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1、实用标准文案 精彩文 档 斜拉桥成桥阶段和正装施工阶段分析 实用标准文案 精彩文 档 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 实用标准文案 精彩文 档 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
2、 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 实用标准文案 精彩文 档 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
3、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 实用标准文案 精彩文 档 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.
4、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。 索 主塔 主梁主梁 主塔 索 40m 110m 40m 实用标准文案 精彩文 档 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
5、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 实用标准文案 精彩文 档 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。 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) 按上述方法参照表1输入主塔下部、主塔上部、拉索的材料特性值。 表 1. 材料特性值 号项目 弹性模量 (tonf/m 2) 泊松比 容重 (t
6、onf/m 3) 1 加劲梁2.110 7 0.3 7.85 2 主塔下部2.510 6 0.17 2.5 3 主塔上部2.110 7 0.3 7.85 4 拉索1.57 10 7 0.3 7.85 图 4. 定义材料特性值 定义多种材料时， 使用按钮会更 方便一些。 实用标准文案 精彩文 档 输入加劲梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。在材料和截面特性对话 框的截面表单选择按钮。 模型 / 材料和截面特性 / 截面 数值表单 截面号(1) ; 名称( 加劲梁 ) 截面形状 实腹长方形截面 截面特性值 面积 (0.8) 按上述方法参照表2输入加劲梁、主塔下部、主塔上部、拉索的截面特性值。
7、 表 2. 截面特性值 号项目截面形状 面积 (m 2) Ixx (m 4) Iyy (m 4) Izz (m 4) 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 实用标准文案 精彩文 档 成桥阶段分析 建立好成桥阶段模型后计算自重和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
8、 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 实用标准文案 精彩文 档 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。 建立斜拉桥成桥阶段模型的详细步骤如下。 1. 建立加劲梁模型 2. 建立主塔模型 3. 建立拉索模型 4. 生成主塔上的支座 5. 输入边界条件 6. 拉索初拉力计算：利用未知荷载系数功能 7. 输入荷载工况以及荷载 8. 运行结构分析 9. 计算位置荷载系数 实用标准文案 精彩文 档 建立加劲梁模型 首先用建立节点功能建立节点后使用扩展单元功能生成 910+25 +910m 的梁单元模型。 正面,
9、捕捉节点( 开), 捕捉点栅格 ( 开) 自动对齐( 开), 节点号( 开) 模型 / 节点 / 建立节点 坐标( -95, 0, 0 ) 模型 / 单元 / 扩展单元 全选 扩展类型 节点线单元 单元属性 单元类型 梁单元 材料 1 : 加劲梁; 截面 1 : 加劲梁 生成类型 复制和移动 复制和移动 任意间距 ; 方向 x 间距 910, 25, 910 图 7. 建立加劲梁单元 实用标准文案 精彩文 档 建立主塔 在主塔下部利用建立节点功能建立节点后，利用扩展功能建立 10m 5m 的主塔下部梁单元。 模型 / 节点 / 建立节点 坐标(-55 , 0, -20 ) 复制 复制次数(1)
10、 ; 距离 (110, 0, 0) 模型 / 单元 / 扩展单元 窗口选择 (节点 : 图8的；节点 22，23) 生成类型 节点线单元 单元属性 单元类型 梁单元 材料 2 : 主塔下部; 截面 2 : 主塔下部 生成类型 复制和移动 复制和移动 任意间距; 方向 z 间距 10, 5 图 8. 建立主塔下部 选 择 节 点 22, 23 ? 实用标准文案 精彩文 档 选择节点后利用扩展功能建立加劲梁上部梁单元（10m+5m+310m）。 模型 / 单元 / 扩展单元 窗口选择 ( 节点 : 图9的；节点 26，27) 扩展类型 节点线单元 单元属性 单元类型 梁单元 材料 3 : 主塔上部
11、; 截面 3 : 主塔上部 生成类型 复制和移动 复制和移动 任意间距; 方向 z 间距 15, 310 图 9. 建立主塔上部 选择节点 26, 27 实用标准文案 精彩文 档 建立拉索 利用建立单元功能建立拉索单元。 显示 单元 单元坐标轴 ( 开) 模型 / 单元 / 建立单元 单元类型 桁架单元 材料 4: 拉索 ; 截面 4: 拉索 ; Beta角 ( 0 ) 节点连接( 34, 1 ) 节点连接( 34, 3 ) 节点连接( 34, 7 ) 节点连接( 34, 9 ) 节点连接( 35, 13 ) 节点连接( 35, 15 ) 节点连接( 35, 19 ) 节点连接( 35, 21
12、 ) 图 10. 建立拉索 实用标准文案 精彩文 档 建立主塔支座 使用弹性连接(Elastic Link)建立主塔上的支座。 支座的支承条件如下： SDx : 500000 tonf/m, SDy : 100000000 tonf/m, SDz : 1000 tonf/m 模型 / 边界条件 / 弹性连接 窗口缩放 ( 图21的) 选项 添加;连接类型 一般类型 SDx (tonf/m) (500000); SDy(tonf/m) (100000000); SDz(tonf/m) (1000) 剪切型弹性支承位置 ( 开) 到端点 I 的距离比 : SDy (1) ; SDz (1) Bet
13、a角 (0) 2点 (26,5) 2点 (27,17) 图 11. 建立主塔支座 窗口放大 输入剪切型弹性支 座在弹性连接单元的 位置。 调整弹性连接单元 的布置方向。 弹性连接单元是把 两个节点按用户所需 要的刚度连接而形成 的有限计算单元。弹 性连接单元由3个轴向 刚度值和 3个旋转刚度 组成， 6个自由度按弹 性连接单元的单元坐 标系输入。 弹性连接单元轴向 刚度输入单位长度所 施加的力，旋转刚度 输入单位转角所施加 的弯矩值。 实用标准文案 精彩文 档 输入边界条件 分析模型的边界条件如下。 ? 主塔下端 : 固定端 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz) ? 桥台下端 :
14、铰支座 ( Dy, Dz, Rx, Rz) 输入主塔和桥台处边界条件。 自动对齐 模型 / 边界条件 / 一般支承 窗口选择 ( 节点 : 图12的； 节点 22, 23 ) 边界组名称 默认值 选项 添加 ; 支承类型 D-ALL , R-ALL 窗口选择 ( 节点 : 图12的；节点 1, 21 ) 边界组名称 默认值 选项 添加 ; 支承类型 Dy, Dz, Rx, Rz 图12. 输入边界条件 实用标准文案 精彩文 档 索初拉力计算 为了改善斜拉桥成桥阶段的加劲梁、主塔、拉索、支座的受力状态，给拉索施加 初拉力荷载，使之与恒荷载平衡。 斜拉桥是多次超静定结构体系，所以计算拉索初拉力需要
15、多次的反复计算。另 外，对于每跟拉索的张力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以选择 不同的拉索初拉力。 MIDAS/Civil的未知荷载系数功能使用了索力优化法则，可以计算出特定约束 条 件的 最佳荷载系数 ，在计算斜拉桥拉索初拉力非常有效。 使用未知荷载系数功能计算斜拉桥拉索初拉力的计算步骤如表3。 表 3. 拉索初拉力计算步骤流程图 步骤 1. 建立斜拉桥模型 步骤 2. 定义主梁恒荷载和拉索的单位荷载的荷载工况 步骤 3. 输入恒荷载和单位荷载 步骤 4. 建立恒荷载和单位荷载的荷载组合 步骤 5.使用未知荷载系数功能计算未知荷载系数 步骤 6. 查看分析结果以及索初拉力 实
16、用标准文案 精彩文 档 初始平衡状态分析 为了使斜拉桥结构在恒载作用下拉索垂度、加劲梁纵段变形、拉索锚固点坐标、 拉索张力、主塔坐标达到设计期望值，通过初始平衡状态分析计算初始节点坐标、拉 索变形前长度、拉索初始张拉力。 斜拉桥设计时，最重要的是如何使加劲梁和主塔的弯曲内力达到最小状态。通过 初始平衡状态分析可以使恒载作用下成桥阶段变形形状接近于设计期望状态时，内力 也会达到最小状态。对于斜拉桥分析，初始平衡状态分析非常重要, 且初始平衡状态分 析能够计算出变形前拉索长度、追踪拉索张力、加劲梁和主塔的预拱度、加劲梁的弯 矩图等设计参数。 斜拉桥的特殊结构体系决定了主塔和加劲梁上将产生很大的轴力
17、，这些轴力和拉 索的张力决定结构的变形形状。为了确定拉索的初始张力，桥轴方向的变形和拉索的 张力要反映到结构分析计算中。但斜拉桥是多次超静定结构体系，计算拉索初拉力需 要多次的反复计算，所以计算出满足初始状态分析的施工控制张力不是简单的事情。 另外，对于每跟拉索的张力并不是只有一个解，对同一个斜拉桥不同的设计者可以计 算出不同的拉索初拉力。 指定受力状态的索力优化(Traditional “Zero Displacement“ Method) 目前一般的斜拉桥都会使用多拉索结构，所以拉索的横向分力对加劲梁的弯曲内 力的影响可忽略不计。可以假设加劲梁弯曲内力由斜拉索竖向分力和加劲梁恒载作用 下产
18、生。此方法为使拉索的锚固点的竖向位移接近“0”的方法，如果设计纵段线形比 较完美时， 加劲梁的弯矩分布与恒载作用下的刚性支承连续梁的状态比较接近。 将梁、索交点处设以刚性支承进行分析，计算出各支点反力，利用索力的竖向分 力与刚性支点反力相等的条件，计算其索力。只要加劲梁处斜拉索端部张力的竖向分 力被确定，就不难计算出其水平分力和另一端的水平、竖向分力了。 利用计算得出的各分力，施加在没有拉索体系的结构上计算出加劲梁和主塔的弯 矩分布情况。以此弯矩分布为目标，进行反复调索。反复调索步骤如下： 约束主塔的水平方向位移，张拉跨中拉索使跨中的加劲梁达到“0”位移状态。 解除主塔的水平方向位移，张拉边跨
19、斜拉索使边跨加劲梁和主塔达到“0”位移 状态。 上述方法如图13所示。此方法假设结构变形为线性变形，使用影响矩阵来进行计 算。最终纵段线形接近期望状态时，加劲梁弯矩分布就会与刚性支承连续梁的状态非 常接近。 实用标准文案 精彩文 档 (a) 恒荷载作用下的变形(调索前 ) (b) 固定主塔横向位移，恒荷载作用下的变形 ( 调索前 ) (c) 跨中调索 (d) 解除主塔水平方向约束 (e) 边跨调索 图 13. 初始平衡状态分析步骤 实用标准文案 精彩文 档 利用 MIDAS/Civil的未知荷载系数功能计算拉索初拉力 给斜拉桥的拉索施加初拉力，使之加劲梁产生的弯矩趋于最小，用这种法法来设 计出
20、更大跨经桥梁。但是计算初始张力并不是简单的事情，过去设计人员一般都是采 用经验值来计算初拉力。 目前虽然计算斜拉桥拉索初拉力的方法很多，但是能够计算出满足设计条件的初 拉力非常困难。 利用 MIDAS/Civil优化索力功能，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。 优化索力时指定位移、反力、内力的“0”值以及最大最小值作为控制条件，把拉 索初拉力作为变量来计算。 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 当的控制条件。 一般要满足如下控制条件： 主塔不受或只受较小的弯矩作用； 主塔弯矩均匀分布； 最终索力不
21、集中在几根拉索，而是均匀分布在每根拉索上。 实用标准文案 精彩文 档 定义荷载工况 为了计算恒载引起的拉索初拉力，定义自重、二期荷载、拉索单位初拉力等荷载 工况。 本例题斜拉桥为主塔两侧各有4根拉索的对称结构，需要的未知荷载系数为四个， 定义四个荷载工况。 荷载 / 静力荷载工况 名称 ( 自重 ) ; 类型 恒荷载 说明 ( 自重 ) 名称 ( 二期荷载 ) ; 类型 恒荷载 说明 ( 二期荷载 ) 名称 ( 拉索 1) ; 类型 用户定义的荷载 说明 ( 拉索 1- 单位初拉力 ) . 名称 ( 拉索 4) ; 类型 用户自定义荷载 说明 ( 拉索 4- 单位初拉力 ) 名称 ( 支座强制
22、位移 ) ; 类型 用户自定义荷载 说明 ( 边跨支座强制位移) 输入名称( 拉索 1) 至名称( 拉索 4) 的荷载工况。 图 18. 恒载和单位荷载的荷载工况 使用 MCT 命令窗口 输 入 荷 载 工 况 更 方 便。 实用标准文案 精彩文 档 输入荷载 输入自重、加劲梁二期荷载、拉索单位荷载、支座强制位移荷载。 使用自重功能输入结构自重。二期荷载包括防撞墙、桥面铺装等荷载。 为了计算拉索初拉力输入拉索的单位荷载。 对齐 荷载 / 自重 荷载工况名称 自重 荷载组名称 默认值 自重系数 Z ( -1 ) 图 19. 输入自重 实用标准文案 精彩文 档 输入作用于加劲梁的二期荷载。 使用梁
23、单元荷载功能输入防撞墙、桥面铺装荷载，荷载大小为3. 0t onf / m。 荷载 / 梁单元荷载（单元） 窗口选择 (节点 : 图20的 ; 节点 1 23) 荷载工况名称 二期荷载 ; 选项 添加 荷载类型 均布荷载; 方向 整体坐标系 Z 投影 否 数值 相对值 ; x1 (0) , x2 (1) , W (-3) 图 20. 输入作用于加劲梁的二期荷载 二期荷载：3. 0 t o n f / m 实用标准文案 精彩文 档 输入拉索单元的单位初拉力。以桥梁跨中为对称轴赋予两侧相同的索初拉力，且 对称拉索赋予相同的荷载工况。 荷载 / 预应力荷载 / 初拉力荷载 交叉线选择 (单元 : 图
24、21的 ; 单元 33, 40) 荷载工况名称 拉索 1 ; 荷载组名称 默认值 选项 添加 ; 初拉力( 1 ) 荷载工况名称 拉索 4 ; 荷载组名称 默认值 选项 添加 ; 初拉力( 1 ) 图 21. 输入拉索的单位初拉力 拉索 2 至拉索 4 的单位初拉力荷载参照表4输入。此时也可用MCT 命令窗口来输 入。 表 4. 荷载工况和单元号 荷载工况单元号荷载工况单元号 拉索 1 33, 40 拉索 3 35, 38 拉索 2 34, 39 拉索 4 36, 37 交叉线选择 交叉线选择 实用标准文案 精彩文 档 确认已输入的拉索单位初拉力。 图 22. 已输入的拉索单位初拉力 实用标准
25、文案 精彩文 档 利用支座强制位移功能输入边跨支座的支座强制位移荷载。 支座强制位移荷载如下： 竖向位移 : 0.01 m 荷载 / 支座强制位移 窗口选择 (节点 : 图23的; 节点 1, 21 ) 荷载工况名称 支座强制位移;选项添加 位移 Dz ( 0.01 ) 图 23. 支座沉降荷载 支座强制位移可以给 任意 节 点输入强制位移。 实用标准文案 精彩文 档 运行结构分析 运行结构自重、二期荷载、拉索单位初拉力、支座强制位移荷载的静力分析。 分析 / 运行分析 建立荷载组合 利用拉索的初拉力荷载工况（4个）和自重、二期荷载、支座强制位移荷载工况， 建立荷载组合。 结果 / 荷载组合
26、荷载组合列表 名称 LCB1 荷载工况 自重 (ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 二期荷载 (ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 拉索 1(ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 拉索 2(ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 拉索 3(ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 拉索 4(ST) ; 分项系数(1.0) 荷载工况 支座强制位移 (ST) ; 分项系数(1.0) 图 24. 建立荷载组合 实用标准文案 精彩文 档 计算未知荷载系数 利用未知荷载系数功能计算荷载组合LCB 1作用下满足特定约束条件的未知荷载系 数。控制条件为约束主塔水平位移（Dx）和控制加劲梁弯
27、矩(Dy) 。 在未知荷载系数对话框输入荷载工况、约束条件、构成目标函数的方法等。 未知荷载系数功能的详细说明请参照用户手册第二册“Civil分析功能 利用优化设 计方法求解未知荷载”和在线帮助的“结果未知荷载系数”部分的说明。 结果 / 未知荷载系数 未知荷载系数组 项目名称( 未知荷载系数 ) ; 荷载组合 LCB 1 目标函数类型 平方 ; 未知荷载系数符号 正负 荷载工况 拉索 1 ( 开) 荷载工况 拉索 2 ( 开) 荷载工况 拉索 3 ( 开) 荷载工况 拉索 4 ( 开) 图 25. 未知荷载系数详细对话框 实用标准文案 精彩文 档 在约束条件中输入主塔的水平方向位移约束条件和
28、控制加劲梁弯矩的约束条件。 约束条件 约束名称( 节点 34) 约束类型 位移 节点号(34) 位移 Dx 约束条件 相等 ; 数值 ( 0 ) 约束条件 约束名称( 单元 5) 约束类型 梁单元内力 单元号(5) 位置 I- 端 内力 My 约束条件 相等 ; 数值 ( -300 ) 约束条件 约束名称( 单元 6) 约束类型 梁单元内力 单元号(6) 位置 J- 端 内力 My 约束条件 相等 ; 数值 ( -200 ) 约束条件 约束名称( 单元 8) 约束类型 梁单元内力 单元号(8) 位置 J- 端 内力 My 约束条件 相等 ; 数值 ( -400 ) 本例题将主塔水平 位移和主梁
29、弯矩作为 约束条件。因分析模 型是对称结构所以只 定义 1/2 模型。 实用标准文案 精彩文 档 图 26. 约束条件对话框 在未知荷载系数结果对话框中查看约束条件和相应的未知荷载系数。 未知荷载系数组 图 35为使用未知荷载系数功能计算的未知荷载系数结果。 图 27. 未知荷载系数分析结果 可以使用 MCT 命令 窗口方便地输入计算 未知荷载系数的约束 条件。使用方法参照 “ 斜拉桥成桥阶段分析 例题 ”。 关于未 知荷载系 数 计算的详细说明参见用 户手册第二册“Civil 分 析功能 利用优化设计 方法求解未知荷载”章 节。 未知荷载系数 (拉索初拉力 ) 点击生成荷载组合 可自动生成未
30、知荷载 系数的荷载组合。 点 击生成 Excel 文 件按钮，导出Excel 文 件格式计算结果。 实用标准文案 精彩文 档 利用生成荷载组合( 图27的 ) ，自动生成使用未知荷载系数的荷载组合，查看新的荷 载组合的分析结果是否满足约束条件。 图 28. 自动使用未知荷载系数的LCB2 荷载组合 结果 / 荷载组合 在图 27中计算得出的拉索1(ST) 至拉索 4(ST) 的未知荷载系数在荷载组合对话框里 的荷载工况系数中自动被输入。 图 29. 使用未知荷载系数自动生成的荷载组合 实用标准文案 精彩文 档 查看成桥阶段分析结果 查看变形形状 查看拉索初拉力、结构自重以及二期荷载、支座强制位
31、移荷载下成桥阶段变形形 状。 结果 / 位移 / 位移形状 荷载工况 / 荷载组合 CB:LCB 2 位移 DXYZ 显示类型 变形前( 开) ; 图例( 开) 变形 变形图的比例 ( 0.5 ) 窗口缩放 图 30. 查看变形形状 可以调整变形显示 比例系数。 实用标准文案 精彩文 档 正装施工阶段分析 一般通过斜拉桥的成桥阶段分析计算结构的尺寸数据和拉索的截面以及初拉力。 斜拉桥的设计除了成桥阶段的分析，而且还需要施工阶段的分析。根据施工方案 的不同，斜拉桥的结构体系会发生很大的变化，且施工中会产生比成桥阶段更不稳定 的状态。因此在设计斜拉桥时，应严密准确地分析所有发生结构体系变化的各施工
32、阶 段的稳定性以及应力变化。按施工顺序做的施工阶段分析称为正装施工阶段分析(Foew ard Analysis)。通过正装施工阶段分析验算施工中产生的应力、检查施工顺序、可施 工性等，找出最佳的施工方法。 斜拉桥正装施工阶段分析较困难的部分是如何计算出拉索的施工控制张力。MIDAS /Civil可以利用 未闭合配合力 （Lack of Fit Force）功能，输入拉索初拉力和使合拢 段合拢时达到成桥阶段状态的配合力来进行正装施工阶段分析。 为了进行施工阶段的分析，应将加劲梁、拉索、拉索锚固点、边界条件、荷载条 件等变化定义施工阶段。 图 31 斜拉桥的施工顺序 实用标准文案 精彩文 档 (1
33、) 拉索未闭合配合力的计算 首先，在安装拉索的前一阶段，求出拉索两端节点的位移。 利用拉索两端的位移，求拉索变形前长度（L）与变形后长度（L）之差。根据 差值求出相应的拉索附加初拉力(T)。把求出的附加初拉力 (T)和初始平衡状态分 析时计算得出的初拉力(T) 叠加作为施工阶段的控制张力进行施工阶段的正装分析。 L L (ui, vi) (uj, vj) v b ub L L L (ub = uj - ui) (vb = vj - vi) L - LL = VbUbCosSin EA T = L L fi T =T + T 图 32 未闭合配合力计算拉索 （ 2）合拢段未闭合配合力的计算 三跨
34、连续斜拉桥的中间合拢段合拢时，不会产生内力（只产生自重引起的内 实用标准文案 精彩文 档 力），所以合拢段与两侧桥梁段之间形状是不连续的。为了让合拢段连续地连接在两 侧桥梁段上，求出合拢段两端所需的强制变形值，将其换算成能够产生此变形的内 力，并将其施加给合拢段后连接在两侧桥梁段上。 Reference Level Key Segment Reference Level Reference Level Key Segment 图 33 未闭合配合力计算合拢段 实用标准文案 精彩文 档 正装施工阶段分类 本例题考虑荷载和边界条件的变化，共分为13个施工阶段。 利用初始平衡状态分析计算得出的拉索初
35、拉力，直接进行了正装施工阶段分析。 只对拉索、跨中的合拢段和Stage2 阶段激活的边跨加劲梁部分使用了未闭合配合力。 边跨与支座连接时结构体系也会变化，所以边跨的加劲梁也考虑了未闭合配合力。 本例题的施工阶段如下。 表 5. 施工阶段列表 施工阶段内容备注 Stage 1 主塔、主塔和加劲梁的临时连接 Stage 2 边跨施工、支架、边跨支座 考虑未闭合 配合力 Stage 3 施加挂篮 1荷载 Stage 4 拆除施工支架、生成拉索(单元 34 ，39) 考虑未闭合 配合力 Stage 5 生成加劲梁构件 ( 单元 6, 7, 14, 15) Stage 6 生成拉索 ( 单元 35, 3
36、6) 考虑未闭合 配合力 Stage 7 拆除挂篮 1荷载施加挂篮 2荷载 Stage 7-1 生成拉索 ( 单元 33, 40) 考虑未闭合 配合力 Stage 8 生成加劲梁 (单元 8, 9, 12, 13) Stage 9 生成拉索 ( 单元 36, 37) 考虑未闭合 配合力 Stage 10 拆除挂篮 2荷载施加挂篮 3荷载 Stage 11 拆除挂篮 3 Stage 11-1 生成合拢段 ( 单元 10, 11) 考虑未闭合 配合力 Stage 12 主塔与加劲梁连接体系转换，施加支座强制位移荷载 刚体连接 弹性连接 Stage 13 二期荷载、成桥阶段 实用标准文案 精彩文 档
37、 正装施工阶段分析 正装分析是指按桥梁的施工顺序进行分析的方法。 通过正装分析查看分析模型的结构变化、拉索张力变化以及弯矩的变化。 正装施工阶段分析顺序如图34。 图 34. 正装施工阶段分析的分析步骤 Stage 1 Stage 3 Stage 5 Stage 7 Stage 11 Stage 13 实用标准文案 精彩文 档 把成桥阶段分析的模型另存为其它名称用于施工阶段分析。 文件 /另存为( cable stayed forward ) 建立施工阶段分析模型的步骤如下。 1 正装施工阶段分析模型 成桥阶段分析模型的桁架单元修改为索单元 定义正装分析荷载工况 2 定义施工阶段名称 划分施工
38、阶段后定义施工阶段名称 3 定义结构组 将各施工阶段激活或拆除的单元和要输入未闭合配合力的单元定义为结构组 4 定义边界组 将各施工阶段激活或拆除的边界条件定义为边界组 5 定义荷载组 将各施工阶段激活或拆除的荷载定义为荷载组 6 定义施工阶段 定义各施工阶段的结构组、边界组、荷载组 实用标准文案 精彩文 档 正装分析模型 为了建立施工阶段模型，首先要删除成桥阶段分析模型中的荷载组合LCB1 、2以及 单位初拉力（拉索 1 拉索 4 ）。 正装施工阶段分析模型中要输入拉索的初拉力荷载，所以要重新定义拉索初拉力 的荷载工况。 结果 / 荷载组合 荷载组合列表 名称 删除 LCB 1, LCB 2
39、 荷载 / 静力荷载工况 名称( 拉索 1 ) 名称( 拉索 4 ) 名称 (拉索初拉力) ; 类型 用户自定义荷载 说明( 正装分析初拉力) 图 35. 拉索初拉力荷载工况的定义 实用标准文案 精彩文 档 为了考虑斜拉桥拉索垂度的影响，应进行拉索的几何非线性分析。将成桥阶段分 析中使用的桁架单元修改为索单元。 模型 / 单元 / 修改单元参数 选择属性 - 单元 选择类型 单元类型 节点 ( 关) ; 单元 ( 开) ( 桁架 ) 参数类型 单元类型(开) 形式 原类型 桁架 ( 开) ; 修改为 只受拉 / 钩/ 索单元 ( 开) 索( 开) 图 36. 桁架单元转换为索单元 实用标准文案
40、 精彩文 档 定义施工阶段 首先定义各个施工阶段名称。 本例题定义了包括成桥阶段在内的13个施工阶段。 荷载 / 施工阶段分析数据 定义施工阶段 定义施工阶段 施工阶段 名称 ( Stage ) ; 后缀 ( 1to7 ) 保存结果 施工阶段 ( 开) 施工阶段 名称 ( Stage7-1 ) 保存结果 施工阶段 ( 开) 施工阶段 名称 ( Stage ) ; 后缀 ( 8to11 ) 保存结果 施工阶段 ( 开) 施工阶段 名称 ( Stage11-1 ) 保存结果 施工阶段 ( 开) 施工阶段 名称 ( Stage ) ; 后缀 ( 12to13 ) 保存结果 施工阶段 ( 开) 图 3
41、7. 施工阶段对话框 输出分析结果时， 保存每个施工阶段的 结果。 定义相同名称以序 列号定义多个施工阶 段。 实用标准文案 精彩文 档 图 38. 施工阶段对话框 图 39. 施工阶段对话框 实用标准文案 精彩文 档 图 40. 施工阶段对话框 图 41. 施工阶段对话框 实用标准文案 精彩文 档 定义结构组 将各施工阶段添加或拆除的单元定义为结构组。 首先定义结构组名称，然后将相应单元赋予给结构组。 组表单 组结构组 新建 名称 ( Stage ) ; 后缀( 1to13 ) 名称 ( 未闭合配合力 ) 图 42. 定义结构组 C 实用标准文案 精彩文 档 将各施工阶段添加或拆除的单元赋予
42、给相应结构组。 Stage 1 阶段为只有主塔部分施工完成状态。 Stage 2 阶段为边跨设置了支架的状态，Stage 3 阶段为了在中跨设置加劲梁而施 加挂篮荷载的状态，所以没有结构变化。 组 结构组 窗口选择( 图43的 ) Stage 1(拖放) 窗口选择( 图43的 ) Stage 2 (拖放) 图 43. 生成结构组 Stage 1 和结构组 Stage 2 Stage 2 拖放 Stage 1 拖放 实用标准文案 精彩文 档 组 结构组 交叉线选择( 图44的 ) Stage 4(拖放) 窗口选择( 图44的 ) Stage 5 (拖放) 图 44. 生成结构组 Stage 4
43、和结构组 Stage 5 Stage 4 拖放 Stage 5 拖放 实用标准文案 精彩文 档 组 结构组 交叉线选择( 图45的 ) Stage 6(拖放) 交叉线选择( 图45的 ) Stage 7(拖放) 图 45. 生成结构组 Stage 6 和结构组 Stage 7 Stage 6 拖放 Stage 7 拖放 实用标准文案 精彩文 档 组 结构组 窗口选择( 图46的 ) Stage 8(拖放) 交叉线选择( 图46的 ) Stage 9(拖放) 图 46. 生成结构组 Stage 8 和结构组 Stage 9 Stage 8 拖放 Stage 9 拖放 实用标准文案 精彩文 档 定
44、义合拢段添加阶段(Stage 11)的结构组。 窗口选择( 图47的) Stage 11(拖放) 图 47. 生成结构组 Stage 11 Stage 11 拖放 实用标准文案 精彩文 档 组 结构组 选择节点 : 1to6 10to12 16to21 ( 图48的 ) 选择单元 : 1to5 10to11 16to20 33to36 37to40 ( 图48的 ) 未闭合配合力(拖放) 图 48. 生成结构组（未闭合配合力组） 未闭合配合力 拖放 实用标准文案 精彩文 档 定义边界组 将各施工阶段添加或拆除的边界条件定义为边界组。 首先建立边界组名称，然后将边界条件赋予给相应边界组。 全部激
45、活 组表单 组边界组 新建 名称 ( 主塔固定端 ) 名称 ( 桥台铰支座 ) 名称 ( 主塔弹性连接 ) 名称 ( 主塔临时支座 ) 名称 ( 支架 ) 图 49. 定义边界组 C 实用标准文案 精彩文 档 将成桥阶段分析中定义的主塔固定端、桥台铰支座、主塔弹性连接、主塔临时支 座、支架等边界条件赋予给各施工阶段的边界组。 组边界组 窗口选择( 图50的 ) 主塔固定端(拖放) 选择边界类型 一般支承 (开) 组边界组 窗口选择( 图50的) 桥台铰支座(拖放) 选择边界类型 一般支承( 开) 图 50. 定义边界组 拖放 实用标准文案 精彩文 档 将主塔 弹性连接 边界条件定义为边界组。
46、删除成桥阶段分析模型中定义的弹性连接，重新定义主塔和加劲梁的弹性连接， 利用弹性连接的一般类型进行连接。 SDx : 500,000 tonf/m, SDy : 100, 000,000 tonf/m, SDz : 1,000 tonf/m SRx : 0 tonf/m, SRy : 0 tonf/m, SRz : 0 tonf/m 模型 / 边界条件 / 弹性连接 边界组名称：默认值 选项 删除 窗口选择（节点： 26，5，27，17） 模型 / 边界条件 / 弹性连接 边界组名称 主塔弹性连接 选项 添加;连接类型 一般类型 SDx (tonf/m) (500000); SDy(tonf/
47、m) (100000000); SDz(tonf/m) (1000) SRx (tonf/m) (0) ; SRy(tonf/m) (0) ; SRz(tonf/m) (0) 两点 (26,5) 两点 (27,17) 图 51. 生成主塔弹性连接 将主塔的 临时支座 的边界条件定义为边界组。 实用标准文案 精彩文 档 主塔和加劲梁的临时支座利用弹性连接的刚性来连接。 模型 / 边界条件 / 弹性连接 边界组名称 主塔临时支座 选项 添加;连接类型 刚性 两点 (26,5) 两点 (27,17) 图 52. 生成主塔临时支座 实用标准文案 精彩文 档 将支架的边界条件定义为边界组。 支架利用节点
48、弹性支承来建立。 支承条件如下： SDx : 0 tonf/m, SDy : 10, 000,000 tonf/m, SDz : 10,000,000 tonf/m SRx : 10, 000,000 tonf/m, SRy : 0 tonf/m, SRz : 10, 000,000 tonf/m 模型 / 边界条件 /节点弹性支承 窗口选择( 图53的；节点： 2, 4, 18, 20 ) 边界组名称 支架 选项 添加 SDx (tonf/m) (0) ; SDy(tonf/m) (10000000) ; SDz(tonf/m) (10000000) SRx (tonf/m) (100000
49、00) ; SRy(tonf/m) (0) ; SRz(tonf/m) (10000000) 图 53. 生成支架边界条件 选择节点 2、4 选择节点 18、 20 实用标准文案 精彩文 档 定义荷载组 将各施工阶段添加或拆除的荷载定义为相应荷载组。 本例题考虑的荷载有结构自重、二期荷载、拉索初拉力14、支座强制位移荷载 以及挂篮 13荷载。 首先建立荷载组名称，然后赋予给相应的荷载。 组表单 组 荷载组 新建 名称 ( 自重 ) 名称 ( 二期荷载 ) 名称 ( 拉索初拉力 1) 名称 ( 拉索初拉力 2) 名称 ( 拉索初拉力 3) 名称 ( 拉索初拉力 4) 名称 ( 支座强制位移 ) 名称