MIDAS悬索桥建模常见问题论坛讨论

1、最近正在做论文，是一个自锚式悬索桥的实例，用MIDAS来建模。遇到的问题是：1.现在已知成桥时吊杆的索力和主缆的坐标，想要模拟出成桥时的状态，在进行分析。可是我按照建模助手建出来的模型在进行精确分析时，会出现错误提示，说某个主缆或者吊杆出现不正常拉力，很是郁闷，不知道为什么？2.所以我直接就把成桥时候的线型手动输入了进去，然后就看吊杆拉力是否和图纸上的一致。可是怎么也是差一些，大约在100KN左右，不知道是为什么。我没定义节点更新和垂点，因为线性不需要修改了，只要索力能够复合就行。我在一次成桥施工阶段看了位移，很小，符合要求，就是吊杆索力不对，不知道为什么？希望做过这方面例子的高手不要吝惜，花

2、几分钟的时间告诉小弟如何解决问题，小弟将不胜感激，因为时间比较紧了，所以比较着急！还没有解决呢，问题还是吊杆的拉力不对，而且中间的两根特别的大，不知道怎么调整了，郁闷中！我也碰到这种情况，后来检查时约束修改后，没有加刚性约束造成的，修改后就可以计算了本人用MIDAS做了一个悬索桥成桥线形分析(选了分析里面的悬索桥分析控制),计算出来的结构出现错误 单元 数据(号:55)内有错误。(项目:索的Lu/L(0.5 1.5) 请高手帮忙指教,不知道错在什么地方?谢谢我以前也做过一个悬索桥的计算,过程中好象出过这样的问题,后来修改了边界条件以后就可以了,你出的这个问题我想是定义的索单元出现的承受压力的情

3、况我把截面改后这个问题就过了，具体怎么回事，我也不知道，还请高手指点！Lu/L好像是索的直线长度比上不张拉(unstrainded lenghth)的长度，在建立单元的时候选择索单元，图中就有解释了！此精确分析是为了找到结构的最佳初始平衡状态而反复计算的过程，且结构内力也是反复被更新。在此过程不能使用弹性支承（Spring Support）。如果必须要使用弹性支承（Spring Support），则建议使用弹性连接单元。步骤五：正装分析，需要步骤四倒拆分析而得的最后施工阶段的单元内力结果，转换为几何初始刚度输入步骤五的正装模型的第一个施工阶段中。1、频频出现在Midas技术资料的热门字眼“初始

4、几何刚度”其实作用非常小，在步骤三、步骤四种均可删去，即使保留“初始几何刚度”，在步骤三中不起作用，在步骤四中不会随着倒拆的进行而发生更新。即只要涉及线性分析，“初始内力”就可独当一面。2、结论1并不代表“初始几何刚度”这个计算参数就无意义，或者其功能作用完全可以被“初始内力”所代替。因为可以看出，在步骤五正装分析中，施工阶段+不考虑平衡内力+独立模型的非线性分析过程中，“初始几何刚度”会随着荷载的作用而发生改变，并且几何坐标也随着更新。这个时候，“初始几何刚度”才体现出重要性和唯一性。3、“初始几何刚度”和“初始内力”的区别参照结论2。和兄，看了你几个帖子，深受启发，最近在做一预应力混凝土主

5、梁的悬索桥，由于刚接触midas，对其不是很了解，不过经过摸索，基本能计算，现在唯一的问题就是主梁预应力筋怎么考虑？我是用手动建模方法 第一步，按照设计院给出的成桥坐标进行建模 第二步，定义好的更新点组和垂点组，进行了“悬索桥分析控制重新精确计算线形”，基本达到要求可预应力筋不能在“悬索桥分析控制”计算，那后面对其怎么计算？想问一下几个问题，手动建立了的悬索桥模型，应该是直接进入到第二步骤了对不？那么，在一步骤中计算出的几何初始刚度和初始内力，怎么计算啊？在正确进行完第二步后,就有几何初始刚度和初始内力了请问楼主 运行完建模助手，修改模型，设置悬索桥分析控制之后，进行分析，是要连续在同一模型分

6、析几次么？还有如果要计算索鞍预偏量，是将桥塔顶点与主缆顶点之间设弹性连接么？弹性连接的刚度在桥梁纵向是完全自由的还是一个有限刚度？我用完全自由的计算好像不收敛，如是限刚度应该设多大呢？请指教！和无才兄: 我已知地锚式悬索桥的跨度,垂跨比,桥面荷载等基本设计参数,用悬索桥建模助手建立模型后,得出主缆各吊杆处的坐标.我现在要求主缆的下料长度,应该怎么办呢,在整个分析过程中,那一个阶段能求出主缆的无应力长度? 谢谢!标题中两种建模方式的差别只是在第一步： 利用“悬索桥建模助手”建立成桥模型就是MIDAS资料使用悬索桥分析控制功能时的注意事项所述的方法，第一步：利用悬索桥建模助手建立模型，第二步也需要

7、修改模型，分析>悬索桥分析控制重新精确计算线形； “手动建模”第一步：直接按照成桥坐标手动建立全桥模型，第二步仍需要分析>悬索桥分析控制重新精确计算线形 * 暑假期间正好赶上一个自锚式悬索桥的项目，趁此机会我就把两种建模方式都做验证了一遍，并对计算结果进行了比较分析。现给出两种建模方式的步骤，以飨读者，并作抛砖引玉之用，希望更多的人参与到自锚式悬索桥的讨论中。 * “悬索桥建模助手”方法: 第一步，按照图1所示中的参数，建立成桥模型。初步成桥模型第二步，修改模型，如图所示。写到这里，不得不对MIDAS建模界面的友好称赞一下。修改模型这一步只用去了半个小时就全部搞定。扩展单元、复制这

8、些功能极其好用。第三步，利用定义好的更新点组和垂点组，进行“悬索桥分析控制重新精确计算线形”。个人认为，自锚式悬索桥的更新点不应该包括主梁锚固处的起点和终点，因此排除在外，如图所示。“手动建模”方法 第一步，直接按照设计院给出的成桥坐标进行全桥模型建模 第二步，定义好的更新点组和垂点组，进行“悬索桥分析控制重新精确计算线形” 由于两侧塔高不一样高，因此，第一种方法最终的精确的初始平衡状态的坐标更新较大，且在纵向并不对称，如图所示 而第二种方法建模后，坐标更新极小，几乎为0，如右图所示。由此推断，设计院给出的成桥坐标也可能是用MIDAS分析出来的 在悬索桥分析控制中选择的荷载，最好放在同一个荷载

9、工况内检验通过悬索桥分析控制得到的索力是否满意，可通过定义一个施工阶段来检验。步骤如下： a. 将所有的单元和节点定义为一个结构组、将所有的边界条件(一般支承、弹性连接、刚性连接)定义为一个边界组，将悬索桥分析控制中使用的荷载定义为一个荷载组，将定义的这些组在CS1中激活。 b. 在施工阶段分析控制中，设置如下图的选项。 c. 检查施工阶段CS1的位移和加劲梁弯矩，查看是否满足成桥状态设计要求。 d. 有关悬索桥分析和几何非线性分析还请参见网站上其他的相关资料。 结论： 可以这么说，“悬索桥建模助手”用于自锚式悬索桥的初步设计阶段，其精度和效率还是很高的。而手动建模方法能有效用于复核检查，尤其

10、是委托方已经给出成桥坐标的情况下。如何用midas建立自锚式悬索桥模型？midas的悬索桥建模助手好像只能见地锚式悬索桥，现在想建自锚式的，用midas的索单元如何建模呢？我用cable单元建了个经典算例的模型，即一根无应力索长为100米的索，一端固定（坐标0，0，90），另一端从（0，0，30）沿水平线移动到（100，0，30），且升温100度，线膨胀系数为6.5e-6，弹性模量为3e7KN/m2,面积为1m2,单位长度重量10kn.求任意位置时索端水平及竖直分力大小。（2004年）用ansys建立吧，现在midas还没有这个功能，不用建模助手自己建立模型是可以的，不过不能调成桥状态，只能用

11、其他软件调出成桥状态后再将成桥索力导入midas成为几何刚度，所以midas模型只能在别的软件的帮助下建立成桥模型，而且还只能用于活载、屈曲、抗震等成桥后期的计算。总而言之，它不能自己调出成桥、不能模拟施工张拉吊杆的过程，只能算成桥以后的情况。所以建议还是暂时不要用midas做自锚式吊桥新版本也就是版本已经可以了，建模助手里面考虑了自锚式悬索桥的计算，决定自锚式悬索桥形状的精确分析一般分为两个阶段。确定整体结构形成前状态(无应力索长状态)，第二个阶段确定包含加劲梁、索塔墩等全部结构体系形成后的状态。悬索桥建模助手用于前面所述的确定整体结构形成前状态(无应力索长状态)的程序，建模助手内部又经历了

12、两个步骤的分析过程。第一个步骤使用Ohtsuki博士的简化计算方法进行简化的初始平衡分析，在此阶段通过输入的加劲梁的均布荷载和Y、Z方向的垂度确定主缆的水平力和其三维坐标。第二个步骤为精确的初始平衡分析阶段，是使用前一步骤得到的主缆坐标和水平张力，通过非线性分析计算准确的索无应力长状态。 有建过模型计算的么？由于没有看懂，现在是无从下手了，索是怎么就锚在梁上的呢？只是通过坐标一致？对于建模计算而言，只要主梁与主缆在锚固处共用节点就可以了，但就画图结构考虑而言，必须考虑梁缆锚固的处理。推荐一本书，张哲编混凝土自锚式悬索桥，书后有几个例子，可以借鉴一下。我在进行手动建立独塔自锚式悬索桥建模时，遇到

13、了一些问题。恳请高手帮助 （我的目的是对ansys的计算结果进行复核。因此悬索桥的线型以及主缆内力均为已知。Midas中我将主缆、吊杆用索单元模拟） 1、建模思路是不是应该这样 首先将估计的成桥状态主缆、吊杆的轴力以单元初始力的形式赋予单对结构进行非线性分析，然后观察主缆、吊杆的内力，看其是否和给定单元的初始力十分接近（误差在千分之己左右）。如果误差不满足，则改变单元初始力，重新计算。（另误差很小的时候，是不是主缆的位移也比较小呢？或者说可否从位移上判断成桥状态）当误差满足要求时，将得到的单元内力作为几何刚度初始荷载，再进行成桥状态的其他分析。 2、我按照上述的方法将ansys计算得到的成桥状

14、态主缆、吊杆内力以单元初始内力的形式赋予单元，然后进行非线性分析，按道理讲，此时结果的主缆吊杆的内力应该和初始力十分接近才对，可是我得到的内力结果误差很大，位移也不能满足要求。我多次改变初始内力值，发现初始力和计算结果始终有一个比例关系，而二者之差无法收敛。 3、悬索桥分析分析控制选项 由于无法实现预期效果。我想通过该模型进行悬索桥分析控制，由于模型的主缆已经为成桥状态的线型，因此，我将主缆上所有的点都定义为垂点（不让其有位移）。然后进行分析，发现个别索单元有Y方向的位移。计算得到的内力与ansys的计算结果误差很大。不知道为什么。你可以先把索单元改为桁架单元，然后做静力分析，初步判断一下变形

15、是不是很大，然后利用变形量，更新一下节点坐标。重复做几次。然后把改回索单元，且把内力值作为出拉力赋予给索单元，对于相同荷载做非线性分析，再看位移是否很大，更新坐标。重复做几次，之至达到很小误差范围内。 MIDAS的悬索桥分析控制功能，就是程序自动给您找出，相应荷载作用下的平衡条件。此时，你不能将所有的点都作为垂点。对于单塔，随便找个锚固点作为垂点即可。其他索上的节点都需要更新，给你找出，满足你条件的索力和坐标。 然后，你把计算结果，用ANSYS符合一下。我现在也使用计算一独塔式悬索桥，一端自锚，一端地锚，所以建模助手无法使用。按照二楼的思路，我也试验过，但问题的实质是：已知成桥线形和内力，只需

16、用复核。我也是在寻找一组初拉力，使得在给定的线形下，在初拉力和恒载作用下，主缆和加紧梁位移基本为零。但不幸也遇到了一楼所说的问题。另外，我感觉中的初拉力和中的有所不同。感觉还是对程序不是很了解。悬索桥的特点是自重和大部分施工荷载主要由主缆来承担。特别是成桥后在恒载作用下主缆和吊杆的张力、桥形应与设计目标一致。悬索桥的主缆是变形性很大的承重构件，施工过程中主缆和加劲梁的几何形状变化非常大，所以进行悬索桥设计时，为了做考虑几何非线性的倒拆分析还需要做自重荷载下的初始平衡状态分析。 在MIDAS软件中，悬索桥的建模有建模助手，但是在建模助手中简单的输入参数无法与真实的结构接近。但是直接建模又面临初始

17、平衡状态的确定问题。同时悬索桥的分析较复杂，特别是施工阶段分析非线性特性十分显著，建模中单元的模拟、边界条件的模拟、刚臂等单元的运用非常复杂。楼主提出的是个好问题，你的意思是如何用MIDAS软件进行悬索桥主缆线形分析，也就是从空缆状态（所谓的初始平衡状态）到成桥状态（自重二横加上后的状态），采用倒拆分析。因为本人以前也是稍微接触过悬索桥的主缆，提出相关建议，不对之处，讨论指证： 1.应该注意到悬索桥在这两个状态下的线形问题，在空缆状态下是悬链线，而在成桥状态下是吊杆处节点力 作用下的分段悬链线； 2.可以根据悬索桥中的已知参数（跨度、矢跨比、成桥下的吊杆力）利用程序编辑出两种状态下的主缆线形，

18、并与有限元模型结合起来进行计算； 3.特别注意边界条件的模拟（象楼主说的是比较麻烦的一个地方），主要是索鞍位置的模拟，因为在两种状态下索鞍位置要发生变化。 本人曾经用ANSYS进行过成桥状态的索形分析，没有针对两种状态下线形的变化分析，也没有利用MIDAS进行分析过。希望继续如楼主进行讨论，共同提高。:)rank兄，请教一下： 1、在ansys中进行悬索桥的成桥状态分析，是不是先按照自重作用下的成桥状态的线形建立有限元模型，并且把索和吊杆的初始拉力加到有限单元中进行计算分析的呢？ 2、你的成桥状态线形是如何确定的呢，就是按照设计图上的线形吗？一般设计图上给出的几何形状是不是自重作用下的线形？

19、3、好像我们一般说的“初始平衡状态”指的是自重作用下的状态，而不是空缆状态，不知对否，请指教！bridgelyx台，我先回答你最后个问题，可能我误解了你在顶楼提出的问题，你所说的倒拆分析以及自重作用下的初始平衡状态不是指我认为的空缆状态么，也就是主缆自重作用下的状态？对于第一二个问题，我这么看的，不一定正确，希望高手们指正。主缆线形施工时，图纸一般都会分别给出空缆线形和成桥线形。我所计算的成桥线形是根据分段悬链线解析法编程计算初始吊杆力下的线形，当然控制在图纸给的成桥线形坐标位置，经过多次迭代满足精度要求。其中初始吊杆力可以类似的利用斜拉桥计算理论中刚性连续梁零位移法算出。所编程序可以给出成桥

20、状态下各个杆系的索力，从而可以附上模型中的应力。这样正是你第一个问题，把应力加到模型中，当然此时已经很精确了。另外，也可以直接从抛物线坐标利用有限元模型迭代到成桥状态，这个方法ansys在桥梁工程中的应用有讲过，你可以参考下。悬索桥在成桥状态下处于结构自重平衡状态，这个状态才是悬索桥的初始平衡状态。直接建模就要进行非线性分析，不断更新节点坐标和索单元除拉力（定义索单元时输入的）来求平衡状态。我以前做过主跨580米的一座桥的施工监控,计算程序是单位开发的,我也参与了其中的部分工作,由于悬索桥是典型的大位移小变形结构,非线性很强,主缆是主要承重结构,承担80%以上荷载,对悬索桥施工过程线性控制很关

21、键,我们是分三步模拟:第一部,成桥阶段模拟,这是整个控制的基础,由于成桥阶段,恒载很大,主缆线性近似与二次抛物线,从设计图纸,我们跨径有了,矢高有了,可以求出二次抛物线方程,初始水平力,边跨也有同样方法,求出边跨主缆方程,再更根据边跨和主跨水平力相等进行修正,最终可以得到和实际比较接近的线形,模拟成桥线性的目的是计算索的无应力长度.由于悬索桥再施工过程中,线形一直在变只有,一个东西不变,就是吊杆之间主缆无应力长度不变.第二步计算空缆线形,这是施工控制的关键,空缆状态主缆是悬连线,我们可以,通过成桥阶段无应力长度,推出空缆状态的方程.第三步,每个吊装阶段的线形跟踪分析,由空缆的初始状态,根据每个

22、吊杆节点处力的平衡,可以计算处每个阶段的线形.最终我们通过这种方法,成功的完成了这座大桥的监控,情况良好,每个阶段,计算值和实测值很吻合. 具体在midas怎么模拟我还不太清楚,我只是按照我们以前自己程序的考虑和大家共勉.liling197925 说的是用解析法算主缆的线形，这个程序我也编过，算出来的结果比较精确，在解析法里面最好还要主缆的自重约束方程，主缆的集度随着施工是不断的变化的，。 midas是先用建模助手把成桥的初始线形定出来，通过精确修改好模型后再进行悬索桥分析控制，将成桥各主缆吊点精确定出来，这时候系统会自动给成桥下主缆赋予几何刚度，然后用倒拆法可以得到空缆的几何线形了！mida

23、s官网有资料表明在用midas做悬索桥活载分析时，程序会自动将索单元等效为行架单元来分析。此时小位移/初始单元内力起作用。 我在作斜拉桥活载分析（没做施工阶段分析）时有几点不明： 1，小位移/初始单元内力中考虑了自重和二期恒载的影响，如果我使用“初始荷载控制数据”中的“给单元添加初始内力”至荷载工矿1（该工况为事先定义好的空工况，为说明方便，工况名称暂且称为1），那么活载分析完成后，查看结果时查看荷载组合：“1+活”？ 2，如果不使用“初始荷载控制数据”，查看结果时查看荷载组合：“自重+二期+活载”会与真实结果有何差别？悬索桥的成桥平衡状态，是索的拉力和自重、二期荷载共同作用下的平衡状态（位移

24、为0的状态）。移动荷载需要线性分析，所以把初始单元内力作为成桥刚度，做小位移分析。 此时如果想看，自重+二期荷载+移动荷载共同作用下的变形的话，只看移动荷载工况的结果即可。但是需要看内力的话，就需要将初始单元内力添加给单元后查看。 对于你说的第二种方法是错误的。因为自重以及二期荷载的产生的内力是通过非线性分析求得的内力。按照你的方法做的话，位移结果里就重复考虑了自重和二期荷载，内力结果也不对了。 初始单元内力就是真正自重和二期荷载通过非线性分析出来的内力结果。要计算空缆线形，应该先计算得到成桥线形和索鞍间的无应力长度。对于一般的悬索桥，主缆两端锚固点间距离保持不变，而对于自锚式悬索桥，由于主缆

25、两端锚于梁端，在主缆水平力的作用下，主梁会因弹性压缩变短，从而引起了锚固点之间距离的变化，进而影响主缆线形。主梁的弹性压缩是由成桥和空缆两种状态决定的，其取值又影响空缆状态，因此需要采用迭代逼近的方法求解，使最终取求得的空缆线形与假定参数相一致，即由空缆或成桥两种状态计算出的参数值与上次求得的参数值之差在给定的范围内，反复迭代计算得到最后的理想结果。另外附件是两篇有关自锚式悬索桥主缆线形计算方法的论文。最近在用midas做一个自锚悬索桥的分析，初次计算这种带柔性索的结构，有若干问题向大家请教。 1 自锚式悬索桥成桥模型的建立过程是怎样的？ 参考了midas的若干文献，但苦于没有算例，对自己采用

26、的计算步骤没有把握。 是否是这样的步骤：（1）使用悬索桥建模助手，通过输入吊杆的力，获得特定边界条件下（即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理）主缆的形状以及主缆吊杆的内力。 建模助手的功能中虽然要求输入主梁的截面及材料，但主梁的刚度在该计算中并没有被纳入到总体刚度矩阵中参与计算。这个部分的主要目的就是初步寻找主缆的形状，为步骤（3）做准备。 （2）在由（1）形成的基本模型的基础上进行模型的调整，如边界条件的修改，对自锚式悬索桥需要将主缆的刚性支承取消，而使主缆与主梁刚性连接；主梁上支座的模拟，等等。 （3）使用分析主菜单中的悬索桥分析控制功能，选择自重工况进行迭代分析。这个步骤的分析

27、是将修改后的模型进行全桥的非线性分析，寻找成桥的平衡状态，最终得到成桥的主缆线型（由主缆上各节点的坐标可以确定）；主缆以及吊杆的内力，无应力索长；主梁以及塔的内力计算结果。内力计算结果均是以几何初始刚度的形式在分析数据里查得。 是否经过这三个步骤就可以得到自锚式悬索桥得成桥状态？以上的理解是否正确？ 还望高手批评指正？ 2 如何查看悬索桥成桥的内力图？ 各人认为由于悬索桥几何非线性特性，其建模过程也与一般桥梁的建模过程不同（首先分析成桥状态，分析过程见1），是不能像一般桥型直接通过自重这种工况来查看成桥恒载内力计算结果的。是否是在初始荷载控制数据中将初始单元内力赋给某一荷载工况，然后计算分析，

28、在后处理中选择该荷载工况的内力图也即成桥时的内力。 这是目前分析下恒载弯矩计算的结果（见下图）。对自锚式悬索桥的弯矩形式没有概念，很难把握其正确性，还请高手指点判断一下。 我觉得你计算的恒载下主梁的弯矩图不太理想，理由就是该桥主梁可以看成弹性地基梁受力模式，故其弯矩图不应该是图中连续梁的模式。原因可能是模型中吊杆的初始力设置的不太合理造成的。现在6.71有悬索桥分析功能，可以用于手动建模，来精确确定初始平衡状态。塔与主缆的连接可以根据不同的分析目的来确定，如果只是分析成桥状态，可以用弹性连接的刚接。如果做施工阶段分析，由于有主索鞍的预偏量，主索鞍处设刚性连接去掉X方向约束即可。小弟初学MIDA

29、S，有许多地方不懂，先就在MIDAS中的单跨悬索桥的建模问题请教各位，好像在MIDAS中用建模助手不能直接建单跨的悬索桥，试过先建三跨，然后删除边跨，但是感觉这样的话，几何刚度初始荷载就不对了，因为它是用建模助手是软件自动生成的嘛，所以想请问一下，该怎样才能建出单跨的模型。谢谢！你可以把边跨的主梁的自重设为0，把吊杆自重也设为0，这样就相当与边跨的缆索不承受桥面的荷载，即该悬索桥只有中间跨midas里面有自锚式的建模助手，还有韩国永宗桥的说明，但是个人感觉如果是搞自锚式悬索桥，还是要手动建模的好，这样好多东西容易控制。最近做了斜拉桥的分析才发现弹性连接里面的刚性连接是不能随便乱用的。如果没有经

30、过叠代计算，两者之间可以达到相同的效果；但是如果经过叠代的话，弹性连接里的刚性连接相当于有限元求解里的乘大数法的作用，就会在计算时不能收敛，midas就会报错，而刚性连接里面的刚体则能够避免这个问题的出现。归纳一下大家的看法，在midas中，弹性连接的刚接就是形成刚臂单元（由于刚臂用来模拟共节点但不同坐标，可以认为同编号的节点间形成了一个刚臂单元），主要用来模拟墩梁固结位置和同位置左右截面不同的情况。在这里我有一个小问题就是，为什么midas中将墩梁固结处应本共节点的位置设置成两个节点，可能是程序中不像平面程序共节点之间自动形成刚臂，不过计算结果应该是一样的，因为在有限元分析中，都应该是加入一个A矩阵来处理的，只是midas中需要指定刚臂。而主从约束，是对于两个节点而言的，顾名思义主要是模拟两个节点自由度之间的关系，在有限元分析中，增加一个自由度方向上的主从约束关系相当于增加一个约束方程，在实际计算中采用充0置1法，也就说，主从自由度改变了总刚的阶数，只是为了计算方便，才保留原结构的刚度矩阵阶数不变，这是两者分析上的不同。而且刚臂位置是一个单元，象manifold兄说的，有个距离，因此存在二次弯矩，而主从约束一般是同一个位置的两个节点。所谓主从约束，是老的FEM软件里的说法，是指两个或多个节点在特定自由度上其总体矩阵（刚度、质量、荷载）取相同的编号。 主从约束和刚臂有很