁、索塔單元以垂直橋梁方向中心線鏡像復(fù)制。為了使復(fù)制的索塔的單元坐標系與原來的一致，應(yīng)打開鏡像Beta角選項。模型 /

14、單元 / 鏡像單元 全選 模式 > 復(fù)制鏡像面 > z-x平面(m) ( 0 ) 鏡像Beta角 (開) ¿ 7.8m -7.8m鏡像垂直橋梁方向中心線圖14 建立斜拉橋三維模型建立主梁橫向系梁關(guān)閉顯示單元坐標軸，使用擴展單元中由節(jié)點生成線單元的功能建立主梁的橫向系梁。 頂面 顯示單元 > 局部坐標軸(關(guān)) ¿模型 / 單元 / 擴展單元 選擇屬性 - 節(jié)點 選擇類型 > 材料 節(jié)點 (開) ; 單元 (關(guān)) (2: 主梁) ¿ 解除選擇窗口 (節(jié)點: 圖15的)擴展類型 > 節(jié)點 線單元單元屬性 > 單元類型 > 梁單元

15、材料 > 4: 主梁的橫向系梁截面 > 4: 主梁的橫向系梁生成方式 > 復(fù)制間距 > 等間距 ; dx, dy, dz (0, -15.6, 0)復(fù)制次數(shù) (1) ¿圖15 建立主梁的橫向系梁單元建立索塔橫梁為了提高建立模型的效率，在建立索塔橫梁模型之前只將索塔構(gòu)件激活。 正面 窗口選擇 (圖16的) 激活 激活索塔構(gòu)件第2號索塔第1號索塔 圖16 選擇索塔構(gòu)件使用建立單元功能建立索塔橫梁單元。 標準 節(jié)點號 (開) 捕捉單元(關(guān))模型 / 單元 / 建立單元單元類型 > 一般梁/變截面梁材料 > 5: 索塔橫梁截面 > 5: 索塔橫梁連接

16、節(jié)點 (142,72) (145,73) (144,74) (147,75) 8建立索塔橫梁模型圖17 建立索塔橫梁模型生成索塔上的主梁支座使用投影節(jié)點功能，設(shè)置主梁在索塔上的支座位置。模型 / 節(jié)點 / 投影節(jié)點 窗口縮放 (圖18的)模式 > 復(fù)制 ; 投影類型 > 投影節(jié)點到線上 窗口選擇 (節(jié)點: 圖18的)定義基準線 > P1 (145) 8 ; P2 (73) 8 ; 方向 > 法向合并重復(fù)節(jié)點 (開) ¿ 窗口縮放 (圖18的)模式 > 復(fù)制 ; 投影類型 > 投影節(jié)點到線上 窗口選擇 (節(jié)點: 圖18的)定義基準線 > P1

17、(147) 8 ; P2 (75) 8 ; 方向 > 法向合并重復(fù)節(jié)點 (開) ¿窗口選擇窗口選擇圖18 生成索塔上的主梁支座節(jié)點因為使用投影節(jié)點復(fù)制到索塔橫梁單元上的節(jié)點并沒有和橫梁單元連接(只是投影在橫梁單元上)，所以應(yīng)使用分割單元功能分割索塔橫梁單元。²² 以投影在索塔橫梁上的節(jié)點為分割點分割單元。 捕捉單元(開) 單元號(開)模型 / 單元 / 分割單元² 用鼠標選擇或直接輸入欲分割的單元號，然后選擇分割點分割單元。 窗口縮放 (圖19的)單元類型 > 桿系 (開) ; 被節(jié)點分割 (開)²被分割的單元 (267)8 ; 分

18、割點 (149)8 ¿被分割的單元 (267)8 ; 分割點 (150)8 ¿ 窗口縮放 (圖19的)被分割的單元 (269)8 ; 分割點 (151)8 ¿被分割的單元 (269)8 ; 分割點 (152)8 ¿窗口選擇窗口選擇267264262269圖19 分割索塔橫梁使用移動和復(fù)制節(jié)點功能，在索塔的主梁支座位置生成節(jié)點。 單元號(關(guān))模型 / 節(jié)點 / 移動和復(fù)制節(jié)點 窗口縮放 (圖20的) 窗口選擇 (節(jié)點: 150, 149) 窗口縮放 (圖20的) 窗口選擇 (節(jié)點: 152, 151)模式 > 復(fù)制 ; 間距 > 等間距dx,

19、dy, dz ( 0,0,0.27) ¿窗口選擇窗口選擇圖20 生成索塔上的主梁支座節(jié)點使用彈性連接單元(Elastic Link)模擬索塔上的支座。支座的基本數(shù)據(jù)如下。SDx : 20,367,407 tonf/m, SDy : 7,483 tonf/m, SDz : 7,483 tonf/m模型 / 邊界條件 / 彈性連接 窗口縮放 (圖21的)選項 > 添加/替換 ; 連接類型 > 一般類型² 輸入索塔間距220m，同時輸入兩個索塔上的彈性連接單元。SDx (tonf/m) () ; SDy(tonf/m) (7483) ; SDz(tonf/m) (74

20、83)復(fù)制彈性連接(開) > 方向 > x ; 距離s(m) (220)²2點 (150,154)8 2點 (149,153)8窗口選擇圖21 生成索塔上的主梁支座生成橋墩上的主梁支座使用移動和復(fù)制節(jié)點功能，在橋墩上的主梁支座位置生成節(jié)點 。 全部激活 模型 / 節(jié)點 / 移動和復(fù)制節(jié)點 窗口縮放 (圖22的) 單選 (節(jié)點: 76, 24 ) 窗口縮放 (圖22的) 單選 (節(jié)點: 135, 68)模式 > 復(fù)制 ; 間距 > 不等間距方向 > z ; 距離(m) ( -4.5, -0.27 )窗口選擇窗口選擇圖22 生成橋墩節(jié)點和主梁在橋墩上的支座節(jié)

21、點使用彈性連接單元(Elastic Link)模擬橋墩上的支座。支座的基本數(shù)據(jù)如下。SDx : 20,367,407 tonf/m, SDy : 7,483 tonf/m, SDz : 7,483 tonf/m 自動對齊 模型 / 邊界條件 / 彈性連接 窗口縮放 (圖23的)選項 > 添加/替換 ; 連接類型 > General 類型² 同時生成右側(cè)橋墩的彈性連接單元。橋墩間距為420-32= 414 mSDx (tonf/m) () ; SDy(tonf/m) (7483) ; SDy(tonf/m) (7483)復(fù)制彈性連接 (開) > 方向 > x ;

22、 距離s(m) (414)²2點 (163,159) 8 2點 (161,157) 8窗口選擇圖23 生成橋墩上的主梁支座輸入邊界條件本例題中斜拉橋模型的邊界條件如下。§ 索塔、橋墩下端: 固端 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)§ 主梁與支座的連接: 彈性連接 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)輸入索塔和橋墩下端的邊界條件。 自動對齊 正面 選擇節(jié)點161、163 選擇節(jié)點162、164模型 / 邊界條件 / 支撐條件 窗口選擇 (節(jié)點: 圖24的, , , )邊界群名稱 > 默認值選項 > 添加 ; 支撐類型 >

23、D-ALL , R-ALL ¿窗口選擇窗口選擇選擇節(jié)點162、164選擇節(jié)點161、163 圖24 輸入索塔以及橋墩下端固端邊界條件剛性連接主梁形心和索塔支座。 標準 模型 / 邊界條件 / 剛性連接 窗口縮放 (圖25的)邊界群名稱 > 默認值 ; 選項 > 添加/替換剛性連接的自由度 > Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz (開) 復(fù)制彈性連接 (開) ; 方向 > x ; 距離s(m) (220) 主節(jié)點號 (154) ; 單選 (節(jié)點: 137) ¿主節(jié)點號 (153) ; 單選 (節(jié)點: 34) ¿窗口選擇圖25 剛性連

24、接主梁和索塔支座剛性連接主梁形心和橋墩支座。 自動對齊模型 / 邊界條件 / 剛性連接 窗口縮放 (圖26的)邊界群名稱 > 默認值 ; 選項 > 添加/替換剛性連接自由度 > Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz (開) 復(fù)制彈性連接 (開) ; 方向 > x ; 距離s(m) (414) 主節(jié)點號 (159) ; 單選 (節(jié)點: 76) ¿主節(jié)點號 (157) ; 單選 (節(jié)點: 24) ¿窗口選擇圖26 剛性連接主梁和橋墩支座計算拉索初拉力為了改善斜拉橋成橋階段主梁、索塔、拉索以及支座的受力狀態(tài)，給拉索施加一定的初拉力，使之與結(jié)構(gòu)自重平

25、衡。因為斜拉橋是高次非靜定結(jié)構(gòu)，計算拉索的初拉力需要很多的反復(fù)計算。另外，因為各拉索的張力并不是只有唯一的解，所以對于同一個斜拉橋不同的設(shè)及人員會得出不同的初拉力。MIDAS/CIVIL的未知荷載系數(shù)功能使用了優(yōu)化法則，可以計算出滿足指定約束條件下的結(jié)構(gòu)最優(yōu)的荷載系數(shù)，所以在計算斜拉橋拉索的初拉力時非常有效。使用未知荷載系數(shù)功能計算斜拉橋拉索初拉力的步驟參見表3。步驟 1. 建立斜拉橋模型步驟 2. 生成主梁恒載和拉索的單位荷載條件步驟 3. 輸入恒載以及單位荷載步驟 4. 恒載和單位荷載的荷載組合步驟 5. 使用未知荷載系數(shù) 功能計算未知荷載系數(shù)步驟 6. 查看分析結(jié)果并輸出初拉力表3 計算

26、拉索初拉力流程圖輸入荷載條件為了計算恒載引起的初拉力，輸入自重、二期恒載、拉索的單位初拉力等荷載條件。本例題中的斜拉橋為索塔兩側(cè)各有拉索20根的對稱結(jié)構(gòu)，所以所需的未知荷載系數(shù)為20個，輸入荷載條件。² 使用MCT命令窗口輸入荷載條件會更方便一些。 MCT命令窗口的使用方法參見“斜拉橋成橋階段分析例題” 動畫。荷載 / 靜力荷載工況名稱 (自重) ; 類型 > 恒載²描述 (自重) ¿名稱 (二期恒載) ; 類型 > 恒載描述 (二期恒載) ¿名稱 (張力 1) ; 類型 > 用戶定義荷載描述 (拉索1 單位初拉力) ¿.名稱

27、 (張力 20) ; 類型> 用戶定義荷載描述 (拉索20 - 單位初拉力) ¿輸入荷載條件(張力 1)(張力 20)。圖27 建立恒載和單位荷載條件輸入荷載輸入結(jié)構(gòu)自重、作用于主梁的二期恒載、拉索的單位初始張拉荷載。 使用自重功能輸入結(jié)構(gòu)自重。二期恒載包括護墻、橋面鋪裝荷載等。輸入所求拉索的單位初拉力。首先使用自重功能輸入結(jié)構(gòu)自重。 對齊縮放 節(jié)點號 (關(guān))荷載 / 自重 荷載工況名稱 > 自重荷載群名稱 > 默認值自重系數(shù) > Z ( -1 ) ¿圖28 輸入自重輸入作用于主梁的二期恒載。因為主梁模型為兩個三跨連續(xù)梁，所以將二期恒載等分作用于主梁

28、。 使用梁單元荷載輸入護墻和橋面鋪裝荷載，荷載大小為-1.865tonf/m。荷載 / 梁單元荷載 選擇屬性 - 單元 擇類型 > 材料 > 主梁 ¿ 激活 全選荷載工況名稱 > 二期恒載 ; 選項 > 添加² 輸入傾斜構(gòu)件的二期恒載時，計算時使用構(gòu)件的實際長度。荷載類型 > 均布荷載 ; 方向 > 全局 Z投影 > 是 ²數(shù)值 > 相對值 ; x1 (0) , x2 (1) , W (-1.865) ¿輸入主梁的二期恒載-1.865 tonf /m圖29 輸入主梁的二期恒載 以橋梁中央為對稱軸賦予兩側(cè)拉索

29、以相同的單位初拉力。 全部激活 正面荷載 / 預(yù)應(yīng)力荷載 / 初拉力 窗口縮放 (圖30的) 交叉選擇 (單元: 圖30的) 窗口縮放 (圖30的) 交叉選擇 (單元: 圖30的) 荷載工況名稱 > 張力 1 ; 荷載群名稱 > 默認值 選項 > 添加 ; 初拉力 ( 1 ) ¿ 荷載工況名稱 > 張力 20 ; 荷載群名稱 > 默認值 選項 > 添加 ; 初拉力 ( 1 ) ¿窗口縮放窗口縮放交叉選擇交叉選擇圖30 賦予拉索單位初拉力參照表4輸入張力2張力20的拉索單位初拉力。使用MCT命令窗口輸入會更方便一些。表4 荷載條件和單元號荷

30、載條件單元號荷載條件單元號張力 11, 40, 111, 150張力 1120, 21, 130, 131張力 22, 39, 112, 149張力 1219, 22, 129, 132張力 33, 38, 113, 148張力 1318, 23, 128, 133張力 44, 37, 114, 147張力 1417, 24, 127, 134張力 55, 36, 115, 146張力 1516, 25, 126, 135張力 66, 35, 116, 145張力 1615, 26, 125, 136張力 77, 34, 117, 144張力 1714, 27, 124, 137張力 88,

31、33, 118, 143張力 1813, 28, 123, 138張力 99, 32, 119, 142張力 1912, 29, 122, 139張力 1010, 31, 120, 141張力 2011, 30, 121, 140查看已輸入的拉索單位初拉力。圖31 已輸入的拉索單位初拉力運行結(jié)構(gòu)分析做結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、拉索的單位初拉力等荷載條件的靜力分析。分析 / 運行分析 ¿建立荷載組合使用拉索的單位初拉力(20個荷載條件)和結(jié)構(gòu)自重以及二期恒載建立荷載組合。結(jié)果 / 荷載組合荷載組合列表 > 名稱 > LCB 1荷載工況 > 自重(ST) ; 分項系數(shù) (1.

32、0)荷載工況 > 二期恒載(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 張力 1(ST) ; 分項系數(shù) (1.0).荷載工況 > 張力 20(ST) ; 分項系數(shù) (1.0) ¿輸入張力1(ST)張力20(ST)的拉索荷載條件。圖32 輸入荷載組合計算未知荷載系數(shù)計算荷載組合LCB 1作用下滿足指定約束條件的未知荷載系數(shù)。約束條件為約束主梁垂直方向的位移(Dz)。在未知荷載系數(shù)對話框中輸入荷載條件、約束條件、構(gòu)成目標函數(shù)的方法等。首先將拉索的單位荷載條件定義為未知荷載。結(jié)果 / 未知荷載系數(shù)未知荷載系數(shù)群 > 項目名稱 (未知) ; 荷載組合 > LC

33、B 1目標函數(shù)類型 > 平方 ; 未知荷載符號 > 正負荷載工況 > 張力 1 (開)荷載工況 > 張力 2 (開)荷載工況 > 張力 20 (開)圖33 未知荷載系數(shù)詳細對話框在約束中輸入主梁垂直方向(Dz)的約束條件。 約束 > 約束名稱 (節(jié)點23(U)² 本例題將主梁垂直位移作為約束條件。因為是對稱模型，所以只約束1/2主梁模型。約束節(jié)點 23節(jié)點45的垂直方向位移。 約束類型 > 位移 節(jié)點號 (23) ²約束成分 > Dz相等/不等條件 > ( <= ) ; 數(shù)值 ( 0.01 ) ¿約束 &

34、gt; 約束名稱 (節(jié)點23(L) 約束類型 > 位移 節(jié)點號 (23)約束成分 > Dz相等/不等條件 > ( >= ) ; 數(shù)值 (-0.01) ¿² 可以使用MCT命令窗口方便地輸入計算未知荷載系數(shù)的約束條件。使用方法參照“斜拉橋成橋階段分析例題”。輸入節(jié)點24節(jié)點45的約束條件。因為節(jié)點35曾使用合并節(jié)點功能刪除，所以不包含節(jié)點35。²圖34 約束條件對話框在未知荷載系數(shù)結(jié)果中查看約束條件以及相應(yīng)的未知荷載系數(shù)。²² 關(guān)于未知荷載系數(shù)計算的詳細說明參見土木結(jié)構(gòu)分析的“使用優(yōu)化法則求未知荷載系數(shù)”章節(jié)。未知荷載系數(shù)

35、詳細 > 未知荷載系數(shù)群 > 圖35為使用未知荷載系數(shù)功能計算的未知荷載系數(shù)結(jié)果。未知荷載系數(shù)分析結(jié)果圖35 未知荷載系數(shù)分析結(jié)果建立未知荷載系數(shù)建立新的荷載組合，查看新的荷載組合的分析結(jié)果是否滿足約束條件。結(jié)果 / 荷載組合荷載組合列表 > 名稱 > (LCB 2)荷載工況 > 自重(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 二期恒載(ST) ; 分項系數(shù) (1.0)荷載工況 > 張力 1(ST) ; 分項系數(shù) (136.46)荷載工況 > 張力 2(ST) ; 分項系數(shù) (126.08) 荷載工況 > 張力 20(ST) ; 分項系

36、數(shù) (21.09) ¿參照圖35中未知荷載系數(shù)的分析結(jié)果，如圖36所示輸入張力3(ST)張力20(ST)的未知荷載系數(shù)。圖36 使用未知荷載系數(shù)建立的新的荷載組合查看成橋階段分析結(jié)果查看變形形狀查看拉索初拉力、結(jié)構(gòu)自重以及二期恒載同時作用下的成橋階段的位移結(jié)果。結(jié)果 / 變形 / 變形形狀荷載工況/荷載組合 > CB:LCB 2 位移成分 > DXYZ² 程序默認的變形顯示比例系數(shù)較大時，用戶可以調(diào)整顯示系數(shù)。顯示類型 > 變形前 (開) ; 圖例 (開)變形 > 變形顯示比例 (0.2) ² ¿ 窗口縮放 (圖37的, )窗口縮

37、放窗口縮放圖37 查看變形形狀施工階段分析根據(jù)施工方案的不同，斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系會發(fā)生很大變化，而施工階段中的結(jié)構(gòu)體系的變化與成橋階段結(jié)構(gòu)體系相比，可能會處于更不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。因此在設(shè)計斜拉橋時，應(yīng)嚴密準確地分析所有發(fā)生結(jié)構(gòu)體系變化的各施工階段的安全度以及應(yīng)力變化。在施工階段中施加的拉索張力可以通過逆施工階段計算。 在施工階段分析中，應(yīng)將主梁、拉索、拉索錨固位置、邊界條件、荷載條件的變化階段均設(shè)置為施工階段。 施工階段分類施工階段分析中應(yīng)考慮各階段的邊界條件和荷載條件的變化。本例題的施工順序是從施工完索塔和邊跨階段開始到加載二期恒載階段。本例題斜拉橋的施工方案如下。 索塔下部工程 : 大拼塊工

38、法上部工程 : 大拼塊工法 主梁邊跨 : 臨設(shè)排架+大拼塊工法中間跨 : 使用移動吊車的小拼塊工法 拉索采用吊機法使用臨設(shè)排架架施工邊跨主梁施工部分中間跨主梁、張拉拉索張拉拉索、施工主梁吊裝合龍段、加載二期恒載張拉拉索、施工主梁張拉拉索、施工主梁圖38 模型的施工順序逆施工階段分類本例題以斜拉橋成橋階段為基礎(chǔ)，考慮了荷載條件和邊界條件的變化，將成橋階段模型分解為33個施工階段。本例題斜拉橋的逆施工階段參見表5。表5 逆施工階段列表施工階段內(nèi) 容施工階段內(nèi) 容CS 0成橋階段(自重+二期恒載+初拉力)CS 17拆除主梁(主梁第6號構(gòu)件)CS 1拆除二期恒載CS 18拆除拉索(15, 26)CS

39、2添加臨設(shè)排架拆除合龍段(主梁第11號構(gòu)件)CS 19拆除拉索(6, 35)CS 3拆除拉索(20, 21)CS 20拆除主梁(主梁第5號構(gòu)件)CS 4拆除拉索(1, 40)CS 21拆除拉索(14, 27)CS 5拆除主梁(主梁第10號構(gòu)件)CS 22拆除拉索(7, 34)CS 6拆除拉索(19, 22)CS 23拆除主梁(主梁第4號構(gòu)件)CS 7拆除拉索(2, 39) CS 24拆除拉索(13, 28)CS 8拆除主梁(主梁第9號構(gòu)件)CS 25拆除拉索(8, 33)CS 9拆除拉索(18, 23)CS 26拆除主梁(主梁第3號構(gòu)件)CS 10拆除拉索(3, 38)CS 27拆除拉索(12

40、, 29)CS 11拆除主梁(主梁第8號構(gòu)件)CS 28拆除拉索(9, 32)CS 12拆除拉索(17, 24)CS 29拆除主梁(主梁第2號構(gòu)件)CS 13拆除拉索(4, 37)CS 30拆除拉索(11, 30)CS 14拆除主梁(主梁第7號構(gòu)件)CS 31拆除拉索(10, 31)CS 15拆除拉索(16, 25)CS 32拆除主梁(主梁第1號構(gòu)件)CS 16拆除拉索(5, 36) 1號拉索是左側(cè)邊跨外側(cè)拉索，10號拉索是左側(cè)邊跨內(nèi)側(cè)拉索。 11號、30號拉索是中間跨內(nèi)側(cè)拉索，20號、21號拉索是中間跨外側(cè)拉索。 31號拉索是右側(cè)邊跨內(nèi)側(cè)拉索，40號拉索是左側(cè)邊跨外側(cè)拉索。 按拉索間距劃分中

41、間跨主梁構(gòu)件，11號主梁單元為合龍段。逆施工階段分析斜拉橋施工階段分析按施工順序分為順施工階段分析和逆施工階段分析。順施工階段分析是按照實際施工的順序分析的方法，逆施工階段分析是按照與實際施工順序相反的方向，由處于初始平衡狀態(tài)的成橋階段模型逐階段拆除單元和荷載的方法進行的分析方法。通過逆施工階段分析，可以得到分析模型的結(jié)構(gòu)效應(yīng)、拉索張力的變化以及結(jié)構(gòu)位移、彎矩的變化過程。逆施工階段分析的順序參見圖39。CS 26CS 2CS 30CS 10CS 32CS 18圖39 逆施工階段分析順序?qū)⒊蓸螂A段分析模型另存為其它名稱以使用于施工階段分析模型。文件 / 另存 ( 斜拉橋施工階段 )建立施工階段分

42、析模型的步驟如下。1. 輸入拉索初拉力將成橋階段分析模型中使用的桁架單元轉(zhuǎn)換為索單元將使用未知荷載系數(shù)功能計算出的未知荷載系數(shù)作為初拉力使用2. 定義施工階段名稱劃分施工階段并定義施工階段名稱3. 定義結(jié)構(gòu)群將各施工階段添加和拆除的單元定義為結(jié)構(gòu)群4. 定義邊界群將各施工階段添加和拆除的邊界定義為邊界群5. 定義荷載群將各施工階段添加和拆除的荷載定義為荷載群6. 定義施工階段定義各施工階段的單元群、邊界群、荷載群輸入拉索初拉力為了建立施工階段模型，首先需要刪除成橋階段分析模型中的荷載組合LCB 1、2和單位初拉力張力1張力20。為了將使用優(yōu)化法則計算出的未知荷載系數(shù)輸入為初拉力，應(yīng)將初拉力定義

43、為新的荷載工況。結(jié)果 / 荷載組合荷載組合列表 > 名稱 > 刪除 LCB 1, LCB 2 ¿荷載 / 靜力荷載工況名稱 ( 張力 1 ) 名稱 ( 張力 20 ) 名稱 ( 初拉力 ) ; 類型 > 用戶定義 ¿圖40 將初拉力定義為荷載工況斜拉橋施工階段分析中應(yīng)考慮索單元的幾何非線性。為了考慮斜拉橋拉索構(gòu)件垂度的影響，將成橋階段分析中使用的桁架單元轉(zhuǎn)換為索單元。斜拉橋中使用的索單元是考慮了軸向剛度的等效桁架單元。 模型 / 單元 / 修改單元特性值 選擇屬性 - 單元選擇類型 > 單元類型節(jié)點 (關(guān)) ; 單元 (開) (桁架單元) ¿

44、;參數(shù)類型 > 單元類型 (開)模式 > 由 > 桁架單元(開) ; 修改為 > 只受拉/鉤/索(開)索(開) ¿圖41 將桁架單元轉(zhuǎn)換為索單元使用優(yōu)化法則計算索單元的未知荷載系數(shù)，并將其輸入為初拉力。輸入初拉力的方法與輸入索單元的單位初拉力的方法相同。荷載 / 預(yù)應(yīng)力荷載 / 初拉力 窗口縮放 (圖42的) 交叉選擇 (單元: 圖42的) 窗口縮放 (圖42的) 交叉選擇 (單元: 圖42的)荷載工況名稱 > 初拉力 荷載群名稱 > 默認值 選項 > 添加 初拉力 (127.3) ¿將表6中的初拉力賦予各索構(gòu)件。 表6 使用優(yōu)化法

45、則計算初拉力(初拉力荷載)單 元 號初拉力荷載單 元 號初拉力荷載1, 40, 111, 150127.320, 21, 130, 131131.82, 39, 112, 149121.019, 22, 129, 132126.33, 38, 113, 148104.918, 23, 128, 133110.54, 37, 114, 14794.517, 24, 127, 13496.85, 36, 115, 14689.116, 25, 126, 13588.86, 35, 116, 14581.815, 26, 125, 13681.87, 34, 117, 14477.814, 27,

46、124, 13776.68, 33, 118, 14372.413, 28, 123, 13873.29, 32, 119, 14249.812, 29, 122, 13957.810, 31, 120, 14121.811, 30, 121, 14023.2窗口縮放窗口縮放交叉選擇交叉選擇圖42 輸入索單元的初拉力定義施工階段為了做逆施工階段分析需要定義各施工階段。首先在施工階段對話框中輸入各施工階段名稱。本例題定義了包括成橋階段在內(nèi)的33個施工階段。荷載 / 施工階段分析數(shù)據(jù) / 施工階段 > ² 賦予相同名稱以序列號可以同時定義多個施工階段。定義施工階段施工階段 > 名稱 ( CS ) ; 序列 ( 0to32 ) ²保存結(jié)果 > 施工階段(開) ² ¿² 輸出分析結(jié)果時，可以按施工階段輸出。圖43 施工階段對話框定義結(jié)構(gòu)群將各施工階段添加和刪除的單元定義為結(jié)構(gòu)群。首先定義結(jié)構(gòu)群名稱，然后將各單元賦予結(jié)構(gòu)群。C群表單群 > 結(jié)構(gòu)群 > 新建.名稱 ( CS ) ; 序列 ( 0to32 ) 圖44 定義結(jié)構(gòu)群將各施工階段添加和刪除的單元賦予各結(jié)構(gòu)群。將成橋階段定義為CS0。因為在CS1中只是拆除二期恒