[PPT]迈达斯软件之张弦桁架

1、分析目的（一）在工程中已知索单元初拉力的情况下，加上其它荷载进行分析，求索单元的拉力变化及结构的变形（二）对带有索单元的结构进行反应谱分析 张弦桁架 对带有索单元的结构进行分析，一般来说，索的变形和梁、桁架单元相比要大，属于大位移，因此在分析的时候需要使用几何非线性分析（也就是大位移分析）。求解的时候需要通过迭代来进行。这就是分析目的一要做的工作，在MIDAS/Gen中通过定义几何非线性分析来进行。 但是工程中有时候也需要计算带索单元的结构在地震作用下的反应，而通过底部剪力法或者振型分解反应谱法计算地震作用，进行的是线性分析，此时需要进行小位移分析。另外索单元张拉后，带有一定的刚度，有时候为了

2、求解的简化，也可以将索单元等代成桁架单元来考虑，此时也可以进行小位移分析。这就是分析目的二要做的工作，在MIDAS/Gen中通过定义“初始荷载小位移初始单元内力”来进行。 几点参考知识 在开始学习张弦桁架的建模分析之前，先了解几点有关的知识张弦结构的形态定义根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为：（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。（2）：初始态初始

3、态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。 零状态的确定，往往还和施工的工艺情况等有关，一般采用逆迭代法，该方法的基本思路是：首先假设一个零状态的形状，然后施加索拉力，求出结构变形后的形状，将其与初始态比较，如果差别比较小，就可以认为此时的零状态就是要求的放样状态，如果差别超过一定的范围，则修正零状态，再次迭代。该状态主要是用于工厂的构件下料，所以一般在设计的时候不考虑，由钢结构加工单位考虑 。 设计的时候一般是已经求出了索单元的初拉力或者常常先直接假定一个索拉力，然后进行

4、结构在索拉力和其它荷载共同作用下的分析。所以设计中应用MIDAS/Gen程序对带索单元的结构进行分析一般是对初始态和荷载态进行分析。 索初拉力的预估 工程中一般凭设计经验估算索的初拉力，常用的有如下几种： 1）索控制应力取应变值为0.00150.00175时的应力值； 2）索控制应力直接取0.53倍的强度标准值，或有效应力的0.13倍 ； 注意索的初拉力还要满足有关规范、规程的要求，例如点支式幕墙规程（CECS 1272001）规定：索的挠度应控制在跨度的1/300以内；索的拉力不大于最小整索的破断拉力的1/2.5。 首先把索单元变成桁架单元，利用“初始荷载小位移初始荷载控制数据” ，添加“初

5、始内力组合”，一般工程中考虑索拉力和自重平衡的时候为初始态，所以可以选择自重荷载工况。利用小位移分析，可以在“结果分析结果表格初始单元内力”中得到索单元的拉力。 然后将表格中“初始单元内力”的索单元内力值作为索的初拉力，使用大位移分析，看看自重作用下，结构的变形是否接近0，如果不接近0，则调整索单元的初拉力，一般反复试算几次，即可得到索单元的初拉力值。利用MIDAS/Gen试算索中初拉力的一种方法：（仅供参考）操作步骤对于第一种分析-打开建好的张弦桁架模型、输入其它荷载-输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉） -定义几何非线性分析控制数据-运行结构分析-查看结果对于第二种分析-打开建好的张弦

6、桁架模型-添加各类荷载、设定反应谱及工况-使用小位移输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉）-运行结构分析-查看有关结果 分析模型与荷载工况 模型透视图模型立面图输入各种荷载 自重、屋面恒、活荷载的输入同其它分析的输入。由荷载组合建立荷载工况 需要查看几种荷载按一定的方式进行荷载组合作用后的结果，必须将该荷载组合作为一个工况进行非线性分析，查看该工况的结果。MIDAS/Gen中可以通过“荷载由荷载组合建立荷载工况”将某一荷载组合生成一种荷载工况，再利用该工况进行分析。添加索单元的初拉力 在MIDAS/Gen中，进行几何非线性分析（大位移）分析时，给索单元加初拉力的方法有三种： 1、荷载初始荷载

7、大位移几何刚度初始荷载 2、在建立单元的时候，“单元类型”选择为索单元时，使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力” 3、 荷载预应力荷载初拉力荷载 方法一施加的初拉力相当于内力。这可以用以下两点来理解：一是该力不属于任何荷载工况。在查看某一荷载工况下的索单元内力时，显示的数值为该荷载工况作用下索单元内力和索中初拉力两者的合力。二是它只作用在施加了力的索单元上，在分析时该方法加的初拉力只影响索单元的刚度，不会对结构中其它构件产生内力或者位移。（添加一个空工况，即只给工况类型，不添加任何属于该类型的荷载值，分析后可以看到空工况作用下结构中不产生位移，只有索单元有内力，其余构件的内力为零。） 几何

8、刚度初始荷载提供的是刚度，而不是外力。可以这样理解，在进行几何非线性分析的时候，索其实相当于桁架，只是在每一步迭代时，索单元内的拉力会不断变化，索单元的刚度也在不断变化，索单元就好比是一根截面在不断变化的桁架单元。方法二、三施加的初拉力相当于外力。它们的共同点是都会对结构中的其它构件产生影响，带来位移及内力。但是两者又有不同，最主要的不同是：建立索单元的时候添加的初拉力，既是外力，同时还影响索单元在计算时候的初始刚度；而使用“初拉力荷载”添加的初拉力，只是外力，不影响索单元在计算时候的初始刚度。另外二者还有以下的不同：方法二施加的初拉力，不需要设定为荷载工况，在计算后，查看某工况下的结构内力时

9、，得到的结果是该工况和初拉力共同作用的结果。（可以在模型中添加一个空工况，分析后可以看到该工况下，结构中会产生位移，除了索单元有内力外，其余构件也会有内力）。在分析时该方法加的初拉力既影响索单元的初始刚度，又对其它构件产生内力。 工程中，如果需要模拟张拉索单元后，考虑其它构件中也带有内力的情况，可以使用该方法添加初拉力，然后可以进行结构在其它工况的荷载作用下的非线性分析。 方法三需要设定初拉力为某一荷载工况，当需要查看另外一个工况和初拉力共同作用的结果时，要将二者放在同一个工况内，进行非线性分析。在需要考虑施工过程（例如分批张拉索单元）的时候，可以采用这种方法施加初拉力并设定施工阶段进行分析。

10、MIDAS/Gen施工阶段的定义可参加相关例题。设定非线性分析控制数据 如果不定义“非线性分析荷载工况”，则“计算方法”中设定的参数对所有工况都适用。添加“非线性分析荷载工况”，则对该工况使用单独设定的计算方法及加载步骤数量，其余的荷载工况使用“计算方法”中设定的参数。运行分析并查看结果 运行分析后，注意信息窗口里面的提示，如果有不收敛，如图5所示，需要调整“非线性分析控制数据”里面的有关参数。以图形方式显示索单元的位移 以图形方式显示索单元的内力 以表格方式显示索单元的内力 以表格方式显示索单元的信息 对带有索单元的结构进行反应谱分析索单元拉力的添加 在对带有索单元的结构进行反应谱分析的时候，注意到反