civil 求解空間索面懸索橋平衡狀態  

midas Civil

midas Civil是橋梁領域通用結構分析及設計系統，它具有直觀的操作界面，并且采用了尖端的計算機顯示技術。midas Civil集成了靜力分析、動力分析、幾何非線性分析、屈曲分析、移動荷載分析、PSC橋分析、懸索橋分析、水化熱分析等分析設計功能。

具體問題：

利用Civil求解空間索面懸索橋平衡狀態

解決方法：

一、利用建模助手建立初始模型

本題為雙塔三跨空間索面地錨式懸索橋，跨徑組合為112.5m+300m+112.5m=225m，單跨的吊桿間距為9@12.5m，中跨吊桿間距為24@12.5m，該橋加勁梁自重為95.58kN/m，橋面二期為26.5kN/m，故橋面系恒載為122.08kN/m。

定義建模助手文件數據如圖1所示：

圖1 懸索橋建模助手數據定義示意圖

注意：

1） 橋面系荷載為梁體自重+二期恒載的總和，此處一定要準確輸入；

2） B點的橫坐標，主要定義的主塔上主纜的橫橋向偏移量，本例題中主塔上索鞍的間距為8m，故B點橫坐標為（28-8）/2=10m；

3） 準確輸入吊桿的間距，程序會自動生成空間吊桿坐標；

最后形成初始模型如圖2和圖3所示：

圖2 初始模型三維軸測圖

圖3 初始模型俯視圖

二、修改模型進行精確平衡分析

由于生成模型，邊跨主纜的橫向間距與中跨主纜的間距相同，而實際橋面邊跨的主纜間距更大，為32m，因此需要修改邊跨主纜的坐標，而后再補充定義主塔處的主梁單元，最后定義二期恒載及懸索橋分析控制數據，進行平衡狀態分析。

1）修改邊跨主纜坐標：初步計算邊跨主纜平移的如圖4所示，將各主纜節點坐標按如圖4數值進行修改，修改后結構模型如圖5所示。

圖4 邊跨主纜坐標平移數值計算

圖5 邊跨主纜修改后結構模型示意圖

2）而后定義垂點組及更新節點組：選擇中跨主纜垂點處節點為垂點組，如圖6所示；選擇其他節點為更新節點組，注意更新節點組中包含垂點組，如圖7所示：

圖6 垂點組示意圖

圖7 更新節點組示意圖

4） 定義二期恒載：具體如圖8所示：

圖8添加二期恒載示意圖

4）定義精確分析控制：

注意為了提高迭代精度，可以提高迭代次數，程序默認是5次，這里將其修改成20次，具體定義如圖9所示。

圖9定義精確分析數據示意圖

5） 最后，運行計算，得到更新主纜坐標后的模型。

三、驗證平衡狀態

最后將精確分析后的模型，定義施工階段，及施工階段分析控制數據，選擇非線性分析，獨立模型，選擇平衡單元節點內力，同時將自重工況定義成施工階段荷載類型，定義一次成橋施工階段，最后計算，查看位移如圖10所示，在自重作用下，各節點位移收斂精度在0.01mm數量級，滿足要求，驗證此方法可行。

圖10 驗證平衡狀態結果

四、如何得到恒載與移動荷載效應組合

可以定義一個空的荷載工況，將初始內力添加到該荷載工況中。進行完移動荷載分析后，將該荷載工況與移動荷載工況進行組合，具體操作如下：

1）定義空荷載工況，如圖11所示；

圖11 定義空荷載工況

2）定義初始荷載控制數據，將初始單元內力賦予給“空工況”，具體如圖12所示：

圖12 初始單元內力賦予空工況

3）定義移動荷載及荷載組合，如圖13和圖14；

圖13 定義移動荷載工況

圖14 定義荷載組合

4）查看結果，成橋平衡狀態主纜及吊桿應力如圖15所示，恒載與移動荷載組合下主纜及吊桿應力如圖16所示。

圖15 空工況下主纜及吊桿應力

圖16 組合工況下主纜及吊桿應力

來源： MIDAS邁達斯官方平臺