斜拉桥模型分析

斜拉桥的模型分析第一章建模综述1.1MidasCivil简介本次建模分析采用MidasCivil软件，MidasCivil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MidasCivil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。1.2斜拉桥简介斜拉桥是塔、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。1.3建模基本步骤（1)利用斜拉桥建模助手生成斜拉桥二维索塔模型,并扩建为三维模型；（2)建立主梁横向系,并生成索塔与桥墩上的主梁支座；（3)输入边界条件；（4)输入荷载及荷载条件；（5)利用未知荷载系数功能计算拉索初拉力；（6)施工阶段分析计算；桥梁基本数据输入桥梁基本数据输入MidasCivil基本参数输入MidasCivil基本参数输入荷载及荷载条件选取荷载及荷载条件选取定义材料及截面特性参数值定义材料及截面特性参数值节点选取，生成单元，建立成桥阶段模型节点选取，生成单元，建立成桥阶段模型生成模型添加荷载生成模型添加荷载进行分析计算进行分析计算图1桥梁模型建立流程图第二章斜拉桥模型基本参数选取2.1斜拉桥基本数据表1斜拉桥基本数据桥梁等级桥梁长度桥面宽度车道数桥梁形式一级420m15.6m双向两车道三跨连续斜拉桥图1斜拉桥示意图2.2斜拉桥材料特性值对斜拉桥不同部位材料参数基本信息进行选取。本次模型分析主要选取拉索、桥梁主塔、桥梁索塔、主梁横系梁、索塔横梁、加劲梁等部位纳入分析体系。选取材料的弹性模量、泊松比、容重等参数，如表2。在材料对话框中输入如下参数。表2斜拉桥材料信息参数项目弹性模量（tonf/m²)泊松比容重（tonf/m²)拉索2.0×1070.37.85主梁2.1×1070.37.85索塔2.0×1050.172.5主梁横系梁2.0×1070.37.85索塔横梁2.0×1050.172.5加劲梁2.0×1050.37.85·2.3斜拉桥截面特性值在截面特性对话框下输入如下参数。表3斜拉桥截面属性参数项目Area(m²)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)拉索0.0418000主梁0.39020.00700.15774.7620索塔0.16910.15400.14500.1143主梁横系梁0.53950.43990.13163.2667索塔横梁0.10460.15400.10800.0913加劲梁0.53950.43990.13163.26672.4荷载作用荷载作用可以分为可变作用和永久作用，在建立模型中需要分别进行设定。2.4.1永久作用对于斜拉桥，永久作用主要指桥梁自重。自重系数选取1。二期恒载包括桥面上路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等。人行道荷载设为恒载。其中二期恒载为18.6KN/m，人行道荷载为6.2KN/m。2.4.2可变作用桥梁模型设为双车道，采用中国城市桥梁荷载（CJJ77-98），车轮间距1.8m，采用公路I级车道荷载，取值按照JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》规定选取。第三章模型建立斜拉桥模型建立的步骤如下：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3.1斜拉桥三维模型在建立各部分模型时，首先建立节点，然后拓展单元，分别拓展为梁单元，建立主梁和主塔，在此过程中分别设定材料、截面、生成模式、距离等。利用建立桁架单元建立拉索，设定材料、节点连接等。生成后的斜拉桥三维模型的如图2所示。图2斜拉桥三维模型消隐后的斜拉桥3D模型如下图：图3斜拉桥消隐模型图4斜拉桥拉索布置（正视图）图5斜拉桥拉索布置（俯视图）第四章斜拉桥静力荷载工况与荷载组合情况4.1荷载工况斜拉桥静力荷载工况见图6。图6斜拉桥静力荷载工况4.2荷载组合荷载组合情况如图7。图7斜拉桥荷载组合第五章斜拉桥模型施加荷载并设定边界条件5.1斜拉桥人行道荷载图8人行道荷载（KN/m）5.2斜拉桥二期恒载图9斜拉桥二期恒荷载（KN/m）5.3斜拉桥拉索初拉力图10拉索初应力（KN/m）拉索共80根，每一根拉索初拉力为9.8KN/m。5.4斜拉桥的边界条件斜拉桥支座和索塔采用采用弹性连接。斜拉桥桥面采用刚性连接。图11斜拉桥支座和索塔底采用弹性连接弹性连弹性连接图12连接方式选择图13斜拉桥桥面采用刚性连接刚性连接图14刚性连接进行设置刚性连接边界条件边界条件图15边界条件设定第六章对斜拉桥受力及变形状况进行数值分析6.1查看悬索桥的反力图16斜拉桥反力可以看出反力的作用点分别作用到桥梁支座底端，索塔的底部。6.2斜拉桥的位移变形图17斜拉桥的位移变形6.3斜拉桥的内力和应力分析图18斜拉桥桁架单元内力图图19斜拉桥梁单元内力图图20斜拉桥桁架单元应力图图21斜拉桥梁单元应力图第七章结论本次的建模分析采用的是对斜拉桥的正装分析。斜拉桥是一种高次超静定结构，其自重引起的内力和变形可以通过调整拉索的张拉力而人为地进行调整。在建模时，拉索的初应力的不同，对斜拉桥结构受力状态会产生关键影响，所以可以通过调整索力来调整结构应力和变形。对在斜拉索锚固之后施加的荷载而言，拉索是以其张力作为外荷载的形式作用在主梁和索塔上的。本次分析只是进行了最初步的运用，对于斜拉桥还可以运用MidasCivil进行如下分析。对于斜拉桥，还可以进行施工阶段的分析，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，且施工阶段的的结构体系相较于成桥阶段更不稳定，所以需要对施工阶段进行分析。通过正装施工阶段分析可以验算施工中产生的应力、检查施工顺序、可施工性等，从而找出最佳的施工方案。施工阶段分析可以将计算时间从施工开始到竣工后收缩徐变完成划分为若干个施工阶段，每一阶段划分为若干时间间隔。以施工阶段的起止时间、结构体系转换的时间、加载或卸载的时刻，作为每个阶段与时间间隔的分界点。在每个时间间隔，对当时已形成的结构进行一次全面分析，求出该时间间隔内产生的全部节点的位移增量和节点力增量，该增量与本时间间隔开始时的位移或节点力值相加，即得到本时间间隔终了时的节点位移及节点力状态。这样按工顺序先后依次计算，逐步累计，即可得到结构在各个施工阶段或使用阶段的内力和变形状态。由于时间和能力原因，我只是对斜拉桥成桥阶段进行了初步的简单建模，并进行了受力和位移分析，后续工作需要通过以后慢慢研究学习继续进行。第八章总结体会这次的建模作业是一个很好的自我提升的机会，通过这次作业，我自学了Midas的一些基本操作，可以进行一些常见简单结构的模型建立和内力及变形分析，这是一次很好的锻炼机会，将会对以后的学习、科研以及工作起到很好的作用。同时通过学习Midas软件，大大加深了我对有限元相关知识的理解。这次建模练习，我主要是参照教程上的步骤进行，但是还是有许多因素没有考虑在内，比如材料参数的选取，截面参数的选取，支座连接方式的选取以及其他规范中的相关规定，这些因素在建模练习中只是比葫芦画瓢，不能够很好理解其意义，如果将来